DE102015204755A1

DE102015204755A1 - Verfahren zum Herstellen eines Antriebsrades für einen Nockenwellenversteller und Antriebsrad für einen Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102015204755A1
Application number: DE102015204755.5A
Authority: DE
Inventors: Mauricio Augusto Verduro Silva; Sergio Alexandre Prado Freire; Gustavo de Oliveira Figueiredo; Renato de Oliveira Ghiraldi
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2016-09-22

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Herstellen eines Antriebsrades (10) und ein Antriebsrad (10) für einen Nockenwellenversteller offenbart. Eine Tragscheibe (4) des Antriebsrades (10) ist durch kreisförmigen Materialabtrag an einer ersten Seite (11) und einer zweiten Seite (12) ausgebildet. Ein Strang (3) wird mittels eines Extrusionsprozesses hergestellt und davon ein Rohling abgeschnitten, der entsprechend bearbeitet wird, um das Antriebsrad (10) auszubilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Antriebsrades für einen Nockenwellenversteller.
Ebenso betrifft die Erfindung ein Antriebsrad für einen Nockenwellenversteller. Das Antriebsrad besitzt an seinem Umfang einen angeordneten Zahnkranz. Der Zahnkranz wird von einer Tragscheibe getragen. Ferner hat die Tragscheibe mindestens eine Zentralbohrung ausgebildet.
Die Nockenwellenverstellung (auch variable Nockenwellenverstellung oder variable Ventilsteuerung) bezeichnet ein Verfahren zur Veränderung der Steuerzeiten der Ventilsteuerung von Viertaktmotoren im Betrieb. Bei der Nockenwellenverstellung werden die Steuerzeiten abhängig von der Drehzahl verändert, um in allen Drehzahlbereichen eine möglichst effiziente Zylinderfüllung zu erreichen. Die Anpassung der Ventilöffnungszeiten erlaubt eine Effizienzsteigerung des Motors, abhängig vom jeweiligen Lastverhalten. Diese Steigerung kann als Leistungs- und Drehmomentgewinn und auch als Kraftstoffeinsparung zum Tragen kommen.
Derzeit werden Nockenwellenverstellerkomponenten, z. B. Ketten- und Riemenräder, Rotoren und Statoren aus Stahl- und Sinterwerkstoffen auf Eisenbasis hergestellt. Ferner werden Kettenräder, Rotoren und Statoren von Nockenwellenverstellern auch aus Sinterwerkstoffen auf Aluminiumbasis mit hohem Silizium-Anteil hergestellt. Das Zusetzen von Erdalkalimetallen zur Gefügeverfeinerung bei Sinterwerkstoffen auf Aluminiumbasis mit hohem Siliziumanteil verbessert die Festigkeitseigenschaften.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008 053 929 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung mindestens einer Komponente eines Nockenwellenverstellers auf Basis einer Aluminiumlegierung. Hierzu wird zunächst das Basismaterial (Aluminium) mit einem Silizium-Massenanteil von wenigstens 12,5 % bereitgestellt. Aus dem Basismaterial wird ein Halbzeug mittels eines Gießverfahrens oder pulvermetallurgischen Verfahrens hergestellt. Aus dem Halbzeug wird der Rohling mittels eines Umformverfahrens hergestellt. Letztendlich erfolgt die Fertigbearbeitung des Rohlings zu einer der für den Nockenwellenversteller benötigten Komponente. Das Verfahren ist jedoch zeitaufwändig und teuer.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 2010 063 703 A1 offenbart einen Nockenwellenversteller, welcher u. a. ein Antriebsrad aufweist. Das Antriebsrad ist in Blech ausgebildet. Alle Teile des Nockenwellenverstellers sind aus Umformteilen hergestellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem zumindest Antriebsräder oder auch andere Komponenten eines Nockenwellenverstellers in kostengünstiger Weise hergestellt werden können. Dabei soll das Verfahren für die Massenproduktion der jeweilig herzustellenden Komponente geeignet sein.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Antriebsrad für einen Nockenwellenversteller herzustellen, das kostengünstig ist und in Massenproduktion hergestellt werden kann, ohne dabei die erforderliche mechanische Stabilität zu verlieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Antriebsrad für einen Nockenwellenversteller, das die Merkmale des Anspruchs 4 umfasst.
Das Verfahren zum Herstellen eines Antriebsrades, bzw. einer weiteren Komponente für einen Nockenwellenversteller zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst ein zylinderförmiger Strang extrudiert wird. Dabei hat der zylinderförmige Strang beim Extrudieren gleich die geometrischen Abmessungen, die letztendlich für die herzustellende Komponente erforderlich sind. Für das Beispiel der Herstellung eines Antriebsrades hat der zylinderförmige Strang eine Querschnittsgröße, eine Umfangstopologie und eine Geometrie einer Querschnittsfläche, die im Wesentlichen denen des fertigen Antriebsrads entsprechen. In einem nächsten Schritt werden von dem zylinderförmigen Strang einzelne Rohlinge abgeschnitten. Die Rohlinge haben eine Breite, die der Breite des Antriebsrades entspricht und weisen eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche auf. Abschließend erfolgt das Bearbeiten der ersten Seitenfläche und der zweiten Seitenfläche des abgeschnittenen Rohlings. Durch das Bearbeiten erhält man eine Tragscheibe für den Zahnkranz des Antriebsrades. Die Tragscheibe besitzt eine Dicke, die kleiner ist als eine Breite des Zahnkranzes.
Der zylinderförmige Strang wird mit einem Aluminium-Extrudier-Verfahren hergestellt. Das Bearbeiten der ersten Seitenfläche und der zweiten Seitenfläche des vom Strang abgeschnitten Rohlings wird dabei derart ausgeführt, dass beim Bearbeiten der ersten Seitenfläche des Rohlings weniger Material kreisförmig abgetragen wird, als beim Bearbeiten der zweiten Seitenfläche des Rohlings. Das Antriebsrad für einen Nockenwellenversteller besitzt einen am Umfang des Antriebsrades angeordneten äußeren Zahnkranz. Der äußere Zahnkranz wird von einer Tragscheibe getragen und hat zumindest eine Zentralbohrung ausgebildet. Die Tragscheibe ist durch kreisförmigen Materialabtrag einer ersten Seite und einer zweiten Seite eines von einem mittels eines Extrusionsprozesses hergestellten Stranges abgeschnittenen Rohlings derart ausbildbar, dass eine resultierende Dicke der Tragscheiben kleiner ist, als eine Breite des Zahnkranzes.
Die Herstellung einer Komponente für einen Nockenwellenversteller, bzw. die Herstellung des Antriebsrades hat den Vorteil, dass dadurch die Kosten und der Zeitaufwand für deren Herstellung gesenkt werden können. Durch die Anwendung eines Extrusionsprozesses für die Herstellung eines Strangs für ein Antriebsrad eines Nockenwellenverstellers erreicht man eine Verbesserung des Prozesses bei der Massenproduktion. Ebenso ist es dadurch möglich, dass von dem durch den Extrusionsprozeß hergestellten Strang mehrere Teile (Antriebsräder) von dem Strang abgeschnitten werden können. Mittels des Extrusionsprozesses wird der Strang so hergestellt, dass er gleich die Geometrie und die Anforderungen für das Antriebsrad des Nockenwellenverstellers aufweist. So ist z. B. das innere Profil des Strangs und die äußere Oberfläche des Strangs identisch mit dem letztendlich herzustellenden Antriebsrad. Von dem Strang ist es lediglich erforderlich, dass die einzelnen Antriebsräder abgeschnitten werden. Nach dem Abschneiden ist nur noch eine Bearbeitung der ersten und der zweiten Seite des vom Strang abgeschnittenen Rohlings erforderlich.
Im Folgenden sollen die Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Antriebsrades, gemäß dem Stand der Technik;
2 einen mittels eines Extrusionsprozesses hergestellten Strang, aus dem die einzelnen Antriebsräder gefertigt werden;
3 eine perspektivische Ansicht eines Antriebsrades, bei dem die zweite Seitenfläche mittels eines Materialabtragungsprozesses bearbeitet wurde;
4 eine Schnittansicht des in 3 dargestellten Antriebsrades;
5 eine Schnittansicht des Antriebsrades, bei dem auch die erste Seitenfläche mittels eines materialabtragenden Prozesses bearbeitet worden ist; und
6 eine perspektivische Ansicht des in 5 durch die Schnittansicht dargestellten Antriebsrades.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Antriebsrades 10 gemäß dem Stand der Technik. Das Antriebsrad 10 besitzt einen äußeren Zahnkranz 2, der von einer Tragscheibe 4 getragen ist.
2 zeigt einen zylinderförmigen Strang 3, der mittels eines Aluminium-Extrusionsprozesses hergestellt worden ist. Der Strang 3 besitzt bereits an seinem äußeren Umfang eine Umfangstopologie 8, die letztendlich dem Zahnkranz 2 (siehe 3 bis 6) des fertigen Antriebsrades 10 entspricht. Ebenso weist der innere Aufbau des Strangs 3 bereits die Querschnittsgröße und auch die Geometrie auf, die dem fertigen Antriebsrad 10 zu eigen sind. So ist z. B. im Strang 3 bereits die Zentralbohrung 6 ausgebildet. Diese Zentralbohrung 6 erstreckt sich über die gesamte Länge L des Stranges 3. Ferner sind im Strang 3 weitere Komponenten 9 ausgebildet, die sich ebenfalls über die gesamte Länge L des Strangs 3 erstrecken.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Antriebsrades 10, gemäß der Erfindung. Bei dem Antriebsrad 10 wurde von der zweiten Seitenfläche 12 her eine materialabtragende Bearbeitung durchgeführt. Durch die Materialbearbeitung der zweiten Seitenfläche 12 erhält man die in 4 dargestellte Form der Tragscheibe 4, die bereits eine geringere Dicke 7 aufweist, als die Breite 5 des Zahnkranzes 2. Wie bereits in der Beschreibung zu 2 erwähnt, hat die Tragscheibe 4 bereits die Zentralbohrung 6 und eine Vielzahl weiterer Komponenten 9 ausgebildet, die sich letztlich durch die gesamte Dicke 7 der Tragscheibe 4 erstrecken.
Bei den in 5 und 6 dargestellten Abbildungen ist auch der Materialabtrag an der ersten Seitenfläche 11 des Rohlings durchgeführt worden. Wie aus der Darstellung in 5 hervorgeht, hat die Tragscheibe 4 eine Dicke 7, die geringer ist, als die Breite 5 des Zahnkranzes 2 des Antriebsrads 10. Da der Strang 3, und somit der Rohling der von dem Strang 3 abgeschnitten worden ist, mittels eines Extrusionsprozesses hergestellt sind, ist eine stoffschlüssige Anbindung der Tragscheibe 4 an den äußeren Zahnkranz 2 gegeben. Die Erfindung hat nun den Vorteil, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Antriebsrad 10 auf kostengünstige Weise hergestellt werden kann und dennoch die für den Betrieb bei einem Nockenwellenversteller erforderliche Stabilität aufweist.
Bezugszeichenliste

2: Zahnkranz
3: zylinderförmiger Strang
4: Tragscheibe
5: Breite
6: Zentralbohrung
7: Dicke
8: Umfangstopologie
9: weitere Komponenten
10: Antriebsrad
11: erste Seitenfläche
12: zweite Seitenfläche
L: Länge
U: Umfang

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 102008053929 A1 [0005]
DE 2010063703 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Herstellen eine Antriebsrades (10) für einen Nockenwellenversteller gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: • Extrudieren eines zylinderförmigen Stranges (3), der eine Querschnittsgröße, eine Umfangstopologie (8) und eine Geometrie einer Querschnittsfläche besitzt, die im Wesentlichen denen des fertigen Antriebsrades (10) entsprechen; • Abschneiden einzelner Rohlinge von dem Strang (3), wobei die Rohlinge einer Breite (5) des Antriebsrades (10) entsprechen und eine erste Seitenfläche (11) und eine zweite Seitenfläche (12) besitzen; • Bearbeiten der ersten Seitenfläche (11) und der zweiten Seitenfläche (12) des abgeschnittenen Rohlings, so dass eine Tragscheibe (4) für einen Zahnkranz (2) des Antriebsrades (10) mit einer Dicke (7) stehen bleibt, die kleiner ist als eine Breite (5) des Zahnkranzes (2).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mit einem Aluminium – Extrudier – Verfahren der zylinderförmige Strang (3) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bearbeiten der ersten Seitenfläche (11) und der zweiten Seitenfläche (12) des vom Strang (3) abgeschnitten Rohlings derart ausgeführt wird, dass beim Bearbeiten an der ersten Seitenfläche (11) des Rohlings weniger Material kreisförmig abgetragen wird, als beim Bearbeiten der zweiten Seitenfläche (12) des Rohlings.
Antriebsrad (10) für einen Nockenwellenversteller, mit einem an einem Umfang (U) des Antriebsrad (10) abgeordneten äußeren Zahnkranz (2) und einer Tragscheibe (4), die den äußeren Zahnkranz (2) trägt und zumindest eine Zentralbohrung (6) ausgebildet hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragscheibe (4) durch kreisförmigen Materialabtrag an einer ersten Seite (11) und einer zweiten Seite (12) eines von einem mittels eines Extrusionsprozesses hergestellten Stranges (3) abgeschnittenen Rohlings derart ausbildbar ist, dass eine resultierende Dicke (7) der Tragscheibe (4) kleiner ist, als eine Breite (5) des Zahnkranzes (2).