DE102015110679B4 - Method for compensating tolerances between a stator and a rotor of a phase adjuster for an adjustable camshaft - Google Patents
Method for compensating tolerances between a stator and a rotor of a phase adjuster for an adjustable camshaft Download PDFInfo
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Abstract
Verfahren zum Ausgleich von Toleranzen zwischen einem Stator (10) und einem Rotor (11) eines Phasenstellers (1) für eine verstellbare Nockenwelle (12), wobei der Stator (10) mit einer Außenwelle (13) und der Rotor (11) mit einer Innenwelle (14) der verstellbaren Nockenwelle (12) verbunden wird, sodass bei Verdrehung des Rotors (11) im Stator (10) die Phasenlage der Innenwelle (14) relativ zur Phasenlage der Außenwelle (13) verstellt wird, und wobei ein Spalt (5) zwischen wenigstens einer Gleitfläche (15) am Stator (10) und wenigstens einer Gleitfläche (16) am Rotor (11) gebildet wird, und wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte aufweist:- Beschichten wenigstens einer der Gleitflächen (15, 16) mit einer abtragbaren Beschichtung (17),- Zusammenbauen des Phasenstellers (1) umfassend das Fügen des Rotors (11) im Stator (10),- Inbetriebnahme des Phasenstellers (1) mittels Verdrehen des Rotors (11) im Stator (10) und- Einstellen des Spaltes (5) zwischen dem Stator (10) und dem Rotor (11) mittels Abrasion wenigstens einer Teildicke der Beschichtung (17), wobei- die Beschichtung (17) bei Vorliegen einer Toleranzabweichung teilweise oder vollständig durch einen kontrolliert hervorgerufenen Verschleiß abgetragen wird.Method for compensating for tolerances between a stator (10) and a rotor (11) of a phase adjuster (1) for an adjustable camshaft (12), the stator (10) having an outer shaft (13) and the rotor (11) having an Inner shaft (14) of the adjustable camshaft (12) is connected, so that when the rotor (11) rotates in the stator (10), the phase position of the inner shaft (14) is adjusted relative to the phase position of the outer shaft (13), and a gap (5 ) is formed between at least one sliding surface (15) on the stator (10) and at least one sliding surface (16) on the rotor (11), and wherein the method comprises at least the following steps: - Coating at least one of the sliding surfaces (15, 16) with a removable coating (17), - assembling the phase adjuster (1) including the joining of the rotor (11) in the stator (10), - putting the phase adjuster (1) into operation by rotating the rotor (11) in the stator (10) and adjusting of the gap (5) between the stator (10) and the Rotor (11) by means of abrasion of at least part of the thickness of the coating (17), the coating (17) being partially or completely removed by wear caused in a controlled manner if there is a tolerance deviation.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleich von Toleranzen zwischen einem Stator und einem Rotor eines Phasenstellers für eine verstellbare Nockenwelle, wobei der Stator mit einer Außenwelle und der Rotor mit einer Innenwelle der verstellbaren Nockenwelle verbunden wird, sodass bei Verdrehung des Rotors im Stator die Phasenlage der Innenwelle relativ zur Phasenlage der Außenwelle verstellt wird, und wobei ein Spalt zwischen wenigstens einer Gleitfläche am Stator und wenigstens einer Gleitfläche am Rotor gebildet wird.The invention relates to a method for compensating tolerances between a stator and a rotor of a phaser for an adjustable camshaft, the stator being connected to an outer shaft and the rotor to an inner shaft of the adjustable camshaft, so that when the rotor rotates in the stator, the phase position of the Inner shaft is adjusted relative to the phase position of the outer shaft, and wherein a gap is formed between at least one sliding surface on the stator and at least one sliding surface on the rotor.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Beispielsweise ist aus der
Die WO 2011/ 133 452 A2 schlägt die Verwendung eines flexiblen Kupplungselementes zwischen dem Phasensteller und der Nockenwelle vor, das mit verschiedenen Ausführungsbeispielen unterschiedlich dargestellt ist. beispielsweise bildet die Kupplung eine flexible Scheibe oder einen flexiblen Ring, wodurch Fluchtungsfehler ausgeglichen werden können. Nachteilhafterweise ist mit der flexiblen Kupplung ein weiteres Bauteil notwendig, und durch die flexible Verbindung zwischen dem Rotor oder Stator des Phasenstellers und der Innenwelle oder der Außenwelle können sich im Gesamtverband zwischen der Nockenwelle und dem Phasensteller Schwingungen aufbauen.WO 2011/133 452 A2 proposes the use of a flexible coupling element between the phase adjuster and the camshaft, which is shown differently with different exemplary embodiments. for example, the coupling forms a flexible disk or a flexible ring, whereby misalignment can be compensated for. Disadvantageously, the flexible coupling requires another component, and the flexible connection between the rotor or stator of the phaser and the inner shaft or the outer shaft can cause vibrations to build up in the overall connection between the camshaft and the phaser.
Der Stator ist zumeist topfartig ausgeführt und weist zumeist ein erstes Deckelelement und ein zweites Deckelelement auf. Zwischen den Deckelelementen ist der Rotor aufgenommen, der relativ zum Stator verdrehbar ist. Wird der Rotor an der Innenwelle befestigt, beispielsweise mit einem Befestigungsmittel wie einer Schraube, und wird der Stator mit der Außenwelle in Verbindung gebracht, so übertragen sich Fluchtungsfehler der Innenwelle relativ zur Außenwelle auch auf die Lage des Rotors innerhalb des Stators des Phasenstellers. Eine Aufaddition mehrerer Toleranzen, die insbesondere gebildet sind durch die Verbindungsstellen zwischen Rotor und Innenwelle und zwischen Stator und Außenwelle, jedoch auch durch Form- und Lagetoleranzen der weiteren Bauteile des Phasenstellers zueinander, kann zu Funktionsstörungen bis hin zum Blockieren des Phasenstellers führen, sodass der Rotor im Stator nicht mehr frei drehbar ist. Wird der Spalt zwischen den Gleitflächen des Rotors und des Stators zu groß gewählt, so wird ein zu großer Leckagestrom des Öls hervorgerufen, mit dem der Phasensteller betrieben wird. Insbesondere zwischen am Rotor ausgebildeten Flügeln und am Stator ausgebildeten Statoren sollten im Wesentlichen öldichte Druckräume gebildet werden können, um den Wirkungsgrad des Phasenstellers nicht negativ zu beeinflussen. Wird der Spalt zu groß gewählt, ist der Leckagestrom des Öls zwischen Rotor und Stator zu groß, wird der Spalt zu klein gewählt, entsteht verstärkt das vorstehend beschriebene Problem des Verklemmens oder des Blockierens des Rotors im Stator.The stator is mostly designed like a pot and mostly has a first cover element and a second cover element. The rotor, which can be rotated relative to the stator, is received between the cover elements. If the rotor is fastened to the inner shaft, for example with a fastening means such as a screw, and the stator is brought into connection with the outer shaft, misalignment of the inner shaft relative to the outer shaft is also transferred to the position of the rotor within the stator of the phase adjuster. An addition of several tolerances, which are formed in particular by the connection points between the rotor and the inner shaft and between the stator and the outer shaft, but also by shape and position tolerances of the other components of the phase adjuster to one another, can lead to malfunctions and even blocking of the phase adjuster, so that the rotor is no longer freely rotatable in the stator. If the gap between the sliding surfaces of the rotor and the stator is chosen to be too large, the leakage flow of the oil with which the phase adjuster is operated is too great. In particular, it should be possible to form essentially oil-tight pressure spaces between vanes formed on the rotor and stators formed on the stator in order not to negatively influence the efficiency of the phase adjuster. If the gap is selected too large, the leakage flow of the oil between the rotor and stator is too large; if the gap is selected too small, the problem of jamming or blocking of the rotor in the stator, described above, arises.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zum Ausgleich von Toleranzen zwischen einem Stator und einem Rotor eines Phasenstellers in Anordnung an einer verstellbaren Nockenwelle, das einfach ausgeführt ist und möglichst keine zusätzlichen Bauteile erfordert. Weiterhin betrifft die Aufgabe der Erfindung die Bereitstellung eines Phasenstellers mit einfach ausgeglichenen Toleranzen zwischen dem Stator und dem Rotor.The object of the invention is to develop a method for compensating for tolerances between a stator and a rotor of a phase adjuster arranged on an adjustable camshaft, which method is simple and requires no additional components if possible. Furthermore, the object of the invention relates to the provision of a phase adjuster with easily balanced tolerances between the stator and the rotor.
Diese Aufgabe wird von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method with the features of claim 1. Advantageous further developments of the invention are given in the dependent claims.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte aufweist: Beschichten wenigstens einer der Gleitflächen mit einer abtragbaren Beschichtung; Zusammenbauen des Phasenstellers umfassend das Fügen des Rotors im Stator; Inbetriebnahme des Phasenstellers mittels Verdrehen des Rotors im Stator und Einstellen des Spaltes zwischen dem Stator und dem Rotor mittels Abrasion wenigstens einer Teildicke der Beschichtung.The invention includes the technical teaching that the method has at least the following steps: coating at least one of the sliding surfaces with a coating that can be removed; Assembling the phaser comprising joining the rotor in the stator; Commissioning of the phase adjuster by turning the rotor in the stator and adjusting the gap between the stator and the rotor by means of abrasion of at least a partial thickness of the coating.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen einfachen Ausgleich von Toleranzen zwischen einem Stator und einem Rotor eines Phasenstellers, wobei durch das erfindungsgemäße Verfahren ein spielfreier Lauf zwischen dem Rotor und dem Stator möglich wird. Bei Form- und Lageabweichungen zwischen dem Stator und dem Rotor stellt sich in der ersten Zeit der Inbetriebnahme des Phasenstellers die nach dem Abtrag verbleibende Restdicke der Beschichtung so ein, dass der Rotor im Stator gerade eben nicht blockiert und frei rotieren kann. Dabei setzt das erfindungsgemäße Verfahren nicht voraus, dass Form- und Lageabweichungen des Rotors im Stator in Anordnung an der Innenwelle und an der Außenwelle korrigiert werden, sondern der gewünschte möglichst kleine Spalt stellt sich von alleine so ein, sodass der Phasensteller nach Beendigung des Einstellens des Spaltes die gleiche Funktionswirkung ermöglicht wie ein Phasensteller mit ideell maßgenauem Rotor und Stator.The method according to the invention enables tolerances between a stator and a rotor of a phase adjuster to be compensated for in a simple manner, with the method according to the invention enabling play-free running between the rotor and the stator. In the event of deviations in shape and position between the stator and the rotor, the remaining thickness of the remaining after the removal occurs during the initial start-up of the phase adjuster Coating in such a way that the rotor in the stator just does not block and can rotate freely. The method according to the invention does not require that deviations in shape and position of the rotor in the stator in the arrangement on the inner shaft and on the outer shaft are corrected, but rather the desired gap that is as small as possible is set by itself so that the phase adjuster after the setting of the Gap enables the same functional effect as a phase adjuster with ideally dimensionally accurate rotor and stator.
Wird die Nockenwelle mit dem Phasensteller in Betrieb genommen, so wird die Beschichtung zumindest bei Vorliegen einer Toleranzabweichung teilweise oder vollständig abgetragen, erfindungsgemäß durch einen kontrolliert hervorgerufenen Verschleiß. Ein Abtragen wenigstens der Teildicke der Beschichtung erfolgt nämlich solange, bis ein idealer Spalt gebildet ist und bis eine Abrasion der Beschichtung durch die gegenüberliegende Gleitfläche oder Beschichtung auf der gegenüberliegenden Fläche nicht mehr stattfindet.If the camshaft is put into operation with the phase adjuster, the coating is partially or completely removed, at least if there is a tolerance deviation, according to the invention by wear which is caused in a controlled manner. This is because at least the partial thickness of the coating is removed until an ideal gap is formed and until the coating is no longer abraded by the opposite sliding surface or coating on the opposite surface.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Beschichtung durch einen Abrasionsvorgang mittels der der Beschichtung gegenüberliegenden Gleitfläche abgetragen wird, wenn die Nockenwelle in Betrieb genommen wird. Die gegenüberliegende Fläche kann auch die Fläche einer weiteren Beschichtung sein. Das mechanisch hervorgerufene Abtragen der Beschichtung erfolgt vordergründig durch einen Abrasionsprozess und damit durch einen Verschleiß. Dafür weist die Beschichtung eine geringere und insbesondere deutlich geringere Härte auf als die Bauteile des Phasenstellers, also beispielsweise die Materialhärte des Rotors oder des Stators.It is particularly advantageous if the coating is removed by an abrasion process by means of the sliding surface opposite the coating when the camshaft is put into operation. The opposite surface can also be the surface of a further coating. The mechanically induced removal of the coating occurs primarily through an abrasion process and thus through wear. For this, the coating has a lower and, in particular, significantly lower hardness than the components of the phase adjuster, that is to say, for example, the material hardness of the rotor or the stator.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Beschichtung aus einem Gleitlack oder aus einem sonstigen auftragbaren Stoff gebildet. Die Beschichtung, beispielsweise der Gleitlack, ist dabei vollflächig auf die Gleitfläche der Komponente aufgetragen, wobei vorteilhafterweise die Beschichtung auch nur begrenzt auf Teilbereichen aufgetragen sein kann, insbesondere lokal begrenzt auf der Gleitfläche, die gegen die gegenüberliegende Gleitfläche anläuft und sich der verschleißbasierte Abtrag einstellen kann. Somit müssen der Stator nicht vollständig innenseitig und der Rotor nicht vollständig außenseitig beschichtet sein, und die Beschichtung ist auf Teilbereiche beschränkt, die zur späteren Gleitbewegung auf der gegenüberliegenden Fläche dient. Beispielsweise können mehrere Teilbereiche vorgesehen sein, die punktuell oder wenigstens lokal begrenzt auf Segmenten der beispielsweise kreisförmigen Gleitfläche durch die Beschichtung auf dem Stator oder dem Rotor gebildet werden.According to an advantageous embodiment, the coating is formed from a lubricating varnish or from another material that can be applied. The coating, for example the anti-friction varnish, is applied over the entire surface of the sliding surface of the component, with the coating advantageously also being able to be applied only to a limited extent to partial areas, in particular locally limited on the sliding surface that runs against the opposite sliding surface and the wear-based removal can occur . Thus, the stator does not have to be coated completely on the inside and the rotor does not have to be coated completely on the outside, and the coating is limited to partial areas which are used for later sliding movement on the opposite surface. For example, several partial areas can be provided, which are formed punctually or at least locally limited on segments of the, for example, circular sliding surface by the coating on the stator or the rotor.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die Inbetriebnahme des Phasenstellers durch Inbetriebnahme der Nockenwelle vor, um die Beschichtung wenigstens teilweise abzutragen und um das Axialspiel zu bilden, und die Inbetriebnahme der Nockenwelle wird beispielsweise erst in Anordnung an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine vorgenommen, also im späteren Betriebsumfeld. Beispielsweise kann die Beschichtung abgetragen werden durch eine gewöhnliche Inbetriebnahme der Nockenwelle oder eines Nockenwellenmoduls, in dem die Nockenwelle aufgenommen ist. Alternativ wird der Phasensteller auch vor der eigentlichen Inbetriebnahme mit der Nockenwelle an einer Brennkraftmaschine auf einem Einlaufstand in Betrieb genommen werden, insbesondere dann, wenn Beschichtungsstoffe verwendet werden, die später nicht in den Ölkreislauf der Brennkraftmaschine gelangen sollen, wobei es auch denkbar ist, einen Beschichtungswerkstoff zu wählen, der im Ölkreislauf vorhanden sein kann, ohne dass dieser einen Schaden verursacht. Vorteilhafterweise ist die Beschichtung jedoch durch einen Stoff gebildet, der durch die feststoffliche Lösung im Öl im Betrieb einer Brennkraftmaschine keinen Schaden anrichtet. Die als feinste Partikel erzeugten abgetragenen Bestandteile der Beschichtung werden dann beispielsweise über Filtersysteme in der Brennkraftmaschine abgeschieden.The method according to the invention provides for the start-up of the phaser by activating the camshaft in order to at least partially remove the coating and to form the axial play, and the start-up of the camshaft, for example, is only carried out in the arrangement on a cylinder head of an internal combustion engine, i.e. in the later operating environment. For example, the coating can be removed by conventionally starting up the camshaft or a camshaft module in which the camshaft is received. Alternatively, the phase adjuster will also be put into operation with the camshaft on an internal combustion engine on a run-in stand before the actual start-up, especially if coating materials are used that should not later enter the internal combustion engine's oil circuit, although it is also conceivable to use a coating material to be selected that can be present in the oil circuit without this causing damage. However, the coating is advantageously formed by a substance which does not cause any damage due to the solid solution in the oil when an internal combustion engine is in operation. The removed components of the coating, which are produced as extremely fine particles, are then separated out, for example, via filter systems in the internal combustion engine.
FigurenlisteFigure list
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
-
1 eine schematische Ansicht eines Phasenstellers in Anordnung an einer verstellbaren Nockenwelle mit idealisierter Lage- und Maßgenauigkeit, -
2 ein Phasensteller in Anordnung an einer verstellbaren Nockenwelle mit einer Desaxierung des Rotors auf der Innenwelle, -
3 ein Phasensteller mit einer Beschichtung auf der Innenseite des Stators zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und -
4 ein Phasensteller in Anordnung an einer Nockenwelle gemäß3 , wobei eine Beschichtung auf dem Rotor des Phasenstellers aufgebracht ist.
-
1 a schematic view of a phase adjuster arranged on an adjustable camshaft with idealized positional and dimensional accuracy, -
2 a phase adjuster arranged on an adjustable camshaft with a de-axing of the rotor on the inner shaft, -
3 a phase adjuster with a coating on the inside of the stator for carrying out the method according to the invention, and -
4th a phaser arranged on a camshaft according to FIG3 , wherein a coating is applied to the rotor of the phaser.
Die
Der Phasensteller
Die verstellbare Nockenwelle
Eine vergleichende Betrachtung der
Der Stator
Der Stator
Das abgetragene Material der Beschichtung
Die gezeigten Beschichtungen
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen vorteilhaften Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl verschiedener Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.The embodiment of the invention is not limited to the advantageous exemplary embodiments specified above. Rather, a number of different variants are conceivable which make use of the solution shown even in the case of fundamentally different designs. All of the features and / or advantages arising from the claims, the description or the drawings, including structural details or spatial arrangements, can be essential to the invention both individually and in a wide variety of combinations.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- PhasenstellerPhase adjuster
- 55
- Spaltgap
- 1010
- Statorstator
- 1111
- Rotorrotor
- 1212th
- verstellbare Nockenwelleadjustable camshaft
- 1515th
- AußenwelleOuter shaft
- 1414th
- InnenwelleInner shaft
- 1515th
- Gleitfläche (am Stator)Sliding surface (on the stator)
- 1616
- Gleitfläche (am Rotor)Sliding surface (on rotor)
- 1717th
- BeschichtungCoating
- 1818th
- LängsachseLongitudinal axis
- 1919th
- BefestigungsmittelFasteners
- 2020th
- erstes Deckelelementfirst cover element
- 2121
- zweites Deckelelementsecond cover element
- 2222nd
- ZwischenelementIntermediate element
- 2323
- StirnflächeFace
Claims (5)
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