DE102008057570A1 - Phase shifter for device to adjust phasing of shaft, particularly cam shaft in combustion engine, has rotor and stator, where rotor is supported in stator in rotary shifting manner - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft einen Phasenversteller für eine Vorrichtung zum Verstellen der Phasenlage einer Welle, insbesondere zum Verstellen der Phasenlage einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor, wobei der Phasenversteller, der als hydraulisch zu betätigender Rotationskolbenversteller ausgebildet ist, einen mit einem Antriebsmittel zu koppelnden Stator und einen drehfest mit der Welle zu verbindenden Rotor aufweist, welcher in dem Stator drehverstellbar gelagert und mit diesem zur Drehmomentübertragung gekoppelt ist. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verstellen der Phasenlage einer Welle, die mit einem derartigen Phasenversteller ausgestattet ist.The The invention relates to a phaser for a device for adjusting the phase position of a shaft, in particular for adjusting the phase angle of a camshaft in an internal combustion engine, wherein the phaser acting as hydraulically operated Rotationskolbenversteller is formed, one with a drive means to be coupled stator and a rotatably connected to the shaft Rotor having rotatably mounted in the stator and coupled with this for torque transmission. Of Furthermore, the invention relates to a device for adjusting the phase angle of a wave, with such a phaser Is provided.
Ein Phasenversteller der eingangs genannten Art kommt insbesondere bei Vorrichtungen zum Verstellen der Phasenlage einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor zum Einsatz. Durch das gezielte Verstellen der Phasenlage der Nockenwelle ist es möglich, den Verdichtungsvorgang und Ausstoßvorgang während des Verbrennungsprozesses hinsichtlich der Kraftstoffausnutzung zu optimieren.One Phase adjuster of the type mentioned in particular Devices for adjusting the phase position of a camshaft in an internal combustion engine used. By targeted adjustment the phasing of the camshaft, it is possible the compression process and ejection operation during the combustion process in terms of fuel efficiency.
Aus
der
Der als Rotationskolbenversteller ausgebildete Phasenversteller ist hydraulisch zu betätigen, was eine besonders präzise Fertigung der einzelnen Komponenten des Phasenverstellers, insbesondere der am Stator und Rotor ausgebildeten Dichtflächen, erforderlich macht, um einen langlebigen Einsatz und ein präzises Verstellen der Phasenlage zu erreichen.Of the designed as Rotationskolbenversteller trained phasing hydraulically operated, which is particularly precise Production of the individual components of the phase adjuster, in particular the on the stator and rotor formed sealing surfaces required makes a long-lasting use and a precise adjustment to reach the phase position.
Der Rotor und der Stator werden deshalb entweder durch spanende Bearbeitung aus dem Vollem gefertigt oder als Sinterteile ausgeführt, die nachträglich durch spanende Bearbeitung in ihre endgültige Form gebracht werden. Bei beiden Herstellungsweisen ist jedoch von Nachteil, dass die erforderlichen Bearbeitungsschritte der als Massenteile ausgelegten Komponenten des Phasenverstellers material- und zeitaufwendig sind.Of the Rotor and the stator are therefore either by machining made of the full or executed as sintered parts, the subsequent by machining in their final Be brought form. However, in both ways of production is Disadvantage that the required processing steps than the mass parts designed components of the phase adjuster material and time consuming are.
Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, den eingangs genannten Phasenversteller derart zu verbessern, dass der Phasenversteller verglichen mit dem Stand der Technik bei gleichbleibend hoher Gewährleistung der Betriebssicherheit einfacher zu fertigen ist.outgoing From the above-mentioned prior art, it is the task of Invention to improve the phase adjuster mentioned above in such a way that the phaser compared to the prior art in Consistently high guarantee of operational safety easier to manufacture.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass der Rotor und/oder der Stator endformnah durch pulvermetallurgisches Spritzgießen hergestellt worden sind bzw. ist. Ferner wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Verstellen der Phasenlage einer Welle gelöst, die mit einem erfindungsgemäßen Phasenversteller ausgestattet ist.According to the invention this object by a device with the features of claim 1 and in particular solved in that the rotor and / or the stator near net shape by powder metallurgical injection molding have been or is. Furthermore, the task is through a device for adjusting the phase position of a wave solved, the equipped with a phase adjuster according to the invention is.
Das pulvermetallurgische Spritzgießen, auch MIM-Verfahren (von Metal Injection Moulding) genannt, ist zwar seit geraumer Zeit bekannt. Allerdings wird davon ausgegangen, dass aufgrund der Besonderheiten dieses Herstellungsverfahrens die damit gefertigten Bauteile verglichen mit bauidentischen Bauteilen, die durch herkömmliche Herstellungsverfahren wie spanende Verfahren gefertigt worden sind, eine geringere Festigkeit aufweisen. Ferner wurde in der Vergangenheit davon ausgegangen, dass sich das pulvermetallurgische Spritzgießen nicht für besonders präzise zu fertigende Bauteile, wie Komponenten hydraulisch zu betätigender Verstelleinheiten, eignen würde. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, dass sich bei durch das pulvermetallurgische Spritzgießen gefertigten Bauteile durch nachfolgende Behandlungsschritte wie Härten oder Anlassen ähnlich hohe Festigkeitswerte erzielen lassen, wie bei herkömmlich hergestellten Bauteilen. Auch ist ein nachträgliches Feinstbearbeiten beispielsweise von Verzahnungen oder Dichtflächen durch spanende Bearbeitungsverfahren, wie Feinstfräsen, Schleifen, etc., möglich.The Powder metallurgical injection molding, also MIM process (from Called Metal Injection Molding) has been known for some time. However, it is assumed that due to the specifics This manufacturing process compared the thus manufactured components with building identical components produced by conventional manufacturing processes As machining methods have been manufactured, a lower strength exhibit. Furthermore, it has been assumed in the past that the powder metallurgical injection molding not for particularly precise components to be manufactured, such as components hydraulically operated adjusting units would be suitable. Surprisingly However, it turned out that in by the powder metallurgy Injection molding manufactured components by subsequent treatment steps such as hardening or tempering similarly high strength values can be achieved, as in conventionally manufactured components. Also, a subsequent Feinstbearbeiten example of gears or sealing surfaces by machining processes, like fine milling, grinding, etc., possible.
Bei dem erfindungsgemäßen Phasenversteller hat sich gezeigt, dass sich insbesondere der Rotor und/oder der Stator für das pulvermetallurgische Spritzgießen besonders gut eignen bzw. eignet. Der so gefertigte Rotor, der auch im Stand der Technik funktionsbedingt mit einer Vielzahl von Kanälen und Formelementen versehen ist, lässt sich durch das pulvermetallurgische Spritzgießen nahezu ohne weitere Bearbeitung in seine endgültige Form fertigen. Gleiches gilt auch für den Stator, der für den Antrieb mit entsprechenden Formelementen, wie Verzahnungen, ausgestattet sein muss, die sich gleichfalls endformnah durch das pulvermetallurgische Spritzgießen herstellen lassen, wobei der für die Herstellung erforderliche Aufwand verglichen mit dem Stand der Technik deutlich geringer ist. Durch das erfindungsgemäße Fertigen des Rotors und/oder Stators als pulvermetallurgisches Spritzgießteil wird verglichen mit dem Stand der Technik nicht nur der erforderliche Materialaufwand verringert, sondern auch die nötige Fertigungsdauer verkürzt, da eine endformnahe Herstellung der Komponenten ermöglicht wird, ohne dass die so gefertigten Bauteile noch einer umfangreichen Nachbearbeitung beispielsweise durch spanende Verfahren unterzogen werden müssen. Des weiteren ist es möglich, gleichfalls ohne zusätzlichen Aufwand, gezielt Ausnehmungen und Vertiefungen zur Gewichtseinsparung an den Komponenten auszubilden.In the case of the phase adjuster according to the invention, it has been found that, in particular, the rotor and / or the stator are particularly suitable or suitable for powder-metallurgical injection molding. The rotor manufactured in this way, which is also provided with a plurality of channels and shaped elements in the prior art for functional reasons, can be finished in its final shape by powder metallurgical injection molding almost without further processing. The same applies to the stator, which must be equipped for the drive with appropriate form elements, such as gears, which can also be produced close to the final shape by powder metallurgy injection molding, the required effort for the production compared to the prior art is significantly lower. By manufacturing the rotor and / or stator according to the invention as a powder metallurgical injection molded part not only the required material cost is reduced compared to the prior art, but also shortens the necessary production time, since a close to the final production of the components is made possible without the so-manufactured components a comprehensive post-processing, for example by spa need to be subjected to the same procedure. Furthermore, it is also possible, without additional effort, specifically to form recesses and depressions to save weight on the components.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen.Further Advantages of the invention will become apparent from the following description, the drawing and the dependent claims.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Phasenverstellers ist der Rotor und/oder der Stator durch Wärmebehandlung gehärtet worden, um die erforderliche Verschleißfestigkeit sicherzustellen. Ist der Rotor bzw. der Stator als pulvermetallurgisches Spritzgießteil ausgeführt, wird besonders bevorzugt vorgeschlagen, das Bauteil durch Induktionshärten und gegebenenfalls anschließendes Anlassen, wärmezubehandeln.at a particularly preferred embodiment of the invention Phase adjuster is the rotor and / or the stator by heat treatment cured to the required wear resistance sure. Is the rotor or the stator as powder metallurgical Injection molded part is particularly preferred proposed, the component by induction hardening and optionally subsequent tempering, heat treatment.
Ist
der Rotor bzw. der Stator durch pulvermetallurgisches Spritzgießen
hergestellt worden, sollte der Rotor bzw. der Stator eine Kernhärte
nach Brinell von mindestens 120 HB 2,5/62,5 (ermittelt nach
Zum Ankoppeln des Antriebsmittels ist am Stator vorzugsweise eine Umfangsverzahnung vorgesehen, die mit dem Antriebsmittel in Eingriff kommt. Als Antriebsmittel können Zahnräder bzw. Ritzel, aber auch Zahnriemen und Steuerketten zum Einsatz kommen. Um eine für das Ankoppeln des Antriebsmittels ausreichende Lage- und Formgenauigkeit der Umfangsverzahnung zu erreichen, gleichzeitig jedoch den Aufwand bei der Fertigung des als pulvermetallurgischen Spritzgießteil ausgebildeten Stators so gering wie nötig zu halten, ist die Umfangsverzahnung durch spanendes Bearbeiten, insbesondere durch Fräsen und Schleifen, geringfügig nachbearbeitet.To the Coupling of the drive means is preferably a circumferential toothing on the stator provided, which comes into engagement with the drive means. As drive can gears or pinions, but also toothed belts and timing chains are used. One for docking the drive means sufficient positional and dimensional accuracy of the peripheral teeth but at the same time the effort in the production designed as a powder metallurgy injection molded part To keep the stator as small as necessary is the peripheral toothing by machining, in particular by milling and Sanding, slightly reworked.
Damit
eine ausreichende Verschleißfestigkeit der Umfangsverzahnung
gewährleistet ist, weist die Umfangsverzahnung vorzugsweise
eine Harte nach Vickers von mindestens 600 HV 0,1 (ermittelt gemäß der
Des weiteren wird bei denen als pulvermetallurgisches Spritzgießteil ausgebildeten Komponenten des Phasenverstellers vorgeschlagen, lediglich die als Dichtflächen dienenden Flächen durch spanende Bearbeitung feinstzubearbeiten, während andere Abschnitte der Komponenten, also des Rotors und des Stators, unbearbeitet bleiben.Of Another is in which as powder metallurgical injection molded part trained components of the phase adjuster proposed, only the serving as sealing surfaces by cutting Machining machining while other sections the components, so the rotor and the stator, remain unprocessed.
Als besonders geeigneter Werkstoff für die Herstellung des Rotors und Stators als pulvermetallurgisches Spritzgießteil hat sich ein niedriglegierter Stahl gezeigt, der einen Kohlenstoffgehalt von 0,6 bis 0,8% und einen Kupfergehalt von 1,0 bis 2,0% aufweist. Der so niedriglegierte Stahl ist einerseits gut zu verarbeiten und andererseits durch Wärmebehandlung nachträglich zu härten. Generell können jedoch auch andere Werkstoffe zum Einsatz kommen, die in der Regel nach leistungsspezifischen Merkmalen, wie Festigkeit, Verarbeitbarkeit, Wärmebehandelbarkeit, Vergütbarkeit, etc., ausgewählt sind.When particularly suitable material for the production of Rotor and stator as powder metallurgical injection molded part has shown a low-alloy steel that has a carbon content from 0.6 to 0.8% and a copper content of 1.0 to 2.0%. The low-alloyed steel is both easy to process and on the other hand by heat treatment subsequently to harden. In general, however, others can Materials are used, which are usually performance-specific Characteristics such as strength, processability, heat-treatability, Repossibility, etc., are selected.
Um das Gewicht des erfindungsgemäßen Phasenverstellers möglichst gering zu halten, wird ferner vorgeschlagen den als pulvermetallurgisches Spritzgießteil ausgebildeten Rotor, der mehrere sich vom Zentrum nach außen erstreckende Ansteuerkanäle aufweist, an mindestens seiner Stirnseiten mit wenigstens eine Ausnehmung und/oder zwischen den Ansteuerkanälen mit wenigstens einem an den beiden Stirnseiten endenden Durchbruch zu versehen. Die Ausnehmungen und Durchbrüche können gegebenenfalls auch gestuft ausgebildet sein. Entscheidend ist nur, dass die Festigkeit der Komponenten durch die Ausnehmungen und Durchbrüche nicht beeinträchtigt ist. Die Ausnehmungen und Durchbrüche sind dabei so gestaltet und am Rotor angeordnet, dass sie außerhalb der Hauptspannungslinien liegen, so dass das Widerstandsmoment des Rotors insgesamt nicht nachteilig beeinflusst ist. Die Ausnehmung und/oder der Durchbruch lassen bzw. lässt sich ohne großen Aufwand beim pulvermetallurgischen Spritzgießen bereits ausbilden, wodurch eine Material- bzw. Gewichtsersparnis erreicht werden kann, ohne dass der Rotor noch einer weiteren umfangreichen spanenden Bearbeitung unterzogen werden muss.Around the weight of the phase adjuster according to the invention To keep as low as possible, it is also proposed formed as a powder metallurgy injection molded part Rotor having a plurality of outwardly extending from the center Having drive channels, at least at its end faces with at least one recess and / or between the Ansteuerkanälen with at least one breakthrough ending at the two end faces to provide. The recesses and apertures may optionally also be designed graduated. The only thing that matters is that the strength the components through the recesses and breakthroughs is not affected. The recesses and breakthroughs are designed and arranged on the rotor that they are outside lie the main stress lines, so that the moment of resistance of the Rotor is not adversely affected. The recess and / or let the breakthrough or can be without great Effort in powder metallurgy injection already form, whereby a material or weight savings achieved can be without the rotor yet another extensive chipping Processing must be subjected.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verstellung der Phasenlage einer Welle, wobei die Vorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Phasenversteller ausgestattet ist. Als besonders bevorzugtes Einsatzgebiet wird die mit dem erfindungsgemäßen Phasenversteller ausgestattete Vorrichtung für das Verstellen der Phasenlage einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor verwendet. Allerdings eignet sich die Vorrichtung generell auch zum Phasenverstellen bei anderen Kopplungen zwischen einem Antriebsmittel und einer Welle.According to one In another aspect, the invention relates to a device for adjustment the phase angle of a shaft, wherein the device with an inventive Phase adjuster is equipped. As a particularly preferred application is the with the phase adjuster according to the invention equipped device for adjusting the phase position a camshaft used in an internal combustion engine. Indeed The device is generally also suitable for phase adjustment other couplings between a drive means and a shaft.
Ausführungsbeispielembodiment
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:following the invention is based on an embodiment below Reference to the accompanying drawings closer explained. It shows:
In
den
Der
Phasenversteller
Der
Stator
Die
radial am weitesten innen angeordnete Fläche jeder Erhebungen
Der
Rotor
Im
zusammengesetzten Zustand (vgl.
Die
Kammerabschnitte
Die
Kanäle
Erfindungsgemäß ist
bei dem Phasenversteller
In
gleicher Weise ist auch der Rotor
Durch
das Ausbilden des Stators
- 1010
- Phasenverstellerphaser
- 1212
- Statorstator
- 1414
- Rotorrotor
- 1616
- Dichtdeckelsealing cover
- 1818
- Dichtdeckelsealing cover
- RR
- Rotationsachseaxis of rotation
- 2020
- Umfangsverzahnungsplines
- 2222
- Erhebungsurvey
- 2424
- DurchgangsbohrungenThrough holes
- 2626
- Befestigungsschraubenmounting screws
- 2828
- Druckkammernpressure chambers
- 3030
- Schlitzeslots
- 3232
- Flügelwing
- 3434
- Kanälechannels
- 3636
- Kanälechannels
- 3838
- Ausnehmungenrecesses
- 4040
- Durchbrüchebreakthroughs
- 4242
- Kammerabschnittechamber sections
- 4444
- Kammerabschnittechamber sections
- 4646
- InnenumfangsabschnitteInner peripheral sections
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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2008
- 2008-11-15 DE DE102008057570A patent/DE102008057570A1/en not_active Withdrawn
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