-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für einen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps, mit einem Blechtopf, der mit einem zur Drehmomenteinleitung vorbereiteten Stirnverzahnungsbauteil drehfest verbunden ist. Sie betrifft des Weiteren einen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps mit einem Rotor, der drehbar in einem Stator gelagert ist. Sie betrifft schließlich ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Stators bzw. Nockenwellenverstellers.
-
Ein derartiger Stator und ein derartiger Nockenwellenversteller sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
DE 199 08 934 A1 bekannt. in dieser Schrift wird offenbart ein Drehflügelversteller zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit einem Stator, der von der Kurbelwelle vorzugsweise über ein Zugmittel und über ein Antriebsrad angetrieben ist, und mit einem durch Drucköl beaufschlagbaren Flügelrotor, der in drehfester Verbindung mit der Nockenwelle steht und Mittel zu einer lösbaren Drehfixierung desselben aufweist, wobei alle Bauteile des Drehflügelverstellers, die Druckölkontakt haben, in einem öldichten Gehäuse angeordnet sind. Das Antriebsrad kann durch über den Umfang des Drehflügelverstellers gleichmäßig verteilte, als Passschrauben ausgebildete Flanschschrauben mit Flanschen des Gehäuses verbindbar sein.
-
Die Hauptkomponenten bekannter Statoren bzw. Nockenwellenversteller, wie zum Beispiel ein Rotor, der Stator selbst und insbesondere das Antriebsrad, werden üblicherweise mittels Sintern oder spanender Verfahren hergestellt. Eine derartige Herstellung ist in der Regel kosten- und materialintensiv.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stator bzw. einen Nockenwellenversteller sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, wobei die vorgenannten Nachteile gemindert oder vermieden werden, insbesondere eine kostengünstige Herstellung möglich ist. Die Menge an eingesetztem Rohmaterial und Materialabfall soll verringert werden, ebenfalls Kosten für Werkzeuge und Einrichtungen zur Herstellung.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Nach der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Stator nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wobei das Stirnverzahnungsbauteil als ein eine Außenverzahnung aufweisendes Blechband ausgebildet ist. Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch einen Nockenwellenversteller nach dem Oberbegriff von Anspruch 8, wobei der Stator erfindungsgemäß ausgebildet ist, insbesondere nach einem der angehängten Ansprüche ausgebildet ist oder nach der Offenbarung der Beschreibung ausgebildet ist. Verfahrensseitig wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach einem der angehängten Ansprüche. Infolge der Erfindung ist eine aufwändige maschinelle Bearbeitung des die Außenverzahnung aufweisenden Stators oder ein kostenintensives Herstellen desselben durch Sinterverfahren nicht erforderlich.
-
Der Blechtopf des Stators kann spanlos gefertigt sein. Er kann ein kaltumgeformtes, insbesondere tiefgezogenes Blechbauteil oder Stahlblechbauteil sein. Seine Herstellung ist so in vorteilhafter Weise kostengünstig und für eine Massenproduktion gut geeignet.
-
Das Stirnverzahnungsbauteil ist ein ringförmiges Bauteil mit einer in radialer Richtung nach außen weisenden Außenverzahnung. Es ist durch das Blechband ausgebildet, das unabhängig von übrigen Komponenten des Stators, insbesondere unabhängig vom Blechtopf gefertigt sein und werden kann. Das Blechband weist an einer Seite eine Verzahnung auf, die die Außenverzahnung des Stirnverzahnungsbauteils bildet. Zum Ausbilden des Stirnverzahnungsbauteils ist bzw. wird das Blechband ringförmig geformt, so dass seine Verzahnung radial nach außen hin orientiert ist, und seine beiden Enden sind bzw. werden miteinander zusammengefügt. Ein erstes Ende des Blechbands und ein zweites Ende des Blechbands können mittels einer Schweißnaht, vorzugsweise einer Laserschweißnaht, miteinander verbunden sein. Laserstrahlschweißen ist aufgrund der dabei in die zu verschweißenden Komponenten eingebrachten Wärmemengen und der dadurch bedington geringen oder lokal beschränkten Werkstoffumwandlungen sowie aufgrund des geringen Verzugs das Schweißverfahren der Wahl, mit dem die beiden Enden des Blechbands zu dem Stirnverzahnungsbauteil gefügt werden können, ohne die bereits ausgebildete Verzahnung zu beeinträchtigen.
-
Das Blechband kann an einem ersten Ende ein männliches Formschlussteil und an dem zweiten Ende ein dazu passendes weibliches Formschlussteil aufweisen. Die beiden Formschlussteile greifen zum Ausbilden des ringförmigen Stirnverzahnungsbauteils ineinander ein. Sie können insbesondere nach Art einer Lasche, etwa schwalbenschwanzartig ausgeformt sein. Durch die ineinandergreifenden Formschlussteile kann das Stirnverzahnungsbauteil besonders maßgenau und stabil hergestellt werden.
-
Das Blechband kann spanlos, insbesondere kaltumformtechnisch, z. B. prägetechnisch oder tiefziehtechnisch, ausgebildet sein. Auf diese Weise kann ein kostengünstiges Ausgangsmaterial mit geringem Aufwand in einen Endform mit Außenverzahnung gebracht werden. Eine spanende Nachbearbeitung ist nicht oder in nur sehr geringem Maß notwendig.
-
Das Blechband kann kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem Blechtopf drehfest verbunden sein. Es kann insbesondere radial- und/oder axialfest mit dem Blechtopf verbunden sein. Dadurch ist eine zuverlässige Übertragung des Nockenwellendrehmoments gewährleistet.
-
Der Blechtopf kann zumindest eine axial vom Blechtopf abstehende, vorzugsweise integral verbundene, Drehmomentübertragungslasche aufweisen. Diese kann vom Blechband umgriffen sein, also radial innerhalb des Stirnverzahnungsbauteils angeordnet sein, oder das Blechband umgreifen, also radial außerhalb des Stirnverzahnungsbauteils angeordnet sein. Der Blechtopf kann insbesondere eine Mehrzahl an Drehmomentübertragungslaschen aufweisen. Diese sind vorzugsweise in umfänglicher Richtung gleichmäßig über den Umfang des Blechtopfs verteilt. Das Blechband ist einfach über den bzw. innerhalb der Drehmomentübertragungslaschen anzuordnen.
-
Das Blechband kann mit der Drehmomentübertragungslasche bzw. den Drehmomentübertragungslaschen verschweißt oder verlötet sein. Es ist vorteilhaft, wenn das Blechband mit der Drehmomentübertragungslasche mittels Laserstrahlschweißen verbunden ist, da so eine dauerhafte und stabile stoffschlüssige Verbindung von Blechtopf und Blechband ermöglicht wird, wobei nur eine geringe Wärmemenge in die zu verbindenden Bauteile eingebracht wird. Das Blechband kann mit dem Blechtopf verschweißt werden, ohne dass damit eine Beeinträchtigung der Außenverzahnung, z. B. aufgrund Versprödung durch zu hohen Wärmeeinfluss oder Verzug, verbunden ist.
-
Der Blechtopf kann in vorteilhafter Weise ein Gehäuse oder zumindest einen Teil eines Gehäuses eines Nockenwellenverstellers mit einem erfindungsgemäßen Stator ausbilden. Er kann einen im Wesentlichen ebenen Boden aufweisen, an dessen Umfang sich ein zylindrischer Flanschabschnitt anschließen kann. Der Blechtopf weist so eine hohe Stabilität in axialer und/oder radialer Richtung auf.
-
Der Stator kann zumindest ein weiteres Gehäuseteil aufweisen, das mit dem Blechtopf verbunden ist. Vorzugsweise sind der Blechtopf und das weitere Gehäuseteil bzw. die weiteren Gehäuseteile gegeneinander abgedichtet. Auf diese Weise kann das Gehäuse öldicht ausgebildet werden. Der Blechtopf kann mit dem weiteren Gehäuseteil mittels in umfänglicher Richtung gleichmäßig verteilten Schrauben verschraubt sein. Bei einem Nockenwellenversteller, bei dem der Blechtopf zumindest einen Teil eines Gehäuses, insbesondere eines öldichten Gehäuses, ausbildet, kann ein Rotor sowie ggf. vorhandene weitere Bauteile, die mit Öl in Kontakt sind, in diesem Gehäuse aufgenommen und gegenüber der Umgebung abgedichtet sein. Der Nockenwellenversteller bzw. dessen Stator eignet sich daher in vorteilhafter Weise für einen Antrieb mittels Zahnriemen.
-
Vorteilhaft ist, wenn der Blechtopf eine umlaufende Vertiefung oder Nut aufweiset. Diese kann der Aufnahme eines Dichtelements, z. B. eines Runddichtrings, darin dienen, das einfach und positionsgenau und -sicher in der Vertiefung vormontiert werden kann. Die Vertiefung bewirkt des Weiteren eine Erhöhung der Stabilität des Blechtopfs.
-
Mit der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Stators wie vorliegend offenbart, insbesondere nach einem der angehängten Ansprüche vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren kann in einer Ausführungsform ein Metalldraht, insbesondere ein Stahldraht, mittels Kaltumformen zu einem Blechband umgeformt werden. Dabei kann auf einer Seite des Blechbands eine Verzahnung ausgebildet werden. Diese kann die Außenverzahnung des fertigen Stirnverzahnungsbauteils ausbilden. Das Blechband kann zu einem ringförmigen Stirnverzahnungsbauteil mit Außenverzahnung umgeformt werden, indem ein erstes Ende des mit der Verzahnung versehenen Blechbands mit einem zweiten Ende des Blechbands zusammengefügt wird. Durch drehfestes Verbinden des derart erzeugten Stirnverzahnungsbauteils mit dem Blechtopf wird schließlich der Stator gebildet.
-
Bei dem Verfahren nach der Erfindung können das erste Ende und das zweite Ende des Blechbands insbesondere mittels Laserstrahlschweißen miteinander verbunden werden. Des Weiteren kann das Stirnverzahnungsbauteil mittels Laserstrahlschweißen mit dem Blechtopf verbunden werden. Ein Verschweißen mittels Laserstrahlschweißen ermöglicht in vorteilhafter Weise eine stabile, dauerhafte stoffschlüssige Verbindung der genannten Bauteile ohne Einbringung einer großen Wärmemenge mit den damit verbundenen Material- und Eigenschaftsänderungen.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine perspektivische schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Nockenwellenverstellers nach der Erfindung,
-
2 eine perspektivische schematische Ansicht des Nockenwellenverstellers der 1 aus einer anderen Blickrichtung,
-
3 den Nockenwellenversteller der 1 und 2 in einer Schnittansicht,
-
4 eine Vergrößerung eines Ausschnitts der 1,
-
5 Teile eines Stators nach der Erfindung in einer Explosionsansicht,
-
5 die Teile der 5 im zusammengebauten Zustand,
-
7 ein Blechband als Halbzeug zur Ausbildung eines Stirnverzahnungsbauteils für einen erfindungsgemäßen Stator und
-
8 eine schematische Darstellung der Herstellung des Blechbands der 7.
-
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Details der unterschiedlichen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden.
-
Die 1 bis 4 zeigen einen Nockenwellenversteller 2, der zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine dient. Mit Hilfe der Nockenwelle werden die Gaswechselventile der Brennkraftmaschine betätigt. Das Optimum von deren Steuerzeiten ändert sich mit der Motordrehzahl. Es verschiebt sich bei dem mit der Motordrehzahl. Es verschiebt sich bei dem Einlassventilen mi steigender Motordrehzahl nach spät, bei den Auslassventilen nach früh. Bei Motoren mit getrennten Nockenwellen für die Ein- und Auslassventile besteht die Möglichkeit, durch entsprechendes Verdrehen der Nockenwellen die gewünschte drehzahlabhängige Anpassung der Steuerzeiten auf einfache Weise zu verwirklichen. Diesem Zweck dient der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller 2.
-
Der Nockenwellenversteller 2 weist einen Stator 1 und einen Rotor 12 auf. Der Stator ist in 5 in mit seinen Hauptbestandteilen in einer Explosionsansicht und in 6 als montierte Einheit dargestellt. Er weist einen Blechtopf 3 und ein Stirnverzahnungsbauteil 4 auf.
-
Der Nockenwellenversteller 2 weist des Weiteren ein Gehäuseteil 13 auf, das mittels Verschraubungen 15 mit dem Blechtopf 3 verbunden ist. In dem aus dem Blechtopf 3 und dem Gehäuseteil 13 gebildeten Gehäuse 28 ist der Rotor 12, ein Abschnitt einer Welle 17 zum Antreiben einer Nockenwelle und ein Teil einer Zentralschraube 14 angeordnet. Die Zentralschraube ist auf der Seite des Blechtopfs 3 mit einer Abdeckkappe 16 abgedeckt und abgedichtet. Zu diesem Zweck greift die Abdeckkappe 16 in die zentrale Öffnung 19 des Blechtopfs 3 ein und ist gegenüber diesem mittels eines Dichtelements 36 abgedichtet, insbesondere drucköldicht abgedichtet. Die Welle 17 ist mittels der Zentralschraube 14 mit dem Blechtopf 3 verschraubt. Das Gehäuseteil 13 ist mittels eines Dichtelements 30 gegenüber dem Blechtopf 3 abgedichtet, insbesondere drucköldicht abgedichtet.
-
Bei dem Blechtopf 3, der am besten in der linken Abbildung der 5 zu erkennen ist, handelt es sich um ein Blechbauteil, das z. B. mittels Tiefziehen hergestellt ist. Er weist einen im Wesentlichen runden Bodenabschnitt 31 auf. In dessen Mitte ist eine zentrale Öffnung 19 ausgebildet. Diese ist von einer Vertiefung 32 umgeben, die einer Stabilisierung des Randes der Öffnung 19 dient. In radialer Richtung außerhalb sind vier Schraublöcher 20 in den Bodenabschnitt 31 eingebracht. Am äußeren Rand des Bodenabschnitts 31 ist eine umlaufende Vertiefung 29 ausgebildet, die einer Aufnahme des in 3 dargestellten Dichtelements 30 in Form eines O-Dichtrings zur Abdichtung zwischen dem Blechtopf und dem Gehäuseteil 13 dient.
-
Radial außen schließt sich ein zylindrischer Abschnitt 33 an den Bodenabschnitt 31 an. Dieser weist an seinem vom Bodenabschnitt abgewandten Ende eine Schulter 34 auf, die seiner Stabilisierung dient. Von der Schulter 34 aus erstrecken sich drei Drehmomentübertragungslaschen 11 in axialer Richtung.
-
Das Stirnverzahnungsbauteil 4 ist in 5 in der mittleren Abbildung einzeln gezeigt. Es ist aus einem Blechband gefertigt, dass mittels Kaltumformen aus einem Draht 24 hergestellt ist. Das Herstellungsverfahren wird später ausführlich dargelegt. Das Stirnverzahnungsbauteil 4 besitzt eine radial nach außen weisende Außenverzahnung 5, die zur Verbindung mit einem Antriebsmittel, z. B. einem Zahnriemen, ausgebildet ist und über die der Antrieb der Nockenwelle erfolgt.
-
Das Blechband 6, aus dem das Stirnverzahnungsbauteil 4 hergestellt wird, ist in 7 dargestellt. Es weist ein seinem ersten Ende 7 eine männliches Formschlussteil 8 und an seinem zweiten Ende 9 ein weibliches Formschlussteil 10 auf. Die Formschlussteile 8 und 10 sind nach Art einer Schwalbenschwanzverbindung ausgebildet, d. h. das erste Formschlussteil 7 kann in das zweite Formschlussteil 10 eingreifen und ist dann darin formschlüssig gehalten. Das Blechband 6 wird mittels Kaltumformen aus einem Draht 24 hergestellt. Dieser Vorgang ist schematisch in 8 gezeigt. Der Draht 24 wird zwischen einer Basis 23 und einer Matrize 22 kaltgeformt. Dabei wird er in Richtung des Vorschubs 27 zwischen der Basis und der Matrize 22 vorgeschoben und die Matrize 22 in Richtung des Pfeils 26 zugestellt. An der Unterseite der Matrize 22 ist diese mit einer zahnreihenförmigen Profilierung 35 versehen, die der Ausbildung der Außenverzahnung 5 durch Kaltumformen des Materials des Drahts 24 dient. Eine Breitenbeschränkung 25 bestimmt die Breite des durch den Kaltumformprozess erzeugten Blechbands 6. Nach der Kaltumformung besitzt das Blechband 6 die in 7 gezeigte Gestalt. Aus dieser wird das Blechband 6 abermals durch Kaltumformen zu einem Ring gebogen, wobei die Außenverzahnung 5 auf der Außenseite des Rings, also des Stirnverzahnungsbauteils 4 zu liegen kommt. Beim Formen des Rings werden die beiden Formschlussteile 8 und 10 miteinander in Eingriff gebracht, so dass die beiden Enden 7 und 9 des Blechbands 6 formschlüssig an- und zueinander gehaltert sind. Im Laufe der weiteren Fertigung wird das erste Ende 7 mit dem zweiten Ende 9 mittels Laserstrahlschweißen verschweißt, wobei eine Laserstrahlschweißnaht 21 entsteht, die in der mittleren Abbildung der 5 dargestellt ist.
-
Das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Stirnverzahnungsbauteil 4 wird an dem Blechtopf 3 angeordnet, indem es auf die Drehmomentübertragungslaschen 11 aufgeschoben wird. Um eine drehfeste Verbindung von Blechtopf 3 und Stirnverzahnungsbauteil 4 zu erzielen, werden diese Bauteile mittels Laserstrahlschweißen verschweißt. Dabei wird der Laserstrahl in radialer Richtung von innen nach außen auf die jeweiligen Randbereiche der Drehmomentübertragungslaschen 11 gerichtet, so dass deren Ränder mit dem Material des Stirnverzahnungsbauteils 4 verschweißen und Laserstrahlschweißnähte 18 ausgebildet werden.
-
Die weitere Fertigung des Nockenwellenverstellers 2 erfolgt, indem die aus dem Blechtopf mit dem daran angeschweißten Stirnverzahnungsbauteil 4 gebildete Einheit mit dem Rotor 12, der Welle 17 und der Zentralschraube 14 montiert und durch Verschrauben mit dem Gehäuseteil 13 öldicht in dem Gehäuse 28 aufgenommen wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Stator
- 2
- Nockenwellenversteller
- 3
- Blechtopf
- 4
- Stirnverzahnungsbauteil
- 5
- Außenverzahnung
- 6
- Blechband
- 7
- erstes Ende
- 8
- männliches Formschlussteil
- 9
- zweites Ende
- 10
- weibliches Formschlussteil
- 11
- Drehmomentübertragungslasche
- 12
- Rotor
- 13
- Gehäuseteil
- 14
- Zentralschraube
- 15
- Verschraubung
- 16
- Abdeckkappe
- 17
- Welle
- 18
- Laserschweißnaht
- 19
- zentrale Öffnung
- 20
- Schraublöcher
- 21
- Verbindungsnaht (Laserschweißnaht)
- 22
- Matrize
- 23
- Basis
- 24
- Draht
- 25
- Breitenbeschränkung
- 26
- Zustellung Matrize
- 27
- Vorschubrichtung Draht
- 28
- Gehäuse
- 29
- umlaufende Vertiefung
- 30
- Dichtelement
- 31
- Bodenabschnitt
- 32
- Vertiefung
- 33
- zylindrischer Abschnitt
- 34
- Schulter
- 35
- Profilierung
- 36
- Dichtelement
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
