EP2058478B1

EP2058478B1 - Verstelleinrichtung für die Veränderung der relativen Lage einer Nockenwelle

Info

Publication number: EP2058478B1
Application number: EP07120354.1A
Authority: EP
Inventors: Dipl.-Ing. (BA) Sluka, Gerold; Dipl.-Ing. (FH) Heidl, Frank
Original assignee: Hofer Mechatronik GmbH
Current assignee: Hofer Mechatronik GmbH
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2027-11-09
Also published as: EP2058478A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für die Veränderung der relativen Lage einer Nockenwelle zur Beeinflussung von Steuerzeiten von Ventilen eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Um Leistung und Drehmoment einer Brennkraftmaschine während ihrer Wirkphase zu optimieren, werden so genannte variable Verstelleinrichtungen umfassende Ventilsteuerungen eingesetzt. Mit ihnen werden die Position der Einlassnockenwelle und ggf. der Auslassnockenwelle relativ zur Kurbelwelle verändert.
Abweichend von dem Typ Nockenwellenversteller der EP 1598 530 A1 , besteht eine typische und häufig verwendete Art Nockenwellenversteller in der schwenkflügelartigen Gestaltung eines Rotors und eines Stators zwischen denen sich in ihrer Größe veränderbare Hydraulikkammern, insbesondere in gegenläufiger Art und Weise, ausbilden. Die Hydraulikkammern werden mit einem Hydraulikmittel gefüllt, wobei durch die unterschiedlichen Druckverhältnisse zwischen den Kammern der Rotor, insbesondere durch Druckbeaufschlagung auf Seitenflächen eines oder mehrerer Flügel, in einer bestimmten relativen Winkellage zu dem Stator gehalten wird. Durch ein Steuerelement wie ein Steuerventil lassen sich die Druckverhältnisse in den Kammern einstellen.
Es gibt Bestrebungen, die Herstellung der Nockenwellenversteller immer weiter zu optimieren. Hierzu wird zum Beispiel in der DE 10 2004 011 659 A1 vorgeschlagen, einen Bauteil-Rohling aus einem Stranggussteil herzustellen. Als geeignetes Material wird in dieser Druckschrift, so wie auch in der DE 103 35 051 A1 , Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung vorgeschlagen. Alternativ kann der EP 1 479 877 A2 entnommen werden, dass ein besonders gehärtetes Metall durch eine Stahlbeschichtung, z. B. in aufgedampfter Form, für einsetzbare Flügel zu verwenden ist. Soll jedoch in dem Bereich der Aluminiumlegierungen geblieben werden, so schlägt die DE 100 06 269 A1 allgemein vor, eine ganz bestimmte Aluminiumlegierung zu verwenden, die mechanisch nachzubearbeiten ist. Die vorgeschlagene Legierung soll die Festigkeit und den Verschleißwiderstand steigern. Schwierigkeiten, die sich aus der Verwendung von Aluminium für Nockenwellenversteller ergeben, können zum Beispiel aus der US 2006/0231053 A1 in Bezug auf die Rotorrückstellfeder entnommen werden. Den Schwierigkeiten können zum Beispiel durch nachträglich einzubringende Einlagekörper gem. DE 10 2004 062 071 A1 begegnet werden. Die US 2002/038501 A1 offenbart einen weiteren Beispiel einer solchen Verstelleinrichtung.
In der DE 10 2004 062 070 A1 wird erklärt, dass es unerheblich sei, wie das eigentliche Gehäuse eines Nockenwellenverstellers hergestellt sei. Wichtig sei die weitere Ausbildung eines Zahnkranzes, der als gesondertes Teil die Härteanforderungen erfüllt.
Aus der Figur 1 der DE 197 55 495 A1 entnimmt ein Konstrukteur die Möglichkeit, den Zahnkranz eines Kettenrades als gesondertes Teil auszugestalten, das irgendwie als zusätzliches Bauteil in das kurbelwellenfeste Bauteil eingesetzt werden soll.
Es ist ein variabler Ventilsteuerungs-Mechanismus bekannt, EP 1. 400 660 B1 , bei dem ein Stator, der einen Rotor umgibt, einen Zahnkranz trägt. Der Zahnkranz und das Gehäuse weisen zum einen einen Zahnkranzanteil, der in einer im Wesentlichen kreisförmigen Form ausgeformt ist, und Zähne an seinem äußeren Umfang auf. Zum anderen einen Gehäuseanteil, der integral mit dem Zahnkranzanteil als ein aus einem eisenhaltigen Pulvermaterial erzeugter gesinterter Körper ausgeformt ist.
Aus der DE 39 37 644 A1 geht eine Vorrichtung zur hydraulischen Drehwinkelverstellung einer Welle relativ zu einem Antriebsrad hervor, wobei die Welle als Nockenwelle in einer Brennkraftmaschine wirksam ist. Die Nockenwelle ist mit einem Flügel aufweisenden Rotor versehen, der von einem, ebenfalls Flügel besitzenden Stator umgeben ist. Die Flügel des Rotors und des Stators sind durch Druckbeaufschlagung verstellbar zueinander ausgebildet.
Die zuvor zitierten Stände der Technik werden in Bezug auf die diversen Ausgestaltungen von üblichen schwenkmotorartigen Verstelleinrichtungen vollständig inhaltlich in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung durch ihre Referenzen inkorporiert, um hierdurch die vorliegende Erfindung in kompakter Art und Weise, insbesondere in Bezug auf ihre mechanischen Formgebungen, darstellen zu können.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Verstelleinrichtung für die Veränderung der relativen Lage einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die sich bei wirkungsgerechter Gestaltung und guter Funktion durch ein vergleichsweise geringes Gewicht auszeichnet. Hierbei soll die als Nockenwellenversteller dienende Verstellvorrichtung, die nach einem Schwenkmotorprinzip, auch als Flügelzellenprinzip bekannt, arbeitet, zuverlässig und gut herstellbar sein.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein vorteilhaftes Herstellverfahren ist Anspruch 7 zu entnehmen.
Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass aufgrund der hochfesten Leichtmetalllegierung, aus der wesentliche Teile der Verstelleinrichtung bestehen, letztere einen bemerkenswerten Gewicht reduzierenden Beitrag leistet. Die Gewichtsreduktion trägt aber auch dazu bei, dass rotierende Massen namentlich an der Nockenwelle der Brennkraftmaschine günstig beeinflusst werden. Dabei handelt es sich bei der Verstelleinrichtung, die das Stellergehäuse bzw. den Stator, den Rotor und die Schließdeckel umfasst, um eine durchdachte Konstruktion, die sich mit vertretbaren Mitteln umsetzen lässt. Dank der gezielten Werkstoffwahl kann auf aufwändige Beschichtungs- und Härteverfahren verzichtet werden. Schließlich ermöglichen die Krägen der Schließdeckel eine einfache Verbindung mit benachbarten Gehäuseteilen bspw. einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine.
Ein weiterer vorteilhafter Effekt ist darin zu erblicken, dass mit erhöhter Taktung ein den Stator bildendes Bauteil in einem Druckgussverfahren herstellbar ist. Durch die günstige Nutzung der sich selbst bildenden Gusshaut als Verschleißschutz, die insbesondere eine Oxidhaut auf der Leichtmetalllegierung wie der Aluminiumlegierung ist, entfallen nach dem Gießen übliche Bearbeitungsschritte wie Schleifen, Räumen oder Kalibrieren. Hierzu ist das Gussverfahren so durchzuführen, dass der Bezugspunkt für die Herstellung maßgerechter Bauteile in dem Außenumfang der Verstellervorrichtung gesucht wird. Andere Seiten des Druckgussbauteils können durchaus nachzubearbeiten zu sein, insbesondere um die Maßhaltigkeit herzustellen.
Durch die Wahl eines formbildenden und formgebenden Herstellverfahrens für ein Bauteil, das das Getrieberad neben weiteren Komponenten, wie zum Beispiel einem ersten Schließdeckel umfasst, kann durch eine Druckgussherstellung eine Leichtmetalllegierung, wie zum Beispiel eine Aluminiumlegierung, eine Zinklegierung oder eine auf Aluminiumbasis entwickelte Legierung mit Magnesium oder Zink, eine dichte, besonders abriebarme Oberfläche schaffen. Die Leichtmetalllegierung, also die Aluminiumlegierung, die Zinklegierung und die Magnesiumlegierung, zeichnet sich durch einen Anteil von 70 % bis 98 % des Hauptlegierungsmetalls aus. Die restlichen Elemente sind in entsprechend geringem Anteil Aluminium, Magnesium, Kupfer und Silizium. Der Siliziumanteil liegt insbesondere unterhalb von 15 Volumens%, vorzugsweise sogar weniger als 10 Volumens%. Die Legierung wird durch ein Druckgussverfahren in die Form des Bauteils gebracht. Die Oberfläche ist feinporig. Die Oberfläche ist flüssigkeitsdicht. Die Oberfläche umfasst eine Oxidschicht. Die Oberfläche umfasst weiterhin ein feinkristallines Gefüge, das unterhalb der Oxidschicht als Stützgfüge im Außenbereich des Bauteils liegt. Die Oberfläche ist nachbearbeitungsfrei. Die Oberfläche ist geschlossenporig. Die Oberfläche, die diese vorteilhaften Merkmale wenigstens teilweise aufweist, ist die Lauffläche eines Antriebsmittels wie einem Endlostrieb, einem Zahnriementrieb oder einem Kettentrieb. Die Antriebsmitteloberfläche ist für das Antriebsmittel gegengeformt, z. B. durch wellenförmige Zähne für den Eingriff in Rippen des Zahnriementriebs.
Als Kalibrierungsbezugpunkt wird die Antriebsmitteloberfläche gewählt. Von dieser, außen liegenden, umfangsmäßig begrenzenden Oberfläche, die sich in seitlicher Höhe der Verstelleinrichtung erstreckt, werden während des Herstellvorgangs die übrigen Maße bestimmt. Das bedeutet, die Oberfläche, die so genannte Lauffläche, ist nachbearbeitungsfrei. Sie ist im originalen Druckgussvergütungszustand. Die Gusshaut ist unbeschädigt. Die Gusshaut hat keinerlei Bearbeitungsriefen, außer natürlich die Abzugsriefen, die durch die Entnahme des Bauteils aus dem Druckgusswerkzeug entstehen. Die sich während des Druckgussverfahrens einstellende Härte des Bauteils bleibt im Bereich der Lauffläche unverändert. Die Oberfläche im Bereich der Lauffläche ist beschichtungsfrei.
Durch das erfindungsgemäße Herstellverfahren wird nicht nur ein schnell zu erstellender Nockenwellenversteller geschaffen, sondern das Stellergehäuse ist hydraulikmitteldicht. Insbesondere bei Riemenverstellern ist die absolute Flüssigkeitsdichtigkeit für die innwandigen Hydraulikmittel für die Steigerung der Betriebssicherheit relevant. Weiterhin ist das Stellergehäuse abrieb- und verschleißfest über die definierte Betriebsdauer, wie zum Beispiel einer Motorfahrleistung von 500.000 km.
Durch das auf den Außenumfang bzw. die Lauffläche kalibrierte Herstellverfahren des unbehandelten Druckgießens lassen sich Oberflächen mit Härtegraden von 80-130 HB 10 (nach Brinell) einstellen. Die Härte ist ausreichend für eine nicht mehr weiter zu behandelnde Lauffläche. Jedoch kann es teilweise hilfreich sein, wenn die Oberfläche noch eine nachträgliche Warmaushärtung erfährt.
Durch eine reine Sichtung der Lauffläche, bei der zum Beispiel die Lage der Poren in Bezug auf die Oberfläche zu betrachten ist, oder bei der die Bearbeitungsmarken untersucht werden, lässt sich mit bloßem Auge die erfindungsgemäße Oberflächenvergütung der Lauffläche feststellen.
Die Erfindung zeichnet sich durch ein Verfahren zur Herstellung einer Verstelleinrichtung aus. Bei dem Herstellverfahren wird ein das Getrieberad umfassendes Bauteil, das als einfassendes Bauteil für einen Rotor, insbesondere einem Rotor mit Flügeln, dient, durch ein Druckgussverfahren hergestellt, wobei keine weitere Metall abtragende Bearbeitung einer äußeren Oberfläche stattfindet, die als Lauffläche des Getrieberads verwendbar ist. Es findet maximal eine Bearbeitung ausschließlich innwandig und stirnwandig an der Verstelleinrichtung statt.
Die sich durch das Druckgussverfahren bildende Schutzhaut ist eine Oxidhaut, deren feinkristallines Gussgefüge unverändert aufrechterhalten wird, während ein weiteres Teil wie Rotor oder Deckel der Verstellvorrichtung während der Herstellung einer spanabhebenden Bearbeitung unterzogen werden kann.
In der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt, die nachstehend näher beschrieben werden.
Es zeigen

Fig.1 eine perspektivische Explosionszeichnung einer ersten Ausführungsform einer Verstelleinrichtung nach der Erfindung,
Fig.2 einen Längsschnitt der Verstelleinrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansicht entsprechend Fig. 2 mit einer zweiten Ausführungsform der Verstelleinrichtung,
Fig. 4 eine Schrägansicht einer dritten Ausführungsform einer Verstelleinrichtung,
Fig. 5 einen Längsschnitt der Verstelleinrichtung nach Fig. 4,
Fig. 6 eine Ansicht in Längsrichtung einer vierten Ausführungsform einer Verstelleinrichtung,
Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 6,
Fig. 8 eine Ansicht in Längsrichtung einer vierten Ausführungsform einer Verstelleinrichtung,
Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX der Fig. B.

Eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine umfasst eine Verstelleinrichtung 1 - erste Ausführungsform: Fig. 1 und 2 -, die koaxial zu einer Nockenwelle 2 angeordnet und mit Letzterer verbunden ist. Die Nockenwelle 2 betätigt in einem Brennraum der Brennkraftmaschine wirkende Ventile, die zu einem Ventiltrieb der besagten Brennkraftmaschine gehören - nicht abgebildet -. Mit der Verstelleinrichtung 1 ist die relative Lage der Nockenwelle 2 zur Beeinflussung der Steuerzeiten der Ventile des Ventiltriebs veränderbar. Die Verstelleinrichtung 1 ist mit einem Stator 3 versehen, der mit einer Antriebsvorrichtung in Gestalt eines mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelten Endlostriebs bspw. Zahnriementrieb gekoppelt ist - ist nicht gezeigt -. Der Stator 3, der Bestandteil eines Stellergehäuses 4 ist, umgibt einen Rotor 5, der fest mit der Nockenwelle 2 verbunden ist. Am äußeren Umfang 6 des zylindrischen Stellergehäuses 4 ist ein als Zahnriemenrad ausgeführtes Getrieberad 7 vorgesehen, das mit dem Zahnriementrieb zusammenarbeitet. Der Stator 3 ist mit Flügeln 8, 9 und 10 versehen; der Rotor 5 mit Flügeln 11, 12 und 13. In axialer Richtung A-A wird das Stellergehäuse 4 von ersten und zweiten Schließdeckeln 14 und 15 begrenzt, die scheibenartig ausgeführt sind.
Das Getrieberad 7 und das Stellergehäuse 4 bestehen aus einer hochfesten Leichtmetalllegierung mit einem hohen Siliziumanteil. Dabei sind zumindest das Stellergehäuse 4 und das Getrieberad 7 als Baueinheit 16 durch Druckgießen hergestellt, die zumindest den ersten Schließdeckel 14 umfasst. Darüber hinaus sind die Baueinheit 16 oder Teile davon bspw. Getrieberad 7, Stellergehäuse 4 oder dergl. weder ungehärtet noch unbeschichtet. Im Ausführungsbeispiel sind das Stellergehäuse 4, das Getrieberad 7 und der erste Schließdeckel 14, die die Baueinheit 16 bilden, aus einem Stück hergestellt Gleichfalls aus dieser Leichtmetalllegierung können der Rotor 5 und der zweite Schließdeckel 15 bestehen, d. h., die zuletzt genannten Bauteile sind werkstoffähnlich wie der erste Schließdeckel 14 ausgeführt. Denkbar ist es aber auch, den zweiten Schließdeckel 15 aus eisenmetallischem Werkstoff, Kunststoff oder einem Glasfaser verstärkten Werkstoff herzustellen.
Der zweite Schließdeckel 15 ist unter Vermittlung von axial verlaufenden Schrauben 17, 18 und 19 mit dem Stellergehäuse 4 verbunden. Die Schrauben 17, 18 und 19 sind benachbart einem äußeren Umfang 20 des zweiten Schließdeckels 15 angeordnet und in entsprechende Gewindebohrungen 21 im Stellergehäuse 4 hineingedreht. Zwischen dem zweiten Schließdeckel 15 und dem Stellergehäuse 4 ist ein ringförmiger Dichtkörper 22 wirksam. Zur Aufnahme des Dichtkörpers 22 ist eine Nut 23 vorgesehen, die in das Stellergehäuse 4 eingearbeitet ist; es ist aber auch möglich diese Nut 23 in dem zweiten Schließdeckel 15 auszubilden. Der erste Schließdeckel 14 und der zweite Schließdeckel 15 sind mit koaxial zur Mittellängsachse A-A der Verstelleinrichtung 1 verlaufenden ersten und zweiten buchsenartigen Krägen 24 bzw. 25 versehen - Fig. 2 -, die als axiale Verlängerungen 26 und 27 der ersten und zweiten Schließdeckel 14 und 15 ausgeführt sind. Über den zweiten Kragen 25 des zweiten Schließdeckels 15 wird die mit dem Rotor 5 verbundene Nockenwelle 2 eingeführt. In der Endlage der Verstelleinrichtung 1 ist ein Außendurchmesser 28 des zweiten Kragens 25 unter Zwischenschaltung eines Dichtrings 29 in ein als Zylinderkopf 30 der Brennkraftmaschine dargestelltes Gehäuse eingebaut. In einer Bohrung 31, die den ersten Kragen 24 des ersten Schließdeckels 14 durchdringt, ruht ein Verschlusszapfen 31', der über ein Gewinde 32 mit dem ersten Kragen 24 zusammenwirkt.
In Fig. 3 ist eine im Wesentlichen mit der Verstelleinrichtung 1 vergleichbare zweite Ausführungsform einer Verstelleinrichtung 33 dargestellt, die einen Rotor 34 und einen Stator 35 umfasst. Der Stator 35, der Bestandteil eines Stellergehäuses 36 ist, umfasst einen ersten integrierten Schließdeckel 37. Ein zweiter Schließdeckel 38 ist mit dem Stellergehäuse 36 verschraubt, wobei der erste Schließdeckel 37 einen ersten axialen Kragen 39 und der zweite Schließdeckel 38 einen zweiten axialen Kragen 40 besitzt, die nach Art von Buchsen ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform wird eine Nockenwelle 41 über den ersten Kragen 39 des ersten Schließdeckels eingeführt, der mit einem Außendurchmesser 42 unter Zwischenschaltung eines Dichtrings 43 in ein als Zylinderkopfs 44 dargestelltes Gehäuse eingesetzt ist.
Eine dritte Ausführungsform einer Verstelleinrichtung 45 nach den Fig. 4 und 5 weist ein Stellergehäuse 46 mit einem Stator 47 und einem Rotor 48 auf. Der eine kreiszylindrische Form umfassende Stator 47 umgibt den mit einer Nockenwelle verbundenen Rotor 48, und er wird einerseits von einem ersten aus einem Stück mit dem Stellergehäuse 46 hergestellten Schließdeckel 49 und andererseits von einem zweiten Schließdeckel 50 in axialer Richtung A-A begrenzt, Der erste Schließdeckel 49, der unabhängig vom Stellergehäuse 46 und vom zweiten Schließdeckel 50 erzeugten Stator 47 ist, und besagter zweite Schließdeckel 50 sind unter Vermittlung von axialen Schrauben 51, 52, 53 und 54 miteinander verbunden. Die Schrauben 51, 52, 53 und 54 sind mit einem Senkkopf 55 versehen - Fig. 5 - und vom zweiten Schließdeckel 50 aus in Gewindebohrungen 56 des ersten Schließdeckels 49 hineingedreht.
Die Figuren 6 und 7 geben eine vierte Ausführungsform einer Verstelleinrichtung 57 wieder, die prinzipiell die Merkmale der Verstelleinrichtung 1 umfasst, und zwar mit einem Stellergehäuse 58 mit baulich vereintem ersten Schließdeckel 59 und angebautem zweiten Schließdeckel 60. In dem Stellergehäuse 58 bzw. den ersten Schließdeckel 59, bestehend aus einer Leichtmetalllegierung, sind eisenmetallische Einlegeteile 61 und 62 vorgesehen, die vom Leichtmetall umgossen sind. Das Einlegeteil dient zur örtlichen Verstärkung bspw. einer Bohrung 63 für eine Sperreinrichtung eines Rotors zu einem Stator 64, die z. B. beim Kaltstart der mit der Verstelleinrichtung 57 ausgestatten Brennkraftmaschine wirksam wird. Das Einlegeteil 62 ist in einem ringförmigen Gehäusebereich 65 angeordnet und weist einen flachen rechteckigen Querschnitt 66 auf, dessen längere Seite 67 in radialer Richtung der zylindrischen Verstelleinrichtung 57 verläuft und zur abschnittsweisen oder umlaufenden Verstärkung in Umfangsrichtung des Stellergehäuses 58 dient.
Innerhalb eines Getrieberads 68 des Stellergehäuses 58 sind in dem ringförmigen Gehäusebereich 65 ein oder mehrere teilringartige Ausnehmungen 69, 70, 71, 72, 73, und 74 eingearbeitet, die zur zusätzlichen Gewichtserleichterung der Verstelleinrichtung 57 beitragen. Zumindest die Ausnehmungen 72 und 73 sind mit radialen Begrenzungen 75 und 76 relativ nahe an eine axiale Bohrung 77 im Gehäusebereich 65 herangeführt. Darüber hinaus sind wenigstens in Flügeln 78, 79 und 80 des Stators 64 Gewicht reduzierende Ausnehmungen 81, 82 und 83 vorgesehen.
Aus den Fig. 8 und 9 geht eine fünfte Ausführungsform einer Verstelleinrichtung 84 hervor, die ein Stellergehäuse 85 mit in axialer Richtung A-A begrenzenden ersten und zweiten Schließdeckeln 86 und 87 zeigt. Das Stellergehäuse 85 ist aus einer hochfesten Leichtmetalllegierung hergestellt und trägt benachbart einem Außenumfang 88 ein Getrieberad 89, das als Kettenrad 90 für einen mit einer Kurbelwelle zusammenarbeitenden Endlos-Kettentrieb - nicht abgebildet - ausgeführt ist.
Das Kettenrad 90 ist unabhängig bzw. getrennt vom Stellergehäuse 85 als vorgefertigtes Bauteil hergestellt und besteht aus einem geeigneten Stahl; denkbar ist aber auch eine hochfeste Leichtmetalllegierung für das Kettenrad einzusetzen. Um das ringförmige Kettenrad 90 mit dem Stellergehäuse 85 zu verbinden eignen sich kraftschlüssige Verfahren bspw. Aufschrumpfen, was bei 91 dargestellt ist. Dazu ist eine Bohrung 92 des Kettenrads 90 auf einem Zapfen 95 des ersten Schließdeckels 86 des Stellergehäuses 85 festgesetzt. Außerdem besteht die Möglichkeit das Kettenrad 90 mit einem Kettenradabschnitt 96 zu versehen -wird bei 97 gezeigt-, der eine radiale Verlängerung des Kettenrads 90 bildet, in das Stellergehäuse 85 zur Erzeugung von Formschluss hineinragt und vom Werkstoff des besagten Stellergehäuses 85 umgossen ist. In den Kettenradabschnitt 96 ist eine axiale Bohrung 97 eingearbeitet, die vom Leichtmetallwerkstoff durchdrungen ist. Schließlich ist auch denkbar, das ringförmige Kettenrad 90 mit dem Stellergehäuse 85 mittels Stoffschluss, z. B. Löten Schweißen oder dgl., zu verbinden.
Im Folgenden mögen die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Figuren 1 bis 9 gemeinsam und parallel zur leichteren Hervorhebung bestimmter Aspekte beschrieben werden.
Die Verstelleinrichtung 1, 33, 45, 57, 84 ist für die Veränderung der relativen Lage einer Nockenwelle 2, 41 zur Beeinflussung von Steuerzeiten von Ventilen eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine geeignet. Die Verstelleinrichtung 1, 33, 45, 57, 84 hat einen mit einer Antriebsvorrichtung gekoppelten Stator 3, 35, 47. Die Verstellvorrichtung 1, 33, 45, 57, 84 hat einen fest mit der Nockenwelle 2, 41 verbundenen Rotor 5, 34. Der Stator 3, 35, 47, 64 ist nach Art eines den Rotor 5, 34 umgebenden Stellergehäuses 4, 36, 46, 85 ausgeführt. Das Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85 ist an seinem äußeren Umfang 6, 20 mit einem Getrieberad 7, 68, 89 versehen. Es wird in axialer Richtung der Verstelleinrichtung 1, 33, 45, 57, 84 gesehen von Schließdeckeln 14, 15, 37, 38, 49, 50, 59, 60, 86, 87 begrenzt. Das Getrieberad 7, 68, 89 der Verstelleinrichtung 1, 33, 45, 57, 84 und das einen ersten Schließdeckel 14, 37, 49, 59, 86 und einen zweiten Schließdeckel 15, 38, 50, 60, 90 tragende sowie den mit der Nockenwelle 2, 41 verbundenen Rotor 5, 34 aufnehmende Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85 sind aus einer hochfesten Leichtmetalllegierung hergestellt.
Die Leichtmetalllegierung für das Getrieberad 7, 68, 89 und das Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85 ist eine Aluminiumlegierung, die einen hohen Siliziumanteil aufweist. Durch den Siliziumanteil wird die leichte Aluminiumlegierung mit einer besonderen Härte versehen.
Das Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85 und das Getrieberad 7, 68, 89 der Verstelleinrichtung 1, 33, 45, 57, 84 sind durch Druckgießen zu einer Baueinheit 16 gebildet worden.
Die Baueinheit 16 der Verstelleinrichtung 1, 33, 45, 57, 84 umfasst zumindest einen ersten Schließdeckel 38, 50, 60, 90.
Das Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85, das Getrieberad 7, 68, 89 und der erste Schließdeckel 14, 37, 49, 59, 86 können in einer weiteren Ausgestaltung aus einem Stück hergestellt sein.
Die Baueinheit 16 oder zumindest Teile hiervon (bspw. Getrieberad 7, 68, 89 Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85) sind unbeschichtet ausgeführt, sie erhalten ohne jede weitere Beschichtung ihre Einsatztauglichkeit.
Die Baueinheit 16 oder zumindest Teile hiervon (bspw. Getrieberad 7, 68, 89, Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85) können darüber hinaus ungehärtet sein.
Der zweite Schließdeckel 15, 38, 50, 60, 90 kann in einer Ausgestaltung werkstoffähnlich wie der erste Schließdeckel 14, 37, 49, 59, 86 ausgeführt sein. Die Schließdeckel 14, 15, 37, 38, 49, 50, 86, 87 können unter Vermittlung von Schrauben 17, 18 und 19, 51, 52 und 53 mit dem Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85 verbunden sein.
Alternativ kann der zweite Schließdeckel 15, 38, 50, 87 aus einem anderen Werkstoff als einer Leichtmetalllegierung, bspw. Stahl, Kunststoff oder dgl., bestehen. Auch dann ist unter Vermittlung von Schrauben 17, 18 und 19, 51, 52 und 53 dieser mit dem Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85 verbunden. Die Schrauben 17, 18, 19, 51, 52, 53 können gleichverteilt über einen Umfang eine gleichmäßige Flächenpressung erzeugen.
Zwischen dem zweiten Schließdeckel 15, 38, 50, 87 und dem Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85 kann ein ringförmiger Dichtkörper 22 vorgesehen sein.
Zur Aufnahme des Dichtkörpers 22 kann eine Nut 23 vorgesehen sein, die bspw. in das Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85 eingearbeitet ist.
Der erste Schließdeckel 14, 37, 49, 59, 85 und der zweite Schließdeckel 15, 38, 50, 87 sind mit koaxial zu einer Mittellängsachse (A-A) der Verstelleinrichtung 1, 33, 45, 57, 84 angeordneten ersten und zweiten buchsenartigen zylindrischen Krägen 24, 25, 39, 40 versehen, die als axiale Verlängerungen der Schließdeckel 26, 27 ausgeführt sind.
Über den zweiten Kragen 25 des zweiten Schließdeckels 15, 38, 50, 60, 87 wird die mit dem Rotor 5, 34 verbundene Nockenwelle 2, 41 eingeführt.
Ein Außendurchmesser 28 des zweiten Kragens 25 arbeitet unter Zwischenschaltung eines Dichtrings 29 mit einem Gehäuse, bspw. einem Zylinderkopf 30, 44, der Brennkraftmaschine zusammen.
In einer Bohrung 31, 63, 77, 92, die den ersten Kragen 24 des ersten Schließdeckels 14, 37, 49, 59, 86 durchdringt, ruht ein Verschlusszapfen 31'.
Über den ersten Kragen 24 des ersten Schließdeckels 14, 37, 49, 59, 86 wird die mit dem Rotor 5, 34 verbundene Nockenwelle 2, 41 eingeführt.
Ein Außendurchmesser 42 eines ersten Kragens 39 einer Verstelleinrichtung 1, 33, 45, 57, 84 unter Zwischenschaltung eines Lagers 43 arbeitet mit einem Gehäuse, bspw. einem Zylinderkopf 44, der Brennkraftmaschine zusammen.
Ein Rotor 5, 34, 48 ist von einem in ein Stellergehäuse 36, 46, 58, 85 eingesetzten Stator 3, 35, 47, 64 umgeben, der einerseits von einem ersten Schließdeckel 14, 37, 49, 59, 86 und andererseits von einem zweiten Schließdeckel 15, 38, 50, 60, 87 begrenzt wird.
Das Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85 und der erste Schließdeckel 14, 37, 49, 59, 86 sind aus einem Stück hergestellt.
Der erste Schließdeckel 14, 37, 49, 59, 86, der Stator 3, 35, 47, 64, und der zweite Schließdeckel 15, 38, 50, 60, 87 sind unter Vermittlung von axialen Schrauben 17, 18, 19, insbesondere vier Schrauben 51, 52, 53, 54, miteinander verbunden.
Die Schrauben 51 bis 54 ruhen in Gewinden 56 des ersten Schließdeckels 49.
Zumindest in einem Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85 einer Verstelleinrichtung 1, 33, 45, 57, 84 sind ein oder mehrere eisenmetallische Einlegeteile 61, 62 vorgesehen.
Die Einlegeteile 61, 62 sind von der Leichtmetalllegierung umgossen.
Das Einlegeteil 61 dient zur örtlichen Verstärkung, bspw. im Bereich einer Bohrung 63, 77, 92 eines ersten Schließdeckels 14, 37, 49, 59, 86 bzw. des Stellergehäuses 4, 36, 46, 58, 85.
Das Einlegeteil 62 dient zumindest zur abschnittsweisen Verstärkung, z. B. in Umfangsrichtung des Stellergehäuses 4, 36, 46, 58, 85.
Innerhalb eines Außenumfangs eines Getrieberads 7, 68, 89 des Stellergehäuses 4, 36, 46, 58, 85, sind in einem ringförmigen Gehäusebereich 65 ein oder mehrere teilringartige, Gewicht reduzierende Ausnehmungen 69, 70, 71, 72, 73, 74, 81, 82, 83 vorgesehen.
Insbesondere das in den Figuren 6 ff. dargestellte Konstruktionsbeispiel lässt sich auch dadurch beschreiben, dass zumindest ein Teil der Ausnehmungen 69 bis 74 mit radialen Begrenzungen 75, 76 relativ nahe an axialen Bohrungen 77 im Gehäusebereich 65 herangeführt sind.
Zumindest in den Flügeln 78, 79, 80 des Stators 64 können Gewicht reduzierende Ausnehmungen 81, 82, 83 eingearbeitet sein.
In der Verstelleinrichtung 1 33, 45, 84 für die Veränderung der relativen Lage einer Nockenwelle 2, 41 zur Beeinflussung von Steuerzeiten von Ventilen eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, wobei die Verstelleinrichtung 1, 33, 45, 57, 84 einen mit einer Antriebsvorrichtung gekoppelten Stator 3, 35, 47, 64 und einen fest mit der Nockenwelle 2, 41 verbundenen Rotor 5, 34 umfasst, ist der Stator 3, 35, 47, 64 nach Art eines den Rotor 5, 34 umgebenden Stellergehäuses 4 ausgeführt. Das Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85 ist an seinem äußeren Umfang 6, 20, mit einem Getrieberad 7, 68, 89 versehen. In axialer Richtung der Verstelleinrichtung 1, 33, 45, 57, 84 gesehen wird das Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85 von Schließdeckeln 14, 15, 37, 38, 49, 50, 59, 60, 86, 87 begrenzt. Ein erster Schließdeckel 86 und ein zweiter Schließdeckel 87 sind tragend an dem Stellergehäuse 85 befestigt, wobei das Stellergehäuse 85 so gestaltet ist, dass es den mit der Nockenwelle 2, 41 verbundenen Rotor 5, 34 aufnehmen kann. Das Stellergehäuse 86 der Verstelleinrichtung 84 ist aus einer hochfesten Leichtmetalllegierung hergestellt, wobei das Stellergehäuse 86 mit einem als Kettenrad 90 ausgebildeten Getrieberad 7, 68, 89 versehen ist. Das Getrieberad 7, 68, 89 ist getrennt von dem Stellergehäuse 4, 36, 46, 58, 85 vorgefertigt.
Das Kettenrad 90 kann aus einem geeigneten Stahl bestehen. Ein Stahl ist dann geeignet, wenn er ausreichend verschleißfest ist. Die Verschleißfestigkeit kann durch Härten oder Beschichten geschaffen werden. Daher werden Stähle genommen, die als Stähle für Flamm- oder Induktionshärtung, als Einsatzstähle, als Nitrierstähle oder als Vergütungsstähle zu bezeichnen sind. Das Ketterad 90 kann auch aus einem Sintermetall geschaffen sein.
Das Kettenrad 90 kann auch aus einer geeigneten hochfesten Leichtmetalllegierung bestehen. Eine Leichtmetalllegierung gilt als hochfest, wenn sie die Betriebsdauer den Anforderungen standhalten kann, z. B. ein Abrieb von weniger als 1/10 mm pro 500.000 km.
Das ringförmige Kettenrad 90 in einer Ausgestaltung wird durch Aufschrumpfen mit dem Stellergehäuse 86 verbunden.
Das Kettenrad 90 ragt mit einem Kettenradabschnitt 96 in das Stellergehäuse 85 hinein. Es ist vom Werkstoff des besagten Stellergehäuses 85 in einer weiteren Ausgestaltung umgossen.

Wie in den Figuren 2, 3, 5, 7 und 9 zu sehen ist, ist die Lauffläche 93, die seitlich durch eine oder zwei Führungsbegrenzung(en) 94 abgeschlossen und begrenzt sein kann, im unkalibrierten, nachbearbeitungsfreien Gusszustand. Durch die Gussform des Spritzgusswerkzeuges ist die Oberfläche so konturiert und geformt, dass das entsprechende Antriebsmittel gut in Erhebungen der Lauffläche 93 eingreifen kann. Die Lauffläche 93, ihre Oberfläche, ist anschnittfrei. Die Lauffläche 93 ist im originalen Gefügezustand. Eine feinporige Oberfläche ist eine Oberfläche, deren gröbere, innenliegenden Poren, die durch das Druckgussverfahren entstehen, verschlossen bleiben. Wäre die Oberfläche nachbearbeitet, so würden sich erfahrungsgemäß Poren aus dem Inneren nach Außen erstrecken, die auch abträglich zur Dichtigkeit sind.

Bezugszeichenliste:

Bezugszeichen	Bedeutung
1	Verstelleinrichtung
2	Nockenwelle
3	Stator
4	Stellergehäuse
5	Rotor
6	Umfang, insbesondere äußerer Umfang
7	Getrieberad
8	Erster Flügel, insbesondere im Stator
9	Zweiter Flügel, insbesondere im Stator
10	Dritter Flügel, insbesondere im Stator
11	Erster Flügel, insbesondere Rotorflügel
12	Zweiter Flügel, insbesondere Rotorflügel
13	Dritter Flügel, insbesondere Rotorflügel
14	Erster Schließdeckel
15	Zweiter Schließdeckel
16	Baueinheit
17	Erste Schraube, insbesondere axial verlaufende Schraube
18	Zweite Schraube, insbesondere axial verlaufende Schraube
19	Dritte Schraube, insbesondere axial verlaufende Schraube
20	Umfang, insbesondere äußerer Umfang
21	Gewindebohrung
22	Dichtkörper, insbesondere ringsförmiger Dichtkörper
23	Nut
24	Erster Kragen, insbesondere zylindrischer Kragen
25	Zweiter Kragen, insbesondere zylindrischer Kragen
26	Erste Verlängerung des Schließdeckels
27	Zweite Verlängerung des Schließdeckels
28	Außendurchmesser
29	Dichtring
30	Zylinderkopf
31	Bohrung
31'	Verschlusszapfen
32	Gewinde
33	Verstelleinrichtung
34	Rotor
35	Stator
36	Stellergehäuse
37	Erster Schließdeckel, insbesondere integrierter Schließdeckel
38	Zweiter Schließdeckel, insbesondere verschraubter Schließdeckel
39	Erster Kragen
40	Zweiter Kragen
41	Nockenwelle
42	Außendurchmesser
43	Lager, der gleichzeitig Dichtringfunktionen übernehmen kann
44	Zylinderkopf
45	Verstelleinrichtung
46	Stellergehäuse
47	Stator
48	Rotor
49	Erster Schließdeckel
50	Zweiter Schließdeckel
51	Erste Schraube, insbesondere axiale Schraube
52	Zweite Schraube, insbesondere axiale Schraube
53	Dritte Schraube, insbesondere axiale Schraube
54	Vierte Schrauben, insbesondere axiale Schraube
55	Senkkopf
56	Gewinde bzw. Gewindebohrungen
57	Verstelleinrichtung
58	Stellergehäuse
59	Erster Schließdeckel
60	Zweiter Schließdeckel
61	Einlegeteil, insbesondere eisenmetallisches Einlegeteil
62	Einlegeteil, insbesondere eisenmetallisches Einlegeteil
63	Bohrung
64	Stator
65	Gehäusebereich, insbesondere ringförmige Gehäusebereich
66	Querschnitt, insbesondere rechteckiger Querschnitt
67	Längere Seite
68	Getrieberad
69	Erste Ausnehmung, insbesondere teilringartige Ausnehmung
70	Zweite Ausnehmung, insbesondere teilringartige Ausnehmung
71	Dritte Ausnehmung, insbesondere teilringartige Ausnehmung
72	Vierte Ausnehmung, insbesondere teilringartige Ausnehmung
73	Fünfte Ausnehmung, insbesondere teilringartige Ausnehmung
74	Sechste Ausnehmung, insbesondere teilringartige Ausnehmung
75	Erste Begrenzung, insbesondere radiale Begrenzung
76	Zweite Begrenzung, insbesondere radiale Begrenzung
77	Bohrung, insbesondere axiale Bohrung
78	Erster Flügel
79	Zweiter Flügel
80	Dritter Flügel
81	Erste Ausnehmung
82	Zweite Ausnehmung
83	Dritte Ausnehmung
84	Verstelleinrichtung
85	Stellergehäuse
86	Erster Schließdeckel
87	Zweiter Schließdeckel
88	Außenumfang
89	Getrieberad
90	Kettenrad
91	Verbindung, insbesondere eine kraftschlüssige Verbindung
92	Bohrung
93	Lauffläche, insbesondere runde, umlaufende Fläche
94	Führungsbegrenzung, insbesondere seitliche Führungsbegrenzung
95	Zapfen
96	Kettenradabschnitt
97	Bohrung
A-A	Mittellängsachse

Claims

Verstelleinrichtung (1, 33, 45, 57, 84) für die Veränderung der relativen Lage einer Nockenwelle (2, 41) zur Beeinflussung von Steuerzeiten von Ventilen eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, welche Verstelleinrichtung (1, 33, 45, 57, 84) einen mit einer Antriebsvorrichtung gekoppelten Stator (3, 35, 47, 64) und einen fest mit der Nockenwelle (2, 41) verbundenen Rotor (5, 34) umfasst, wobei der Stator (3, 35, 47, 64) nach Art eines den Rotor (5, 34) umgebenden Stellergehäuses (4, 36, 46, 58, 85) ausgeführt ist, das an seinem äußeren Umfang (6, 20) mit einem Getrieberad (7, 68) mit einer Antriebsmitteloberfläche (93) versehen ist und in axialer Richtung der Verstelleinrichtung (1 33, 45, 57, 84) gesehen von Schließdeckeln (14, 15, 37, 38, 59, 60, 86, 87) begrenzt wird,
wobei das Getrieberad (7, 68) der Verstelleinrichtung (1, 33, 45, 57, 84) und das den mit der Nockenwelle (2, 41) zu verbindenden Rotor (5, 34) aufnehmende Stellergehäuse (4, 36, 46, 58, 85) durch Druckgießen zu einer einstückig zusammenhängenden Baueinheit (16) hergestellt sind, die insbesondere zumindest einen ersten Schließdeckel (14, 49, 59, 86) umfasst
dadurch gekennzeichnet, dass
die Baueinheit (16) aus einer hochfesten Leichtmetalllegierung, also einer Aluminiumlegierung, einer Zinklegierung oder einer Magnesiumlegierung mit Aluminium, Zink oder Magnesium als Hauptlegierungsmetall mit einem Anteil von 70 % bis 98 %, hergestellt ist, wobei der Kalibrierungsbezugspunkt für die Herstellung der Masshaltigkeit der Baueinheit (16) der Verstelleinrichtung (1, 33, 45, 57, 84) auf der Antriebsmitteloberfläche (93) liegt, die nachbearbeitungsfrei ist.
Verstelleinrichtung (1, 33, 45, 57, 84) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leichtmetalllegierung für das Getrieberad (7, 68) und das Stellergehäuse (4, 36, 46, 58, 85) eine Aluminiumlegierung ist, die einen hohen Siliziumanteil aufweist.
Verstelleinrichtung (1, 33, 45, 57, 84) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (16) wenigstens teilweise unbeschichtet ist, insbesondere an einer Oberfläche einer Trieblauffläche, wie Riementrieblauffläche oder Kettentriebtrieblauffläche, und vorzugsweise nach dem Druckgießen unbehandelt, aber gehärtet zur Verstelleinrichtung (1, 33, 45, 57, 84) gefügt ist.
Verstelleinrichtung (1, 33, 45, 57, 84) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in dem Stellergehäuse (4, 36, 46, 58, 85) einer Verstelleinrichtung (1, 33, 45,57, 84) ein oder mehrere eisenmetallische Einlegeteile (61 und 62) vorgesehen sind, insbesondere das Getrieberad (7, 68) als ein Kettenrad (90) mit einem Kettenradabschnitt (96) in das Stellergehäuse (4, 36, 46, 58, 85) hineinragt und vom Werkstoff des besagten Stellergehäuses (4, 36, 46, 58, 85) umgossen ist.
Verstelleinrichtung (1, 33, 45, 57, 84) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegeteile (61 und 62) von der Leichtmetalllegierung umgossen sind, wobei insbesondere die Einlegeteile (61, 62) zur örtlichen Verstärkung, wie im Bereich einer Bohrung (31, 63, 92) eines ersten Schließdeckels (14, 49, 59,86), dienen.
Verstelleinrichtung (1, 33, 45, 57, 84) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich durch das Druckgießen bildende Gußhaut, insbesondere an der äußeren Oberfläche der Verstelleinrichtung (1, 33, 45, 57, 84), als verschleißhindernde Schutzhaut unbehandelt wie ungeschliffen oder ungehärtet eine Lauffläche (93) für ein Antriebsmittel darstellt.
Verfahren zur Herstellung einer Verstelleinrichtung (1, 33, 45, 57, 84), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein das Getrieberad (7, 68) umfassendes Bauteil (16), das als einfassendes Bauteil für einen Rotor (5, 34), insbesondere für einen Rotor (5, 34) mit Flügeln (11, 12, 13), dient, durch ein Druckgußverfahren hergestellt ohne weitere Bearbeitung einer äußeren Oberfläche als Lauffläche des Getrieberads (7, 68) verwendbar ist, bei dem vorzugsweise ausschließlich innwandig und stirnwandig Bearbeitungsschritte an der Verstelleinrichtung (1, 33, 45, 57, 84) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die sich durch das Druckgußverfahren bildende Schutzhaut eine Oxidhaut ist, deren feinkristallines Gußgefüge unverändert aufrechterhalten wird, während ein weiteres Teil wie Rotor (5, 34) oder Deckel (14, 15, 59, 60) der Verstellvorrichtung (1, 33, 45, 57, 84) während der Herstellung einer spanabhebenden Bearbeitung unterzogen wird.