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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Begünstigung aus dem Anmeldetag der am 3. Januar 2017 eingereichten provisorischen
US-Patentanmeldung Nr. 62/441,827 mit dem Titel „Rotor und Verfahren zur Herstellung eines Rotors mit angeglichenen Oberflächenbereichen zum Schleifen“, die hierdurch unter Bezugnahme in ihrer Gesamtheit wie hierin dargelegt für alle Zwecke aufgenommen ist.
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ERKLÄRUNG BEZÜGLICH BUNDESFÖRDERUNG
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VON FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNG
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Nicht anwendbar.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Anmeldung betrifft Rotoren für Motoren mit variabler Ventilsteuerung (VVT von Englisch „Variable Valve Timing“) und verwandte Verfahren zur Herstellung von Rotoren dieser Art, bei denen die Oberflächenbereiche des Paars von zu schleifenden parallelen ebenen Oberflächen modifiziert werden, um ein verbessertes Schleifen zu ermöglichen.
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HINTERGRUND
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In Verbrennungsmotoren beschreibt variable Ventilsteuerung (VVT) Mechanismen und verwandte Verfahren, mit denen die Form oder die Zeitsteuerung eines Ventilhubereignisses in einem Verbrennungsmotor geändert werden kann. Motoren mit variabler Ventilsteuerung ermöglichen es, den Hub oder die Zeitsteuerung der Einlass- und/oder Auslassventile während des Betriebs des Motors zu ändern.
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In einem Motor mit variabler Ventilsteuerung haben der Rotor und der Stator oft eine komplexe Form. Insbesondere umfasst der Rotorkörper typischerweise einen Hauptkörper mit Schaufeln, Kanälen für den Öl- oder Lufttransport und eine zentrale Bohrung zur Montage an der Nockenwelle. Die Schaufeln definieren in Kombination mit dem Statorgehäuse variable Öl- oder Luftdruckkammern in einem Statorgehäuse. Die Kanäle ermöglichen den Öl- oder Lufttransport von einer Druckkammer zu anderen Druckkammern.
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KURZDARSTELLUNG
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Aufgrund der komplexen und asymmetrischen Form des Rotors kann eine effiziente Herstellung des Rotors schwierig sein. Da Pulvermetallurgie eine effiziente Art der Herstellung von Teilen ist, werden viele Rotoren heute durch Pressen von Pulvermetall in eine Vorform hergestellt, die dem Rotor ähnelt, und bei hohen Temperaturen zu dem gesinterten Rotorkörper geformt. Aufgrund der sehr präzisen geometrischen Anforderungen an die Rotoren in Anbetracht von deren Verwendung in einem Motor benötigen die gesinterten Pulvermetallrotoren jedoch immer noch einen letzten Fertigstellungsschritt, um die axialen Flächen des Rotors so anzufertigen, dass genaue Abmessungen und Ebenheit erreicht werden.
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Ein spezielles Problem, das dabei entsteht, ist jedoch, dass es schwierig sein kann, die axialen Flächen gleichmäßig zu schleifen, da verschiedene axiale Flächen des Rotors unterschiedliche Geometrien und Muster aufweisen. Typischerweise wird ein unfertiger Rotor in einer Schleifmaschine platziert, in der beide axiale Flächen gleichzeitig geschliffen werden. In vielen Fällen muss, da die axialen Flächen uneben sind, eine axiale Fläche aufgrund der Anforderungen an die gegenüberliegende axiale Fläche länger geschliffen werden, als dies für diese Fläche allein erforderlich wäre. Dies kann unter anderem dazu führen, dass die Zeit für das Schleifen auf die Zeit verlängert wird, die benötigt wird, um die Seite zu schleifen, die am längsten zum Schleifen benötigt, dass auf einer Seite mehr Bestand oder Material entfernt wird als auf der anderen, und dass die Dimensionsstabilität von Teil zu Teil schwieriger zu steuern ist.
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Hierin wird eine Weise offenbart, den Produktionsprozess für einen Rotor mit variabler Ventilsteuerung durch Ausgleichen der Oberflächenbereiche, die geschliffen werden, zu verbessern. Konzeptionell ist die Oberfläche mit dem größeren Oberflächenbereich, der die Schleifscheibe berührt, bewusst so geformt, dass sie einen reduzierten Oberflächenbereich aufweist, der die Scheibe berührt, indem Bereiche selektiv vertieft werden, die ansonsten Teil der zu schleifenden axialen Seite bilden könnten, wodurch die sich gegenüberliegenden Oberflächenbereiche, die geschliffen werden, ins Gleichgewicht gebracht werden (oder zumindest die Oberflächenbereiche des Paars von axialen Seiten näher zueinander gebracht werden).
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Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen Motor mit variabler Ventilsteuerung offenbart. Das Verfahren umfasst die Schritte des Pressens eines Pulvermetallmaterials in einem Werkzeug- und Matrizensatz zum Bilden eines Pulvermetallpresskörpers, des Sinterns des Pulvermetallpresskörpers zum Bilden eines gesinterten Pulvermetallteils und des Schleifens des gesinterten Pulvermetallteils. Der gesinterte Pulvermetallteilpresskörper hat ein Paar von axialen Seiten, die jeweils eine entsprechende ebene Oberfläche aufweisen, um ein Paar von ebenen Oberflächen auf dem gesinterten Pulvermetallteil bereitzustellen, die parallel zueinander und entgegengesetzt voneinander weg gewandt ausgerichtet sind. Mindestens eine des Paars von axialen Seiten weist eine oder mehrere vertiefte Oberflächen auf, die von der entsprechenden ebenen Oberfläche axial versetzt sind, um einen Oberflächenbereich der entsprechenden ebenen Oberfläche an einen Oberflächenbereich der anderen ebenen Oberfläche anzugleichen. Während des Schleifschrittes wird dieses Paar von ebenen Oberflächen gleichzeitig geschliffen, um ein Paar fertig bearbeitete ebene Oberflächen auf dem gesinterten Pulvermetallteil zu erzeugen, um den Rotor zu erzeugen.
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In einigen Formen des Verfahrens können die Oberflächenbereiche jeder des Paars von ebenen Oberflächen innerhalb von 15%, 10% oder 5% voneinander liegen. Dies kann unter anderem dazu beitragen, Oberflächenbereiche, die geschliffen werden, ins Gleichgewicht zu bringen. Während es angedacht ist, die Oberflächen in dem Vergleichsoberflächenbereich einfach näher zueinander zu bringen, um viele der Vorteile des Prozesses zu erlangen, können die Oberflächenbereiche in manchen Formen einander gleich gemacht werden.
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Der Rotor kann einen zentralen Körper mit einer Mehrzahl von Schaufeln umfassen, die sich von dem zentralen Körper radial nach außen erstrecken. Um dazu beizutragen, die Oberflächenbereiche in einigen Formen ins Gleichgewicht zu bringen, kann jede der Mehrzahl von Schaufeln auf einer des Paars von ebenen Oberflächen eine darin gebildete vertiefte Oberfläche aufweisen. In einigen Formen kann der gesinterte Pulvermetallkörper eine axial verlaufende Durchgangsöffnung aufweisen und kann der zentrale Körper auf einer axialen Seite des gesinterten Pulvermetallkörpers eine sich zu der axial verlaufenden Durchgangsöffnung erstreckende Oberfläche mit einer Gegenbohrung aufweisen und kann der zentrale Körper auf der anderen axialen Seite des zentralen Körpers eine vertiefte Oberfläche aufweisen. Die vertiefte Oberfläche an dem zentralen Körper kann von einem Außenumfangsrand und einem Innenumfangsrand der entsprechenden ebenen Oberfläche, auf der sie angeordnet ist, nach innen beabstandet angeordnet sein, so dass der Innenumfangsrand dem der axial verlaufenden Durchgangsöffnung gemeinsam ist.
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In einigen Formen können beide des Paars von ebenen Oberflächen jeweils eine oder mehrere vertiefte Oberflächen aufweisen, die entsprechend axial davon versetzt sind.
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In einigen Formen kann die vertiefte Oberfläche von einem Umfangsrand einer entsprechenden des Paars von ebenen Oberflächen nach innen beabstandet angeordnet sein. So kann die vertiefte Oberfläche beispielsweise mindestens 2 mm von dem Umfangsrand beabstandet angeordnet sein.
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In einigen Formen des Verfahrens kann der Schritt des gleichzeitigen Schleifens des Paars von ebenen Oberflächen ein paralleles Paar von Schleifscheiben umfassen, die sich relativ zueinander in entgegengesetzten Richtungen drehen. In anderen Formen kann der Schritt des gleichzeitigen Schleifens des Paars von ebenen Oberflächen jedoch auch ein paralleles Paar von Schleifscheiben umfassen, die sich relativ zueinander in der gleichen Richtung drehen.
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Es wird angedacht, dass die vertiefte(n) Fläche(n) in einigen Formen nach dem Schleifen in Bezug auf die entsprechende ebene Oberfläche zwischen 0,1 mm und 0,2 mm tief sein können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Rotor für einen Motor mit variabler Ventilsteuerung offenbart. Der Rotor umfasst einen zentralen Körper mit einer Mehrzahl von Schaufeln, die sich von dem zentralen Körper radial nach außen erstrecken, wobei der zentrale Körper und die Mehrzahl von Schaufeln eine Einheitskomponente sind, die aus einem gesinterten Pulvermetall gebildet ist oder dieses aufweist. Der Rotor hat ein Paar von axialen Seiten, die jeweils eine entsprechende ebene Oberfläche aufweisen, um ein Paar ebener Oberflächen an dem Rotor bereitzustellen, die parallel zueinander und entgegengesetzt voneinander weg gewandt angeordnet sind (im letzten Teil werden diese ebenen Oberflächen „abschließend oberflächenbehandelt“ oder geschliffen). Eine oder beide des Paars von axialen Seiten weisen mindestens eine vertiefte Oberfläche auf, die axial von der entsprechenden ebenen Oberfläche versetzt ist, um einen Oberflächenbereich der entsprechenden ebenen Oberfläche an einen Oberflächenbereich der anderen ebenen Oberfläche anzugleichen.
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In einigen Formen können die Oberflächenbereiche jeder des Paars von ebenen Oberflächen innerhalb von 15%, 10% oder 5% voneinander liegen.
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In einigen Formen kann der gesinterte Pulvermetallkörper eine axial verlaufende Durchgangsöffnung aufweisen. Auf einer axialen Seite des gesinterten Pulvermetallkörpers kann der zentrale Körper eine Oberfläche mit einer Gegenbohrung aufweisen, die sich zu der axial verlaufenden Durchgangsöffnung erstreckt, und kann der zentrale Körper auf der anderen axialen Seite des gesinterten Pulvermetallkörpers eine vertiefte Oberfläche aufweisen. In beiden des Paars von ebenen Oberflächen kann jede der Mehrzahl von Schaufeln eine darin gebildete vertiefte Oberfläche aufweisen.
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In einigen Formen können beide des Paars von ebenen Oberflächen jeweils mindestens eine vertiefte Oberfläche axial zu dieser versetzt aufweisen.
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In einigen Formen kann die mindestens eine vertiefte Oberfläche von einem Umfangsrand einer entsprechenden des Paars von ebenen Oberflächen nach innen beabstandet angeordnet sein, kann mindestens 2 mm von dem Umfangsrand beabstandet angeordnet sein und kann in Bezug auf die jeweilige ebene Oberfläche zwischen 0,1 mm und 0,2 mm tief sein.
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Diese und noch weitere Vorteile der Erfindung werden sich aus der ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen ergeben. Nachstehend wird lediglich eine Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gegeben. Um den vollen Offenbarungsumfang der Erfindung zu beurteilen, sollten die Ansprüche betrachtet werden, da diese bevorzugten Ausführungsformen nicht die einzigen Ausführungsformen im Offenbarungsumfang der Ansprüche sein sollen.
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Figurenliste
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- 1A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Seite eines herkömmlichen Rotors für einen Motor mit variabler Ventilsteuerung.
- 1B zeigt eine perspektivische Ansicht der anderen Seite des Rotors gemäß 1A.
- 2A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Seite eines verbesserten Rotors für einen Motor mit variabler Ventilsteuerung, wobei der Rotor gemäß 1A und 1B eine gegenüber dem Rotor modifizierte Struktur aufweist.
- 2B zeigt eine perspektivische Ansicht der anderen Seite des Rotors gemäß 2A.
- 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das die Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines verbesserten Rotors beschreibt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf 1A und 1B ist zunächst ein herkömmlicher Rotor 100 dargestellt. Ein solcher Rotor kann eine Komponente eines Motors mit variabler Ventilsteuerung sein und die Einzelheiten, wie der Rotor mit anderen Komponenten in einem Motor mit variabler Ventilsteuerung zusammenwirkt, sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden hier nicht näher beschrieben. Es genügt zu wissen, dass Rotoren mit variabler Ventilsteuerung außergewöhnlich kleine Maßtoleranzen und präzise Anforderungen an die Ebenheit und Parallelität vieler der sich gegenüberliegenden ebenen Oberflächen haben, da der Rotor in einem zusammengebauten Motor verwendet wird, bei dem selbst kleine Abweichungen (in der Größenordnung einer Dicke eines menschlichen Haars) inakzeptabel sein können.
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Der Rotor 100 weist einen Körper 102 auf, der sich von einer ersten ebenen Oberfläche 104 (als eine gesprenkelte oder gepunktete Fläche dargestellt, um die Ebene anzuzeigen, und nur zur Veranschaulichungszwecken) zu einer zweiten ebenen Oberfläche 106 (auch als eine gesprenkelte oder gepunktete Fläche dargestellt, um die Ebene anzuzeigen) erstreckt, wobei die zweite ebene Oberfläche 106 der ersten ebenen Oberfläche 104 gegenüberliegt und parallel zu ihr angeordnet ist. Zwischen der ersten ebenen Oberfläche 104 und der zweiten ebenen Oberfläche 106 befindet sich eine zentrale Durchgangsöffnung 108, die in der dargestellten Form kreisförmig ist und in der speziellen dargestellten Form auch eine Gegenbohrung 109 von der ersten ebenen Oberfläche 104 umfasst. Diese zentrale Durchgangsöffnung 108 definiert eine Mittelachse A-A des Rotors 100. Der Körper 102 weist auch einen Außenumfang 110 auf, der sich rechtwinklig von der ersten ebenen Oberfläche 104 zu der zweiten ebenen Oberfläche 106 erstreckt und die allgemeine Form des Rotors 100 definiert, wenn der Rotor von einem der beiden axialen Enden aus betrachtet wird. Wie dargestellt, ist der Rotor 100 so geformt, dass er einen zentralen Kernabschnitt 112 (durch den sich die zentrale Bohrung 108 erstreckt), der bei Betrachtung von einer axialen Seite aus gesehen im Allgemeinen rund ist, und eine Mehrzahl von Schaufeln 114a-114e aufweist, die sich im Allgemeinen axial von dem zentralen Kernabschnitt 112 erstrecken. In der dargestellten Form gibt es fünf Schaufeln, darunter vier identische Schaufeln 114a-114d mit Seiten mit geformten Winkeln und eine sich davon unterscheidende Schaufel 114e mit einer sich im Allgemeinen radial erstreckenden Seite mit flachem Winkel. Auf der zweiten ebenen Oberfläche 106 ist eine vertiefte T-Nut 116 vorgesehen, die sich von dem Kernabschnitt 112 in die Schaufel 114e hinein erstreckt. Es sollte zu verstehen sein, dass, obwohl in dem dargestellten Beispiel fünf Schaufeln dargestellt sind, diese Konstruktion nur exemplarisch ist und dass in anderen Rotorkonstruktionen andere Anzahlen und Formen von Schaufeln und Profilen des zentralen Kernabschnitts verwendet werden können.
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Rotoren wie der abgebildete Rotor 100 werden beispielsweise oft pulvermetallurgisch hergestellt. In einer Form können das lose Pulvermetall und Schmiermittel und/oder Bindemittel unter Druck in einem Werkzeug- und Matrizensatz gepresst werden, um zu einem Pulvermetallpresskörper geformt zu werden. Dieser Presskörper kann dann bei Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt des Pulvermetalls (und sogar bei Temperaturen, die möglicherweise den Schmelzpunkt einiger, aber nicht aller, Bestandteile des Pulvermetalls überschreiten) gesintert werden. Dieses Sintern verbindet die Partikel des Pulvermetalls dauerhaft miteinander und erhöht die Dichte der Komponente.
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Wie vorstehend erwähnt, benötigen Rotoren dieses Typs extrem flache und parallele ebene Oberflächen (sowie in dem dargestellten Rotor 100 sich gegenüberliegende Oberflächen 104 und 106) mit sehr engen Toleranzen. Während pulvermetallurgisch hergestellte Teile im gesinterten Zustand eine sehr gute Maßgenauigkeit aufweisen, muss ein Schleifschritt nach dem Sintern erfolgen, um diese sich gegenüberliegenden Oberflächen den Anforderungen an Ebenheit, Abstand und Parallelität anzupassen. Dies wird oft mit einer Schleifmaschine, wie beispielsweise der doppelseitigen Chargenverarbeitungsmaschine Lapmaster® Wolters AC 1200, erreicht. Bei solchen Maschinen schleifen parallele Schleifscheiben die gegenüberliegenden ebenen Oberflächen auf den Rotoren gleichzeitig, um diese Oberflächen zu glätten und gemäß den entsprechenden Spezifikationen zu beabstanden. Typischerweise, aber nicht immer, drehen sich die Schleifscheiben gegenläufig und mit unterschiedlichen Drehzahlen, wenn die Schleifscheiben Material von den sich gegenüberliegenden ebenen Oberflächen des Rotors entfernen.
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Der herkömmliche Feinschliff dieser sich gegenüberliegenden Flächen ist jedoch oft ein langsamer Prozess, um die Prozesssteuerung aufrecht zu halten. Unter anderem gilt: Je schneller sich die Schleifscheiben drehen, desto ungenauer ist das Schleifen. Ferner ist beim Vergleich von 1A und 1B zu sehen, dass die erste und zweite ebene Oberfläche 104 und 106 unterschiedliche Bereiche aufweisen, was es schwierig machen könnte, die beiden Oberflächen gleichmäßig zu schleifen, da von jeder Seite unterschiedliche Mengen an Material entfernt werden. In dem dargestellten Rotor 100 weist die erste ebene Oberfläche 104 einen Oberflächenbereich von 12,06 cm2 und die zweite ebene Oberfläche 106 einen Oberflächenbereich von 19,79 cm2 auf. Diese Unterschiede in den Oberflächenbereichen bedeuten, dass eine Seite effektiv auf eine geeignete Ebenheit geschliffen werden kann, während das Schleifen noch fortgesetzt werden muss, um die andere Seite auf eine geeignete Ebenheit zu bringen. Alternativ können diese Unterschiede in dem Oberflächenbereich auch bedeuten, dass, wenn die Schleifscheiben mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gedreht werden, so dass beide Seiten ungefähr gleichzeitig fertig gestellt werden, eine der beiden Seiten die Gesamtzeit für das Schleifen verlängern kann.
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Jetzt ist mit Bezugnahme auf 2A und 2B ein verbesserter Rotor 200 dargestellt, der eine modifizierte Version des herkömmlichen Rotors 100 ist. Die strukturellen Veränderungen des verbesserten Rotors 200 ermöglichen ein verbessertes, schnelleres und genaueres Schleifen der sich gegenüberliegenden Oberflächen. Der Rotor 200 in 2A und 2B ist identisch mit dem Rotor 100 in 1A und 1B, mit Ausnahme der in den folgenden Zeichnungen und Texten befindlichen Unterschiede. Um Redundanzen in der Beschreibung zu vermeiden, werden ansonsten ähnliche Merkmale mit den Bezugszahlen der 100er-Serie durch entsprechende Bezugszahlen der 200er-Serie gekennzeichnet. So entspricht beispielsweise der Außenumfang 210 in 2A und 2B dem Außenumfang 110 in 1A und 1B.
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Der Hauptunterschied zwischen dem Rotor 100 in 1A und 1B und dem Rotor 200 in 2A und 2B besteht darin, dass die axialen Seiten des Rotors 200 mehrere vertiefte Oberflächen aufweisen, die axial versetzt zu ihren entsprechenden ebenen Oberflächen 204 und 206 angeordnet sind (die wieder gesprenkelt oder gepunktet sind, um die ebenen Oberflächen hervorzuheben und ihre relativen Oberflächenbereiche zu vergleichen). Betrachtet man 2A, gibt es auf der ersten ebenen Oberfläche 204 in jeder der Schaufeln 214a-214e eine entsprechende vertiefte Oberfläche 218a-218e, in der die vertieften Flächen 218a-218d im Allgemeinen alle dreieckig sind, während die vertiefte Oberfläche 218e vierseitig mit teilweise bogenförmigen Abschnitten ist. Betrachtet man 2B, gibt es auf der zweiten ebenen Oberfläche 206 in jeder der Schaufeln 214a-214e wieder vertiefte Abschnitte 220a-220e ähnlich den vertieften Oberflächen 218a-218e und auch eine allgemein Donut-förmige Vertiefung 220 auf der zweiten ebenen Oberfläche 206 zwischen den kreisförmigen Segmenten des Außenumfangs 220 und dem kreisförmigen Abschnitt der zentralen Durchgangsöffnung 208. Die Formen der verschiedenen Vertiefungen sind nur exemplarisch und je nach Bereichen und Form des Körpers 202 können andere Arten von Vertiefungen verwendet werden.
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In der dargestellten Version des Rotors 200 sind die verschiedenen hinzugefügten vertieften Oberflächen alle mindestens 2,0 mm von den Umfangsrändern der ebenen Oberflächen 204 und 206 des Körpers 202 (d.h. dem Außenumfang 210 und der Innendurchmesserfase oder dem Innenumfangsrand der zentralen Durchgangsöffnung 208) versetzt und mindestens 1,5 mm von der Aussparung der T-Nut 216 versetzt angeordnet. In einigen Formen wird angedacht, dass dieser Randversatz auf bis zu 1,2 mm reduziert werden kann. Dies trägt dazu bei, sicherzustellen, dass an jedem der Ränder genügend Material zum Entfernen vorhanden ist, und während des Schleifens das Teilniveau zu halten. Ferner ermöglicht es dem Rotor, die Strukturkanten an den Stellen aufrecht zu halten, die bei der Verwendung in einem Motor mit variabler Ventilsteuerung verwendet werden. Es wird jedoch angedacht, dass diese Versatzdicke von den Rändern je nach dem speziellen Teil und den speziellen Schleifgeschwindigkeiten oder -raten variiert werden kann. In der dargestellten Ausführungsform wird angestrebt, dass die vertieften Regionen nach dem Schleifen eine Tiefe von 0,127 mm haben, obwohl dieser Wert der vertieften Regionen exemplarischer Natur ist. Als ein exemplarischer Bereich wird angedacht, dass die vertiefte(n) Oberfläche(n) nach dem Schleifen relativ zu der entsprechenden ebenen Oberfläche zwischen 0,1 mm und 0,2 mm tief sein könnte.
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Wenn modifiziert, werden die Oberflächenbereiche der ersten ebenen Oberfläche 204 und der zweiten ebenen Oberfläche 206 des verbesserten Rotors 200 im Vergleich zu den Oberflächenbereichen der ersten ebenen Oberfläche 104 und der zweiten ebenen Oberfläche 106 des herkömmlichen Rotors 100 angeglichen. In dem dargestellten Rotor 200 weist die erste ebene Oberfläche 204 einen Oberflächenbereich von 10,11 cm2 und die zweite ebene Oberfläche 206 einen Oberflächenbereich von 9,29 cm2 auf. Es wird auch angemerkt, dass beide Oberflächenbereiche kleiner sind als ihre vergleichbaren vorvertieften Konstruktionszustände, was bedeutet, dass beim Schleifen auf jeder Seite weniger Material zu entfernen ist.
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Es ist auch anzumerken, dass es sich hierbei um entfernte Regionen und Merkmale auf diesen ebenen Oberflächen handelt, die in erster Linie zur Zusammenführung der Oberflächenbereiche entfernt wurden. Diese neu hinzugefügten Vertiefungen erfüllen keine andere Funktion als das Angleichen der sich gegenüberliegenden Oberflächenbereiche, so dass sie in einigen Zusammenhängen als „nichtfunktionale oberflächenreduzierende Vertiefungen“ bezeichnet werden können, um sie von anderen Merkmalen wie z.B. der T-Nut oder der Gegenbohrung 209 zu unterscheiden, die eine primäre Funktion haben, die nicht an die Oberflächenbereichsreduzierung gebunden ist, da diese Strukturen während des Betriebs andere Strukturen in dem Motor mit variabler Ventilsteuerung ergänzen oder mit diesen interagieren.
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Obwohl nicht perfekt gleich, kann dieses Gleichgewicht des Paars der Oberflächenbereiche sogar die Schleifleistung von Seite zu Seite verbessern. Es wird angedacht, dass die Oberflächenbereiche in einigen Formen gleich, innerhalb von 5% voneinander, innerhalb von 10% voneinander oder innerhalb von 15% voneinander sein können. Nähere Werte zwischen den Oberflächenbereichen würden in den meisten Fällen bevorzugt werden, aber eine genaue Gleichheit ist möglicherweise nicht erforderlich, um viele der hierin beschriebenen Vorteile zu erzielen.
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Durch ins Gleichgewicht bringen, Angleichen oder Ausgleichen der Oberflächenbereiche können viele Vorteile bei dem anschließenden Schleifprozess erzielt werden. So kann beispielsweise das ins Gleichgewicht bringen, Angleichen oder Ausgleichen der Oberflächenbereiche die Einrichtungs- und Schleifzeit an den Feinschleifmaschinen reduzieren. Diese Verkürzung der Schleifzeit kann zu einem höheren Durchsatz und einer strafferen Längen- oder Dickensteuerung des Rotors sowie zu einer gleichmäßigeren Teil-zu-Teil-Varianz über eine Anzahl von Teilen führen.
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Es sollte zu verstehen sein, dass der Rotor 200 zwar mehrere vertiefte Oberflächen auf jeder der axialen Seiten des Rotors 200 aufweist, es jedoch angedacht ist, dass in anderen Formen eine oder mehrere vertiefte Oberflächen auf einer des Paars von axialen Seiten vorhanden sein können. Somit ist angedacht, dass in einigen Formen eine Seite keine vertieften Oberflächen aufweisen kann, während die andere Seite eine oder mehrere aufweisen kann. Es ist auch angedacht, dass in einigen Formen eine Seite auch eine oder mehrere vertiefte Oberflächen aufweisen kann, während die andere Seite eine oder mehrere vertiefte Oberflächen aufweisen kann. In diesen Formen können die gegenüberliegenden Seiten die gleiche Anzahl oder eine unterschiedliche Anzahl von vertieften Oberflächen aufweisen.
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Trotzdem sollte zu verstehen sein, dass ein weiteres Ausgleichen oder Angleichen nicht nur durch Reduzierung des Oberflächenbereichs durch Hinzufügen dieser Vertiefungen erreicht werden kann, sondern auch durch Ändern der Lage des verbleibenden Oberflächenbereichs auf der entsprechenden Oberfläche (z.B. relativ zur Mittelachse).
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Jetzt wird mit Bezugnahme auf 3 ein Verfahren oder Prozess 300 zur Herstellung eines verbesserten Rotors skizziert, wie beispielsweise der verbesserte Rotor 200 gemäß 2A und 2B.
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Das Verfahren 300 umfasst erst das Pressen eines Pulvermetallmaterials in einem Werkzeug- und Matrizensatz, um einen Pulvermetallpresskörper gemäß Schritt 302 zu bilden. Es sollte zu verstehen sein, dass solche Werkzeug- und Matrizensätze herkömmlicherweise für die Massenproduktion von Pulvermetallteilen das Pulvermetall einachsig pressen. Während einer solchen einachsigen Pressung würden jeweils ein oberes Werkzeug und ein unteres Werkzeug die gegenüberliegenden axialen Flächen des Rotors formen und definieren, würde die Matrize den Außenumfang 210 formen und würde eine Kernstange die zentrale Durchgangsöffnung 208 formen. Somit weist der geformte Pulvermetallpresskörper nahezu die Endform auf, die der endgültigen Teileform entspricht, obwohl die Abmessungen des Presskörpers vor dem Sintern im Vergleich zum endgültigen gesinterten Teil leicht überdimensioniert sein können.
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Der Fachmann wird verstehen, dass der Begriff Pulvermetall, wie hierin verwendet, verwendet wird, um sowohl eine metallische Komponente als auch potenzielle Schmiermittel, Bindemittel und/oder Wachse zu bezeichnen, die mit der metallischen Komponente vermischt werden können, um die losen Partikel in kompakter Form zusammenzuhalten und das Ausgeben des Presskörpers aus dem Werkzeug- und Matrizensatz zu unterstützen. Diese Schmierstoffe, Bindemittel und/oder Wachse werden in den meisten Fällen beim anschließenden Sintern verbraucht oder verbrannt.
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Es wird angemerkt, dass die vertieften Abschnitte in Bezug auf die axialen ebenen Oberflächen in der Pulvermetallurgie einfach geformt werden können, da die Werkzeuge an diese Vertiefungen angepasst geformt sein können und die vertieften Abmessungen während der Pressung sorgfältig gesteuert werden können.
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Anschließend wird der Pulvermetallpresskörper gesintert, um ein gesintertes Pulvermetallteil gemäß Schritt 304 zu bilden. Beim Sintern wird der Pulvermetallpresskörper auf Temperaturen knapp unter den Schmelztemperaturen der metallischen Komponenten des Pulvermetalls erwärmt. In einigen Fällen kann ein kleiner Teil des Pulvermetalls eine flüssige Phase zum Flüssigphasensintern erzeugen; in vielen Fällen wird jedoch die Festkörperdiffusion der primäre und einzige Mechanismus sein, durch den die Pulvermetallpartikel zusammensintern.
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Nach dem Sintern wird der Pulvermetallteil dann, wie vorstehend beschrieben, gemäß Schritt 306 auf gegenüberliegenden Oberflächen gleichzeitig geschliffen, beispielsweise mit einer doppelseitigen Chargenverarbeitungsmaschine Lapmaster® Wolters AC 1200. Da die ebenen axialen Flächen auf beiden Seiten des Teils durch die Einarbeitung von vertieften Oberflächen auf den axialen ebenen Oberflächen ins Gleichgewicht gebracht, angeglichen oder ausgeglichen werden, kann der Fertigstellungsschritt des Teils schneller, effizienter und genauer ausgeführt werden als bei herkömmlichen Teilen mit nicht ausgeglichenen axialen Seiten. Wie vorstehend erwähnt, können die gegenüberliegenden Schleifscheiben mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder mit derselben Geschwindigkeit arbeiten und ähnliche oder unterschiedliche Drehrichtungen aufweisen. Trotzdem kann die von den Scheiben ausgeübte Druckrate variiert werden, um die Abtragrate zu verändern. Während Variationen an allen diesen Schleifparametern variiert werden können, sollte zu verstehen sein, dass das Schleifen genauer und schneller erfolgen kann, wenn der Rotor 200 angeglichene, ins Gleichgewicht gebrachte oder ausgeglichene ebene Oberflächenbereiche aufweist.
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Es wird zu verstehen sein, dass das Verfahren 300 verwendet werden kann, um Teile mit der Form eines verbesserten Rotors 200 oder mit den Merkmalen davon herzustellen, und dass es das Vorhandensein der hinzugefügten vertieften Oberflächen in Verbindung mit dem Schleifschritt nach dem Formen ist, das einige Vorteile für die herkömmliche Fertigungstechnik bereit stellen kann. So wird hierin zwar ein Pulvermetallrotor für einen Motor mit variabler Ventilsteuerung dargestellt und beschrieben und ist das Verfahren insbesondere für die Herstellung dieser Art von Teil anwendbar und vorteilhaft, es ist jedoch auch angedacht, dass diese modifizierte Struktur (d.h. das Hinzufügen von Vertiefungen auf den Schleifflächen) und dieses verbesserte Verfahren auf Nicht-Rotorteile oder Nicht-Pulvermetallteile (z.B. durch Guss hergestellte Teile) angewendet werden kann.
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Es ist angedacht, dass verschiedene andere Modifikationen und Variationen der bevorzugten Ausführungsformen im Sinne und Offenbarungsumfang der Erfindung vorgenommen werden können. Somit sollte die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein. Um den vollen Offenbarungsumfang der Erfindung zu bestimmen, sollte Bezug auf die folgenden Ansprüche genommen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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