DE102012218405B4

DE102012218405B4 - Nockenwellenversteller mit rollierter Verbindung

Info

Publication number: DE102012218405B4
Application number: DE102012218405.8A
Authority: DE
Inventors: Ali BAYRAKDAR; Andreas SCHULTE
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: CN104704209B; US20150240672A1; US9581054B2; DE102012218405A1; CN104704209A; WO2014056489A1

Abstract

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) mit einem Stator (2) und einem dazu verdrehbar angeordneten Rotor (3), wobei der Stator (2) mit zumindest einem separaten Deckel (7) verbunden ist, der einen zwischen dem Rotor (3) und dem Stator (2) befindlichen Hohlraum (11) abdichtet, wobei im Bereich des Deckels (7) das Material des Stators (2) den Deckel (7) zumindest teilweise umgreifend, spanlos umgeformt ist, wobei zwischen dem Stator (2) und dem Deckel (7) eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung (12) vorhanden ist, wobei die Verbindung (12) einen Hinterschnitt ausbildet, in welchem der Deckel (7) abdichtend zurückgehalten ist

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einem Stator und einem dazu verdrehbar angeordneten Rotor, wobei der Stator mit zumindest einem separaten Deckel verbunden ist, der einen zwischen dem Rotor und dem Stator befindlichen Hohlraum abdichtet.
Nockenwellenversteller, insbesondere hydraulische Nockenwellenversteller sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt, etwa aus der US 6,276,321 B1 .
In modernen Verbrennungskraftmaschinen werden solche Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Zu diesem Zweck ist der Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann ein Zugmittel, wie einen Riemen- oder Kettentrieb aufweisen. Auch ein Zahnradtrieb lässt sich diesbezüglich einsetzen.
Details, wie Nockenwellen gegenüber einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine verändert werden, sind den Druckschriften DE 10 2010 012 482 A1 und DE 10 2011 003 556 A1 bspw. zu entnehmen. Eine Vorrichtung zum Steuern und/oder zum Beeinflussen von Ventilsteuerzeiten einer Verbrennungskraftmaschine ist auch aus der DE 10 2010 024 596 A1 und der DE 10 2009 037 976 A1 bekannt.
Die in diesen Druckschriften offenbarten Details sind Grundlage auch der hier vorgestellten Weiterentwicklung und werden nicht weiter diskutiert, sollen jedoch als integriert gelten.
Bisher wird der Hohlraum zwischen dem Rotor und dem Stator, der mit einem Hydraulikfluid, wie einer Flüssigkeit, nämlich Öl, zu befüllen ist, nach außen durch zumindest einen Deckel abgedichtet. Hierbei wird üblicherweise auf eine Verschraubung zurückgegriffen.
Eine solche Verschraubungslösung hat jedoch den Nachteil, dass viele Einzelteile eingesetzt werden. Dies gestaltet die Montage schwierig. Ferner ist nicht immer Leckage sicher auszuschließen. Auch das Gewicht einer solchen Verschraubungslösung ist relativ hoch, so dass schwere Nockenwellenversteller die Folge sind. Dies ist für den Verbrauch der Kraftfahrzeuge, die solche Nockenwellenversteller an Verbrennungskraftmaschinen einsetzen, von Nachteil. Auch ist die Präzision des Verstellwinkels zwischen dem Rotor und dem Stator in einigen Anwendungsfällen nicht ausreichend hoch. Ferner ist leider nicht in allen Anwendungsfällen eine Demontierbarkeit und/oder ein Missbrauch ausgeschlossen.
Die DE 103 58 888 A1 zeigt eine hydraulische Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle, welche einen Rotor und Stator umfasst. Eine Massereduzierung der Vorrichtung bei andererseits gleichzeitiger Minimierung der Leckage wird dadurch erreicht, dass der Stator, insbesondere seine Stegwände und seine inneren sowie äußeren, in Umfangsrichtung verlaufenden Wände, als spanlos hergestelltes Band- oder Blechteil ausgebildet ist.
Die DE 103 59 068 A1 zeigt eine hydraulische Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle mit einem Rotor und einem an zumindest einer Stirnseite mit einer Stirnwand versehenen Stator, wobei der Stator und die Stirnwand einteilig als ein Topf ausgebildet sind und der Topf als spanlos hergestelltes Blechteil ausgebildet ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen, auf Verschraubungen zu verzichten und trotzdem eine langlebige sowie dauerhaft gut funktionierende Montageuntergruppe zur Verfügung zu stellen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem gattungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller im Bereich des Deckels das Material des Stators, den Deckel zumindest teilweise umgreifend, spanlos umgeformt ist.
So ist es von Vorteil, wenn zwischen dem Stator und dem Deckel eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung vorhanden ist. Die Fertigung lässt sich dadurch vereinfachen und über eine lange Lebensdauer ein ausfallsicheres Kooperieren der Einzelteile sicherstellen.
Es ist auch zweckmäßig, wenn die Verbindung einen Hinterschnitt ausbildet, in welchem der Deckel abdichtend zurückgehalten ist. Auf diese Weise kann besonders hohen Drücken standgehalten werden.
Somit wird eine sichere Verbindung geschaffen, welche gegen höhere Druckbelastungen ausgelegt ist, bei trotzdem minimierten Kosten. Eine einfache Gestaltung des Nockenwellenverstellers wird dann genauso möglich, wie das Vorhalten eines höheren Verstellwinkels. Ein Missbrauch durch Ausschluss einer Demontierbarkeit ist sichergestellt. Die Leckage lässt sich ferner deutlich reduzieren. Eine externe Leckage ist sogar komplett ausgeschlossen. Es müssen weniger Einzelteile eingesetzt werden, insbesondere kann auf Schrauben und Muttern verzichtet werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
Als nahezu optimal hat sich herausgestellt, wenn der Deckel am Stator über eine Rollierung festgelegt ist.
Dabei ist es von Vorteil, wenn über den gesamten Umfang des Deckels, die Rollierung ausgebildet ist oder nur abschnittsweise ausgebildet ist. Wird über 360° ein Materialfließen bewirkt, so ist über den gesamten Umfang die Dichtung ausgebildet und besonders belastbar.
Wenn das Material des Stators in einen Leeraum hineingedrückt und/oder geflossen ist, wobei der Leerraum zwischen einer Fase, die auf der dem Hohlraum abgewandten Seite des Deckels befindlich ist und sich möglichst über den Umfang erstreckt, und dem Stator befindlich ist, so wird eine besonders effiziente Verbindung der beiden Bauteile sichergestellt. Zweckmäßig ist es dabei, wenn der Leerraum durch das Material des Stators vollständig ausgefüllt ist.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem axialen Ende des ein Hydraulikfluid, wie Öl, aufnehmenden Hohlraums, vorzugsweise am stirnseitigen Ende des Stators, der Deckel angebracht ist und das andere axiale Ende des Hohlraums über einen integralen Boden des dann topfartig ausgebildeten Stators befindlich ist. Ferner ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem ersten axialen Ende des Hohlraums, vorzugsweise an einem ersten stirnseitigen Ende des dann buchsen- oder hülsenartigen Stators, ein erster vom Stator separater Deckel befestigt ist und an einem zweiten axialen Ende des Hohlraums, vorzugsweise dem zweiten stirnseitigen Ende des Stators, ein zweiter Deckel befestigt ist. Beide Deckel können über Außenliegende Rollierungen mit dem Stator verbunden sein. Im ersten der besagten beiden Ausführungsbeispiele kann vermehrt auf Gleichteile zurückgegriffen werden, während im zweiten der besagten beiden Ausführungsbeispiele die Anzahl der Einzelteile reduziert werden kann.
Besonders wirkungsvoll ist es auch, wenn der Deckel als Dichtdeckel und/oder als ein eine Verriegelungskontur aufweisender Verriegelungsdeckel ausgebildet ist. Der Deckel kann dann nach dem Hineinlegen des Innenlebens des Verstellers mit dem Stator an einer vordefinierten Stelle, mit dem Stator formschlüssig über eine Rollierung verbunden werden, so dass um 360° ein Materialfließen über den Deckel hervorgerufen ist.
Es ist auch von Vorteil, wenn der erste Deckel als Dichtdeckel ausgebildet ist und der zweite Deckel, der vorzugsweise auf der Seite eines am Stator angreifenden Zahnrades befindlich ist, als ein den Hohlraum abdichtender Verriegelungsdeckel ausgebildet ist. Eine besonders sichere Verbindung mit guten Kräfteverteilungseigenschaften ist dann die Folge.
Es ist ferner von Vorteil, wenn der Stator und/oder der Deckel aus Metall, wie Sintermetall geformt ist, da dann eine besonders stabile Lösung erreichbar ist.
Wenn zuzüglich zur Rollierung Formschlusselemente, wie in Ausnehmungen eingreifende Vorsprünge wirken, so kann eine Verdrehsicherheit besonders wirkungsvoll erreicht werden und auch Mikrogleiten verhindert werden. Die Formschlusselemente können in Axialrichtung und/oder in Radialrichtung ausgerichtet sein, genauso wie zusätzliche Kraftschlusselemente. Solche Kraftschlusselemente können durch Aufrauhungen, Klebstoffeinbringungen oder Lotzugaben gebildet werden.
Die Erfindung wird auch nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der zwei Ausführungsbeispiele dargestellt werden. Es zeigen:
1 eine Längsschnittdarstellung durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers mit nur einem Deckel,
2 eine Vergrößerung des Verbindungsbereiches zwischen dem Deckel und dem Stator aus 1,
3 eine Ansicht von vorne auf den Nockenwellenversteller aus 1,
4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines hydraulischen Nockenwellenverstellers mit zwei Deckeln, die über je eine Rollierung mit dem Stator verbunden sind,
5 eine Vergrößerung des Verbindungsbereiches zwischen einem zahnradfernen Deckel mit dem Stator an dem Nockenwellenversteller aus 4, und
6 eine Ansicht von der Seite auf den hydraulischen Nockenwellenversteller aus 4.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt. Der hydraulische Nockenwellenversteller weist einen Stator 2 auf, der in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel topfförmig ausgebildet ist.
Im Inneren des Stators 2 ist ein Rotor 3 beherbergt. Der Rotor 3 ist relativ zum Stator 2 um eine gemeinsame Längsachse 4, die als Rotationsachse dient, rotierbar gelagert. Der Stator 2 weist einen Boden 5 und eine Längswand 6 auf, die sich um die Längsachse 4 komplett herum erstreckt und am Umfang geschlossen ist. Der Boden 5 ist ein integraler Bestandteil der Längswand 6. Auf der dem Boden 5 gegenüberliegenden Seite ist ein Deckel 7 angeordnet.
Auf der Seite des Bodens 5 ist auch ein integrales Zahnrad 8 am Stator 2 ausgebildet. Das Zahnrad 8 ist zum kraftübertragenden in Kontakt gelangen mit einem Zugmittel, wie einer Kette oder einem Riemen ausgelegt, um Kraft von einer Kurbelwelle an den Stator 2 zu übertragen.
Der Rotor 3 weist einen Einsatzbereich 9 zum Einsetzen eines Zentralventiles auf. Zwei der Fluidleitungen 10 sind in 1 im Schnitt zu erkennen, obwohl mehrere Fluidleitungen 10 eingesetzt sind. Unterschiedliche Zellen eines zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 befindlichen Hohlraums 11 lassen sich dann gezielt bzw. gerichtet mit dem Hydraulikfluid (Hydrauliköl) versorgen.
Auf der dem Boden 5 abgewandten Seite des Deckels 7, ist zwischen dem Stator 2 und dem Deckel 7 eine Verbindung 12 ausgeformt. Besonders gut ist diese Verbindung 12 in 2 zu erkennen. Die Verbindung 12 ist durch einen Wälz- bzw. Rolliervorgang erzeugt worden, bei dem Material des Stators 2 um eine Kante des Deckels 7 umgeformt/gedrängt wurde. Das Material fließt druckinduziert im entsprechenden spanlosen Umformgang hinter den Deckel 7.
In dem Leerraum zwischen einer Fase 13 und einer Innenwandung 14 des Stators 2 ist der Deckel 7 passend oder mit Übermaß eingesetzt. Der Deckel 7 agiert als Dichtdeckel/Dichtungsdeckel.
Das benachbart zum Deckel 7 angeordnete Material des Stators 2, insbesondere benachbart zur Fase 13 des Deckels 7 und am bodenfernen Ende des Stators 2 in der Längswand 6 des Stators 2 befindlich, ist über einen Rolliervorgang/einen Wälzvorgang/einen spanlosen Umformvorgang, in den besagten Leerraum zwischen dem Deckel 7 und dem Stator 2 gedrückt worden. Das Material des Stators 2 ist in diesen Leerraum hineingeflossen und füllt den Leerraum vollständig aus.
Das dem Boden 5 ferne Ende des Stators 2 ragt über den Deckel 7 (axial überstehend) hinaus. Es bildet sich dort eine Vertiefung 15 aus, die auch Nut oder Rille bezeichnet werden könnte.
In 3 ist der hydraulische Nockenwellenversteller 1 mit im Einsatzbereich 9 noch nicht eingesetztem Zentralventil dargestellt.
In den 4 bis 6 ist ein zu den 1 bis 3 dargestelltes abgewandeltes Ausführungsbeispiel wiedergegeben. Während der Stator 2 in dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel topfartig ausgebildet, ist der Stator 2 des zweiten Ausführungsbeispiels hülsen- oder buchsenartig ausgebildet. Er ist nach Art eines Hohlzylinders mit kreisrunder Innen- und Außenkontur ausgebildet, wobei an den Enden am Innenumfang umlaufende Nuten oder Rillen zum Aufnehmen der Deckel 7 vorgehalten sind.
Der Stator 2 weist somit keinen Boden 5 auf, sondern weist an dieser Stelle ebenfalls einen Deckel 7 auf, der jedoch als ein eine Verriegelungskontur aufweisender Verriegelungsdeckel dichtend in den Stator 2 eingesetzt ist. Wie auch auf Seiten des zahnradfernen (nur) dichtend wirkenden Deckels 7 (Dichtdeckel), liegt auch dieser zweite Deckel 7 (Verriegelungsdeckel) an einer durch die entsprechende Nut oder Rille gildeten Schulter 16 des Stators 2 an.
Genauso, wie der linke Deckel 7 über eine Rollierung am Stator 2 festgelegt ist, ist auch der rechte Deckel 7 am Stator 2 über eine Rollierung festgelegt. Die entsprechenden Rollierungen erstrecken sich über 360° um die Längsachse 4.
Bezugszeichenliste

1: hydraulischer Nockenwellenversteller
2: Stator
3: Rotor
4: Längsachse
5: Boden
6: Längswand
7: Deckel
8: Zahnrad
9: Einsatzbereich
10: Fluidleitung
11: Hohlraum
12: Verbindung
13: Fase
14: Innenwandung
15: Vertiefung
16: Schulter

Claims

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) mit einem Stator (2) und einem dazu verdrehbar angeordneten Rotor (3), wobei der Stator (2) mit zumindest einem separaten Deckel (7) verbunden ist, der einen zwischen dem Rotor (3) und dem Stator (2) befindlichen Hohlraum (11) abdichtet, wobei im Bereich des Deckels (7) das Material des Stators (2) den Deckel (7) zumindest teilweise umgreifend, spanlos umgeformt ist, wobei zwischen dem Stator (2) und dem Deckel (7) eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung (12) vorhanden ist, wobei die Verbindung (12) einen Hinterschnitt ausbildet, in welchem der Deckel (7) abdichtend zurückgehalten ist
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (7) am Stator (2) über eine Rollierung festgelegt ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Stators (2) in einen Leerraum zwischen einer Fase (13) und dem Stator (2) hineingedrückt und/oder geflossen ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem axialen Ende des ein Hydraulikfluid aufnehmenden Hohlraums (11), vorzugsweise einem stirnseitigen Ende des Stators (2), der Deckel (7) angebracht ist und das andere axiale Ende des Hohlraums (11) über einen integralen Boden (5) des topfartig ausgebildeten Stators (2) verschlossen ist, oder an zumindest einem ersten axialen Ende des Hohlraums (11) vorzugsweise einem ersten stirnseitigen Ende des buchsen- oder hülsenartigen Stators (2), ein erster vom Stator (2) separater Deckel (7) befestigt ist und an einem zweiten axialen Ende des Hohlraums (11), vorzugsweise an dem zweiten stirnseitigen Ende des Stators, ein zweiter Deckel befestigt ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (7) als Dichtdeckel und/oder als einer eine Verriegelungskontur aufweisender Verriegelungsdeckel ausgebildet ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Deckel (7) als Dichtdeckel ausgebildet ist und der zweite Deckel, der vorzugsweise auf der Seite eines am Stator angreifenden Zahnrades (8) befindlich ist, als den Hohlraum (11) abdichtender Verriegelungsdeckel ausgebildet ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) und/oder der Deckel (7) aus Metall, wie Sintermetall geformt ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zuzüglich zur Rollierung Formschlusselemente, wie in Ausnehmungen eingreifende Vorsprünge wirken.