EP3329104A1 - Nockenwellenversteller - Google Patents

Nockenwellenversteller

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Publication number
EP3329104A1
EP3329104A1 EP16753262.1A EP16753262A EP3329104A1 EP 3329104 A1 EP3329104 A1 EP 3329104A1 EP 16753262 A EP16753262 A EP 16753262A EP 3329104 A1 EP3329104 A1 EP 3329104A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
stator
camshaft adjuster
end faces
camshaft
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16753262.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Heilig
Florian Hentsch
Dietmar Schulze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilite Germany GmbH
Original Assignee
Hilite Germany GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Hilite Germany GmbH filed Critical Hilite Germany GmbH
Publication of EP3329104A1 publication Critical patent/EP3329104A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L2001/3445—Details relating to the hydraulic means for changing the angular relationship
    • F01L2001/34479—Sealing of phaser devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2301/00—Using particular materials
    • F01L2301/02—Using ceramic materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2303/00—Manufacturing of components used in valve arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements

Definitions

  • the invention relates to a camshaft adjuster with a driven by a crankshaft of an internal combustion engine stator, a rotationally fixed with a
  • Camshaft of the internal combustion engine connectable rotor having a plurality of rotor blades radially outwardly projecting wings, wherein between the stator and the rotor arranged working chambers are divided by the wings in pressure chambers, and wherein the stator and the rotor are made as sintered components.
  • Camshaft adjusters are used in modern internal combustion engines to optimize the consumption and performance values and serve to change the opening and closing times of the gas exchange valves to the phase relation between crankshaft and camshaft in a defined angular range, between a maximum early and a maximum late position, variable to be able to shape.
  • the camshaft adjuster is integrated into a drive train via which torques are transmitted from the crankshaft to the camshaft.
  • the camshaft adjuster has one of the
  • both pressure chambers are permanently filled with pressure medium, so that the rotor and the stator are relatively rigidly connected.
  • the timing of the gas exchange valves are changed in that the pressure in one of the pressure chambers is increased, while the pressure in the other pressure chamber is lowered.
  • the pressure medium must be supplied to the one pressure chamber and discharged from the other pressure chamber to a tank, which changes the angular position between the camshaft and the crankshaft.
  • the invention is therefore based on the object to provide a camshaft adjuster, in which the required for the function of the camshaft adjuster precision can be achieved at a significantly reduced finishing costs while cost-effective production.
  • the end surfaces are preferably post-processed by means of height calibration.
  • the height of the respective component and the parallelism of two opposing surfaces can in this way by a deliberate plastic deformation of the sintered material in a simple and cost-effective manner by means of a
  • the displacement recesses are formed three-dimensionally facet-shaped and each have a bottom surface and substantially
  • the web structures preferably form a calibration structure.
  • Displacement recesses arranged on the end faces such that at least a portion of the web structures forms a continuous structure, which limits the end faces circumferentially. This encircling structure seals at
  • Camshaft adjuster so that the leakage can be significantly reduced.
  • the calibration structure preferably has an area proportion adapted to the size of the sintering components.
  • the area fraction is accordingly dependent on the size of the stator or the rotor.
  • the calibration structure forms a larger surface area for smaller components than for larger components. Even with smaller components, this can advantageously reduce the leakage and at the same time provide the necessary displacement space. In addition, a further deformation and thus an unwanted reduction in height of the components can be avoided during operation.
  • the area ratios between the displacement recesses and the calibration structure contribute significantly to the degree of deformation achieved and thus the precision with regard to achieving a certain height dimension.
  • This elastic component must be kept low because it is considered to be a difficult parameter to control in the later tightening of the component in the
  • Camshaft adjuster applies and can have a negative impact there. Since, however, in such manufacturing processes, the elastic deformation component can not be entirely avoided during calibration, this is also compensated by a suitable method
  • Embodiment of the surface structure of the invention brought to a low and manageable level, which, for example, by a targeted
  • the angle of inclination of the trapezoidal side surfaces may be provided adapted to the surface portion of the calibration. Basically, it has been found that with a decreasing proportion of the recessed area (displacement recesses), the transitions between raised and recessed areas must be steeper, and vice versa.
  • FIG. 1 shows a stator and a rotor of a known camshaft adjuster in perspective view
  • FIG. 2 a rotor of a camshaft adjuster according to the invention in FIG.
  • FIG. 4 is a plan view of the wing of FIG. 3,
  • FIG. 5 a stator of a camshaft adjuster according to the invention in FIG.
  • FIG. 6 is an enlarged partial view of the stator of FIG. 5 and
  • Fig. 7 shows a stator of another embodiment of a camshaft adjuster according to the invention in a perspective view.
  • Fig. 1 shows a known camshaft adjuster 1, with which during the
  • Camshaft is changed. By turning the camshaft, not shown, the opening and closing times of the gas exchange valves are shifted so that the internal combustion engine brings its optimal performance at the respective speed.
  • the Schwenkmotorversteller 1 allows a continuous adjustment of the camshaft relative to the crankshaft.
  • the camshaft adjuster 1 has a cylindrical stator 2, which is non-rotatably connected to a gear 3.
  • the gear 3 is a sprocket over which a chain, not shown, is guided.
  • the gear 3 may also be a toothed belt, via which a drive belt as
  • stator 2 and the gear 3 are integrally formed with each other in this embodiment. Screws brace a stator cover, not shown, against the unit of stator 2 and gear 3. Are in an alternative
  • Embodiment stator 2 and gear 3 separate parts, so the stator 2 is clamped by means of screws between the gear 3 and a stator cover.
  • the stator 2 is provided with radially inwardly projecting webs 5. Circumferentially between these webs 5 wings 6 of a rotor 4 are arranged.
  • the rotor 4 has a rotor hub 7, which is rotatably connected to the camshaft. For this purpose, the rotor hub 7 is shrunk or pressed onto a camshaft end. In order to change the angular position between the camshaft and the crankshaft, the rotor 4 is rotated relative to the stator 2 against the force of a spiral spring.
  • the hydraulic fluid is pressurized in the pressure chambers 8 assigned to one direction of rotation, while the pressure chambers 9 assigned to the other direction of rotation are relieved to the tank.
  • This the other direction of rotation associated pressure chambers 9 are shown in the drawing in the minimum state.
  • Camshaft adjuster 1 - the rotor 4 the necessary for the engine start early
  • Pressure chambers 8, 9 are not shown in detail a locking bolt by the spring force of a helical compression spring, not shown in a
  • Locking position moves, in which this engages in a locking opening of the stator cover, not shown.
  • the locking bolt is loaded by the hydraulic fluid against the spring force and pushed back, so that the rotor 4 is unlocked from the stator cover and the camshaft adjuster 1 can get into its control position.
  • the pressure chambers 8,9 can be supplied with hydraulic fluid via transverse bores 11, 12 or the hydraulic fluid can be drained from them.
  • a hydraulic valve is arranged coaxially aligned within the camshaft end, which has at least one hydraulic piston.
  • the stator 2 and a rotor 4 of the camshaft adjuster 1 are generally made of steel or aluminum alloys and are produced in the sintering process. To ensure proper operation of the camshaft adjuster 1 follows In the process steps of pressing, green machining and sintering, this involves a relatively complex finish consisting of various processes
  • the camshaft adjuster 1 has on axially formed end faces of the stator 2 and / or the rotor 4th
  • Fig. 2 shows a rotor 4 of a first embodiment of a
  • Camshaft adjuster 1 according to the invention. End surfaces 13, 15, which rests after assembly of the camshaft adjuster 1 on an inner surface of the stator 2, have displacement recesses 14, in which the material of the rotor 4 during a deforming Nachbearbeitungsvons the end faces 13, 15 can flow. This post-processing is advantageously carried out by means of
  • displacement recesses 14 are provided on the axial end faces 13, 15 substantially uniformly distributed, it is possible to a Impairment of the carrying capacity of the end faces 13, 15 to avoid, so that a certain surface pressure during operation of the camshaft amplifier 1 is not exceeded.
  • the displacement recesses 14 have a three-dimensionally facet-shaped design and each have a bottom surface 16 and in the
  • the web structures 18 have essentially the same width distributed over the end faces 13, 15.
  • the entirety of the web structures 18 forms a calibration structure which has an area proportion adapted to the size of the component. This can be a further deformation and thus an unwanted
  • the area ratios between the displacement recesses and the calibration structure contribute significantly to the degree of deformation achieved and thus the precision with regard to achieving a certain height dimension.
  • This elastic component must be kept low because it is considered to be a difficult parameter to control in the later tightening of the component in the
  • Camshaft adjuster 1 is valid and can have a negative impact there.
  • the displacement recesses 14 and the web structures 18 are arranged on the end faces 13, 15 such that a part of the web structures 18 form a continuous structure which circumscribes the end faces 13, 15.
  • This circumferential structure allows for the application of the respective end face 13, 15 on inner surfaces of the stator 2, a secure seal of the end faces 13, 15, so that the leakage can be significantly reduced.
  • This part of the web structures 18 can be made wider than the inner web structures 18 to improve the seal.
  • Fig. 5 and 6 show a stator 2 of the first embodiment, which is formed integrally according to FIG. 1 with a gear 3. As already described for the rotor 4, the stator 2 has at its end faces 19, 20 the displacement recesses 14 already described. It will be on top
  • Fig. 7 shows a stator 2 of another embodiment, to which a toothed belt pulley or a pulley is rotatably fastened.
  • the described calibration structure with the displacement recesses 14 may be provided according to the invention on the rotor 4 or on the stator 2 or on both components, but finds in particular their advantageous application to the end faces 19, 20 of the stator 2.
  • the operating conditions include in particular high temperatures at which the creep resistance of the materials adversely changes as well as axially and in particular radially acting mechanical forces, which can bring additional axially acting force components on the surface structured according to the invention.
  • Deformation of a rotor 4 accommodates in the tension on the camshaft end and thereby contribute to a further improvement in function at the same time reduced manufacturing costs.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller (1) mit einem von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angetriebenen Stator (2), einem drehfest mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbindbaren Rotor (4) mit mehreren von einer Rotornabe (7) radial nach außen abstehenden Flügeln (6), wobei zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (4) angeordnete Arbeitskammern durch die Flügel (6) in Druckräume (8, 9) unterteilt sind, und wobei der Stator (2) und der Rotor (4) als Sinterbauteile hergestellt sind. Erfindungsgemäß sind auf axial ausgebildeten Stirnflächen (13, 15, 19, 20) des Stators (2) und/oder des Rotors (4) Verdrängungsausnehmungen (14) vorgesehen sind, in welche Material während eines verformenden Nachbearbeitungsverfahrens der Stirnflächen fließen kann.

Description

Nockenwellenversteller
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller mit einem von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angetriebenen Stator, einem drehfest mit einer
Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbindbaren Rotor mit mehreren von einer Rotornabe radial nach außen abstehenden Flügeln, wobei zwischen dem Stator und dem Rotor angeordnete Arbeitskammern durch die Flügel in Druckräume unterteilt sind, und wobei der Stator und der Rotor als Sinterbauteile hergestellt sind.
Nockenwellenversteller werden in modernen Brennkraftmaschinen zur Optimierung der Verbrauchs- und Leistungswerte eingesetzt und dienen dazu, die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile zu verändern, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Zu diesem Zweck ist der Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmomente von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen werden. Der Nockenwellenversteller besitzt dazu einen von der
Kurbelwelle angetriebenen Stator und einen drehfest mit der Nockenwelle
verbundenen Rotor. Zwischen dem Rotor und dem Stator sind mit einem Druckmittel beaufschlagbare Arbeitskammern vorgesehen, welche durch dem Rotor zugeordnete Flügel in gegeneinander wirkende Druckräume unterteilt sind. Während des
Betriebes der Brennkraftmaschine sind beide Druckräume permanent mit Druckmittel gefüllt, so dass der Rotor und der Stator relativ steif miteinander verbunden sind. Die Steuerzeiten der Gaswechselventile werden dadurch verändert, dass der Druck in einem der Druckräume erhöht wird, während der Druck in dem jeweils anderen Druckraum gesenkt wird. Das Druckmittel muss dazu dem einen Druckraum zugeführt und aus dem anderen Druckraum zu einem Tank hin abgeführt werden, wodurch sich die Winkellage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle verändert. Gemäß dem Stand der Technik werden insbesondere die Bauteile Rotor und Stator des Nockenwellenverstellers aus Stahl- oder Aluminium-Legierungen im
Sinterverfahren hergestellt. Um eine einwandfreie Funktion des
Nockenwellenverstellers zu gewährleisten, folgt dabei auf die Prozessschritte
Pressen, Grünbearbeitung und Sintern eine relativ aufwendige und aus
verschiedenen Verfahren bestehende Endbearbeitung (Kalibrieren, Schleifen, Feindrehen, etc.), um die in axial gegenüberliegenden Flächen erforderliche
Parallelität sicherzustellen. Diese Endbearbeitungsprozesse sind kostenintensiv und bergen Qualitätsrisiken, die durch zwischenliegende Handlingsschritte noch verschärft werden.
Die DE 10 2013 015 677 A1 bietet als Lösung für die genannten Nachteile ein Verfahren sowie einen Teilesatz mit zwei Sinterfügeteilen sowie einem
Radialverformungselement an. Diese vorgeschlagene, mehrteilige Ausgestaltung des Stators bzw. des Rotors wird aufgrund der Bauteilanzahl sowie des aufwendigen Fügeverfahrens als nachteilig angesehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller bereitzustellen, bei welchem die für die Funktion des Nockenwellenverstellers erforderliche Präzision bei deutlich reduziertem Endbearbeitungsaufwand bei gleichzeitiger kostengünstiger Herstellung erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf axial ausgebildeten Stirnflächen des Stators und/oder des Rotors Verdrängungsausnehmungen vorgesehen sind, in welche Material während eines verformenden
Nachbearbeitungsverfahrens der Stirnflächen fließen kann. Mit anderen Worten werden beim Pressen der Rohlinge definierte Vertiefungen in Form von
Ausnehmungen bzw. Rillen eingebracht, welche den für die nach dem Sintern erforderliche Nachbearbeitung durch die Deformation notwendigen
Verdrängungsraum bereitstellt, ohne die so bearbeiteten Stirnflächen in ihrer
Tragfähigkeit derart zu beeinträchtigen, dass die ertragbaren Flächenpressungen im Betrieb überschritten werden. Die Stirnflächen sind vorzugsweise mittels Höhenkalibrieren nachbearbeitbar. Die Höhe des jeweiligen Bauteils sowie die Parallelität von zwei gegenüberliegenden Flächen können auf diese Weise durch eine gewollte plastische Deformation des Sintermaterials in einfacher und kostengünstiger weise mittels eines
Formwerkzeuges hergestellt werden.
Indem die Verdrängungsausnehmungen auf den axialen Stirnflächen im
Wesentlichen gleichmäßig verteilt vorgesehen sind, ist es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung möglich, eine Beeinträchtigung der Tragfähigkeit der Stirnflächen zu vermeiden, so das eine bestimmte Flächenpressung im Betrieb des Nockenwellenverstärkers nicht überschritten wird.
Vorzugsweise sind die Verdrängungsausnehmungen dreidimensional facettenförmig ausgebildet und weisen jeweils eine Bodenfläche sowie im Wesentlichen
trapezförmige Seitenflächen auf, so dass jeweils eine umlaufende Stegstruktur die Verdrängungsausnehmungen umgibt. Dabei bilden vorzugsweise die Stegstrukturen eine Kalibrierstruktur.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die
Verdrängungsausnehmungen derart auf den Stirnflächen angeordnet, dass wenigstens ein Teil der Stegstrukturen eine durchgehende Struktur bildet, welche die Stirnflächen umlaufend begrenzt. Diese umlaufende Struktur dichtet beim
Anliegen der jeweiligen Stirnfläche an einer entsprechenden Fläche des
Nockenwellenverstellers, so dass die Leckage deutlich reduziert werden kann.
Vorzugsweise weist die Kalibrierstruktur einen an die Größe der Sinteranteile angepassten Flächenanteil auf. Der Flächenanteil ist demnach abhängig von der Größe des Stators bzw. des Rotors. Generell bildet die Kalibrierstruktur bei kleineren Bauteilen einen größeren Flächenanteil als bei größeren Bauteilen. Auch bei kleineren Bauteilen kann hierdurch die Leckage vorteilhaft reduziert und gleichzeitig der notwendige Verdrängungsraum bereitgestellt werden. Zudem kann eine weitergehende Deformation und damit eine ungewollten Höhenreduzierung der Bauteile im Betrieb vermieden werden. Die Flächenverhältnisse zwischen den Verdrängungsausnehmungen und der Kalibrierstruktur trägt entscheidend für den erreichten Verformungsgrad und damit die Präzision hinsichtlich der Erzielung eines bestimmten Höhenmaßes bei. Da beim Höhenkalibrieren die gegenüberliegenden Flächen mit Presskraft und
Gegenhaltekraft beaufschlagt werden, ergibt sich neben der gewollten plastischen Deformation auch ein erheblicher Anteil an elastischer Verformung, der zu einer Rückfederung der verformten Materialanteile bei Entlastung des Bauteils führt.
Dieser elastische Anteil muss gering gehalten werde, da er als schwer kontrollierbare Einflussgröße beim späteren Verspannen der Komponente im
Nockenwellenversteller gilt und sich dort negativ auswirken kann. Da sich jedoch bei derartigen Fertigungsverfahren der elastische Verformungsanteil beim Kalibrieren nicht gänzlich vermeiden lässt, wird dieser zudem durch eine geeignete
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Oberflächenstruktur auf ein niedriges und beherrschbares Niveau gebracht, was beispielsweise durch eine gezielte
Formgebung der Übergänge (Flanken, Radien, etc.) erfolgt.
Um den elastischen Anteil möglichst gering zu halten, kann der Neigungswinkel der trapezförmigen Seitenflächen an den Flächenanteil der Kalibrierstruktur angepasst vorgesehen sein. Grundsätzlich hat sich herausgestellt, dass hierzu bei kleiner werdendem Anteil an zurückstehender Fläche (Verdrängungsausnehmungen) die Übergänge zwischen erhabenen und vertieften Bereichen steiler verlaufen müssen und umgekehrt.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Stator und einen Rotor eines bekannten Nockenwellenverstellers in perspektivischer Darstellung,
Fig. 2 einen Rotor eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers in
perspektivischer Darstellung, Fig. 3 einen Flügel des Rotors gemäß Fig. 2 teilweise geschnitten und in perspektivischer Darstellung,
Fig. 4 eine Draufsicht des Flügels gemäß Fig. 3,
Fig. 5 einen Stator eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers in
perspektivischer Darstellung,
Fig. 6 eine vergrößerte Teilansicht des Stators gemäß Fig. 5 und
Fig. 7 einen Stator eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers in perspektivischer Darstellung.
Fig. 1 zeigt einen bekannten Nockenwellenversteller 1 , mit dem während des
Betriebes eines Verbrennungsmotors die Winkellage zwischen Kurbel- und
Nockenwelle verändert wird. Durch Verdrehen der nicht dargestellten Nockenwelle werden die Öffnungs- und Schliesszeitpunkte der Gaswechselventile so verschoben, dass der Verbrennungsmotor bei der jeweiligen Drehzahl seine optimale Leistung bringt. Der Schwenkmotorversteller 1 ermöglicht dabei eine stufenlose Verstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle.
Der Nockenwellenversteller 1 weist einen zylindrischen Stator 2 auf, der drehfest mit einem Zahnrad 3 verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Zahnrad 3 ein Kettenrad, über das eine nicht näher dargestellte Kette geführt ist. Das Zahnrad 3 kann aber auch ein Zahnriemenrad sein, über das ein Antriebsriemen als
Antriebselement geführt ist. Über dieses Antriebselement und das Zahnrad 3 ist der Stator 2 mit der Kurbelwelle in bekannter Weise antriebsverbunden.
Der Stator 2 und das Zahnrad 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel einstückig miteinander ausgebildet. Schrauben verspannen einen nicht gezeigten Statordeckel gegen die Einheit aus Stator 2 und Zahnrad 3. Sind in einer alternativen
Ausgestaltungsform Stator 2 und Zahnrad 3 separate Teile, so ist der Stator 2 mittels Schrauben zwischen dem Zahnrad 3 und einem Statordeckel verspannt. Der Stator 2 ist mit radial nach innen ragenden Stegen 5 versehen. Umfangsmäßig zwischen diesen Stegen 5 sind Flügel 6 eines Rotors 4 angeordnet. Der Rotor 4 weist eine Rotornabe 7 auf, die drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Dazu ist die Rotornabe 7 auf ein Nockenwellenende geschrumpft bzw. gepresst. Um die Winkellage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle zu verändern, wird der Rotor 4 relativ zum Stator 2 gegen die Kraft einer Spiralfeder gedreht. Hierzu wird je nach gewünschter Drehrichtung das Hydraulikfluid in den der einen Drehrichtung zugeordneten Druckkammern 8 unter Druck gesetzt, während die der anderen Drehrichtung zugeordneten Druckkammern 9 zum Tank hin entlastet werden. Diese der anderen Drehrichtung zugeordneten Druckkammern 9 sind in der Zeichnung im Minimalzustand dargestellt.
Damit bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor - d.h. bei unbelastetem
Nockenwellenversteller 1 - der Rotor 4 die für den Motorstart nötige frühe
Auslassnockenwellenstellung einnimmt, wird der Rotor 4 durch die Spiralfeder in eine Ausgangslage gedreht. In dieser Ausgangslage ist der Rotor 4 gegenüber dem Stator 2 mittels einer Verriegelung 10 gegen ein Verschwenken festgesetzt. Diese ist in einem der Flügel 6 untergebracht. Dabei wird bei Druckabfall in den
Druckkammern 8, 9 werden ein nicht näher dargestellter Verriegelungsbolzen durch die Federkraft einer nicht näher dargestellten Schraubendruckfeder in eine
Verriegelungsstellung bewegt, in der dieser in eine Verriegelungsöffnung des nicht gezeigten Statordeckels eingreift. Beim Motorstart wird der Verrieglungsbolzen durch das Hydraulikfluid gegen die Federkraft belastet und zurückgeschoben, so dass der Rotor 4 vom Statordeckel entriegelt wird und der Nockenwellenversteller 1 in seine Regelstellung gelangen kann.
Die Druckkammern 8,9 können über Querbohrungen 1 1 , 12 mit Hydraulikfluid versorgt werden bzw. kann das Hydraulikfluid aus diesen abgelassen werden.
Dazu ist beispielsweise innerhalb des Nockenwellenendes ein Hydraulikventil koaxial ausgerichtet angeordnet, welches zumindest einen Hydraulikkolben aufweist.
Der Stator 2 sowie ein Rotor 4 des Nockenwellenverstellers 1 bestehen in der Regel aus Stahl- oder Aluminium-Legierungen und werden im Sinterverfahren hergestellt. Um eine einwandfreie Funktion des Nockenwellenverstellers 1 zu gewährleisten, folgt dabei auf die Prozessschritte Pressen, Grünbearbeitung und Sintern eine relativ aufwendige und aus verschiedenen Verfahren bestehende Endbearbeitung
(Kalibrieren, Schleifen, Feindrehen, etc.), um die in axial gegenüberliegenden
Flächen erforderliche Parallelität sicherzustellen. Diese Endbearbeitungsprozesse sind kostenintensiv und bergen Qualitätsrisiken, welche durch zwischenliegende Handlingsschritte noch verschärft werden.
Um einen Nockenwellenversteller 1 bereitzustellen, bei dem die für die Funktion erforderliche Präzision der Sinterbauteile bei deutlich reduziertem
Endbearbeitungsaufwand bei gleichzeitiger kostengünstiger Herstellung erzielt werden kann, weist der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller 1 auf axial ausgebildeten Stirnflächen des Stators 2 und/oder des Rotors 4
Verdrängungsausnehmungen 14 auf.
Fig. 2 zeigt einen Rotor 4 eines ersten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1 . Stirnflächen 13, 15, welche nach Zusammenbau des Nockenwellenverstellers 1 an einer Innenfläche des Stators 2 anliegt, weisen Verdrängungsausnehmungen 14 auf, in welche das Material des Rotors 4 während eines verformenden Nachbearbeitungsverfahrens der Stirnflächen 13 ,15 fließen kann. Diese Nachbearbeitung erfolgt vorteilhafterweise mittels
Höhenkalibrieren, bei welchem die Höhe des jeweiligen Bauteils sowie die Parallelität von zwei gegenüberliegenden Flächen durch eine gewollte plastische Deformation des Sintermaterials in einfacher und kostengünstiger weise mittels eines
Formwerkzeuges hergestellt werden können.
Beim Pressen der Rohlinge (Grünlinge) werden also definierte Vertiefungen in Form von Ausnehmungen bzw. Rillen eingebracht, welche den für die nach dem Sintern erforderliche Nachbearbeitung durch die Deformation notwendigen
Verdrängungsraum bereitstellt, ohne die so bearbeiteten Stirnflächen 13, 15 in ihrer Tragfähigkeit derart zu beeinträchtigen, dass die ertragbaren Flächenpressungen im Betrieb überschritten werden.
Indem die Verdrängungsausnehmungen 14 auf den axialen Stirnflächen 13, 15 im Wesentlichen gleichmäßig verteilt vorgesehen sind, ist es möglich, eine Beeinträchtigung der Tragfähigkeit der Stirnflächen 13, 15 zu vermeiden, so das eine bestimmte Flächenpressung im Betrieb des Nockenwellenverstärkers 1 nicht überschritten wird.
Wie insbesondere aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, welche vergrößerte Teilansichten eines der Flügel 6 zeigen, sind die Verdrängungsausnehmungen 14 dreidimensional facettenförmig ausgebildet und weisen jeweils eine Bodenfläche 1 6 sowie im
Wesentlichen trapezförmige Seitenflächen 17 auf, so dass jeweils eine umlaufende Stegstruktur 18 die Verdrängungsausnehmungen 14 umgibt. Dabei gehen
benachbarte Verdrängungsausnehmungen 14 in dieselbe Stegstruktur 18 über. Die Stegstrukturen 18 weisen im Wesentlichen über die Stirnflächen 13, 15 verteilt die gleiche Breite auf. Die Gesamtheit der Stegstrukturen 18 bildet eine Kalibrierstruktur, die einen an die Größe des Bauteils angepassten Flächenanteil aufweist. Hierdurch kann eine weitergehende Deformation und damit eine ungewollten
Höhenreduzierung der Bauteile im Betrieb vermieden werden. Dabei ist der
Flächenanteil derart festgelegt, dass der notwendige Verdrängungsraum zu
Verfügung steht und gleichzeitig eine gewünschte Abdichtung sichergestellt werden kann.
Die Flächenverhältnisse zwischen den Verdrängungsausnehmungen und der Kalibrierstruktur trägt entscheidend für den erreichten Verformungsgrad und damit die Präzision hinsichtlich der Erzielung eines bestimmten Höhenmaßes bei. Da beim Höhenkalibrieren die gegenüberliegenden Flächen mit Presskraft und
Gegenhaltekraft beaufschlagt werden, ergibt sich neben der gewollten plastischen Deformation auch ein erheblicher Anteil an elastischer Verformung, der zu einer Rückfederung der verformten Materialanteile bei Entlastung des Bauteils führt.
Dieser elastische Anteil muss gering gehalten werde, da er als schwer kontrollierbare Einflussgröße beim späteren Verspannen der Komponente im
Nockenwellenversteller 1 gilt und sich dort negativ auswirken kann.
Da sich jedoch bei derartigen Fertigungsverfahren der elastische Verformungsanteil beim Kalibrieren nicht gänzlich vermeiden lässt, wird dieser zudem durch eine geeignete Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Oberflächenstruktur auf ein niedriges und beherrschbares Niveau gebracht. Dies wird durch die oben
beschriebene Formgebung der Verdrängungsausnehmungen 14 mit den Seitenflächen 17 als Übergang zu den Stegstrukturen 18 erreicht. Eine weitere Formgebung kann durch Radien etc. erfolgen.
Um den elastischen Anteil möglichst gering zu halten, wird zudem der
Neigungswinkel der trapezförmigen Seitenflächen 17 an den Flächenanteil der Stegstrukturen 18 angepasst. Grundsätzlich hat sich herausgestellt, dass hierzu bei kleiner werdendem Anteil an zurückstehender Fläche (Verdrängungsausnehmungen 14) die Übergänge zwischen erhabenen und vertieften Bereichen steiler verlaufen müssen und umgekehrt.
Weiter ist insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, dass die Verdrängungsausnehmungen 14 sowie die Stegstrukturen 18 auf den Stirnflächen 13, 15 derart angeordnet sind, dass ein Teil der Stegstrukturen 18 eine durchgehende Struktur bildet, welche die Stirnflächen 13, 15 umlaufend begrenzt. Diese umlaufende Struktur ermöglicht beim Anliegen der jeweiligen Stirnfläche 13, 15 an Innenflächen des Stators 2 eine sichere Abdichtung der Stirnflächen 13, 15, so dass die Leckage deutlich reduziert werden kann. Dieser Teil der Stegstrukturen 18 kann zur Verbesserung der Abdichtung breiter als die inneren Stegstrukturen 18 ausgeführt sein.
Fig. 5 und 6 zeigen einen Stator 2 des ersten Ausführungsbeispiels, welcher gemäß Fig. 1 mit einem Zahnrad 3 einteilig ausgebildet ist. Wie bereits zum Rotor 4 beschrieben, weist auch der Stator 2 an seinen Stirnflächen 19, 20 die bereits beschriebenen Verdrängungsausnehmungen 14 auf. Es wird auf die oben
bestehende Beschreibung hierzu verwiesen.
Fig. 7 zeigt einen Stator 2 eines weiteren Ausführungsbeispiels, an welchen ein Zahnriemenrad oder eine Riemenscheibe drehfest befestigbar ist.
Die beschriebene Kalibrierstruktur mit den Verdrängungsausnehmungen 14 kann erfindungsgemäß am Rotor 4 oder am Stator 2 bzw. an beiden Bauteilen vorgesehen werden, findet jedoch insbesondere ihre vorteilhafte Anwendung an den Stirnflächen 19, 20 des Stators 2. Hier ist bei der Auslegung der Kalibrierstruktur zu
berücksichtigen, dass im zusammengebauten Zustand wie auch unter allen
Betriebsbedingungen die ertragbaren Flächenpressungen nicht überschritten werden dürfen, um die axial einwirkenden Verspannkräfte sicher und dauerhaft ohne Setzen des Klemmverbandes aufnehmen zu können. Die Betriebszustände umfassen hierbei insbesondere hohe Temperaturen, bei denen sich die Kriechstandsfestigkeit der Werkstoffe nachteilig ändert wie auch axial und insbesondere radial einwirkende mechanische Kräfte, die zusätzliche axial wirkende Kraft-Komponenten auf die erfindungsgemäß strukturierte Fläche bringen können.
Ebenso ist es für die spätere Funktion der erfindungsgemäß hergestellten Bauteile 2, 4 des Nockenwellenverstellers 1 von großer Bedeutung, dass die in axial
gegenüberliegenden Flächen engste Toleranzen hinsichtlich Parallelität aufweisen. Umso bedeutender ist es, bei der Auslegung der erfindungsgemäßen
Kalibrierstruktur auf beiden Stirnflächen 13, 15 bzw. 19, 20 exakt zu ermitteln, welche Deformationsanteile plastischer bzw. elastischer Natur zu erwarten sind und dabei auch die Krafteinwirkung sowie die Prozesseinflüsse beim Kalibrieren mit in Betracht zu ziehen.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Kalibrierstruktur ergeben sich in der
Hinsicht, als die höhenkalibrierten Stirnflächen 13, 15 bzw. 19, 20 mit einer
bestimmten globalen Topologie ausgestattet werden können, die z.B. der
Verformung eines Rotors 4 bei der Verspannung auf das Nockenwellenende entgegenkommt und dadurch zu einer weiteren Funktionsverbesserung bei gleichzeitig reduzierten Herstellkosten beitragen kann.
Bezugszeichenliste
Nockenwellenversteller
Stator
Zahnrad
Rotor
Steg
Flügel
Rotornabe
Druckkammer
Druckkammer
Verriegelung
Querbohrung
Querbohrung
Stirnfläche
Verdrängungsausnehmung
Stirnfläche
Bodenfläche
Seitenfläche
Stegstruktur
Stirnfläche
Stirnfläche

Claims

Patentansprüche
1 . Nockenwellenversteller (1 ) mit
einem von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angetriebenen Stator (2), einem drehfest mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbindbaren Rotor (4) mit mehreren von einer Rotornabe (7) radial nach außen abstehenden Flügeln (6), wobei zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (4) angeordnete Arbeitskammern durch die Flügel (6) in Druckräume (8, 9) unterteilt sind, und wobei der Stator (2) und der Rotor (4) als Sinterbauteile hergestellt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass auf axial ausgebildeten Stirnflächen (13, 15, 19, 20 ) des Stators (2) und/oder des Rotors (4) Verdrängungsausnehmungen (14) vorgesehen sind, in welche Material während eines verformenden
Nachbearbeitungsverfahrens der Stirnflächen fließen kann.
2. Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Stirnflächen mittels Höhenkalibrieren nachbearbeitbar sind.
3. Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängungsausnehmungen (14) auf den axialen Stirnflächen (13, 15, 19, 20) im Wesentlichen gleichmäßig verteilt vorgesehen sind.
4. Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängungsausnehmungen (14) dreidimensional facettenförmig ausgebildet sind und jeweils eine Bodenfläche (1 6) sowie im Wesentlichen trapezförmige Seitenflächen (17) aufweisen, so dass jeweils eine umlaufende Stegstruktur (18) die Verdrängungsausnehmungen (14) umgibt.
5. Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Stegstrukturen (18) eine Kalibrierstruktur bilden.
6. Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Verdrängungsausnehmungen (14) derart auf den Stirnflächen (13, 15, 19, 20 ) angeordnet sind, dass wenigstens ein Teil der Stegstrukturen (18) eine
durchgehende Struktur bilden, welche die Stirnflächen (13, 15, 19, 20 ) umlaufend begrenzt.
7. Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierstruktur einen an die Größe der Sinteranteile angepassten Flächenanteil aufweist.
8. Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Neigungswinkel der trapezförmigen Seitenflächen (17) an den Flächenanteil der Kalibrierstruktur angepasst vorgesehen ist.
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