DE102011117856A1

DE102011117856A1 - Mehrteilige, gefügte Rotoren in hydraulischen Nockenwellenverstellern mit Fügedichtprofilen und Verfahren zur Herstellung der Rotoren

Info

Publication number: DE102011117856A1
Application number: DE102011117856A
Authority: DE
Inventors: Sascha Frey
Original assignee: GKN Sinter Metals Holding GmbH
Current assignee: GKN Sinter Metals Holding GmbH
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-05-08
Also published as: JP5917706B2; ES2570387T3; US9284862B2; IN2014DN03427A; WO2013068091A1; EP2776686A1; EP2776686B1; US20140238325A1; CN104081010A; CN104081010B; JP2014532834A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwellenverstelleinrichtung aufweisend ein Statorrad (10) und ein mit dem Statorrad (10) zusammenwirkendes Rotorrad (11), wobei das Statorrad (10) um eine Rotationsachse (12) rotierend angetrieben ist und wobei das Rotorrad (11) mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbindbar ist, wobei das Statorrad (10) radial nach innen weisende Statorflügel (13) aufweist, zwischen denen sich am Rotorrad (11) angeordnete radial nach außen weisende Rotorflügel (14) erstrecken, sodass zwischen den Statorflügeln (13) und den Rotorflügeln (14) Fluidkammern (15, 16) gebildet sind, die durch Fluidkanäle (17, 18) mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, wobei das Rotorrad (11) einen ersten Teilkörper (19) und einen zweiten Teilkörper (20) aufweist, wobei eine Fügefläche (19a) des ersten Teilkörpers (19) und eine Fügefläche (20a) des zweiten Teilkörpers (20) miteinander gefügt sind und wobei in wenigstens einer der Fügeflächen (19a, 20a) Vertiefungen (21, 22) eingebracht sind, um die Fluidkanäle (17, 18) zumindest abschnittsweise zu bilden. Um eine Nockenwellenverstelleinrichtung (1) mit einem verbesserten Rotorrad (11) zu schaffen, das aus zwei Teilkörpern (19, 20) gebildet ist und die verbessert miteinander fügbar sind, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in oder auf zumindest einer Fügefläche (19a, 20a) wenigstens ein Dichtmittel (25, 26) vorgesehen ist und das derart ausgebildet ist, dass die Fluidkanäle (17, 18) abgedichtet sind und dass eine definierte Anlage der aufeinander gebrachten Fügeflächen (19a, 20a) geschaffen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Statorrad und einem mit dem Statorrad zusammenwirkenden Rotorrad, wobei das Statorrad um eine Rotationsachse rotierend angetrieben ist und wobei das Rotorrad mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbindbar ist, wobei das Statorrad radial nach innen weisende Statorflügel aufweist, zwischen denen sich am Rotorrad angeordnete radial nach außen weisende Rotorflügel erstrecken, sodass zwischen den Statorflügeln und den Rotorflügeln Fluidkammern gebildet sind, die durch Fluidkanäle mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, und wobei das Rotorrad einen ersten Teilkörper und einen zweiten Teilkörper aufweist, die mit jeweiligen aneinander gebrachten Fügeflächen miteinander gefügt sind und wobei in wenigstens einer der Fügeflächen Vertiefungen eingebracht sind, um die Fluidkanäle zumindest abschnittsweise zu bilden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwellenverstelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine.
Aus der DE 199 62 981 A1 ist eine Nockenwellenverstelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt. Die Nockenwellenverstelleinrichtung weist ein als Antriebsrad bezeichnetes Statorrad auf und in welchem ein Rotorrad aufgenommen ist, das als Radnabe bezeichnet ist. An der Radnabe sind mehrere sich radial nach außen erstreckende Flügel angeordnet, die sich in Fluidkammern hinein erstrecken, die zwischen Begrenzungswänden der Statorflügel gebildet sind, die sich vom Antriebsrad radial nach innen erstrecken. Die Flügel sind dadurch auf einer ersten Seite durch eine erste Fluidkammer und auf einer gegenüberliegenden, zweiten Seite durch eine zweite Fluidkammer begrenzt. Wird eine Fluidkammer an einer ersten Seite der Rotorflügel mit einem höheren Fluiddruck beaufschlagt als die gegenüberliegende Fluidkammer auf der zweiten Seite, so erfolgt eine Winkelverdrehung des Rotorrades gegen das Statorrad um die Rotationsachse der Nockenwellenverstelleinrichtung. Das Statorrad wird beispielsweise über ein Zugmittel, beispielsweise eine Kette, oder mittels einer Verzahnung angetrieben. Das Antriebsrad ist im gezeigten Ausführungsbeispiel durch Seitenwände begrenzt, und eine Seitenwand weist einen Zahnkranz auf, um den eine Kette geführt werden kann, um die Nockenwellenverstelleinrichtung um die Rotationsachse rotierend anzutreiben.
Um die gezeigten Fluidkammern mit einem Fluiddruck zu beaufschlagen, beispielsweise durch ein Drucköl, sind Fluidkanäle gezeigt, die als Druckmittelkanäle bezeichnet sind. Die Druckmittelkanäle sind in die Radnabe durch Bohrbearbeitungen eingebracht, wodurch sich Nachteile zur Herstellung der Nockenwellenverstelleinrichtung ergeben. Insbesondere sind die Radnabe und das Antriebsrad häufig durch sintermetallurgische Verfahren hergestellt, wodurch anschließende Bohrvorgänge erschwert werden.
Die DE 10 2010 013 928 A1 beschreibt eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Rotorrad, durch die sich Fluidkanäle radial erstrecken, um einen nabenseitigen Fluidverteilerraum mit den Fluidkammern zwischen den Flügeln des Rotorrades zu verbinden. Dabei ist angegeben, dass die dargestellten langen Axialkanale sowie die ersten und zweiten Radialkanäle als Bohrungen im Material des Grünkörpers ausgebildet sind [0042]. Folglich entstehen auch bei der Bearbeitung des Grünkörpers Nachteile, da auch die spanende Bohrbearbeitung des Grünkörpers Nachteile hervorruft.
Schließlich beschreibt die DE 10 2008 028 640 A1 eine Nockenwellenverstelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Statorrad und einem Rotorrad, wobei das Statorrad um eine Rotationsachse rotierend angetrieben ist und wobei das Rotorrad mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbunden werden kann. Das Statorrad besitzt radial nach innen weisende Körperabschnitte, zwischen denen sich am Rotorrad angeordnete radial nach außen gerichtete Schwenkflügel erstrecken, sodass zwischen den Körperabschnitten und den Schwenkflügeln Arbeitskammern gebildet sind, die durch Fluidkanäle mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind. Das Rotorrad ist durch zwei Teilkörper mit jeweiligen Fügeflächen gebildet, in denen Vertiefungen eingebracht sind, sodass durch ein gegenseitiges Fügen der Teilkörper mittels der Vertiefungen die Fluidkanäle gebildet werden. Nachteilhaft ist jedoch ein undefiniertes Kontaktverhalten der Fügeflächen, wenn die Teilkörper aufeinander gebracht werden, da diese aufgrund von Formtoleranzen der meist pulvermetallurgisch hergestellten Teilkörper häufig nicht hinreichend plan aneinander anliegen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nockenwellenverstelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit der die Nachteile des vorstehend beschriebenen Standes der Technik überwunden werden, insbesondere ergibt sich die Aufgabe, eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem verbesserten Rotorrad zu schaffen, das aus zwei Teilkörpern gebildet ist und die verbessert miteinander fügbar sind.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Nockenwellenverstelleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass in oder auf zumindest einer Fügefläche wenigstens ein Dichtmittel vorgesehen ist, das derart ausgebildet ist, dass die Fluidkanäle abgedichtet sind und wodurch eine definierte Anlage der aufeinander gebrachten Fügeflächen geschaffen ist.
Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, in oder auf zumindest einer Fügefläche wenigstens ein Dichtmittel vorzusehen, um eine definierte Anlage der Fügeflächen gegeneinander zu schaffen und um die Fluidkanäle gegeneinander abzudichten. Zur Aktivierung der Nockenwellenverstelleinrichtung wird ein Druckmittel, insbesondere ein Drucköl, mit einem Überdruck durch die Fluidkanäle geleitet. Insbesondere zur Abdichtung der Fluidkanäle sind daher erfindungsgemäß Dichtmittel vorgesehen, da durch das bloße Aufeinanderbringen der Teilkörper über die Fügeflächen eine wirkungsvolle Abdichtung der durch die Vertiefungen gebildeten Fluidkanäle aufgrund des undefinierten Kontaktverhaltens der Fügeflächen nicht erreicht wird.
Insbesondere kann eine Formabweichung der Fügeflächen eine Abdichtung verhindern, wenn beispielsweise mehrere Mikrometer Luft zwischen begrenzten Bereichen der Fügeflächen verbleibt. Erst durch die erfindungsgemäßen Dichtmittel in oder auf zumindest einer, jedoch vorzugsweise auf beiden Fügeflächen, wird dieser Nachteil überwunden, und durch die Dichtmittel entsteht eine definierte Anlage einer den Dichtmitteln gegenüberliegenden Fügefläche mit den Dichtmitteln selbst.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform können die Dichtmittel Erhöhungen aufweisen, die auf zumindest einer der Fügeflächen angeordnet sind. Die Erhöhungen können beim Fügen der Teilkörper, beispielsweise bei einem Aufeinanderpressen, plastisch verformt werden, um einen dichtenden Kontakt zur Gegen-Fügefläche auch bei Maß- und Lagetoleranzen der Fügeflächen und der Erhöhungen selbst zu schaffen. Hierzu kann es insbesondere hinreichend sein, dass die Erhöhungen eine Höhe von nur wenigen Zehntel Millimetern aufweisen.
Weiterhin können die Dichtmittel den Erhöhungen in einem ersten Teilkörper gegenüberliegende Einkerbungen im zweiten Teilkörper aufweisen, die auf zumindest einer der Fügeflächen angeordnet sind und mit denen die Erhöhungen nach dem Fügen der Teilkörper dichtend zusammenwirken. Die dichtende Wirkverbindung zwischen den Erhöhungen und den Einkerbungen entsteht insbesondere dadurch, dass nach dem Fügen der Teilkörper die Erhöhungen wenigstens teilweise in die Einkerbungen eingreifen können, beispielsweise auch ohne dass eine plastische Verformung der Erhöhungen mit dem Fügen einhergeht. Durch das Fügen kann vielmehr eine Feder-Nut-Verbindung gebildet werden, wodurch schließlich eine Dichtwirkung der Vertiefungen in einer ersten Fügefläche gegen eine gegenüberliegende zweite Fügefläche erreicht wird. Die Erhöhungen können dabei in ihrer geometrischen Ausgestaltung korrespondierend zu den Einkerbungen ausgeführt sein, und die Erhöhungen können beispielsweise eine Querschnittsform aufweisen, die auch der Querschnittsform der Einkerbungen entspricht.
Nach einem bevorzugten möglichen Ausführungsbeispiel können die Erhöhungen und die Einkerbungen die Vertiefungen in den Fügeflächen in ihrer Kontur unmittelbar beranden. Dabei weisen die Erhöhungen und die Einkerbungen einen Verlauf auf, der der Kontur der Vertiefungen in den Fügeflächen entspricht, durch die die Fluidkanäle gebildet werden. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Erhöhungen und/oder die Einkerbungen jedoch auch einen Abstand zu den Vertiefungen aufweisen, und es kann hinreichend sein, die Erhöhungen und/oder Einkerbungen lediglich zwischen wenigstens zwei Vertiefungen in der Fügefläche der Teilkörper vorzusehen. Bereits durch das Vorhandensein der Dichtmittel, unabhängig vom geometrischen Verlauf der Vertiefungen in den Fügeflächen, können mehrere Fluidkanäle im Rotorrad fluidisch voneinander getrennt und abgedichtet werden.
Beispielsweise können die Erhöhungen und/oder die Einkerbungen eine Höhe beziehungsweise eine Tiefe von 0,5 mm bis 2 mm und vorzugsweise von 1 mm aufweisen, wobei die Erhöhungen und/oder die Einkerbungen insbesondere durch einen Pressvorgang in das Sinterbauteil eingebracht sein können. Insbesondere können die Erhöhungen und/oder die Einkerbungen durch einen Pressvorgang in den Grünling des Sinterbauteils eingebracht werden.
Mit noch weiterem Vorteil können die Erhöhungen mit den Einkerbungen derart zusammenwirken, dass durch ein Eingreifen der Erhöhungen in die Einkerbungen eine Positionierung der Teilkörper zueinander ermöglicht wird, wobei insbesondere durch das Eingreifen der Erhöhungen in die Einkerbungen eine vorzugsweise mechanisch belastbare Verbindung zwischen den Teilkörpern gebildet wird. Durch das Vorhandensein der Erhöhungen und der korrespondierend zu diesen ausgebildeten Einkerbungen am gegenüberliegenden Teilkörper kann eine Positionierhilfe der Teilkörper zueinander gebildet werden. Insbesondere können die Teilkörper aufeinander „gesteckt” werden, und die Anordnung der Erhöhungen und korrespondierend zu diesen die Anordnung der Einkerbungen am gegenüberliegenden Teilkörper können so vorgesehen sein, dass die Teilkörper nur in ihrer geforderten rotatorischen Position aufeinander gebracht werden können. Erst wenn die Teilkörper in eine zueinander korrekte Position gebracht sind, können die Fügeflächen vollständig aneinander gebracht werden, da nur dann die Erhöhungen in gegenüberliegender Position zu den Einkerbungen gebracht sind, und um in diese einzugreifen. Erst wenn die Erhöhungen in die Einkerbungen eingreifen, kann eine Plananlage der beiden Fügeflächen zueinander erzielt werden.
Die Erhöhungen und/oder die Einkerbungen können im Grünling eines aus einem Sinterbauteil hergestellten Teilkörpers eingebracht werden, insbesondere können die Erhöhungen einteilig und materialeinheitlich mit dem Teilkörper ausgebildet sein.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Erhöhungen und die Einkerbungen jeweils oder gemeinsam als verformbare, insbesondere plastisch verformbare Fügeprofile ausgebildet werden. Beispielsweise können die Erhöhungen gegenüber den Einkerbungen ein laterales Übermaß aufweisen, sodass die Erhöhungen in die Einkerbungen eingepresst werden müssen, wenn die Teilkörper aufeinander gebracht werden, bis die Fügeflächen plan aufeinander anliegen. Insbesondere die Dichtwirkung der in die Einkerbungen eingreifenden Erhöhungen wird verbessert, wenn die Erhöhungen eine zumindest leichte plastische Verformung erfahren, wenn diese in die Einkerbungen eingepresst werden.
Mit besonderem Vorteil kann die Rotationsachse des Rotorrades auf der Fügeebene der Teilkörper eine Flächennormale bilden. Die Fügeebene entspricht dabei der Erstreckungsebene der aufeinander gebrachten Fügeflächen der Teilkörper. Alternativ kann das Rotorrad auch mehrteilig ausgebildet sein, und die jeweiligen Teilungsebenen der Teilkörper können sich beispielsweise jeweils radial zwischen den Rotorflügeln erstrecken.
Mit weiterem Vorteil kann das Rotorrad durch ein pulvermetallurgisch hergestelltes Bauteil gebildet werden, insbesondere können wenigstens ein, vorzugsweise beide Teilkörper ein pulvermetallurgisch hergestelltes Bauteil, insbesondere ein Sinterbauteil sein. Zur Herstellung eines Rotorrades für eine Nockenwellenverstelleinrichtung eignet sich bevorzugt ein pulvermetallurgisches Verfahren, um geforderte Festigkeitseigenschaften des Bauteils zu erzielen und eine spanende Bearbeitung des Bauteils, welche aufwendig ist, zu vermeiden. Wird das Rotorrad aus einem Sinterbauteil bereitgestellt, so können die Vorteile der erfindungsgemäßen Herstellung der Fluidkanäle durch Vertiefungen in den Flügelflächen besonders vorteilhaft genutzt werden da diese nicht spanend erzeugt werden müssen.
Zur pulvermetallurgischen Herstellung von Sinterbauteilen wird zunächst ein Grünling gepresst, der bereits die geometrische Form des zu erzeugenden Bauteils aufweist. Anschließend wird der Grünling gesintert. Daher ist es von besonderem Vorteil, wenn die Vertiefungen in den Fügeflächen der Sinterbauteile bereits in den Grünlingen zur Herstellung der Teilkörper eingebracht werden. Das Einbringen der Vertiefungen kann dabei bevorzugt durch einen Pressvorgang erfolgen.
Das Rotorrad kann Fluidverteilerräume aufweisen, wobei sich die Fluidkanäle zwischen Fluidverteilerräumen und zugeordneten Fluidkammern wenigstens teilweise radial durch das Rotorrad hindurch erstrecken. Die Fluidverteilerräume können innenseitig der Nabe des Rotorrades gebildet sein, sodass sich die Fluidkanäle radial zwischen der Nabeninnenseite und den Fluidkammern erstrecken. Ein weiterer Fluidverteilerraum kann planseitig an der Nabe des Rotorrades vorgesehen sein, und die Fluidkanäle können über einen ersten Anschnitt eine radiale Erstreckung und über einen zweiten Abschnitt eine axiale Erstreckung durch den Grundkörper des Rotorrades aufweisen. Dabei können die Vertiefungen so in die Fügeflächen eingebracht werden, dass die durch die Vertiefungen gebildeten radial verlaufenden Fluidkanäle in den axialen Abschnitt übergehen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwellenverstelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Statorrad und einem mit dem Statorrad zusammenwirkenden Rotorrad, wobei das Statorrad um eine Rotationsachse rotierend angetrieben ist und wobei das Rotorrad mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbindbar ist, wobei das Statorrad radial nach innen weisende Statorflügel aufweist, zwischen denen sich am Rotorrad angeordnete radial nach außen weisende Rotorflügel erstrecken, sodass zwischen den Statorflügeln und den Rotorflügeln Fluidkammern gebildet sind. Das Rotorrad ist aus einem ersten und einem zweiten Teilkörper gebildet, wobei die Teilkörper mit jeweiligen aneinander gebrachten Fügeflächen miteinander gefügt werden und wobei in wenigstens einer der Fügeflächen Vertiefungen eingebracht sind, um die Fluidkanäle zumindest abschnittsweise zu bilden. Die Fluidkammern sind durch Fluidkanäle mit einem Druckfluid beaufschlagbar. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die Schritte des Vorsehens wenigstens eines Dichtmittels in oder auf zumindest einer Fügefläche, derart, dass die Fluidkanäle abgedichtet sind, dass eine definierte Anlage der aufeinander gebrachten Fügeflächen geschaffen ist und das Fügen der Teilkörper durch ein Aufeinanderbringen der Fügeflächen gewährleistet ist. Schließlich werden durch das Fügen der Teilkörper die Fluidkanäle durch die Vertiefungen gebildet. Beim Fügen der Teilkörper durch ein Aufeinanderbringen der Fügeflächen werden die einseitig offenen Vertiefungen, die beispielsweise U-förmig ausgebildet sind, durch die gegenüberliegende Gegenfläche verschlossen. Auch ist es möglich, in beide Fügeflächen Vertiefungen einzubringen, die bei einem Aufeinanderfügen der Fügeflächen in einer sich gegenüberliegenden Anordnung die Fluidkanäle bilden, um beispielsweise den Strömungsquerschnitt der Fluidkanäle zu vergrößern.
Das Verfahren umfasst insbesondere das Einbringen von Dichtmitteln in Form von Erhöhungen und auf einer gegenüberliegenden Fügefläche von Einkerbungen. Die Erhöhungen und/oder die Einkerbungen werden bereits bei Herstellung der Teilkörper in diese eingebracht, und die Teilkörper können durch ein pulvermetallurgisches Sinterverfahren hergestellt werden. Dabei werden zunächst Grünlinge der Teilkörper hergestellt, wobei die Erhöhungen und/oder die Vertiefungen beispielsweise durch ein Pressverfahren in die Grünlinge eingebracht werden bzw. diese direkt beim Pressen des Grünlings eingebracht werden.
Die vorstehend beschriebenen Merkmale und Vorteile der Nockenwellenverstelleinrichtung können für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Nockenwellenverstelleinrichtung ebenfalls Berücksichtigung finden.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht einer Nockenwellenverstelleinrichtung,
2 eine perspektivische Ansicht eines Rotorrades der Nockenwellenverstelleinrichtung gemäß 1,
3a einen ersten Teilkörper eines Rotorrades in einer ersten Ansicht,
3b den ersten Teilkörper des Rotorrades gemäß 3a in einer weiteren Ansicht,
4a einen zweiten Teilkörper des Rotorrades in einer ersten Ansicht,
4b den zweiten Teilkörper des Rotorrades gemäß 4a,
5 eine perspektivische Teilansicht eines Teilkörpers des Rotorrades mit Vertiefungen zur Bildung von Fluidkanälen,
6 eine Teilansicht eines weiteren Teilkörpers mit Fluidkanälen,
7 die Draufsicht auf die Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem gezeigten Schnittverlauf,
8 die Schnittansicht durch die Nockenwellenverstelleinrichtung gemäß dem Schnittverlauf in 7,
9 die Draufsicht auf einen Teilkörper mit einem gezeigten Schnittverlauf und
10 die Schnittansicht durch den Teilkörper gemäß dem Schnittverlauf in 9.
1 zeigt beispielhaft in einer perspektivischen Ansicht eine Nockenwellenverstelleinrichtung 1, wie diese für eine Brennkraftmaschine Anwendung finden kann. Die Nockenwellenverstelleinrichtung 1 ist um eine Rotationsachse 12 im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und weist ein Statorrad 10 und ein mit dem Statorrad 10 zusammenwirkendes Rotorrad 11 auf. Das Statorrad 10 weist fünf radial nach innen weisende Statorflügel 13 auf, und am Rotorrad 11 sind fünf radial nach außen weisende Rotorflügel 14 angeordnet. Zwischen den Statorflügeln 13 sind Zwischenräume gebildet, in die sich die Rotorflügel 14 hinein erstrecken. Damit werden zwischen den Statorflügeln 13 und den Rotorflügeln 14 Fluidkammern 15 und 16 gebildet, und bei einer Relativdrehung des Rotorrades 11 gegenüber dem Statorrad 10 um die Rotationsachse 12 kann das Volumen einer ersten Fluidkammer 15 verkleinert werden, während sich das Volumen der gegenüberliegenden Fluidkammer 16 vergrößert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Statorrad und/oder das Rotorrad pulvermetallurgisch hergestellt sind.
Die Fluidkammern 15 und 16 sind durch Fluidkanäle 17 und 18 mit einem Druckfluid beaufschlagbar, und wenn beispielsweise eine Fluidkammer 15 mit einem Fluiddruck beaufschlagt wird, so kann dadurch das Volumen der Fluidkammer 15 bei gleichzeitiger Verkleinerung des Volumens der Fluidkammer 16 vergrößert werden. Im Ergebnis kann durch die fluidische Beaufschlagung der Fluidkammern 15 und 16 durch die Fluidkanäle 17 und 18 die Relativdrehung zwischen dem Rotorrad 11 und dem Statorrad 10 erzeugt werden. Wir das Statorrad 10 beispielsweise über ein Zugmittel durch die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben, so kann eine Nockenwelle, die mit dem Rotorrad 11 in Verbindung gebracht ist, in ihrer Winkellage relativ zur Rotation der Kurbelwelle voreilen oder nacheilen, um dadurch die Ventilsteuerzeiten der Brennkraftmaschine zu verändern. Die Druckbeaufschlagung erfolgt für die dargestellte Nockenwellenverstelleinrichtung 1 für alle fünf Fluidkammern 15 beziehungsweise alle fünf Fluidkammern 16 gleichermaßen, und die Fluidkanäle 17 und 18 sind für die jeweiligen Fluidkammern 15 und 16 durch gemeinsame Fluidverteilerräume gespeist.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Rotorrades 11 einer Nockenwellenverstelleinrichtung 1, wobei das Rotorrad 11 aus einem ersten Teilkörper 19 und einem zweiten Teilkörper 20 ausgebildet ist und die Teilkörper 19 und 20 über jeweilige Fügeflächen plan aufeinanderliegend angeordnet sind, In den Fügeflächen der Teilkörper 19 und 20 sind Vertiefungen eingebracht, durch die die Fluidkanäle 17 und 18 gebildet werden, wie in den weiteren Figuren näher dargestellt.
Die 3a und 3b zeigen einen Teilkörper 20 zur Bildung eines Rotorrades 11 gemäß 2. In 3a ist der Teilkörper 20 von einer ersten Seite und in 3b von einer gegenüberliegenden zweiten Seite dargestellt. Der Teilkörper 20 weist einen Nabenteil 27 auf, und vom Nabenteil 27 erstrecken sich fünf Rotorflügel 14 radial nach außen. Auf der Fügefläche 20a des Teilkörpers 20, die mit der Fügefläche 19a des Teilkörpers 19 (siehe 4a und 4b) in Überdeckung gebracht wird, sind Vertiefungen 21 eingebracht. Die Vertiefungen 21 erstrecken sich radial zwischen einem Fluidverteilerraum 23 in der Mitte des Nabenteils 27 nach außen in einen Bereich zwischen den Rotorflügeln 14, durch den die späteren Fluidkammern 15 und 16 gebildet werden. Benachbart zu den Vertiefungen 21 sind Gegenflächen 28 gezeigt, die die Vertiefungen 22 im Teilkörper 19 abdecken, wenn die Teilkörper 19 und 20 mit ihren Fügeflächen 19a und 20a plan aufeinander gebracht sind.
In den 4a und 4b ist der Teilkörper 19 in einer Vorderansicht und in einer Rückansicht gezeigt. In der Fügefläche 19a sind Vertiefungen 22 eingebracht, die sich radial über der Fügefläche 19a des Nabenteils 29 nach außen erstrecken. Der Teilkörper 19 weist auf einer Außenseite einen Fluidverteilerraum 24 auf, und vom Fluidverteilerraum 24 erstrecken sich mehrere Fluidkanäle 18, die in die Vertiefungen 22 auf der Fügefläche 19a des Teilkörpers 19 münden.
Mit den Fluidverteilerräumen 23 (siehe 3b) und 24 (siehe 4a) wird erreicht, dass über den Fluidverteilerraum 23 die Fluidkammer 15 über den Fluidkanal 17 gespeist wird, der durch die Vertiefungen 21 gebildet ist. Der Fluidverteilerraum 24 dient zur Speisung der Fluidkammern 16, die über die Fluidkanäle 18 mit dem Fluidverteilerraum 24 verbunden sind, und die Fluidkanäle 18 sind durch die Vertiefungen 22 gebildet.
5 zeigt eine detaillierte Ansicht des Teilkörpers 19, und auf der Fügefläche 19a des Teilkörpers 19 sind mehrere Vertiefungen 22 eingebracht. Die Vertiefungen 22 sind mit Erhöhungen 25 berandet, um ein Dichtmittel 25 zu bilden. Die Erhöhungen 25 ragen über die Fügefläche 19a hinaus, und können durch einen Pressvorgang beim Herstellen des Teilkörpers 19 aus einem Grünling in die Fügefläche 19a eingebracht werden. Weiterhin gezeigt sind Gegenflächen 28, die ebenfalls durch Erhöhungen 25 berandet sind.
6 zeigt den Teilkörper 20, der über eine Fügefläche 20a mit der Fügefläche 19a der Teilkörpers 19 gefügt werden kann. In der Fügefläche 20a sind Einkerbungen 26 eingebracht, und beim Fügen der Teilkörper 19 und 20 können die Erhöhungen 25 im Teilkörper 19 in die Einkerbungen 26 im Teilkörper 20 eingreifen. Dadurch entsteht eine Dichtwirkung der Vertiefungen 21 und 22, und die gezeigten Gegenflächen 28 bilden mit den gegenüberliegenden Vertiefungen 21 und 22 geschlossene und durch die Dichtmittel 25 und 26 abgedichtete Fluidkanäle 17 und 18, siehe hierzu 2.
8 zeigt einen Querschnitt durch das Rotorrad 11 gemäß der Schnittlinie A-A, wie in 7 gezeigt. Der Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A zeigt einen ersten Fluidkanal 18, der durch eine Vertiefung 21 im Teilkörper 20 gebildet ist, und der Fluidkanal 17 ist durch eine Vertiefung 22 im Teilkörper 19 gebildet. Zur Abdichtung der Fluidkanäle 17 und 18 weist der Teilkörper 19 Erhöhungen 25 auf, die in die Einkerbungen 26 eingreifen, die im Teilkörper 20 eingebracht sind. Dabei ist gezeigt, dass die Erhöhungen 25 die gleiche Querschnittsform aufweisen wie die Einkerbungen 26, um eine entsprechende Dichtwirkung zu bilden, alternativ können die Querschnittsformen auch unterschiedlich sein.
10 zeigt einen Querschnitt durch den Teilkörper 20 entlang der Schnittlinie B-B, wie diese in 9 dargestellt ist. Die Schnittansicht zeigt die Gegenfläche 28, die durch die Einkerbungen 26 berandet ist. Dabei ist weiterhin gezeigt, dass die Gegenfläche 28 gegenüber der Fügefläche 20a des Teilkörpers 20 erhöht ausgebildet ist. Dadurch wird eine bessere Dichtwirkung zur Abdichtung des gegenüberliegenden Fluidkanals 17 erreicht, siehe hierzu 8.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich andersgearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenverstelleinrichtung
10: Statorrad
11: Rotorrad
12: Rotationsachse
13: Statorflügel
14: Rotorflügel
15: Fluidkammer
16: Fluidkammer
17: Fluidkanal
18: Fluidkanal
19: Teilkörper
19a: Fügefläche
20: Teilkörper
20a: Fügefläche
21: Vertiefung
22: Vertiefung
23: Fluidverteilerraum
24: Fluidverteilerraum
25: Dichtmittel, Erhöhung
26: Dichtmittel, Einkerbung
27: Nabenteil
28: Gegenfläche
29: Nabenteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19962981 A1 [0002]
DE 102010013928 A1 [0004]
DE 102008028640 A1 [0005]

Claims

Nockenwellenverstelleinrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem Statorrad (10) und einem mit dem Statorrad (10) zusammenwirkenden Rotorrad (11), wobei das Statorrad (10) um eine Rotationsachse (12) rotierend angetrieben ist und wobei das Rotorrad (11) mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbindbar ist, wobei das Statorrad (10) radial nach innen weisende Statorflügel (13) aufweist, zwischen denen sich am Rotorrad (11) angeordnete radial nach außen weisende Rotorflügel (14) erstrecken, sodass zwischen den Statorflügeln (13) und den Rotorflügeln (14) Fluidkammern (15, 16) gebildet sind, die durch Fluidkanäle (17, 18) mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, und wobei das Rotorrad (11) einen ersten Teilkörper (19) und einen zweiten Teilkörper (20) aufweist, die mit jeweiligen aneinander gebrachten Fügeflächen (19a, 20a) miteinander gefügt sind und wobei in wenigstens einer der Fügeflächen (19a, 20a) Vertiefungen (21, 22) eingebracht sind, um die Fluidkanäle (17, 18) zumindest abschnittsweise zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass in oder auf zumindest einer Fügefläche (19a, 20a) wenigstens ein Dichtmittel (25, 26) vorgesehen ist und das derart ausgebildet ist, dass die Fluidkanäle (17, 18) abgedichtet sind und dass eine definierte Anlage der aufeinander gebrachten Fügeflächen (19a, 20a) geschaffen ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmittel (25) Erhöhungen (25) aufweisen, die auf zumindest einer der Fügeflächen (19a, 20a) angeordnet sind.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmittel (26) den Erhöhungen (25) in einem ersten Teilkörper (19, 20) gegenüberliegende Einkerbungen (26) in einem gegenüberliegenden zweiten Teilkörper (19, 20) aufweisen, die auf zumindest einer der Fügeflächen (19a, 20a) angeordnet sind und mit denen die Erhöhungen (25) nach dem Fügen der Teilkörper (19, 20) dichtend zusammenwirken.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (25) und die Einkerbungen (26) die Vertiefungen (21, 22) in ihrer Kontur unmittelbar berandend oder in einem Abstand zu der Kontur der Vertiefungen (21, 22) in der zumindest einen Fügefläche (19a, 20a) angeordnet sind.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (25) und/oder Einkerbungen (26) eine Höhe bzw. eine Tiefe von 0,5 mm bis 2 mm und vorzugsweise von 1 mm aufweisen und dass die Erhöhungen (25) und/oder Einkerbungen (26) insbesondere durch einen Pressvorgang in das Sinterbauteil eingebracht sind.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (25) mit den Einkerbungen (26) derart zusammenwirken, dass durch ein Eingreifen der Erhöhungen (25) in die Einkerbungen (26) eine Positionierung der Teilkörper (19, 20) zueinander gebildet ist, insbesondere dass durch das Eingreifen der Erhöhungen (25) in die Einkerbungen (26) eine vorzugsweise mechanisch belastbare Verbindung zwischen den Teilkörpern (19, 20) gebildet ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (25) und/oder die Einkerbungen (26) im Grünling eines aus einem Sinterbauteil hergestellten Teilkörpers (19, 20) eingebracht sind, insbesondere dass die Erhöhungen (25) einteilig und materialeinheitlich mit dem Teilkörper (19) ausgebildet sind.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (25) und/oder die Einkerbungen (26) als verformbare, insbesondere plastische verformbare Fügeprofile ausgebildet sind.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (12) auf der Fügeebene der Teilkörper (19, 20) eine Flächennormale bildet.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Rotorrad (11) durch ein pulvermetallurgisch hergestelltes Bauteil gebildet ist, insbesondere dass wenigstens ein Teilkörper (19, 20) ein pulvermetallurgisch hergestelltes Bauteil, insbesondere ein Sinterbauteil, ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sinterbauteil eine Fügefläche (19a, 20a) aufweist, in die Vertiefungen (21, 22) durch einen Pressvorgang eingebracht sind.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorrad (11) Fluidverteilerräume (23, 24) aufweist, wobei sich die Fluidkanäle (17, 18) zwischen den Fluidverteilerräumen (23, 24) und zugeordneten Fluidkammern (15, 16) wenigstens teilweise vorzugsweise radial durch das Rotorrad (11) hindurch erstrecken.
Verfahren zur Herstellung einer Nockenwellenverstelleinrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem Statorrad (10) und einem mit dem Statorrad (10) zusammenwirkenden Rotorrad (11), wobei das Statorrad (10) um eine Rotationsachse (12) rotierend angetrieben ist und wobei das Rotorrad (11) mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbindbar ist, wobei das Statorrad (10) radial nach innen weisende Statorflügel (13) aufweist, zwischen denen sich am Rotorrad (11) angeordnete radial nach außen weisende Rotorflügel (14) erstrecken, sodass zwischen den Statorflügeln (13) und den Rotorflügeln (14) Fluidkammern (15, 16) gebildet sind, die durch Fluidkanäle (17, 18) mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, wobei das Rotorrad (11) aus einen ersten Teilkörper (19) mit einer ersten Fügefläche (19a) und einen zweiten Teilkörper (20) mit einer zweiten Fügefläche (20a) bereitgestellt wird, wobei in wenigstens einer der Fügeflächen (19a, 20a) Vertiefungen (21, 22) eingebracht sind, um die Fluidkanäle (17, 18) zumindest abschnittsweise zu bilden, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte umfasst: – Vorsehen wenigstens eines Dichtmittels (25, 26) in oder auf zumindest einer Fügefläche (19a, 20a), derart, dass die Fluidkanäle (17, 18) abgedichtet sind und dass eine definierte Anlage der aufeinander gebrachten Fügeflächen (19a, 20a) geschaffen ist und – Fügen der Teilkörper (19, 20) durch ein Aufeinanderbringen der Fügeflächen (19a, 20a).
Verfahren nach Anspruch 13 zur Herstellung einer Nockenwellenverstelleinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 12.