DE102014206859A1

DE102014206859A1 - Nockenwellenversteller mit formschlüssiger Verriegelungskulisse

Info

Publication number: DE102014206859A1
Application number: DE102014206859.2A
Authority: DE
Inventors: Werner Wagner; Christian Brandl
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2015-10-15
Also published as: WO2015154755A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Stator, einem an einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine befestigbaren und in dem Stator verdrehbar gelagerten Rotor, sowie mit einem mit dem Stator fest verbundenen Verriegelungsabschnitt (1), wobei in zumindest einer bestimmten Verdrehposition des Rotors gegenüber dem Stator, ein in dem Rotor beweglich gelagertes Sperrelement in eine in dem Verriegelungsabschnitt (1) vorgesehene Verriegelungskulisse (2), eine Verdrehung des Rotors relativ zum Stator sperrend eingreift, wobei die Verriegelungskulisse (2) als ein kappenartiges Verriegelungselement (3) ausgestaltet ist, das eine formschlüssig mit dem Verriegelungsabschnitt (1) verbundene Rändelstruktur (4) aufweist, sowie ein Verfahren zur Montage eines solchen Nockenwellenverstellers.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps für eine Verbrennungskraftmaschine, etwa einem Otto- oder Dieselmotor eines Kraftfahrzeuges, wie einen PKW, LKW, Bus oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs, mit einem Stator, einem an einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine befestigbaren und in dem Stator verdrehbar gelagerten Rotor, sowie mit einem mit dem Stator fest verbundenen Verriegelungsabschnitt, wobei in zumindest einer bestimmten Verdrehposition des Rotors gegenüber dem Stator ein in dem Rotor beweglich gelagertes Sperrelement in eine in dem Verriegelungsabschnitt vorgesehene Verriegelungskulisse, eine Verdrehung des Rotors relativ zum Stator sperrend eingreift. Zudem betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Montage eines solchen Nockenwellenverstellers.
Verriegelungskulissen sind in verschiedener Ausgestaltung in Verriegelungssystemen von Nockenwellenverstellern bereits aus bekannt. Etwa sind diese Verriegelungskulissen mechanisch eingebracht, z.B. eingebohrt, oder eingeformt und (partiell) vergütet (gehärtet oder angelassen). Auch ist es möglich, die Verriegelungskulisse als ein zusätzlich kraftschlüssig eingebrachtes, vergütetes Element auszugestalten, um damit eine Verschleißfestigkeit beim Ent- / Verriegeln zu erreichen.
Eine solche aus dem Stand der Technik bekannte Ausführung ist etwa in der DE 10 2012 209 027 A1 offenbart. Hierin ist ein Nockenwellenversteller mit einem ersten Bauteil, mit einem relativ zu dem ersten Bauteil um eine Drehachse innerhalb eines Winkelbereiches drehbaren zweiten Bauteil sowie mit einer Verriegelungseinrichtung zum Verriegeln des ersten Bauteils gegenüber dem zweiten Bauteil beschrieben. Die Verriegelungseinrichtung umfasst an dem ersten Bauteil einen ersten Sperrriegel und einen zweiten Sperrriegel sowie an dem zweiten Bauteil wenigstens eine Mittenkulisse, wobei die beiden Sperrriegel jeweils zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition bewegbar geführt sind und in einer mittleren Winkellage der Bauteile zueinander in ihrer Verriegelungsposition wenigstens in die eine Mittenkulisse eingreifen. Am zweiten Bauteil ist weiterhin wenigstens eine Endkulisse vorgesehen, in die in eine von der mittleren Winkellage der Bauteile abweichenden Endwinkellage der erste Sperrriegel oder der zweite Sperrriegel in seiner Verriegelungsposition eingreift.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen haben jedoch zumeist den Nachteil, dass sie relativ kostenintensiv herzustellen sind, wobei etwa spanende Bearbeitungsschritte und / oder Vergütungsschritte an den einzelnen Bauteilen bzw. den Pressverbandes durchzuführen sind.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden und die Verriegelungskulisse eines Nockenwellenverstellers einfacher herzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Verriegelungskulisse als ein kappenartiges Verriegelungselement ausgestaltet ist, das eine formschlüssig mit dem Verriegelungsabschnitt verbundene (eingepresste / eingedrückte) Rändelstruktur aufweist
Dadurch ist eine als separates Verriegelungselement / Kulissenelement ausgeführte Verriegelungskulisse umsetzbar, welches über einen Formschluss fest mit einem Bauteil des Nockenwellenverstellers, etwa einem mit dem Stator fest verbundenen Deckel, verbunden ist. Die Verriegelungskulisse kann somit als separates Verriegelungselement kostengünstig, spanlos, d.h. ohne spanende Bearbeitung, etwa als Fließpressteil hergestellt werden. Auch die Bohrung des in etwa als Deckel ausgestalteten Verriegelungsabschnittes kann kostengünstig, ohne zusätzliche spanende Bearbeitung, etwa stanztechnisch, hergestellt werden. Ein axiales Auswandern des Verriegelungselementes wird durch die formschlüssige Verbindung mit dem Verriegelungsabschnitt vermieden. Das Verriegelungselement kann zudem ohne weitere Aussparungen als Standardteil auch in andere Versteller / Nockenwellenversteller übernommen werden. Dadurch ist es möglich, die Stückzahl besonders hoch auszuführen, um die Stückzahlkosten weiter zu reduzieren
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
So ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorteilhaft, wenn die Rändelstruktur mehrere entlang des Umfangs des Verriegelungselementes verteilt angeordnete, sich in axialer Richtung des Verriegelungselementes erstreckende Zähne / Erhebungen / Erhabenheiten / Vorsprünge aufweist. Dadurch ist die Rändelstruktur besonders einfach herstellbar.
Ist das Verriegelungselement zweckmäßigerweise vergütet, wird der Halt der formschlüssigen Verbindung mit dem Verriegelungsabschnitt / Deckel sowie die Verschleißfestigkeit beim Ent- / Verriegeln des Sperrelementes weiter verbessert.
Vorteilhaft ist es auch, wenn benachbart zur Rändelstruktur eine hinterschnittartige Ausnehmung (auch als Hinterschnitt bezeichnet) in dem Verriegelungselement eingebracht ist, welche Ausnehmung derart in den Verriegelungsabschnitt eingedrückt ist, dass ein Grundmaterial des Verriegelungsabschnittes zur zusätzlichen formschlüssigen Verbindung des Verriegelungselementes mit dem Verriegelungsabschnitt in die Ausnehmung hineinragt. Dadurch ist eine besonders feste Verbindung zwischen dem Verriegelungselement und dem Verriegelungsabschnitt umgesetzt.
Ist die Rändelstruktur an einem hülsenförmigen Abschnitt des Verriegelungselementes angeordnet und entlang eines Umfangs des Verriegelungselementes verlaufend ausgestaltet, so kann die Rändelstruktur gezielt in einem bestimmten Bereich des Verriegelungselementes eingebracht werden, ohne dass das gesamte Verriegelungselement mit einer Rändelstruktur versehen werden muss. Dies reduziert weiter den Herstellaufwand.
In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn das Verriegelungselement einen Boden aufweist, der zusammen mit dem hülsenförmigen Abschnitt einen Aufnahmeraum ausbildet, in welchem Aufnahmeraum das Sperrelement zur Verdrehungssperrung des Rotors relativ zum Stator in der bestimmten Verdrehposition einschiebbar ist. Durch den vorzugsweise integral mit dem hülsenförmigen Abschnitt ausgestalteten Boden kann zum einen der Verschiebeweg des Sperrelementes begrenzt werden, andererseits bereits das Innere des flügelzellenartigen Nockenwellenverstellers (samt Rotor und Druckkammern zwischen Stator und Rotor) gegenüber der Umgebung abgedichtet werden.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Boden zur Zufuhr eines Hydraulikmittels, etwa eines Kühlmittels / Öls der Verbrennungskraftmaschine, für das Ausfahren des Sperrelementes aus dem Aufnahmeraum, eine Hydraulikleitausnehmung an der dem Sperrelement im Betriebszustand zugewandten Seite aufweist. Dadurch kann auf separate Bauteile mit zusätzlichen Kanälen verzichtet werden, wodurch die Herstellkosten des Nockenwellenverstellers weiter reduziert werden.
In diesem Zusammenhang ist es weiterhin von Vorteil, wenn das Verriegelungselement auf der dem Sperrelement im Betriebszustand zugewandten Seite eine auf das Sperrelement abgestimmte Einführgeometrie, die vorzugsweise als abgerundete / abgeschrägte Kante ausgestaltet ist, aufweist. Dabei wird ein Verkanten oder ein schräges Einführen des Sperrelementes, etwa bei einer nicht fluchtenden Anordung des Sperrelementes zu dem Aufnahmeraum des Verriegelungselementes, vermieden und das Sperrelement kann an der Einführgeometrie abgleiten, so dass es in den Aufnahmeraum eingeschoben werden kann. Dadurch wird die Prozesssicherheit weiter verbessert.
Ist der Verriegelungsabschnitt als ein Deckel ausgestaltet, der in axialer Richtung benachbart zum Rotor angeordnet ist, kann der Verriegelungsabschnitt in einem üblicherweise bereits vorhandenen Bauteil des Nockenwellenverstellers integriert werden. Separate Bauteile können vermieden werden und die Herstellkosten weiter reduziert werden.
Bevorzugt weist der Verriegelungsabschnitt ein Aufnahmeloch, weiter bevorzugt eine Aufnahmebohrung, auf, in das das Verriegelungselement eingefügt ist. Vorzugsweise ist dieses Aufnahmeloch mittels eines Stanzverfahrens gebildet und kostengünstig herstellbar.
Zudem ist es zweckmäßig, wenn der Verriegelungsabschnitt im Bereich des Aufnahmeloches eine Abflachung aufweist, in die ein Kopf des Verriegelungselementes eingeschoben ist. Dadurch ist eine platzsparende / bündige Anlage des Verriegelungselementes im Verriegelungsabschnitt ausführbar.
Weiterhin umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zur Montage / Montageverfahren eines nach einem der zuvor aufgeführten Ausführungsformen ausgeführten Nockenwellenverstellers, umfassend zumindest folgende Schritte: a) Bereitstellen eines mit dem Stator verbindbaren Verriegelungsabschnittes, wobei der Verriegelungsabschnitt zur Aufnahme einer Verriegelungskulisse ein Aufnahmeloch aufweist, b) Bereitstellen eines, eine Verriegelungskulisse ausbildenden, kappenartigen Verriegelungselementes, welches Verriegelungselement eine Rändelstruktur aufweist, und c) Formschlüssiges Verbinden des Verriegelungselementes mit dem Verriegelungsabschnitt, wobei das Verriegelungselement derart in das Aufnahmeloch in dem Verriegelungsabschnitt eingepresst wird, dass die Rändelstruktur unter Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung mit dem Verriegelungsabschnitt unter Verformung des Grundmaterials des Verriegelungsabschnittes eingedrückt wird. Dadurch ist der Nockenwellenversteller an sich besonders kostengünstig herstellbar, wobei zugleich die Haltekraft der Verriegelungskulisse an dem Verriegelungsabschnitt vergrößert wird.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren, mit denen verschiedenen Ausführungsformen erläutert sind, dargestellt. Es zeigen:
1 eine isometrische Darstellung eines Verriegelungselementes nach einer ersten Ausführungsform, welches Verriegelungselement in einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers eingesetzt ist, wobei die Rändelstruktur und die Hydraulikleitausnehmung besonders gut zu erkennen sind,
2 eine isometrische Seitendarstellung des Verriegelungselementes aus 1, wobei die Rändelstruktur von einer Seite und deren Anordnung entlang des hülsenförmigen Abschnittes des Verriegelungselementes zu erkennen ist,
3 eine Vorderansicht des in den 1 und 2 dargestellten Verriegelungselementes, wobei die Vorderseite, die im Betriebszustand dem Rotor zugewandt ist, zu erkennen ist,
4 eine Längsschnittdarstellung des in den 1 bis 3 dargestellten Verriegelungselementes, wobei insbesondere die Ausgestaltung des Hinterschnittes zu erkennen ist,
5 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Verriegelungselementes nach einer zweiten Ausführungsform, das in einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers eingesetzt ist, wobei das Verriegelungselement keinen separaten Hinterschnitt, in axialer Richtung benachbart zu der Rändelstruktur, aufweist,
6 eine Längsschnittdarstellung eines Verriegelungselementes nach einer dritten Ausführungsform, das in einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers eingesetzt ist,
7 eine isometrische Darstellung eines den Verriegelungsabschnitt umfassenden Deckels / Verriegelungsdeckels des Nockenwellenverstellers gemäß der ersten Ausführungsform, wobei das Aufnahmeloch zur Aufnahme des Verriegelungselementes der ersten Ausführungsform vorbereitet ist,
8 eine Längsschnittdarstellung des Verriegelungsabschnittes nach 7 im Bereich des Aufnahmeloches, wobei um das Aufnahmeloch eine Abflachung / Absenkung zur Aufnahme eines Flanschabschnittes des Verriegelungselementes ausgebildet ist,
9 eine Längsschnittdarstellung im Bereich des Aufnahmeloches, wobei das Verriegelungselement gemäß der ersten Ausführungsform in das Aufnahmeloch eingesetzt ist, jedoch noch nicht formschlüssig in dieses eingepresst ist,
10 eine Längsschnittdarstellung des in 9 dargestellten Verriegelungselementes, wobei das Verriegelungselement formschlüssig mit dem Aufnahmeloch verbunden ist und das Grundmaterial im Bereich des Verriegelungsabschnittes in den Hinterschnitt des Verriegelungselementes eingreift,
11 eine Längsschnittdarstellung des in 6 dargestellten Verriegelungselementes der dritten Ausführungsform, in einem im Aufnahmeloch des Verriegelungsabschnittes befestigten Zustand,
12 eine isometrische Darstellung des mit dem Verriegelungselement der ersten Ausführungsform verbundenen Deckels von einer dem Rotor im Betriebszustand zugewandten Vorderseite, und
13 eine isometrische Darstellung des Deckels nach 12 von einer im Betriebszustand vom Rotor abgewandten Rückseite des Verriegelungselementes.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Im Zusammenhang mit den 1 bis 13 sind prinzipiell verschiedene Ausführungsformen von Nockenwellenverstellern offenbart, welche Nockenwellenversteller der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellt sind, wobei diese Ausführungsformen sich insbesondere durch die Ausgestaltung des Verriegelungselementes unterscheiden. Der Nockenwellenversteller der erfindungsgemäßen Art ist als ein Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps, d.h. nach der Flügelzellenbauweise ausgestaltet sowie funktionierend und üblicherweise in einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges eingesetzt. Ein solcher Nockenwellenversteller ist prinzipiell in der DE 10 2012 209 027 A1 bereits offenbart, welche Offenbarung daher als hierin integriert gelten soll. Folglich weist der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller ebenfalls einen Stator und einen an einer Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine befestigbaren sowie in dem Stator verdrehbar gelagerten Rotor auf, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator mehrere Druckkammern ausgestaltet sind, um je nach Druckzustand in diesen Druckkammern den Rotor relativ zum Stator entweder in eine erste Drehrichtung oder in eine, der ersten entgegengesetzten, zweiten Drehrichtung zu verdrehen.
Der Nockenwellenversteller weist weiterhin einen fest mit dem Stator im Betriebszustand verbundenen Verriegelungsabschnitt 1 auf, wobei zumindest in einer bestimmten Verdrehposition zwischen dem Rotor gegenüber dem Stator, ein im Rotor beweglich gelagertes, der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestelltes Sperrelement (Sperrelement etwa als Sperrriegel oder Sperrpin ausgeführt) in eine in dem Verriegelungsabschnitt 1 vorgesehene Verriegelungskulisse 2, eine Verdrehung des Rotors relativ zum Stator sperrend, eingreift. Diese Verriegelungskulisse 2 ist erfindungsgemäß als ein kappenartiges Verriegelungselement 3 ausgeführt, welches Verriegelungselement 3 eine formschlüssig in dem Verriegelungsabschnitt 2 gehaltene, nämlich eingepresste / eingedrückte Rändelstruktur 4 aufweist.
Unter Rändelstruktur 4 ist hierbei eine Oberflächenstruktur zu verstehen, die mehrere, nebeneinander angeordnete Erhabenheiten / Vorsprünge aufweist. Wie in den 1 bis 4 besonders gut zu erkennen ist, ist gemäß einer ersten Ausführungsform eines solchen Verriegelungselementes 3 die Rändelstruktur 4 durch mehrere entlang des Umfangs des Verriegelungselementes 3 verteilt angeordnete, sich in axialer Richtung des Verriegelungselementes 3 abschnittsweise erstreckenden Zähne 5 ausgestaltet. Die Rändelstruktur 4 erstreckt sich durchgängig entlang des gesamten Umfangs im Wesentlichen bandförmig um den hülsenförmigen Abschnitt 7 herum und weist eine Vielzahl von Zähnen 5 auf, die sich um eine gewisse Länge in axialer Richtung (Längsrichtung des Verriegelungselementes 3) erstrecken.
Aus den 2 und 4 ist zudem erkennbar, dass das Verriegelungselement 3 im Wesentlichen kappenförmig / topfförmig, ähnlich eines Fingerhutes, ausgestaltet ist. Das Verriegelungselement 3 weist einen durchgehenden Boden 6 auf, der im Wesentlichen plattenförmig ausgestaltet ist. In axialer Richtung des Verriegelungselementes 3 schließt an den Boden 6 ein hülsenförmiger Abschnitt 7 an, der zudem integral mit dem Boden 6 ausgeführt ist. Der hülsenförmige Abschnitt 7 weist einen maximalen Außendurchmesser auf, der kleiner als der Außendurchmesser der Außenumfangsfläche 8 des Bodens 6 ist. Dadurch ist der hülsenförmige Abschnitt 7 gegenüber dem Boden 6 radial nach innen abgesetzt und der Boden bildet einen integralen Flanschabschnitt aus.
Axial an den Boden / Bodenbereich 6 anschließend, ist die Rändelstruktur 4 an dem hülsenförmigen Abschnitt 7 eingebracht. Dabei ist der Zahnkopfdurchmesser dieser als Außenverzahnung bezeichenbaren Rändelstruktur 4 etwas größer ausgestaltet, als ein wiederum an die Rändelstruktur 4 in axialer Richtung anschließende Einführabschnittes 9. Der Einführabschnitt 9 ist auf einer dem Boden 6 abgewandten Seite der Rändelstruktur 4 an dem hülsenförmigen Abschnitt 7 angebracht und weist einen sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckende, hinterschnittartige Ausnehmung 10, nachfolgend auch als Hinterschnitt 10 bezeichnet, auf. Dieser Hinterschnitt 10 erstreckt sich in axialer Richtung im Wesentlichen kegelförmig (von einem an der Rändelstruktur 4 angrenzenden / anschließenden, minimalen Durchmesserbereich in Richtung eines, an der der Rändelstruktur 4 abgewandten Seite hin anschließenden, maximalen Durchmesserbereichs, welcher maximale Durchmesserbereich des Hinterschnittes 10 wiederum einen kleineren Durchmesser aufweist als der Kopfdurchmesser der Verzahnung / der Rändelstruktur 4.
Wie weiterhin in 4 besonders gut zu erkennen ist, weist das Verriegelungselement 3 an dem Einführabschnitt 9 eine für die Einführung eines Sperrelementes des Rotors optimierte Einführgeometrie 11 auf. Die Einführgeometrie 11 ist als eine entlang des Umfangs herum verlaufende Rundung ausgeführt.
Zudem weist der Boden 6 an einer im Betriebszustand dem Rotor zugewandten Seite eine Hydraulikleitausnehmung 12 in Form eines in den Boden eingebrachten Leitkanals auf. Durch diese Hydraulikleitausnehmung 12 kann das Sperrelement von einer verriegelten Position, in der das Sperrelement in das Verriegelungselement 3 eingeführt ist, wieder in eine entriegelte Position, in der das Sperrelement aus dem Verriegelungselement 3 hinausgeschoben ist, gebracht werden. Dazu wird ein Hydraulikmittel, etwa Öl, auf einen erhöhten Druck gebracht, wodurch der Druck mittels der Hydraulikleitausnehmung 12 auf einer dem Boden 6 kontaktierenden Fläche des Sperrelementes aufgebracht wird. Daraufhin wird das Sperrelement aus dem Verriegelungselement 3 herausgedrückt.
Der Boden 6 sowie der hülsenförmige Abschnitt 7 bilden dabei einen Aufnahmeraum 13 aus, um das Sperrelement in der verriegelten Position des Nockenwellenverstellers aufzunehmen. Der Aufnahmeraum 13 ist auf seiner Vorderseite, die dem Rotor zugewandt ist, geöffnet / offen.
In 7 ist zudem ein beispielhafter Verriegelungsdeckel 14 dargestellt, der im Betriebszustand des Nockenwellenverstellers mittels vier Befestigungsaufnahmen 15 fest, d.h. drehfest mit dem Stator verbunden (verschraubt) ist. Der Verriegelungsdeckel 14 ist im Wesentlichen scheibenförmig ausgestaltet und weist ein zentrisches Loch / eine zentrische Bohrung zur Durchführung eines für den hydraulischen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps notwendigen Zentralventils auf. In einem Bereich / Umfangsbereich zwischen zwei benachbarten Befestigungsaufnahmen 15 ist ein Aufnahmeloch 16 eingebracht, das im Wesentlichen kreisrund und den Verriegelungsdeckel 14 durchdringend ausgestaltet ist. Das Aufnahmeloch 16 ist vorzugsweise ausgestanzt.
In Zusammenhang mit den 9 und 10 ist ersichtlich, wie das Verriegelungselement 3 mit dem Verriegelungsdeckel 14 im Verriegelungsabschnitt 1 verbunden / montiert wird. Zunächst wird das Verriegelungselement 3 und der Verriegelungsdeckel 14 mit dem Aufnahmeloch 16 zur Verfügung gestellt. Anschließend wird das Verriegelungselement 3 in das Aufnahmeloch 16 bis in eine erste Stellung eingeschoben (9). In dieser ersten Stellung ist zu erkennen, dass der Einführabschnitt 9 bereits in das Aufnahmeloch 16 hineinragt, wobei der maximale Durchmesserbereich des Einführabschnittes 9 so gewählt ist, dass er mittels einer Spielpassung in dem Aufnahmeloch 16 eingeschoben ist. Der Kopfkreisdurchmesser der Rändelstruktur 4 ist derart gewählt, dass die Rändelstruktur 4 an einer Stirnfläche des Verriegelungsabschnittes 1 anliegt.
In einem weiteren Schritt wird dann das Verriegelungselement 3 in eine zweite Stellung (10) gebracht, in der es schließlich formschlüssig mit dem Verriegelungsabschnitt 1 im Verriegelungsdeckel 14 verbunden ist. Dies erfolgt dadurch, dass das Verriegelungselement 3 mit einer hohen Einpresskraft in Richtung des Aufnahmeloches 16 hineingedrückt wird, während der Verriegelungsdeckel 14 festgehalten / abgestützt wird. Alternativ ist es auch möglich das Verriegelungselement 3 festzuhalten / abzustützen und den Verriegelungsdeckel 14 mit einer bestimmten Einpresskraft in Richtung des Verriegelungselementes 3 zu drücken, sodass das Verriegelungselement 3 wiederum formschlüssig in den Verriegelungsabschnitt 1 im Verriegelungsdeckel 14 eingepresst wird. Während dieses Einpressens / Eindrückens gräbt sich die Rändelstruktur 4 in das Grundmaterial des Aufnahmeloches 16 ein, so dass es zu einer plastischen Verformung des Grundmaterials im Bereich des Aufnahmeloches 16 kommt. Nach dem Einpressen, d.h. im befestigten Zustand des Verriegelungselementes 3, hat sich das Grundmaterial im Bereich des Aufnahmeloches 16 derart verformt, dass Grundmaterial in den Hinterschnitt 10 hinein ragt. Gleichzeitig kommt es zu einer Anlage einer Stirnseite 18 des Bodens 6 an der dem Boden 6 zugewandten Seite des Aufnahmeloches 16.
In dem befestigten Zustand des Verriegelungselementes 3 in dem Aufnahmeloch 16, wie er in Verbindung mit den 12 und 13 zu erkennen ist, ist die Stirnfläche des Einführabschnittes 9 vorzugsweise bündig mit der dem Rotor zugewandten Seite des Verriegelungsdeckels 14 anliegend.
Wie in 8 zudem besonders gut zu erkennen ist, weist der Verriegelungsabschnitt 1 im Bereich des Aufnahmeloches 16 zudem eine Abflachung 17 auf, an der der Boden 6 im befestigten Zustand des Verriegelungselementes 3 anliegt. Die Abflachung 17 ist als Stirnnut ausgestaltet und im Umfangsbereich um das Aufnahmeloch 16 mit im Wesentlichen gleich bleibendem Querschnitt umlaufend, wodurch eine Absenkung des Bodens 6 ermöglicht wird.
Das Verriegelungselement 3 ist zudem vergütet / wärmebehandelt (d.h. gehärtet und / oder angelassen).
In Verbindung mit 5 ist das Verriegelungselement 3 gemäß einer zweiten Ausführungsform zu erkennen, wie es in einem Nockenwellenversteller nach einer zweiten Ausführungsform integriert ist. Der Nockenwellenversteller der zweiten Ausführungsform entspricht im Wesentlichen dem zuvor beschriebenen Nockenwellenversteller der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich jedoch in erster Linie bezüglich der Ausgestaltung des Verriegelungselementes 3, wobei die Wesentlichen Unterschiede nachfolgend erläutert sind.
Das Verriegelungselement 3 der zweiten Ausführungsform ist ohne Hinterschnitt ausgestaltet. Der hülsenartige Einführabschnitt 9 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet und weist eine entlang des Umfangs gleich bleibende, kreisförmige / ringförmige Erstreckung auf. An den hülsenartigen Einführabschnitt 9 schließt in radialer Richtung nach innen integral der Boden 6 an, dessen Außenumfangsfläche 8 durch den Einführabschnitt 9 ausgebildet ist. In axialer Richtung des Verriegelungselementes 3 schließt an den Einführabschnitt 9 wiederum die Rändelstruktur 4 an, welche Rändelstruktur 4 entsprechend der ersten Ausführungsform ausgestaltet ist. Rändelstruktur 4 und Einführabschnitt 9 bilden zusammen den hülsenförmigen Abschnitt 7 aus. Der Kopfkreisdurchmesser der Rändelstruktur 4 wieder größer als der Außendurchmesser des Einführabschnittes 9 / der Außenumfangsfläche 8. An einer dem Einführabschnitt 9 abgewandten Seite der Rändelstruktur 4 schließt an die Rändelstruktur 4 ein flanschartiger Anlagebereich 19 an, dessen Außendurchmesser größer ist als der Kopfkreisdurchmesser der Rändelstruktur 4. Der Aufnahmeraum 13 ist durch ein zentrisches Loch im Anlagebereich 19 (im Betriebszustand) zum Rotor hin offen. An einer Innenumfangsfläche des Anlagebereichs 19 ist die Einführgeometrie in Form einer Abschrägung / Fase angebracht.
Wie weiterhin in Verbindung mit 6 zu erkennen ist, ist das Verriegelungselement 3 auch gemäß einer dritten Ausführungsform ausgestaltbar, wie es in einem Nockenwellenversteller nach einer dritten Ausführungsform integriert ist. Der Nockenwellenversteller der dritten Ausführungsform entspricht im Wesentlichen dem zuvor beschriebenen Nockenwellenversteller der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich jedoch in erster Linie bezüglich der Ausgestaltung des Verriegelungselementes 3, wobei das Verriegelungselement 3 der dritten Ausführungsform im Wesentlichen wie das der zweiten Ausführungsform ausgestaltet ist.
Das Verriegelungselement 3 der dritten Ausführungsform weist eine hinterschnittartige Ausnehmung 10 / einen Hinterschnitt 10 auf. Dieser Hinterschnitt ist in axialer Richtung zwischen der Rändelstruktur 4 und dem Einführabschnitt 9 eingebracht. Zudem ist die axiale Länge der Rändelstruktur 4 etwas kleiner ausgestaltet als in der zweiten Ausführungsform.
In 11 ist wiederum der befestigte Zustand des Verriegelungselementes 3 nach der 6 dargestellt, wobei das Verriegelungselement 3 zur Montage nicht von einer dem Rotor im Betriebszustand abgewandten Seite des Verriegelungsdeckels 14 eingeschoben wird (wie in der ersten Ausführungsform), sondern von einer dem Rotor im Betriebszustand zugewandten Seite des Verriegelungsdeckels 14. Der Anlagebereich 19 liegt an der Abflachung 17 am Verriegelungsdeckel 14 an, wobei die (axiale) Tiefe der Abflachung 17 der axialen Länge des Anlagebereichs 19 entspricht.
In anderen Worten ausgedrückt, ist durch die erfindungsgemäße Lösung ein vergütetes Kulissenelement (Verriegelungselement 3) umgesetzt, welches über einen Formschluss fest mit einem Bauteil (z.B. dem Verriegelungsdeckel 14 / Deckel) des Nockenwellenverstellers verbunden. Das Kulissenelement 3 kann ohne spanende Bearbeitung / spanungslos, vorzugsweise als Fließpressteil, hergestellt sein / werden. Das Aufnahmeloch 16 (auch als Bohrung bezeichnet) kann kostengünstig ebenfalls ohne spanende Bearbeitung / spanungslos, vorzugsweise stanztechnisch, hergestellt sein / werden. Ein axiales Auswandern des Kulissenelementes 3 wird durch Formschluss / Verpressung mit dem Deckel 14 vermieden. Eine Vergütung des Kulissenelementes 3 dient dem Halt der formschlüssigen Verbindung mit dem Deckel 14 sowie der Verschleißfestigkeit beim Ent- / Verriegeln durch das Sperrelement.
Das vergütete Kulissenelement 3 (gehärtet und / oder angelassen) weist einen Boden 6 auf, der eine gewisse Geometrie (Rändelstruktur 4) zur Materialverdrängung aufweist. Die Bohrung / das Aufnahmeloch 16 an einem Bauteil, vorzugsweise dem Deckel 14, dient zur Aufnahme des Kulissenelementes 3. Eine Innenkontur am Kulissenelement 3 mit der Einführgeometrie 11 dient zur günstigeren Führung des Sperrelementes beim Ent- / Verriegeln. Ein tiefer liegender Bereich (Hydraulikleitausnehmung 12) am Boden 6 des Kulissenelementes 3 dient der Ölversorgung beim Entriegeln des Sperrelementes.
Der Fügeprozess zur Montage des Kulissenelementes 3 umfasst weiterhin zunächst, dass das Kulissenelement 3 in die Aufnahmebohrung / das Aufnahmeloch 16 am Deckel 14 eingebracht wird und anschließend mittels einer axialen Kraft über eine Materialverdrängung formschlüssig, festsitzend mit dem Deckel 14 gefügt wird. Die Materialverdrängung kann dabei alternativ durch Krafteinwirkung auf den Deckel 14 gegen das Kulissenelement 14 erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Verriegelungsabschnitt
2: Verriegelungskulisse
3: Verriegelungselement
4: Rändelstruktur
5: Zahn
6: Boden
7: hülsenförmiger Abschnitt
8: Außenumfangsfläche
9: Einführabschnitt
10: Ausnehmung / Hinterschnitt
11: Einführgeometrie
12: Hydraulikleitausnehmung
13: Aufnahmeraum
14: Verriegelungsdeckel
15: Befestigungsaufnahme
16: Aufnahmeloch
17: Abflachung
18: Stirnseite
19: Anlagebereich

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

DE 102012209027 A1 [0003, 0035]

Claims

Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Stator, einem an einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine befestigbaren und in dem Stator verdrehbar gelagerten Rotor, sowie mit einem mit dem Stator fest verbundenen Verriegelungsabschnitt (1), wobei in zumindest einer bestimmten Verdrehposition des Rotors gegenüber dem Stator, ein in dem Rotor beweglich gelagertes Sperrelement in eine in dem Verriegelungsabschnitt (1) vorgesehene Verriegelungskulisse (2), eine Verdrehung des Rotors relativ zum Stator sperrend eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungskulisse (2) als ein kappenartiges Verriegelungselement (3) ausgestaltet ist, das eine formschlüssig mit dem Verriegelungsabschnitt (1) verbundene Rändelstruktur (4) aufweist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rändelstruktur (4) mehrere entlang des Umfangs des Verriegelungselementes (3) verteilt angeordnete, sich in axialer Richtung des Verriegelungselementes (3) erstreckende Zähne (5) aufweist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zur Rändelstruktur (4) eine hinterschnittartige Ausnehmung (10) in dem Verriegelungselement (3) eingebracht ist, welche Ausnehmung (10) derart in den Verriegelungsabschnitt (1) eingedrückt ist, dass ein Grundmaterial des Verriegelungsabschnittes (1) zur zusätzlichen formschlüssigen Verbindung des Verriegelungselementes (3) mit dem Verriegelungsabschnitt (1) in die Ausnehmung (10) hineinragt.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rändelstruktur (4) an einem hülsenförmigen Abschnitt (7) des Verriegelungselementes (3) angeordnet und entlang eines Umfangs des Verriegelungselementes (3) verlaufend ausgestaltet ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (3) einen Boden (6) aufweist, der zusammen mit dem hülsenförmigen Abschnitt (7) einen Aufnahmeraum (13) ausbildet, in welchen Aufnahmeraum (13) das Sperrelement zur Verdrehungssperrung des Rotors relativ zum Stator einschiebbar ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (6) zur Zufuhr eines Hydraulikmittels für das Ausfahren des Sperrelementes aus dem Aufnahmeraum (13) eine Hydraulikleitausnehmung (12) an der dem Sperrelement im Betriebszustand zugewandten Seite aufweist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (3) auf der dem Sperrelement im Betriebszustand zugewandten Seite eine auf das Sperrelement abgestimmte Einführgeometrie (11) aufweist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsabschnitt (1) als ein Deckel (14) ausgestaltet ist, der in axialer Richtung benachbart zum Rotor angeordnet ist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsabschnitt (1) ein Aufnahmeloch (16) aufweist, in das das Verriegelungselement (3) eingefügt ist.
Verfahren zur Montage eines nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführten Nockenwellenverstellers, umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellen eines mit dem Stator verbindbaren Verriegelungsabschnittes (1), wobei der Verriegelungsabschnitt (1) zur Aufnahme einer Verriegelungskulisse (2) ein Aufnahmeloch (16) aufweist, b) Bereitstellen eines, eine Verriegelungskulisse (2) ausbildenden, kappenartigen Verriegelungselementes (3), welches Verriegelungselement (3) eine Rändelstruktur (4) aufweist, und c) Formschlüssiges Verbinden des Verriegelungselementes (3) mit dem Verriegelungsabschnitt (1), wobei das Verriegelungselement (3) derart in das Aufnahmeloch (16) in dem Verriegelungsabschnitt (1) eingepresst wird, dass die Rändelstruktur (4) unter Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung mit dem Verriegelungsabschnitt (1) unter Verformung des Grundmaterials des Verriegelungsabschnittes (1) eingedrückt wird.