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Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Nockenwellen-Steller-Rotors an einem Abschnitt einer Nockenwelle sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellen-Steller-Rotors und eines Abschnitts einer Nockenwelle für eine solche Anordnung. Insbesondere betrifft die Erfindung Nockenweller-Steller-Rotoren für hydraulische Nockenwellen-Steller.
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Aus der Praxis sind insbesondere Anordnungen eines Nockenwellen-Steller-Rotors eines Nockenwellen-Stellers an einem Abschnitt einer Nockenwelle bekannt, bei denen – auch als Nockenwellen-Endstück bezeichnete – separat hergestellte Abschnitte von Nockenwellen kraftschlüssig mit einem Nockenwellen-Steller-Rotor verbunden sind. Dies erfolgt durch das Anordnen einer Reibscheibe im Bereich zwischen einer stirnseitigen Fläche des Nockenwellen-Steller-Rotors und einer stirnseitigen Fläche des Abschnitts der Nockenwelle. Zur Übertragung von für den bestimmungsgemäßen Gebrauch der Anordnung ausreichender Drehmomente werden der Nockenwellen-Steller-Rotor und der Abschnitt der Nockenwelle mit einer ausreichend großen Kraft gegen die Reibscheibe gedrückt.
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Aus der
DE 10 2013 200 402 A1 ist eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Rotor und einer Nockenwelle bekannt, wobei der Rotor und die Nockenwelle über einander gegenüberliegende Klemmflächen miteinander verspannt sind und wobei wenigstens eine der Klemmflächen des Rotors und/oder der Nockenwelle profiliert ist. Insbesondere soll die Profilierung durch eine regelmäßige Anordnung von Vertiefungen und Erhebungen gebildet sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung eines Nockenwellen-Steller-Rotors eines Nockenwellen-Stellers an einem Abschnitt einer Nockenwelle zur Verfügung zu stellen, mit der auf einfache Art und Weise eine sichere Verbindung mit zuverlässiger Übertragung von Momenten zwischen Nockenwellen-Steller-Rotor und einem Abschnitt einer Nockenwelle herstellbar ist. Ferner soll ein Verfahren zur kostengünstigen Herstellung eines Nockenwellen-Steller-Rotors und eines Abschnitts einer Nockenwelle für eine solche Anordnung zur Verfügung gestellt werden.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den unabhängigen Ansprüchen. Weitere praktische Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung eines um eine Drehachse gelagerten Nockenwellen-Steller-Rotors eines Nockenwellen-Stellers an einem Abschnitt einer Nockenwelle berühren sich der Nockenwellen-Steller-Rotor und der Abschnitt der Nockenwelle über Kontakt-Stirnflächen unmittelbar, wobei die Kontakt-Stirnflächen durch Bruchtrennen erzeugt sind. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass der Nockenwellen-Steller-Rotor und der diesen berührende Abschnitt der Nockenwelle ohne Weiteres benachbart zueinander angeordnet werden können, ohne dass es erforderlich ist, weitere – insbesondere reibungserhöhende – Elemente zwischen diesen Elementen anzuordnen. Durch die Herstellung mittels Bruchtrennen (Cracken) werden sich in radialer Richtung erstreckende Kontakt-Stirnflächen mit unregelmäßiger Oberfläche (und dadurch resultierend auch mit einer axialen Ausdehnung) erzeugt, mittels welchen bei der Übertragung einer Drehbewegung eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Nockenwellen-Steller-Rotor und dem Abschnitt der Nockenwelle erzeugt wird.
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In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung erstrecken sich die Kontakt-Stirnfläche des Nockenwellen-Steller-Rotors und des Abschnitts der Nockenwelle in axialer Richtung über eine Länge l von mindestens 1 mm. Bevorzugt beträgt die Länge l mindestens 2 mm und besonders bevorzugt mindestens 3 mm. Je größer die Länge l gewählt wird, desto besser werden der Nockenwellen-Steller-Rotor und der Abschnitt der Nockenwelle miteinander ”verzahnt”, d. h. desto größer ist das übertragbare Drehmoment zwischen dem Nockenwellen-Steller-Rotor und dem Abschnitt der Nockenwelle bei gleicher Anpresskraft.
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Die Erfindung wurde insbesondere für (hydraulische) Nockenwellen-Steller getätigt, die an einem Abschnitt der Nockenwelle angeordnet sind, der als separates Nockenwellen-Endstück ausgebildet ist. Wenn das Nockenwellen-Endstück ein separat ausgebildetes Element ist, ergibt sich eine einfache Montage des Nockenwellen-Steller-Rotors an dem Abschnitt der Nockenwelle.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung umfasst der Nockenwellen-Steller-Rotor mehrere Rotorarme, die gegenüber dem Abschnitt der Nockenwelle radial nach außen hervorragen. Solche Rotorarme werden in hydraulischen Nockenwellen-Stellvorrichtungen vorzugsweise eingesetzt, um die Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle und/oder gegenüber einer anderen Nockenwelle verstellen zu können.
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Der Nockenwellen-Steller-Rotor einer erfindungsgemäßen Anordnung kann auf einfache Art und Weise durch geeignete Ausbildung und Anordnung sowie Einschrauben einer Zentralschraube in den Abschnitt der Nockenwelle gegen diesen verspannt werden. Die Schraube kann, muss jedoch nicht ein Ventil enthalten, um die Stellung des Nockenwellen-Steller-Rotors zu steuern. So kann der – ggf. nur durch eine geringe Längenerstreckung von einem oder wenigen Millimetern in axialer Richtung – erzeugte Formschluss auch während des Betriebs der Anordnung sicher erhalten werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellen-Steller-Rotors und eines Abschnitts einer Nockenwelle für eine vorstehend beschriebene Anordnung, wobei das Verfahren mindestens folgende Verfahrensschritte umfasst:
- a) Herstellen eines einstückigen Bauteils umfassend mindestens einen Abschnitt einer Nockenwelle sowie einen sich an einem Ende dieses Abschnitts in radialer Richtung nach außen erstreckenden (d. h. insbesondere ein gegenüber dem Abschnitt der Nockenwelle hervorragender) Nockenwellen-Steller-Rotors,
- b) Bruchtrennen des Nockenwellen-Steller-Rotors von dem Abschnitt der Nockenwelle.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren lässt sich auf einfache und kastengünstige Art und Weise durchführen. Die Herstellungskosten gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren und insbesondere zur späteren Montage einer entsprechenden Anordnung können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren reduziert werden.
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Wie bereits in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben, sind schräge Brüche mit einer gewissen Mindesterstreckung l in axialer Richtung bei erfindungsgemäßen Anordnungen besonders bevorzugt. Gemäß einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dazu das einstückige Bauteil, gemäß dem vorstehenden Verfahrensmerkmal a) an dem Abschnitt der Nockenwelle zur Durchführung des Bruchtrennens in mindestens zwei Bereichen fixiert, die axial zueinander beabstandet angeordnet sind. Wenn für das einstückige Bauteil ein hinreichend spröder Werkstoff verwendet wird, findet bei dem gemäß Verfahrensmerkmal b) durchzuführenden Bruchtrennen der Bruch des einstückigen Bauteils nahe oder genau im Bereich der entsprechenden Einspannung statt. Dadurch entsteht ein schräger Bruch, mit einer Mindesterstreckungslänge l in axialer Richtung aufweist, über welchen sich die entsprechenden Stirn-Kontaktflächen des Nockenwellen-Steller-Rotors und des Abschnitts der Nockenwelle nach dem Bruchtrennen erstrecken.
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Die Ausbildung eines Bruchs in einer gewünschten Geometrie kann darüber hinaus oder alternativ dadurch bewirkt oder gefördert werden, dass in das einstückige Bauteil vor der Durchführung des Bruchtrennens mindestens eine Sollbruchstelle eingebracht wird. Vorzugsweise wird eine derartige Sollbruchstelle bereits bei der Herstellung in das einstückige Bauteil eingebracht, beispielsweise durch Ausbildung einer entsprechenden Geometrie in einer Herstellungsform im Falle eines als Gussteil hergestellten einstückigen Bauteils. Das Einbringen einer oder mehrerer Sollbruchstellen ist jedoch auch nach der Herstellung, jedoch vor der Durchführung des Bruchtrennens möglich, beispielsweise durch mechanische Bearbeitung.
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Wenn nur eine Sollbruchstelle in das einstückige Bauteil eingebracht werden soll, ist es bevorzugt, wenn sich die Sollbruchstelle über den Umfang in axialer Richtung über eine Länge von mindestens 1 mm erstreckt, so dass eine solche Mindestlänge l bei dem durchzuführenden Bruch für die Stirn-Kontaktflächen erzielt wird. Alternativ oder in Ergänzung können auch mindestens zwei Sollbruchstellen eingebracht werden, die zueinander in axialer Richtung um mindestens 1 mm beabstandet sind. Hinsichtlich der Mindestlänge l gelten die vorstehend bereits genannten bevorzugten und weiter bevorzugten Längen von 2 mm bzw. 3 mm.
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Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Anordnung eines Nockenwellen-Steller-Rotors an einem Abschnitt einer Nockenwelle mit weiteren, funktional verbundenen Elementen in ihrer Einbaulage in einer dreidimensionalen Darstellung,
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2 den Nockenwellen-Steller-Rotor und den Abschnitt einer Nockenwelle aus 1 voneinander separiert in einer dreidimensionalen Darstellung,
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3 den Nockenwellen-Steller-Rotors und den Abschnitt einer Nockenwelle aus 1 in ihrer Einbaulage zusammengefügt in einer dreidimensionalen Darstellung,
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4 einen aus dem Stand der Technik bekannten Nockenwellen-Steller-Rotor mit eingesetzter Reibscheibe und einen aus dem Stand der Technik bekannten Abschnitt einer Nockenwelle voneinander separiert in einer dreidimensionalen Darstellung und
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5 eine vergrößerte Schnittdarstellung durch den an einen Nockenwellen-Steller-Rotor angrenzenden Teil eines Abschnitts einer Nockenwelle.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 10 eines Nockenwellen-Steller-Rotors 12 an einem Abschnitt einer Nockenwelle 14 mit weiteren, funktional verbundenen Elementen in ihrer Einbaulage in einer dreidimensionalen Darstellung. Die 2 und 3 zeigen nur den Nockenwellen-Steller-Rotor 12 und den Abschnitt der Nockenwelle 14 zum einen voneinander beabstandet (2) und zum anderen in Einbaulage zusammengefügt (3).
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4 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung zum Vergleich. Dabei wurden für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in den 1–3.
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Bei dem in den 1–4 gezeigten Abschnitt der Nockenwelle 14 handelt es sich um ein sogenanntes Nockenwellen-Endstück 16, das als separates Bauteil hergestellt und drehfest mit einem nicht dargestellten, zweiten Abschnitt einer Nockenwelle verbunden ist. Es ist auch möglich, die Nockenwelle einteilig auszuführen. In diesem Fall bildet der Abschnitt der Nockenwelle 14 die gesamte Nockenwelle. Der Begriff Abschnitt einer Nockenwelle 14 soll insoweit auch eine vollständige Nockenwelle umfassen.
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Der Abschnitt der Nockenwelle 14 ist drehbar um eine Drehachse 18 gelagert. Wenn in dieser Offenbarung auf eine axiale Richtung verwiesen wird, ist die Richtung der Drehachse 18 gemeint. Unter der radialen Richtung werden im Rahmen dieser Offenbarung alle senkrecht zur Drehachse 18 verlaufenden Richtungen verstanden.
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Der Nockenwellen-Steller-Rotor 12 wird – wie in 1 erkennbar ist – sowohl bei der erfindungsgemäßen Anordnung als auch bei der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung gemäß 4 mit Hilfe einer in axialer Richtung in das Nockenwellen-Endstück 16 eingeschraubten, sogenannten Zentralschraube 20 in axialer Richtung gegen das Nockenwellen-Endstück 16 gedrückt.
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Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung, wird ein ausreichender Kraftschluss zwischen dem Nockenwellen-Steller-Rotor 12 und dem Nockenwellen-Endstück 16 dadurch hergestellt, dass eine Reibscheibe 22 wie in 4 gezeigt so zwischen dem Nockenwellen-Steller-Rotor 12 und dem Nockenwellen-Endstück 16 angeordnet ist, dass diese Reibscheibe 22 in Einbaulage mit einer Seitenfläche 24 an einer Kontakt-Stirnfläche 26 des Nockenwellen-Endstücks 16 anliegt und mit einer gegenüberliegenden Seitenfläche (nicht mit Bezugszeichen versehen, da in dieser Figur nicht erkennbar) an einer Kontakt-Stirnfläche (in 4 nicht mit Bezugszeichen versehen, da in 4 nicht erkennbar) des Nockenwellen-Steller-Rotors 12 anliegt. Die Reibscheibe 22 wird somit von der Zentralschraube 20 zwischen dem Nockenwellen-Steller-Rotor 12 und dem Nockenwellen-Endstück 16 in axialer Richtung eingeklemmt.
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Der Nockenwellen-Steller-Rotor 12 und das Nockenwellen-Endstück 16 werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch hergestellt, dass zunächst ein wie in 3 dargestelltes Element einstückig hergestellt und dieses anschließend durch Bruchtrennen (Cracken) in zwei Teile geteilt wird, nämlich in den Nockenwellen-Steller-Rotor 12 und das Nockenwellen-Endstück 16. Dabei entstehen an einer Kontakt-Stirnfläche 28 des Nockenwellen-Steller-Rotors 12 (vgl. 2) und an der Kontakt-Stirnfläche 26 des Nockenwellen-Endstücks 16 individuelle, komplementär ausgebildete Bruchgeometrien. Diese Bruchgeometrien erstrecken sich im Wesentlichen in radialer Richtung. In der in den 1–3 gezeigten Ausführungsform sind die Bruchgeometrien so ausgebildet, dass sie sich in axialer Richtung über eine Länge l von ca. 3 mm erstrecken.
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Die Länge l entspricht – wie in 5 am Beispiel einer Schnittdarstellung durch den an den Nockenwellen-Steller-Rotor 12 angrenzenden Teil des Nockenwellen-Endstücks 16 aus den 1 bis 3 visualisiert ist – der Differenz zwischen dem von einer beliebigen radialen Schnittebene S aus betrachtet Abstand a1 in axialer Richtung von der Schnittebene S zum am weitesten entfernten Punkt Pe der Bruchgeometrie und dem Abstand a2 zwischen dem nächstgelegenen Punkt Pn der Bruchgeometrie und der Schnittebene S. Dies ist in 5 am Beispiel einer Schnittdarstellung durch ein Nockenwellen-Endstück 16 visualisiert. In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Differenz aus den Abständen a1 und a2 3 mm. Dadurch ergibt sich eine ausreichend tiefe Verzahnung zwischen der Kontakt-Stirnfläche 26 des Nockenwellen-Endstücks 16 und der komplementär ausgebildeten Kontakt-Stirnfläche 28 des Nockenwellen-Steller-Rotors 12.
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Wie in den 1 bis 4 zu erkennen ist, weist der Nockenwellen-Steller-Rotor 12 mehrere Rotorarme 30 auf, die es insbesondere mit Hilfe eines nicht im Detail dargestellten, aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Antrieb ermöglichen, die Phaseneinstellung des Nockenwellenwellen-Endstücks 16 zusammen mit der nicht dargestellten Nockenwelle gegenüber einer ebenfalls nicht dargestellten Kurbelwelle oder einer weiteren Nockenwelle innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs zu verändern. Übliche Phasenverstellmöglichkeiten von Nockenwellenstellern liegen zwischen 10° und 50° Kurbelwellenwinkel, d. h. zwischen 5° und 25° Nockenwellenwinkel (4-Takt-Motor).
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Anordnung
- 12
- Nockenwellen-Steller-Rotor
- 14
- Abschnitt einer Nockenwelle
- 16
- Nockenwellen-Endstück
- 18
- Drehachse
- 20
- Zentralschraube
- 22
- Reibscheibe
- 24
- Seitenfläche (der Reibscheibe)
- 26
- Kontakt-Stirnfläche (des Nockenwellen-Endstücks)
- 28
- Kontakt-Stirnfläche (des Nockenwellen-Steller-Rotors)
- 30
- Rotorarme
