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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Abtriebselement eines Nockenwellenverstellers, das eine partielle Strukturierung an der Kontaktfläche zur Nockenwelle zur Erhöhung des übertragbaren Drehmoments aufweist, wobei der strukturfreie Bereich eine Mündung eines Ölkanals abdichtet.
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Hintergrund der Erfindung
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Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last und Drehzahl senkt den Verbrauch und die Emissionen. Zu diesem Zweck sind Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welche ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb ausgebildet sein.
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Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare gegeneinander wirkende Druckkammern aus, welche mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind koaxial angeordnet. Durch die Befüllung und Entleerung einzelner Druckkammern wird eine Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement erzeugt. Die auf zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement rotativ wirkende Feder drängt das Antriebselement gegenüber dem Abtriebselement in eine Vorteilsrichtung. Diese Vorteilsrichtung kann gleichläufig oder gegenläufig zu der Verdrehrichtung sein.
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Eine Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Flügelzellenversteller. Der Flügelzellenversteller weist einen Stator, einen Rotor und ein Antriebsrad mit einer Außenverzahnung auf. Der Rotor ist als Abtriebselement meist mit der Nockenwelle drehfest verbindbar ausgebildet. Das Antriebselement beinhaltet den Stator und das Antriebsrad. Der Stator und das Antriebsrad werden drehfest miteinander verbunden oder sind alternativ dazu einteilig miteinander ausgebildet. Der Rotor ist koaxial zum Stator und innerhalb des Stators angeordnet. Der Rotor und der Stator prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativdrehung zwischen dem Stator und dem Rotor ermöglichen. Die Flügel sind entweder einteilig mit dem Rotor bzw. dem Stator ausgebildet oder als „gesteckte Flügel” in dafür vorgesehene Nuten des Rotors bzw. des Stators angeordnet. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Der Stator und die Abdichtdeckel werden über mehrere Schraubenverbindungen miteinander gesichert.
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Eine andere Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Axialkolbenversteller. Hierbei wird über Öldruck ein Verschiebeelement axial verschoben, welches über Schrägverzahnungen eine Relativdrehung zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement erzeugt.
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Eine weitere Bauform eines Nockenwellenverstellers ist der elektromechanische Nockenwellenversteller, der ein Dreiwellengetriebe (beispielsweise ein Planetengetriebe) aufweist. Dabei bildet eine der Wellen das Antriebselement und eine zweite Welle das Abtriebselement. Über die dritte Welle kann dem System mittels einer Stelleinrichtung, beispielsweise ein Elektromotor oder eine Bremse, Rotationsenergie zugeführt oder aus dem System abgeführt werden. Eine Feder kann zusätzlich angeordnet werden, welche die Relativdrehung zwischen Antriebselement und Abtriebselement unterstützt oder zurückführt.
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Die
DE 10 2005 062 522 A1 zeigt ein Verfahren zur kraftschlüssigen Verbindung der Stirnflächen zweier Maschinebauteile zur Übertragung hoher Drehmomente oder Querkräfte, sowie eine gemäß diesem Verfahren hergestellte aus diesen Maschinenbauteilen gebildete Baugruppe. Kraftschlüssige Verbindungen zweier Flächen von Maschinenbauteilen werden in vielen Bereichen des Maschinenbaus zur Übertragung von Querkräften oder Drehmomenten eingesetzt. Die übertragbare Kraft wird dabei im Wesentlichen durch die Flächenpressung und die dadurch herbeigeführte Reibung zwischen den miteinander verbundenen Flächen bewirkt. Solche Verbindungen sind vor allem in der Antriebstechnik, zum Beispiel zum Antrieb von Hilfsaggregaten, von Bedeutung. Die übertragbare Leistung ist oft durch die Kraft begrenzt, die über den Kontakt der beiden aneinander anliegenden Flächen übertragen werden kann.
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Die
DE 10 2009 050 779 A1 zeigt einen Schwenkmotornockenwellenversteller mit einem Rotor und einer Nockenwelle. Zwischen diesem Rotor und der Nockenwelle ist eine Reibscheibe mittels einer Zentralschraube axial verspannt. Somit überträgt diese Reibscheibe ein Antriebsmoment reibschlüssig. Zum Verschwenken des Rotors in zwei entgegengesetzte Drehrichtungen verlaufen zumindest zwei Ölkanäle durch die Nockenwelle und eine Nabe des Rotors. Zumindest der eine Ölkanal ist radial innen durch einen Innenringteil der Reibscheibe und radial außen durch einen Außenringteil der Reibscheibe hydraulisch abgedichtet.
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Die
DE 10 2014 219 558 A1 zeigt eine Nockenwellenverstelleinrichtung einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem hydraulischen, als Flügelzellenversteller ausgebildeten Nockenwellenversteller und einer Nockenwelle. Der Nockenwellenversteller umfasst einen mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbindbaren Stator sowie einen in dem Stator drehbar gelagerten, der Nockenwelle zugeordneten Rotor. Zwischen zwei Bauteilen der Nockenwellenverstelleinrichtung ist ein Schraubenverband bzw. eine Verschraubung vorgesehen, die eine kraftschlüssige, zwei Kontaktflächen einschließende Stirnpressverbindung vorsieht. Dabei ist jeweils eine der Kontaktflächen verdichtet oder hartverfestigt und mit einer Aufwürfe einschließenden Schichtstruktur versehen, die mit der weiteren unbehandelten Kontaktfläche zusammenwirkt.
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Die
DE 10 2009 050 779 B4 zeigt einen Schwenkmotornockenwellenversteller mit einem Rotor und einer Nockenwelle. Zwischen diesem Rotor und der Nockenwelle ist eine Reibscheibe mittels einer Zentralschraube axial verspannt. Somit überträgt diese Reibscheibe ein Antriebsmoment reibschlüssig. Zum Verschwenken des Rotors in zwei entgegengesetzte Drehrichtungen verlaufen zumindest zwei Ölkanäle durch die Nockenwelle und eine Nabe des Rotors. Zumindest der eine Ölkanal ist radial innen durch einen Innenringteil der Reibscheibe und radial außen durch einen Außenringteil der Reibscheibe hydraulisch abgedichtet. Der Innenringteil und der Außenringteil sind mittels eines Steges miteinander verbunden.
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Die
DE 10 2013 213 927 A1 zeigt eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Flügelzellenversteller mit einem mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbaren Stator und einem in dem Stator drehbar gelagerten, mit einer Nockenwelle verbindbaren Rotor mit einer Mehrzahl von zwischen dem Stator und dem Rotor vorgesehenen, mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Arbeitskammern, und einer Zentralschraube zum Verspannen des Rotors mit der Nockenwelle über einander gegenüberliegenden Klemmflächen des Rotors und der Nockenwelle, wobei wenigstens eine der Klemmflächen des Rotors und/oder der Nockenwelle zur Schaffung einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Rotor und der Nockenwelle eine durch Aufschmelzen und Erstarren des Werkstoffs profilierte Oberfläche aufweist.
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Die
DE 10 2011 014 460 A1 zeigt eine Nockenwellenverstelleinheit, insbesondere eine Flügelzellennockenwellenverstelleinheit, mit zumindest einem Stator, der zur festen Anbindung an eine Kurbelwelle vorgesehen ist, mit zumindest einem Deckel, der zur axialen Begrenzung zumindest einer Druckkammer an den Stator fest angebunden ist, und mit zumindest einer Befestigungseinheit, die zur Befestigung des zumindest einen Deckels an dem Stator vorgesehen ist. Es wird vorgeschlagen, dass der Stator, der Deckel und/oder die Befestigungseinheit wenigstens einen aufgerauten Oberflächenbereich aufweist, der zur festen Anbindung des Deckels an den Stator vorgesehen ist, um eine Reibung zwischen zumindest zwei aufeinanderliegenden Oberflächen zu erhöhen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Abtriebselement eines Nockenwellenverstellers anzugeben, der eine besonders einfache Dichtheit der Ölkanäle an der Anschlussstelle zur Nockenwelle aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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So löst ein Abtriebselement eines Nockenwellenverstellers, wobei das Abtriebselement eine Kontaktfläche zur drehfesten Verbindung mit einer Nockenwelle aufweist, wobei die Kontaktfläche zumindest eine Mündung eines Ölkanals des Abtriebselements aufweist, der einer Mündung eines Ölkanals der Nockenwelle gegenüberstehen kann, um Hydraulikmittel aus der Nockenwelle in das Abtriebselement zu leiten, die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Kontaktfläche eine Strukturierung zur Erhöhung der Drehmomentübertragung zwischen Abtriebselement und Nockenwelle aufweist, wobei diese Strukturierung im Bereich um die Mündung herum strukturfrei ist und dieser Bereich zur Abdichtung der Mündung gegenüber der Umwelt ausgebildet ist.
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Die Kontaktfläche des Abtriebselements ist vorzugsweise eine axiale Stirnfläche des Abtriebselements. Alternativ oder zusätzlich kann diese Kontaktfläche auch eine Umfangsfläche einer Zentralöffnung des Abtriebselements sein.
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Die Strukturierung ist als ein Muster von Erhebungen ausgebildet, die zusätzlich zum Herstellschritt der Formgebung des Abtriebselements oder in diesen integriert ausgebildet werden können. Die Strukturierung ist bevorzugterweise direkt und unmittelbar an das Abtriebselement und/oder an die Nockenwelle angeformt, ohne dass ein zusätzliches Bauteil mit der Strukturierung zur Anwendung kommt. Das Muster der Strukturierung ist vorzugsweise linienförmig. Auch ist ein Muster aus einzelnen Kreisen denkbar.
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Hierdurch wird erreicht, dass ein auf den strukturfreien Bereich aufsetzendes Werkzeug oder eine mit dem Bereich in Anlage kommende, von einem peripheren Bauteil ausgebildete Kontaktfläche eine linienförmige oder flächige Anlage ausbildet, so dass ein durch diese Flächen übertragenes Medium, beispielsweise Öl oder Luft, verlustfrei von einem Bauteil auf das andere Bauteil übertragen werden kann. Zugleich wird durch die Strukturierung der Kontaktfläche bzw. der partiellen Strukturierung eines Bereichs der Kontaktfläche das übertragbare Drehmoment zwischen den beiden Bauteilen erhöht. Auch wird erreicht, dass die Strukturierung durch die Anlage der dichtenden Flächen, insbesondere bei der Prüfung der Dichtheit durch ein Werkzeug mit Luft, nicht beeinträchtigt wird.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Strukturierung eine Laserstrukturierung. Vorteilhafterweise kann eine Laserstrukturierung wirtschaftlich und einfach auf die Kontaktfläche des Abtriebselements oder der Nockenwelle aufgebracht werden.
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Alternativen zur Laserstrukturierung ist bspw. das Plasmabeschichten, bei dem Hartpartikel auf die Oberfläche aufgetragen werden. Auch ist ein direktes Aufstrukturieren im Sinterprozess bei einem aus Sintermetall ausgebildeten Abtriebselement denkbar. Die Ausbildung der Strukturierung kann auch durch ein spangebendes Verfahren erzielt werden. In jedem Fall sind Verfahren denkbar, die den Reibwert der Kontaktfläche erhöhen und unmittelbar auf die Kontaktfläche auf- oder eingebracht werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung umrandet der strukturfreie Bereich die Mündung. Vorteilhafterweise ist durch die Umrandung der Mündung durch einen Bereich, der keine Strukturierung aufweist, eine weitestgehend plane Anlagefläche gebildet, die mit einer planen Anlagefläche in Kontakt kommen kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umrandet der strukturfreie Bereich die Mündung und eine die Mündung vollständig umrandende einzelne Erhebung der Strukturierung ist auf der Kontaktfläche zur Abdichtung vorhanden. So wird vorteilhafterweise durch die einzelne, die Mündung vollständig umrandende Erhebung eine verbesserte Dichtwirkung erzielt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der die Mündung umgebene strukturfreie Bereich gegenüber der Strukturierung axial zurückgesetzt. Zurückgesetzt in diesem Sinne umfasst generell einen axialen Versatz zwischen dem Bereich der Strukturierung und dem strukturfreien Bereich. Vorteilhafterweise kann so eine Zentrierung über den strukturfreien Bereich und/oder über die Umfangsfläche des Absatzes zwischen den beiden Bereichen erzielt werden.
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In einer bevorzugten Ausbildung ist der die Mündung umgebene strukturfreie Bereich plan ausgebildet. Eine plane Anlagefläche zu dem peripheren Bauteil, das seinerseits auch eine plane Anlagefläche aufweist, erzielt eine besonders gute Dichtwirkung und das Bauteil ist besonders einfach zu montieren.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der die Mündung umgebene strukturfreie Bereich keglig ausgebildet. Durch die keglige Ausbildung lässt sich eine gute Zentrierung beider miteinander gefügter Bauteile erzielen.
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In einer Ausbildung der Erfindung umrandet der strukturfreie Bereich mehrere Mündungen. Vorteilhafterweise können die mehreren Mündungen auf demselben Teilkreis angeordnet sein und denselben Durchmesser haben. So lässt sich der strukturfreie Bereich besonders einfach vom Herstellprozess aussparen, um den Rest der Kontaktfläche zu strukturieren.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird eine Abdichtung der Ölkanäle zueinander und gegenüber der Umwelt erreicht, wobei zugleich ein Bereich der Strukturierung eine hohe Drehmomentübertragung zwischen dem Abtriebselement und der Nockenwelle sicherstellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
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Es zeigen:
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1 einen Nockenwellenversteller im Schnitt,
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2 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abtriebselements mit Blick auf die Kontaktfläche und
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3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abtriebselements mit Blick auf die Kontaktfläche.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen Nockenwellenversteller 8 mit einem erfindungsgemäßen Abtriebselement 1 im Schnitt. Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise des Nockenwellenverstellers 8 sind aus dem Stand der Technik bekannt. Der Nockenwellenversteller 8 bzw. dessen Abtriebselement 1 weist eine axial orientierte Kontaktfläche 2 auf, welche in Anlage mit einer axialen Fläche der Nockenwelle kommen kann. Die Kontaktfläche 2 hat die Form eines Kreisringes und wird zentral von einer Zentralöffnung 7 durchsetzt. In die axiale Kontaktfläche 2 mündet ein zumindest abschnittsweise radial innerhalb des Abtriebselements 1 verlaufender Ölkanal 4 mit seiner Mündung 3. Die Mündung 3 ist kreisförmig ausgebildet, da der Ölkanal 4 eine Bohrung ist. Die axiale Kontaktfläche 2 weist eine Strukturierung 6 auf, die mit der axialen Fläche der Nockenwelle so zusammenwirkt, dass ein Mikroformschluss ausgebildet ist und ein im Vergleich zum Stand der Technik höheres Drehmoment übertragen werden kann. Die besondere Ausbildung der Strukturierung ist in verschiedenen Ausführungen in den nachfolgenden Figuren beschrieben.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abtriebselements 1 mit Blick auf die Kontaktfläche 2. Die Kontaktfläche 2 weist eine Strukturierung auf (hier schraffiert dargestellt), die vorteilhafterweise durch einen Laser erzeugt worden ist. Es sind kreisringförmige Bereiche 5 konzentrisch zu jeder Mündung 3 angeordnet, die frei von der zusätzlich aufgebrachten Strukturierung sind. So kann auf diese freigestellten Bereiche 5 ein Werkzeug oder eine Fläche der Nockenwelle dichtend aufsetzen und ein Medium (bspw. Druckluft zur Prüfung oder Hydraulikmittel im Betrieb im Motor) übertragen werden, wobei die Übertragung nahezu frei von Verlusten durch den Spalt beider aneinander anliegenden Flächen ist.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abtriebselements 1 mit Blick auf die Kontaktfläche 2. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform nach 2 umrandet der strukturfreie Bereich 5 mehrere Mündungen 3 zugleich. Der strukturfreie Bereich 5 hat die Form eines Kreisringes, der konzentrisch zur Drehachse des Abtriebselements 1 angeordnet ist. Ein mit der Strukturierung 6 ausgebildeter Kreisring umfasst den strukturfreien Bereich 5 vollständig und schließt so alle Mündungen 5 ein, so dass auch die Strukturierung 6 im äußeren Bereich der Kontaktfläche eine Dichtung radial nach außen wahrnimmt. Der strukturfreie Bereich 5 umfasst hingegen einen kleineren Kreisring mit einer Strukturierung 6 vollständig.
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Die 2 und 3 weisen eine an die Zentralöffnung 7 angrenzenden strukturfreien Bereich 5 in Form eines Kreisringes auf, um die Mündungen 9 von radialen Ölkanälen 10, welche in der Zentralöffnung 7 angeordnet sind, gemeinsam abzudichten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abtriebselement
- 2
- Kontaktfläche
- 3
- Mündung (axialer Ölkanal)
- 4
- axialer Ölkanal des Abtriebselements
- 5
- strukturfreier Bereich
- 6
- Strukturierung
- 7
- Zentralöffnung
- 8
- Nockenwellenversteller
- 9
- Mündung (radialer Ölkanal)
- 10
- radialer Ölkanal des Abtriebselements
