DE102013226445B4 - Nockenwellenzentrierung im geteilten Rotor eines hydraulischen Nockenwellenverstellers und zugehöriges Herstellungsverfahren - Google Patents

Nockenwellenzentrierung im geteilten Rotor eines hydraulischen Nockenwellenverstellers und zugehöriges Herstellungsverfahren Download PDF

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Abstract

Nockenwellenversteller (1) für eine Verbrennungskraftmaschine nach dem Flügelzellentyp, mit einem Stator (2) und einem relativ zu dem Stator (2) verdrehbaren, aus mehreren miteinander verbundenen Rotorteilen (4, 5, 6) bestehenden Rotor (3), wobei der Rotor (3) drehfest mit einer Nockenwelle (7) der Verbrennungskraftmaschine verbindbar ist und ein erstes Rotorteil (4) derart ausgestaltet ist, dass die Nockenwelle (7) in einem Betriebszustand unter Anlage an dem ersten Rotorteil (4) abgestützt ist, wobei das erste Rotorteil (4) mittels eines Sinterprozesses hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine die Nockenwelle (7) abstützende erste Abstützfläche (9) des ersten Rotorteils (4) mittels eines spanlosen Bearbeitungsvorgangs geometrisch eingestellt ist, wobei die zumindest eine erste Abstützfläche (9) mittels eines Kalibrierschrittes des Sinterprozesses oder eines Stanzprozesses geometrisch eingestellt ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen (hydraulischen) Nockenwellenversteller für eine Verbrennungskraftmaschine, wie einem Otto- oder einem Dieselmotor eines Kraftfahrzeuges, wie einem Pkw, Lkw, Bus oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug. Der Nockenwellenversteller ist nach dem Flügelzellentyp ausgeführt und weist demnach einen Stator sowie einen relativ zu dem Stator verdrehbaren, aus mehreren miteinander verbundenen Rotorteilen bestehenden Rotor auf, wobei der Rotor drehfest mit einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine verbindbar ist und ein erstes Rotorteil derart ausgestaltet ist, dass die Nockenwelle in einem Betriebszustand unter Anlage an dem ersten Rotorteil abgestützt ist und das erste Rotorbauteil mittels eines Sinterprozesses hergestellt ist. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen solchen Nockenwellenversteller.
  • Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Ausführungen von Nockenwellenverstellern und in diesen eingesetzten Rotoren bekannt. Beispielsweise offenbart die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009 053 600 A1 einen Rotor, insbesondere für einen Nockenwellenversteller, umfassend einen Rotorgrundkörper, der ein Nabenteil mit einer zentralen Ölzuführung, zumindest einen am Nabenteil radial angeordneten Flügel sowie durch das Nabenteil beidseitig eines jeden Flügels verlaufende, mit der zentralen Ölzuführung strömungstechnisch verbundene Ölkanäle aufweist, wobei der Rotorgrundkörper entlang einer Teilungsebene geteilt ist und zwei Grundkörperteile aufweist.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009 031 934 A1 offenbart weiterhin einen Nockenwellenversteller mit einem Stator und einem im Stator angeordneten Rotor, welcher Flügel aufweist, die jeweils in einer zwischen Stator und Rotor gebildeten Kammer angeordnet sind. Die Flügel teilen ihre jeweilige Kammer in zwei Teilkammern auf, wobei jeder Teilkammer über Ölkanäle Drucköl zuführbar und aus jeder Teilkammer Drucköl abführbar ist, so dass durch das Drucköl ein Drehmoment auf den Rotor ausübbar ist, wodurch der Rotor drehbar und damit eine Nockenwellenverstellung einstellbar ist. Der Rotor ist dabei aus einem metallischen Grundgerüst aufgebaut, welches axial benachbart eine Verkleidung aus Kunststoff aufweist, in der mindestens einer der Ölkanäle gebildet ist.
  • In der WO 2010/ 128 976 A1 ist ein Zusammenbau aus mehreren Komponenten offenbart umfassend einen ersten Pulvermetallkomponenten, der mit einem zweiten Pulvermetallkomponenten verbunden ist, wobei jeder der Pulvermetallkomponenten eine Wirkungsoberflächenstruktur an einer Verbindungsstelle zwischen den Komponenten aufweist, die miteinander zusammen wirken. Zumindest einer der beiden Pulvermetallkomponenten umfasst zumindest eine Oberfläche, die bearbeitet ist, bevor die beiden Komponenten zusammengefügt werden, wobei die beiden Komponenten mittels eines Adhäsionsmittels zusammengefügt sind.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2011 117 856 A1 offenbart weiterhin mehrteilige, gefügte Rotoren in hydraulischen Nockenwellenverstellern mit Fügedichtprofilen sowie diesbezügliche Verfahren zur Herstellung der Rotoren.
  • Weiterhin offenbart die WO 2009/ 152 987 A1 einen hydraulischen Nockenwellenversteller für eine Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem mittels einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine antreibbaren Außenkörper, der zumindest eine Hydraulikkammer aufweist, und einem innenliegenden zum Außenkörper angeordneten Innenkörper, der mit der Nockenwelle fest verbindbar ist und mindestens einen Schwenkflügel aufweist, der sich in radialer Richtung in die Hydraulikkammer erstreckt. Der Innenkörper ist dabei weiter zumindest aus einem ersten und einem zweiten Element zusammengefügt, wobei die beiden Elemente an einander zugewandten Stirnseiten jeweils mindestens eine Geometrie aufweisen, die zusammen mit dem jeweils anderen Element die Ölzulauf- und Ölablaufleitung des Innenteils bildet.
  • Die DE 10 2008 028 640 A1 , eine weitere deutsche Offenlegungsschrift, offenbart wiederum einen hydraulischen Nockenwellenversteller, der gemäß der in der WO 2009/ 152 987 A1 beschriebenen Nockenwellenverstellmechanik funktioniert und aufgebaut ist.
  • Die EP 1 731 722 A1 offenbart weiterhin einen Nockenwellenversteller mit Schwenkmotorrotor mit verringerter Leckage, wobei der Rotor als Verbundsystem aus wenigstens zwei Komponenten geschaffen ist und wobei eine der Komponenten eine Abdeckung ist.
  • Ferner ist aus dem Stand der Technik ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Nockens, siehe DE 600 17 658 T2 , bekannt.
  • Die DE 10 2010 024 198 A1 offenbart eine Reibscheibe und ein Nockenwellenverstellsystem.
  • Bei diesen bekannten Nockenwellenverstellern ist es jedoch so, dass die verbauten Rotoren im Abstützbereich (an der Abstützfläche) stets eine mechanische Nacharbeit erfordern, um die mit der Nockenwelle im Betriebszustand in Verbindung stehende Abstützfläche auf die gewünschten Abmaße / die gewünschte Geometrie (mit möglichst geringen Toleranzen) einzustellen. Zum einen ist der für die Nockenwellenzentrierung vorgesehene Abschnitt im Rotor, der Freistich im Rotor für die Nockenwellenkante sowie der Freistich im Rotor für die Fixierung einer entsprechenden Diamantscheibe mechanisch nachzubearbeiten. Dies führt wiederum dazu, dass der Herstellprozess relativ aufwändig ist, wodurch wiederum die Herstellkosten ansteigen.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und einen Rotor des Nockenwellenverstellers in möglichst wenig Bearbeitungsschritten mit den gewünschten geometrischen und stofflichen Eigenschaften herzustellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest eine die Nockenwelle abstützende, erste Abstützfläche des ersten Rotorteils mittels eines spanlosen Bearbeitungsvorgangs geometrisch eingestellt / ausgeformt / kalibriert / justiert ist, wobei die zumindest eine Abstützfläche mittels eines Kalibrierschrittes des Sinterprozesses, mit dem auch das erste Rotorteil hergestellt ist, oder eines Stanzprozesses geometrisch eingestellt ist. Mittels eines solchen Kalibrierschrittes wird der erste Rotorteil im Bereich der Abstützfläche, d.h. oberflächlich / oberflächennah verdichtet. Unter einem Kalibrieren / Kalibrierschritt (oder einem geometrisch Einstellen) der Sinterteile ist ein lokales Nachverdichten von gesinterten sinterporigen Oberflächen zu verstehen, mit dem Ziel, einen Ausgleich der Verzüge im Sinterprozess zu schaffen und die Maßgenauigkeit und auch die Oberflächendichte, Oberflächenhärte, Oberflächenqualität der relevanten Funktionsflächen (Abstützfläche) oder Funktionselementen sowie die Festigkeit des Bauteils zu erhöhen. Das gesinterte (erste Rotorteil) wird dabei in einem, einem Presswerkzeug ähnlichen Kalibrierwerkzeug nachverdichtet. Das Pressaufmaß bei Wanddicken von ca. 3 mm beträgt meist mehrere Zehntel von Millimeter (ca. 0,1-0,3 mm), also das lokale Überpressen der Sinterflächen im Kalibrierschritt kann bis max. 12% der Wanddicke betragen. Je nach Dichte und Werkstoff der Rotorteile können hierdurch Verbesserungen der Maßgenauigkeit um ca. zwei Toleranzklassen erzielt werden (z.B. von ISO/IT 8-9 auf ISO/IT 6-7 für Sint-D11 nach DIN 30910-4). Die Nachverdichtung im Kalibrierschritt kann je nach Porendichte und Porengröße im Ausgangsmaterial, nach dem Verdichtungsverfahren (Umformen im Presswerkzeug oder Rollieren) und nach dem Umformgrad bis max. 100% der möglichen Raumfüllung gesteigert werden. Dadurch werden die kalibrierte Flächen nahezu porenfrei und die Materialdichte im Oberflächenbereich nahezu vergleichbar mit der Dichte des festen Grundmaterials (z.B. bei Stahl mit ca. 7,8 g/cm3).
  • Es findet daher in dem Kalibrierschritt keine Verdichtung des gesamten herzustellenden Teils / Rotorteils, wie im üblichen Sintervorgang, statt, sondern lediglich an der Oberfläche. Dadurch wird an der Oberfläche / der Abstützfläche das Material verdichtet, um dort eine Eliminierung der Porosität um bis zu 100 % zu erreichen. Die Abmaßtoleranzen fallen dabei deutlich unter 2 %. Durch die Kalibrierung in dem Sinterprozess selbst oder in einem separaten Stanzprozess werden der Herstellaufwand sowie die Herstellkosten weiter reduziert.
  • Dadurch ist insbesondere das bzgl. der Maßtoleranzen kritischste Bauteil des Rotors durch einen Sinterprozess / ein Sinterverfahren fast vollständig herstellbar. Die Justierung / Einstellung / Ausformung / Kalibrierung der geometrischen Abmaße der Abstützfläche wird dabei mittels eines spanlosen Bearbeitungsvorgangs vorgenommen. Dadurch werden insbesondere kostenintensive spanende Bearbeitungsschritte mittels rasch verschleißender Werkzeuge vermieden, wodurch der Rotor wesentlich kostengünstiger herstellbar ist. Die mechanische Nachbearbeitung kann entfallen.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind nun in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
  • So ist es von Vorteil, wenn die zumindest eine erste Abstützfläche eine die Nockenwelle in radialer Richtung abstützende Innenumfangsfläche des ersten Rotorteils ist / ausbildet, wobei vorzugsweise der Durchmesser der Innenumfangsfläche des ersten Rotorteils geometrisch eingestellt / ausgeformt / kalibriert ist. Dadurch ist eine exakte radiale Positionierung des Rotors relativ zur Nockenwelle möglich.
  • Sind die mehreren Rotorteile des Rotors weiterhin in axialer Richtung oder in radialer Richtung zueinander geschachtelt angeordnet, ist eine besonders platzsparende Ausgestaltung des Rotors denkbar.
  • Zweckmäßig ist es zudem, wenn der Rotor ein zweites, die Nockenwelle in axialer Richtung abstützendes Rotorteil aufweist, wobei das erste Rotorteil mit dem zweiten Rotorteil drehfest verbunden ist. Dadurch ist sowohl eine radiale als auch eine axiale Positionierung des Rotors relativ zur Nockenwelle, etwa zur Stirnseite der Nockenwelle, möglich.
  • In diesem Zusammenhang ist es weiterhin auch von Vorteil, wenn das zweite Rotorteil ebenfalls mittels eines Sinterprozesses hergestellt ist, wobei zumindest eine zweite Abstützfläche des zweiten Rotorteils mittels eines Kalibrierschrittes in diesem Sinterprozess oder in einem Stanzprozess geometrisch eingestellt / ausgeformt / kalibriert ist. Dadurch ist auch das andere, zweite Rotorteil besonders genau geometrisch ausgestaltbar / herstellbar.
  • Auch ist es besonders von Vorteil, wenn das zweite Rotorteil in seiner Breite und / oder Ebenheit geometrisch eingestellt / kalibriert / ausgeformt ist. Denn dann ist die der Nockenwelle zugewandte, zweite Abstützfläche sowie die dieser zweiten Abstützfläche abgewandte Seitenfläche des zweiten Rotorteils besonders genau einstellbar.
  • Weiterhin ist es auch von Vorteil, wenn eine Diamantscheibe zur Erhöhung der Reibungskraft zwischen dem ersten Rotorteil und der Nockenwelle und / oder zwischen dem ersten und dem zweiten Rotorteil, an der zumindest einen ersten Abstützfläche und / oder der zumindest einen zweiten Abstützfläche aufgenommen ist. Dadurch kann die Anlagekraft zwischen Rotor und Nockenwelle im Betrieb weiter erhöht werden.
  • In diesem Zusammenhang ist es besonders von Vorteil, wenn die Diamantscheibe in einer Aussparung im ersten Rotorteil und / oder (einer Aussparung) im zweiten Rotorteil eingesetzt ist. Dadurch ist die Diamantscheibe besonders platzsparend integrierbar, wobei insbesondere die axialen Abmaße unverändert bleiben.
  • Diese Aussparung kann dabei vorteilhafterweise mittels eines Kalibrierschrittes des Sinterprozesses oder eines Stanzprozesses geometrisch ausgeformt werden, indem das jeweilige Rotorteil nur im Bereich dieser Aussparung an der Oberfläche verdichtet wird und sich dadurch eine geometrische Aussparung bildet. Dadurch ist es möglich, besonders exakte Abmaße der Aussparung zu gewährleisten und dadurch insbesondere dünne Diamantscheiben zu verbauen.
  • Weiterhin umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen Nockenwellenversteller nach einer der oben genannten Ausführungsformen, wobei das Verfahren (zumindest) folgende Schritte umfasst:
    1. a) Sintern eines ersten Rotorteils sowie
    2. b) Kalibrieren zumindest einer ersten Abstützfläche des ersten Rotorteils, die zur Abstützung einer Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, wobei die zumindest eine erste Abstützfläche durch eine spanlose Bearbeitung (in dem Kalibrierschritt) geometrisch eingestellt wird.
  • Dadurch ist auch ein Verfahren / Herstellverfahren besonders effizient ausgestaltbar. Von Vorteil ist es in diesem Zusammenhang wiederum besonders, wenn der spanlose Bearbeitungsschritt / Kalibrierschritt ein Stanzen oder einen Sintervorgang umfasst, wodurch das erste Rotorteil an der Oberfläche komprimiert / verdichtet wird. Üblicherweise beträgt die Verdichtung beim Sintern zum Erlangen des Grünlings ca. 90 %. Im Ofen wird dann nachverdichtet, wodurch schließlich eine Verdichtung von ca. 98 % erzielt wird, wobei über eine Toleranz von ca. 2 % bei einer Dichte von etwa 6,8 bis 7,1 g/cm3 / etwa 7 g/cm3 erzielt wird. Daran schließt dann der Kalibrierschritt an, indem die Oberfläche des ersten Rotorteils, hier im Bereich der ersten Abstützfläche, verdichtet wird. Dadurch wird ein oberflächendichteres Material erzeugt, wo eine fast 100 %-ige Porositätselimination möglich ist. Sowohl die lokale Härte an dieser Abstützfläche als auch die geometrischen Abmaße werden dadurch wesentlich verbessert.
  • Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von mehreren Ausführungsformen in Figuren erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers nach einer ersten Ausführungsform, wobei der Nockenwellenversteller im montierten Zustand an der Nockenwelle, von einer im Betriebszustand der Nockenwelle abgewandten Seite dargestellt ist,
    • 2 einen Längsschnitt entlang der in 1 mit II-II gekennzeichneten Schnittlinie, die durch die Drehachse des Nockenwellenverstellers / der Nockenwelle verläuft,
    • 3 eine isometrische Darstellung eines in dem Nockenwellenversteller nach den 1 und 2 eingesetzten, mehrteiligen Rotor, wobei der Rotor nach der Sandwich-Bauweise (mehrere axial geschachtelt angeordnete Rotorteile) ausgestaltet ist,
    • 4 eine isometrische Darstellung des mehrteiligen Rotors nach 3, wobei der Rotor geschnitten / halbiert ist und in der dargestellten Teilungsebene insbesondere die Anlage der verschiedenen Rotorteile aneinander veranschaulicht ist,
    • 5 eine isometrische Explosionsdarstellung des in 3 dargestellten mehrteiligen Rotors, wobei insbesondere die Ausgestaltung der in den jeweiligen Rotorteilen eingebrachten Ölkanäle zu erkennen ist,
    • 6 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller nach einer weiteren zweiten Ausführungsform, wobei der Nockenwellenversteller im montierten Zustand an der Nockenwelle dargestellt ist und entlang einer Ebene geschnitten ist, in der auch die Drehachse des Nockenwellenverstellers / der Nockenwelle verläuft,
    • 7 eine Detailansicht des in 6 mit VII gekennzeichneten Bereichs, wobei insbesondere die Anordnung einer die Anlagekraft zwischen einer Nockenwelle und den Rotorbauteilen verstärkenden Diamantscheibe zu erkennen ist,
    • 8 eine isometrische Darstellung eines geteilten / halbierten Rotors, wie er in dem Nockenwellenversteller nach der Ausführungsform aus 6 eingesetzt ist, wobei in der dargestellten Teilungsebene wiederum der Aufbau des sandwichartig geschachtelten Rotors erkennbar ist,
    • 9 eine isometrische Explosionsdarstellung des Rotors, wie er in der Ausführungsform des Nockenwellenverstellers nach 6 eingesetzt ist, wobei insbesondere die Positionierung der Diamantscheibe zwischen einem ersten und einem zweiten Rotorteil veranschaulicht ist,
    • 10 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller gemäß einer weiteren, dritten Ausführungsform, wobei der Nockenwellenversteller entlang einer Ebene geschnitten ist, in der auch die Drehachse der Nockenwelle / des Nockenwellenverstellers verläuft, und wiederum bereits an einer Nockenwelle montiert ist, wobei der Rotor eine radiale Schachtelung / nach einem Zwiebelschalenprinzip aufgebaut ist,
    • 11 eine isometrische Darstellung eines in der Ausführungsform nach 10 eingebauten, radial geschachtelten Rotors,
    • 12 eine isometrische Ansicht eines geteilten / halbierten Rotors nach 11, wobei in der dargestellten Teilungsebene wiederum die Anordnung der verschiedenen Rotorteile zueinander zu erkennen ist, und
    • 13 eine isometrische Explosionsdarstellung des Rotors nach den 11 und 12, wobei hier insbesondere die Ausgestaltung der verschiedenen Rotorteile verdeutlicht ist.
  • Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die verschiedenen Ausführungsformen, wie sie in Zusammenhang mit den 1 bis 13 verdeutlicht sind, stellen stets einen erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller 1 für eine Verbrennungskraftmaschine (Otto- oder Dieselmotor) eines Kraftfahrzeuges, etwa eines Pkws, Lkws, Busses oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges, dar, wobei der Nockenwellenversteller 1 nach dem Flügelzellentyp / nach der Flügelzellenbauweise ausgestaltet ist. Der Nockenwellenversteller 1 weist entsprechend dieser Flügelzellenbauweise einen Stator 2 sowie einen relativ zum Stator 2 verdrehbaren, aus mehreren miteinander verbundenen Rotorteilen 4, 5 und 6 bestehenden Rotor 3 auf. Der Rotor 3 ist dabei innerhalb des Stators 2 verdrehbar gelagert. In einem Betriebszustand, wie er auch in 2 dargestellt ist, ist der Rotor 3 (drehfest) mit einer Nockenwelle 7 der Verbrennungskraftmaschine verbunden. Zu diesem Zwecke dient ein zentral in den Rotor 3 / durch den Rotor 3 hindurch ragendes Befestigungsmittel 8, das einerseits fest an einem der Rotorteile 4 bis 6 anliegt, andererseits fest mit der Nockenwelle 7 verbunden ist.
  • Das Befestigungsmittel 8 ist hierbei als Zentralventil / Zentralventilschraube ausgestaltet, die neben der Befestigung des Rotors 3 an einem Endbereich der Nockenwelle 7 auch ausgestaltet ist um ein die Verstellung des Nockenwellenverstellers 1 hervorrufende Zuführung eines Druckfluids in den Nockenwellenversteller 1 ein- und abzuleiten. Der Stator 2 wiederum ist vorzugsweise mittels eines Zugmitteltriebes, nämlich einem Kettentrieb, alternativ dazu auch mittels eines Riementriebes drehfest mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt. In Abhängigkeit der Verdrehposition zwischen Stator 2 und Rotor 3 kann somit eine Verstellung der Ventilöffnungszeiten der Verbrennungskraftmaschine erzielt werden. Weiterhin ist zumindest ein erstes Rotorteil 4 des Rotors 3 derart ausgestaltet, dass es in dem Betriebszustand die Nockenwelle 7 in radialer Richtung abstützt.
  • Das erste Rotorteil 4 ist mittels eines Sinterprozesses hergestellt, wobei weiterhin zumindest eine die Nockenwelle 7 (in radialer oder in axialer Richtung) abstützende erste Abstützfläche 9 des ersten Rotorteils 4 mittels eines spanlosen Bearbeitungsvorgangs geometrisch eingestellt / kalibriert ist.
  • Wie weiterhin in den 3 und 4 gut zu erkennen ist, ist der Rotor dreiteilig ausgestaltet, wobei diese drei Rotorteile 4 bis 6, nachfolgend als erstes Rotorteil 4, zweites Rotorteil 5 und drittes Rotorteil 6 bezeichnet, in axialer Richtung nebeneinander (geschachtelt) angeordnet sind. Der Rotor 3 weist somit eine axiale Schachtelung auf.
  • Der Rotor 3 bildet entsprechend der Flügelzellenbauweise mehrere Flügel 10 zur Ausbildung von Flügelzellen aus. Diese Flügel 10 stehen in radialer Richtung nach außen von einer Außenumfangsfläche des Rotors 3 ab und ragen in den Stator 2 hinein. Jeder Flügel 10 ragt dabei in eine eigene, im Stator 2 gebildete Kammer / Arbeitskammer hinein, wobei jede der Kammern mittels sich in Richtung des Rotors 3 erstreckenden Vorsprüngen am Stator 2 gebildet sind. Dadurch unterteilen die Flügel 10 die Kammern des Stators 2 wiederum in zwei Teilarbeitskammern, die wechselweise mit einem Druckfluid befüllbar und mit Druck beaufschlagbar sind, um die Drehlage des Rotors 3 relativ zum Stator 2 einzustellen.
  • In der ersten Ausführungsform, wie sie besonders gut in 2 dargestellt ist, ist die erste Abstützfläche 9 als Innenumfangsfläche des im Wesentlichen scheibenförmigen ersten Rotorteils 4 ausgebildet. Die geometrische Einstellung erfolgt hierbei über eine Kalibrierung / einen Kalibrierschritt. Dieser Kalibrierschritt kann unmittelbar Teil des Sinterprozesses sein, der das erste Rotorteil 4 herstellt, oder alternativ dazu auch als ein Stanzprozess ausgeführt sein.
  • Unter dem Kalibrierschritt (oder einem geometrisch Einstellen) ist ein lokales Nachverdichten von gesinterten sinterporigen Oberflächen zu verstehen, mit dem Ziel, einen Ausgleich der Verzüge im Sinterprozess zu schaffen und die Maßgenauigkeit und auch die Oberflächendichte, Oberflächenhärte, Oberflächenqualität der relevanten Funktionsflächen (Abstützfläche) oder Funktionselementen sowie die Festigkeit des Bauteils zu erhöhen. Das gesinterte (erste Rotorteil 4) wird dabei in einem, einem Presswerkzeug ähnlichen Kalibrierwerkzeug nachverdichtet. Das Pressaufmaß bei Wanddicken von ca. 3 mm beträgt meist mehrere Zehntel von Millimeter (ca. 0,1-0,3 mm), also das lokale Überpressen der Sinterflächen im Kalibrierschritt kann bis max. 12% der Wanddicke betragen. Je nach Dichte und Werkstoff der Rotorteile können hierdurch Verbesserungen der Maßgenauigkeit um ca. zwei Toleranzklassen erzielt werden (z.B. von ISO/IT 8-9 auf ISO/IT 6-7 für Sint-D11 nach DIN 30910-4). Die Nachverdichtung im Kalibrierschritt kann je nach Porendichte und Porengröße im Ausgangsmaterial, nach dem Verdichtungsverfahren (Umformen im Presswerkzeug oder Rollieren) und nach dem Umformgrad bis max. 100% der möglichen Raumfüllung gesteigert werden. Dadurch werden die kalibrierte Flächen nahezu porenfrei und die Materialdichte im Oberflächenbereich nahezu vergleichbar mit der Dichte des festen Grundmaterials (z.B. bei Stahl mit ca. 7,8 g/cm3).
  • Somit wird durch die Kalibrierung eine Verdichtung der Oberfläche im Bereich der ersten Abstützfläche 9 erzielt, wodurch sich die Porosität in der Oberflächenschicht an der ersten Abstützfläche 9 deutlich verringert (nahezu 0 % Porosität). Dadurch ist es möglich zunächst das erste Rotorteil 4 mittels eines Sinterprozesses herzustellen (Herstellung des Grünlings). Eine anschließende Verdichtung von ca. 98 % bei einer Dichte von 6,8 bis 7,1 g/cm3 / etwa 7 g/cm3, ermöglicht über den Kalibrierschritt das erste Rotorteil 4 auf die gewünschten Abmaße geometrisch einzustellen. Das erste Rotorteil 4 wird somit an seiner Innenumfangsfläche geometrisch eingestellt / kalibriert (insbesondere der Durchmesser der Innenumfangsfläche wird dabei geometrisch eingestellt).
  • An das erste Rotorteil 4 liegt ein zweites Rotorteil 5 an, welches im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet ist. Das zweite Rotorteil 5 schließt in axialer Richtung an das erste Rotorteil 4 an und ist drehfest mit diesem verbunden ist. Das zweite Rotorteil 5 bildet eine zweite Abstützfläche 11 für die axiale Abstützung der Nockenwelle 7 aus, wohingegen die erste Abstützfläche 9 die Nockenwelle 7 in radialer Richtung abstützt. Auch diese zweite Abstützfläche 11 ist, wie die erste Abstützfläche 9, mittels eines Kalibrierschrittes geometrisch eingestellt. Die geometrische Einstellung des zweiten Rotorteils 5 erfolgt wiederum in gleicher Weise wie durch den zuvor beschriebenen Kalibrierschritt am ersten Rotorteil 4. Auch das zweite Rotorteil 5 ist sintertechnisch hergestellt / gesintert. Der Kalibrierschritt ist wiederum unmittelbarer Bestandteil des Sinterprozesses, kann alternativ dazu jedoch auch als Stanzprozess durchgeführt sein. Eine Kalibrierung der als axiale Stirnseite / Stirnfläche ausgebildeten zweiten Abstützfläche 11 des zweiten Rotorteils 5 führt somit gleichzeitig zu einer Kalibrierung des zweiten Rotorteils 5 in seiner Breite. Gleichzeitig wird durch den Kalibrierprozess auch die Ebenheit der entlang des Umfangs verlaufenden zweiten Abstützfläche 11 eingestellt.
  • An einer dem ersten Rotorteil 4 abgewandten Seite ist wiederum ein drittes Rotorteil 6 mit dem zweiten Rotorteil 5 drehfest verbunden. Das dritte Rotorteil 6 liegt in axialer Richtung an dem zweiten Rotorteil 5 an, wodurch die axiale Schachtelung des Rotors 3 ermöglicht ist. Wie in den 3 und 4 gut zu erkennen ist, sind die (vier) Flügel 10 des Rotors 3 jeweils durch Teilflügel der jeweiligen Rotorteile 4 bis 6 ausgebildet.
  • Wie weiterhin im Zusammenhang mit der 5 gut zu erkennen ist, sind in dem Rotor 3 weiterhin mehrere als Ölkanäle ausgeführte Fluidleitkanäle 12 eingebracht, die im Betriebszustand Druckfluid, etwa Öl, in radialer Richtung von dem zentralen Befestigungsmittel 8 in die jeweiligen Teilarbeitskammern (zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 2) sowie aus diesen heraus leiten.
  • Im Zusammenhang mit 6 ist eine weitere Ausführungsform des Nockenwellenverstellers 1 dargestellt, welcher Nockenwellenversteller 1 im Prinzip wie der Nockenwellenversteller 1 nach den 1 bis 5 ausgestaltet ist und insbesondere auch der Rotor 3 gemäß der ersten Ausführungsform ausgestaltet und hergestellt ist. Als wesentlicher Unterschied ist in dieser zweiten Ausführungsform eine die Anlage zwischen der Nockenwelle 7 und dem zweiten Rotorteil 5 verstärkende Diamantscheibe 13 vorhanden.
  • Diese Diamantscheibe 13 weist an ihren axialen Stirnflächen jeweils eine harte Diamantschicht auf, die sich in die Stirnseite der Nockenwelle 7 sowie in die zweite Abstützfläche 11 zur Erhöhung der Abstützkraft / Anlagekraft zwischen der Nockenwelle 7 und der zweiten Abstützfläche 11 in das Material der beiden Bauteile eindrückt. Wie weiterhin in 7 besonders gut zu erkennen ist, ist die Diamantscheibe 13 zumindest teilweise in radialer Richtung in einer Aussparung 14 (als Ausnehmung, Freistich oder Hinterschnitt ausführbar) des ersten Rotorteils 4 verliersicher gehalten. Die Aussparung 14 ist in der Stirnfläche des ersten Rotorteils 4, die dem zweiten Rotorteil 5 zugewandt ist, eingebracht. Sie verläuft vorzugsweise entlang des Umfangs des Rotors 3. Die Diamantscheibe 13 ist lediglich in einem radial äußeren Abschnitt in der Aussparung 14 aufgenommen, wohingegen sie radial weiter innen sich bis in den Anlagebereich zwischen der Stirnseite der Nockenwelle 7 und der zweiten Abstützfläche 11 hinein erstreckt. In diesem Bereich kommt es im Betriebszustand jeweils zur Anlage zwischen der Nockenwelle 7 und der Diamantscheibe 13 auf einer ersten axialen Seite sowie zwischen der Diamantscheibe 13 und der zweiten Abstützfläche 11 auf einer zweiten axialen Seite, die der ersten axialen Seite abgewandt ist. Die Aussparung 14 entspricht in ihrer Breite (entspricht in Einbauposition der Erstreckung in axialer Richtung (d.h. in der Richtung entlang der Drehachse 15 der Nockenwelle 7 / des Nockenwellenverstellers 1)), der Breite / Dicke der Diamantscheibe 13. Dadurch dient die Diamantscheibe 13 auch zugleich als die Anlagekraft zwischen dem ersten und dem zweiten Rotorteil 4 und 5 verstärkendes Mittel.
  • Die Aussparung 14 ist wiederum vorzugsweise mittels eines Kalibrierschrittes geometrisch eingestellt / ausgeformt. Die geometrische Einstellung des ersten Rotorteils 4 im Bereich der Aussparung 14 erfolgt wiederum mit dem Kalibrierschritt, wie er in Verbindung mit dem Einstellen des ersten Rotorteils 4 in der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Der Kalibrierschritt ist wiederum ein Schritt eines Sinterprozesses oder eines Stanzprozesses, wodurch das erste Rotorteil 4 im Bereich der Aussparung 14 oberflächlich verdichtet wird, nämlich um die Breite / Dicke der Diamantscheibe 13.
  • In 8 sowie in 9 ist auch die Ausgestaltung der Diamantscheibe 13 besonders gut ersichtlich.
  • In Verbindung mit den 10 bis 13 ist noch eine weitere, dritte Ausführungsform eines Nockenwellenverstellers 1 dargestellt, wobei der Nockenwellenversteller 1 an sich wie der Nockenwellenversteller 1 nach der ersten Ausführungsform ausgeführt und hergestellt ist, der Rotor 3 jedoch etwa anders aufgebaut ist. Die sonstigen zuvor genannten Merkmale des Nockenwellenverstellers 1 gelten auch für diesen Nockenwellenversteller 1. Anders als der Rotor 3 aus den anderen beiden Ausführungsformen, ist der Rotor 3 nach dieser Ausführungsform nicht axial, sondern radial geschachtelt. Der Rotor 3 ist somit im Wesentlichen gemäß einer Zwiebelstruktur aufgebaut. Wie insbesondere auch gut in 12 zu erkennen ist, weist der Rotor 3 wiederum ein erstes Rotorteil 4, ein zweites Rotorteil 5 sowie ein drittes Rotorteil 6 auf. Das erste Rotorteil 4 ist als mittleres Rotorteil 4 ausgestaltet, welches in radialer Richtung zwischen dem zweiten Rotorteil 5 und dem dritten Rotorteil 6 angeordnet ist. Das erste Rotorteil 4 ist ringförmig ausgestaltet und wiederum mit seiner als Innenumfangsfläche ausgestalteten ersten Abstützfläche 9 an einer Außenfläche der Nockenwelle 7 anliegend. Diese erste Abstützfläche 9 ist wiederum wie die erste Abstützfläche 9 der vorhergehenden Ausführungsformen ausgeführt und hergestellt / kalibriert.
  • Radial innerhalb des ersten Rotorteils 4 ist das zweite Rotorteil 5 aufgenommen / eingeschoben, welches wiederum die zweite Abstützfläche 11 (die zweite Abstützfläche 11 gemäß der Ausführungsform nach den 1 bis 9) ausgestaltet und an einer Stirnfläche der Nockenwelle 7 anliegt. Das zweite Rotorteil 5 ist dabei ringförmig und weist einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt auf. Das zweite Rotorteil 5 ist hinsichtlich seiner Breite und seiner Ebenheit im Bereich der zweiten Abstützfläche 11 geometrisch eingestellt. Radial außerhalb des ersten Rotorteils 4 ist das dritte Rotorteil 6 drehfest mit diesem ersten Rotorteil 4 verbunden. Das dritte Rotorteil 6 bildet dabei, wie insbesondere in den 11 bis 13 besonders gut zu erkennen ist, ein die beiden anderen Rotorteile 4 und 5 aufnehmendes Gehäuse aus. Die Flügel 10 des Rotors 3 werden dabei ausschließlich von dem dritten Rotorteil 6 gebildet.
  • In anderen Worten ausgedrückt wird durch den erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 ein Rotor 3 ausgestaltet, der aus mehreren Teilen (erstes bis drittes Rotorteil 4, 5, 6) besteht, welche Rotorteile 4, 5, 6 schichtweise miteinander kombiniert und verbunden sind. Die Nockenwellenzentrierung (Zentrierung der Nockenwelle 7) wird dabei in einem der Rotorteile (nämlich dem ersten Rotorteil 4) als eine durchgehende zylindrische Öffnung mit den gewünschten Maßen spanlos in einem Kalibrierprozess / Kalibrierschritt hergestellt. Der Rotor 3 kann dabei nach einem Sandwich-Prinzip aufgebaut sein und aus zwei bis drei Schichtteilen bestehen, die miteinander axial und radial durch Form-, Kraft- oder Stoffschluss verbunden sind. Mindestens ein Rotorbauteil 4, 5, 6 hat eine durchgehende zylindrische Ausnehmung, die für die Zentrierung an der Nockenwelle 7 mit entsprechenden Eigenschaften wie Durchmesser, Breite, Härte, Oberflächenrauheit, etc. ausgelegt und spanlos durch Umformen, Sintern mittels eines Kalibrierprozesses hergestellt ist. Die Breite des ersten Rotorteils 4 entspricht dabei der Zentriertiefe der Nockenwelle 7 im Rotorverbund. Die notwendigen Freistiche für die Nockenwellenkante (Stirnseite der Nockenwelle 7) oder für die Fixierung der Diamantscheibe 13 sind umformtechnisch als Vertiefungen / Aussparungen 14 an der Flanschseite des Rotorteils 4 spanlos hergestellt. Der Rotor 3 kann alternativ dazu auch nach dem Zwiebelschalenprinzip ausgebaut sein, wobei die Nockenwellenzentrierung im inneren Teil spanlos durch Umformen, Sintern oder Kalibrieren hergestellt ist. Die Diamantscheibe 13 kann zwischen den Rotorbauteilen 4, 5 beim Fügen im Rotorverbund eingelegt und mit einem Spiel oder auch spielfrei im Rotor 3 fixiert sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Nockenwellenversteller
    2
    Stator
    3
    Rotor
    4
    erstes Rotorteil
    5
    zweites Rotorteil
    6
    drittes Rotorteil
    7
    Nockenwelle
    8
    Befestigungsmittel
    9
    erste Abstützfläche
    10
    Flügel
    11
    zweite Abstützfläche
    12
    Fluidleitkanal
    13
    Diamantscheibe
    14
    Aussparung
    15
    Drehachse

Claims (9)

  1. Nockenwellenversteller (1) für eine Verbrennungskraftmaschine nach dem Flügelzellentyp, mit einem Stator (2) und einem relativ zu dem Stator (2) verdrehbaren, aus mehreren miteinander verbundenen Rotorteilen (4, 5, 6) bestehenden Rotor (3), wobei der Rotor (3) drehfest mit einer Nockenwelle (7) der Verbrennungskraftmaschine verbindbar ist und ein erstes Rotorteil (4) derart ausgestaltet ist, dass die Nockenwelle (7) in einem Betriebszustand unter Anlage an dem ersten Rotorteil (4) abgestützt ist, wobei das erste Rotorteil (4) mittels eines Sinterprozesses hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine die Nockenwelle (7) abstützende erste Abstützfläche (9) des ersten Rotorteils (4) mittels eines spanlosen Bearbeitungsvorgangs geometrisch eingestellt ist, wobei die zumindest eine erste Abstützfläche (9) mittels eines Kalibrierschrittes des Sinterprozesses oder eines Stanzprozesses geometrisch eingestellt ist.
  2. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste Abstützfläche (9) eine die Nockenwelle (7) in radialer Richtung abstützende Innenumfangsfläche des ersten Rotorteils (4) ist, wobei der Durchmesser der Innenumfangsfläche des ersten Rotorteils (4) geometrisch eingestellt ist.
  3. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Rotorteile (4, 5, 6) des Rotors (3) in axialer Richtung oder in radialer Richtung zueinander geschachtelt angeordnet sind.
  4. Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) ein zweites, die Nockenwelle (7) in axialer Richtung abstützendes Rotorteil (5) aufweist, wobei das erste Rotorteil (4) mit dem zweiten Rotorteil (5) drehfest verbunden ist.
  5. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rotorteil (5) ebenfalls mittels eines Sinterprozesses hergestellt ist, wobei zumindest eine zweite Abstützfläche (11) des zweiten Rotorteils (5) mittels eines Kalibrierschrittes des Sinterprozesses oder mittels eines Stanzprozesses geometrisch eingestellt ist.
  6. Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Diamantscheibe (13) zur Erhöhung der Reibungskraft an der zumindest einen ersten Abstützfläche (9) und / oder der zumindest einen zweiten Abstützfläche (11) aufgenommen ist.
  7. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantscheibe (13) in einer Aussparung (14) im ersten Rotorteil (4) und / oder im zweiten Rotorteil (5) eingesetzt ist.
  8. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (14) mittels eines Kalibrierschrittes des Sinterprozesses geometrisch ausgeformt ist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Rotors (3) für einen Nockenwellenversteller (1), umfassend folgende Schritte: a) Sintern eines ersten Rotorteils (4) sowie b) Kalibrieren zumindest einer ersten Abstützfläche (9) des ersten Rotorteils (4), die zur Abstützung einer Nockenwelle (7) einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, wobei die zumindest eine erste Abstützfläche (9) durch eine spanlose Bearbeitung geometrisch eingestellt wird.
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