WO2016008480A1 - Nockenwellenverstellergetriebebauteil - Google Patents

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Armin Braun
Resat Aras
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16H—GEARING
    • F16H49/00—Other gearings
    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions

Definitions

  • the invention relates to a gearing and a sliding bearing surface having transmission component, which is designed as a component of a transmission of a Nockenwellenverstei- lers. Furthermore, the invention relates to a method for powder metallurgical production of a transmission component of a camshaft adjuster
  • the invention has for its object to further develop a transmission component of a camshaft adjuster, which has a toothing and a sliding bearing surface over the said prior art under tribological and manufacturing aspects.
  • a camshaft adjuster transmission component having the features of claim 1 and by a method for producing a camshaft staging component according to claim 8.
  • the embodiments and advantages of the invention explained below in connection with the manufacturing method also apply mutatis mutandis to the device and vice versa.
  • the transmission component is particularly useful in a three-shaft transmission of an electric camshaft adjuster. Trained as a component of a camshaft adjuster transmission component is designed as an annular member and has on its inner circumference a cylindrical sliding bearing surface and a subsequent thereto, radially inwardly directed flange. On the outer circumference of the Nockenwelienversteliergetriebebauteil is a toothing. Erfindungsgemäfc is formed within the Gieichlager Structure at least one oil groove.
  • the oil groove on the one hand supports the lubrication of the plain bearing; on the other hand, the oil groove serves to rinse out dirt from the slide bearing gap,
  • the oil groove can run in the axial direction of the completely or substantially rotationally symmetrical camshaft adjusting-gear component, also referred to below as a transmission component for short. It is also possible, the oil groove obliquely, that is, at least partially helical form, which on the one hand affects the promotion of lubricant, on the other hand, however, on the production engineering effort. This also applies to embodiments of the transmission component, in which there are several oil grooves in the Gleitlagerfiambae. The plurality of oil grooves may be asymmetrically distributed around the circumference of the casting surface.
  • the radially inwardly directed flange of the transmission component has no oil groove. Rather, the inner edge of the flange preferably describes an uninterrupted, circular contour. This greatly facilitates the production of high quality surfaces on the flange.
  • the depth of the at least one oil groove measured in the radial direction is preferably less than the width of the oil groove measured in the circumferential direction. Surprisingly, it has proved to be sufficient if the oil groove extends in the axial direction of the transmission component only over part of the Gleitlagerfiambae: ie not enough to the flange. outgoing from the flange facing away from the end face of the transmission component, the cross section of the oil groove can taper towards the flange.
  • the minimum width of each oil groove is preferably greater than the pitch of the outer toothing of the transmission component.
  • the transmission component is particularly efficient producible powder metallurgy.
  • both the sliding bearing surface and the oil grooves as well as the flange and the toothing are formed in a single step by powder pressing.
  • the omission of oil grooves in the flange enables a particularly simple design of the powder metallurgical tool.
  • the elimination of filigree stamp parts, which would otherwise be required to produce grooves in the flange, in particular the risk of stamp breakage in the powder metallurgy manufacturing process is minimized.
  • Fig. 1 is a Nocken goverstellermetriebebauteil in perspective view
  • FIG. 2 is a provided for a camshaft distributor three-shaft gearbox with the transmission component of FIG. 1st
  • the transmission component 1 has both the function of a gear and a Gleit- iagersitzes, wherein on the inner circumference of the total annularly permissible transmission component 1 is a sliding bearing surface 2 and on the outer periphery of a toothing 3, that is, external teeth, is located.
  • the transmission component 1 serves as a sprocket; It could also be formed, for example, as part of a belt drive or driven by a tricycle gear.
  • the transmission component 1 In the axial direction, based on the axis of rotation of the three-shaft gear 11 identical rotational axis of the transmission component 1, to the hollow cylindrical Gleitlager- surface 2 then the transmission component 1 has a radially inwardly directed flange 4. On the outside of the transmission component 1 are : axially adjacent the toothing 3, Mitauerkonturen 5 recognizable. Furthermore, the gearbox has a total of five holes 6, which break through the Mit psychologyn 5.
  • a housing member 12 With the camshaft Verve transmission component 1, a housing member 12 is fixedly connected, which has an internal toothing 13 With the internal teeth 13 meshes with external teeth 14 of a resilient sleeve 15, which is located directly on a likewise flexible outer ring 18 of a rolling bearing 17. Aiter- natively, the outer ring 16 itself could have the outer teeth 14.
  • the rolling bearing 17 is part of a generally designated 18 wave generator.
  • a non-circular adjustment element 19 of the Weligenerators 18 ensures that the outer teeth 14 engages only at two opposite points of their Ümfangs in the internal teeth 13. Incidentally, the internal teeth 13 is lifted from the external teeth 14, in the same way engages the external teeth 14 at exactly two places in an internal toothing 20 of a driven ring gear 21 a.
  • the number of teeth of the driven ring gear 21 differs slightly, preferably by the number two, from the number of teeth of the housing component 12. This results in the output ring gearwheel being rotated during the rotation of the adjusting element 19 21 relatively slow compared to the Gepatiusebautei? 12 and thus also the transmission component 1 twisted.
  • the three-shaft gear 11 is thus designed as a high-gearbox, wherein the output ring gear 21 is mounted by means of the sliding bearing surface 2 in the transmission component 1.
  • the flange 4 forms a sliding bearing surface for supporting the output ring gear 21 in the axial direction.
  • each oil groove 7 which each extend from the flange 4 facing away from the end face of the transmission component 1 in the direction of the flange 4, but do not extend to the flange 4.
  • the width of each oil groove 7 measured in the circumferential direction is greater than the pitch of the toothing 3.
  • each oil groove 7 has a constant cross-section. Deviating from this, the cross section of each oil groove 7 could taper in the direction of the flange 4 in the circumferential direction and / or in the radial direction. This variant would also be easy to manufacture.
  • the entire transmission component 1 is manufactured in one piece as a sintered component. Due to the given geometry of the transmission component 1 simple, robust potmetaliurgische tools can be used.
  • the sliding bearing surface 2 is post-machining. This can be done by machining with a defined geometry, ie by turning, and / or by machining with undefined geometry : that is, grinding.
  • edges 8 of the oil grooves 7 are already formed rounded rounded in the powder metallurgical Hersteliungslui.
  • the oil grooves 7 merge into face-side incisions 10, the depth of which Depth of oil groove? equivalent.
  • the three slots 7 are distributed over an angle of 180 ° in the circumference of the transmission component 1.

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Abstract

Ein Nockenwellenverstellergetriebebauteil (1) weist eine hohlzylindrische Gleitlagerfläche (2), einen an die Gleitlagerfläche (2) anschiessenden, radial nach innen gerichteten Fiansch (4), sowie eine Verzahnung (3) auf, wobei die Gleitlagerfläche (2) mindestens eine Ölnut (7) aufweist.

Description

Nockenwellenverstellergetriebebauteil
Die Erfindung betrifft ein eine Verzahnung sowie eine Gleitlagerfläche aufweisendes Getriebebauteil, welches als Komponente eines Getriebes eines Nockenwellenverstei- lers ausgebildet ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur pulvermetallurgi- schen Herstellung eines Getriebebauteils eines Nockenwellenverstellers
Aus der DE 102011 004 077 A1 ist ein Wellgetriebe mit mehreren verzahnten Hohlrädern bekannt. Zwischen den Hohlrädern sind hierbei axiale Anlaufflächen ausgebii- det. welche Ausnehmungen aufweisen, die den Durchtritt von Schmiermitteln erleichtern. An Stelle der Ausnehmungen ist auch eine wellige Gestaltung der axialen Anlaufflächen möglich. Das Weiigetriebe nach der DE 102011 004077 A1 kann insbesondere in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller eingesetzt werden.
Weitere Möglichkeiten der Schmierung eines Nockenwellenverstellers sind beispielsweise in der DE 102005 059841 A1 offenbart.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebebauteil eines Nockenwellenverstellers, welches eine Verzahnung sowie eine Gleitlagerfläche aufweist, gegenüber dem genannten Stand der Technik unter tribologischen sowie fertigungstechnischen Aspekten weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Nockenwellenverstellergetrie- bebauteil mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstel- lung eines Nockenwellenversteiiergetriebebauteils gemäS Anspruch 8. im Folgenden im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung und umgekehrt. Das Getriebebauteil ist insbesondere in einem Drei-Wellen-Getriebe eines elektrischen Nockenwellenverstellers verwendbar. Das als Bauteil eines Nockenwellenverstellergetriebe ausgebildete Getriebebauteil ist als ringförmiges Bauteil gestaltet und weist an seinem Innenumfang eine zylindrische Gleitlagerfläche sowie einen an diese anschließenden, radial nach innen gerichteten Flansch auf. Am Außenumfang des Nockenwelienversteliergetriebebauteil befindet sich eine Verzahnung. Erfindungsgemäfc ist innerhalb der Gieichlagerfläche mindestens eine Ölnut ausgebildet.
Durch die Ölnut wird zum einen die Schmierung des Gleitlagers unterstützt; zum anderen dient die ölnut dazu, Schmutz aus dem Gleitiagerspalt auszuspülen,
Die Ölnut kann in axialer Richtung des vollkommen oder im Wesentlichen rotationssymmetrischen Nockenwellenverstellergetriebebauteils, im Folgenden auch kurz als Getriebebauteil bezeichnet, verlaufen. Ebenso ist es möglich, die Ölnut schräg, das heißt zumindest ansatzweise schraubenförmig, auszubilden, was sich einerseits auf die Förderung von Schmiermittel, andererseits jedoch auch auf den fertigungstechnischen Aufwand auswirkt. Dies gilt auch für Ausgestaltungen des Getriebebauteils, bei weichen sich in der Gleitlagerfiäche mehrere Ölnuten befinden. Die Mehrzahl an Ölnuten kann unsymmetrisch am Umfang der Gieitiagerfläche verteilt sein.
Im Gegensatz zur Gieitiagerfläche weist in bevorzugter Ausgestaltung der radial nach innen gerichtete Flansch des Getriebebauteils keine ölnut auf. Vielmehr beschreibt der innere Rand des Flansches vorzugsweise eine unterbrechungsfreie, kreisförmige Kontur. Dies erleichtert die Hersteilung von Oberflächen hoher Qualität am Flansch wesentlich.
Die in radialer Richtung gemessene Tiefe der mindestens einen ölnut ist vorzugsweise geringer als die in ümfangsrichtung gemessene Breite der Ölnut. Auf diese Weise ist ohne nennenswerte Schwächung des Querschnitts des Getriebebauteils eine Ölnut ausreichenden Querschnitts herstellbar Überraschenderweise hat es sich als ausrei- chend erwiesen, wenn sich die ölnut in axialer Richtung des Getriebebauteils nur über einen Teil der Gleitlagerfiäche erstreckt: also nicht bis zum Flansch reicht. Ausgehend von der dem Flansch abgewandten Stirnseite des Getriebebauteils kann sich der Querschnitt der Ölnut zum Flansch hin verjüngen. Die minimale Breite jeder ölnut ist vorzugsweise größer als die Teilung der AuSenverzahnung des Getriebebauteils.
Das Getriebebauteil ist besonders rationell pulvermetaliurgisch herstellbar. Hierbei werden in einem einzigen Arbeitsschritt durch Pulverpressen sowohl die Gieitlagerflä- che samt Ölnuten, als auch der Flansch und die Verzahnung geformt. Der Verzicht auf ölnuten im Flansch ermöglicht eine besonders einfache Gestaltung des pulvermetallurgischen Werkzeugs. Durch den Entfall filigraner Stempelteile, welche andernfalls zur Erzeugung von Nuten im Flansch erforderlich wären, ist insbesondere die Gefahr eines Stempelbruchs beim pulvermetallurgischen Hersteliungsprozess minimiert.
Nach der pulvermetallurgischen Formung des Nockenwelienversteliergetriebebauteils kann eine Nachbearbeitung von Oberflächen vorgesehen sein. Dies gilt insbesondere für die Gleitlagerfläche.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeisplei der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt:
Fig. 1 ein Nockenweilenverstellergetriebebauteil in perspektivischer Ansicht
Fig. 2 ein für einen Nockenwellenversteiler vorgesehenes Drei-Wellen-Getriebe mit dem Getriebebauteil nach Fig. 1.
Ein Insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Nockenwellenversteiler- getriebebauteil - kurz: Getriebebauteil - ist zur Verwendung in einem mit 11 bezeichneten, in Fig. 2 ansatzweise dargestellten Drei- Wellen -Getriebe eines elektrischen Nockenwellenverstellers vorgesehen, hinsichtlich dessen grundsätzlicher Funktion auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird. Das Getriebebauteil 1 hat sowohl die Funktion eines Zahnrades als auch eines Gleit- iagersitzes, wobei sich am Innenumfang des insgesamt ringförmig gestatteten Getriebebauteils 1 eine Gleitlagerfläche 2 und am Außenumfang eine Verzahnung 3, das heißt Außenverzahnung, befindet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Ge- triebebauteil 1 als Kettenrad; ebenso könnte es beispielsweise als Teil eines Riementriebes ausgebildet oder über eine Stimradverzahnung angetrieben sein.
In Axialrichtung, bezogen auf die mit der Mittelachse des Drei-Wellen-Getriebes 11 identische Rotationsachse des Getriebebauteils 1, an die hohlzylindrische Gleitlager- fläche 2 anschließend weist das Getriebebauteil 1 einen radial nach innen gerichteten Flansch 4 auf. Auf der Außenseite des Getriebebauteils 1 sind: jeweils axial der Verzahnung 3 benachbart, Mitnehmerkonturen 5 erkennbar. Weiter weist das Getriebe- bauteiH insgesamt fünf Bohrungen 6 auf, welche die Mitnehmerkonturen 5 durchbrechen.
Mit dem Nockenwellenversteilergetriebebauteil 1 ist ein Gehäusebauteil 12 fest verbunden, weiches eine Innenverzahnung 13 aufweist Mit der Innenverzahnung 13 kämmt eine Außenverzahnung 14 einer nachgiebigen Hülse 15, weiche sich unmittelbar auf einem ebenfalls biegsamen Außenring 18 eines Wälzlagers 17 befindet. Aiter- nativ könnte auch der Außenring 16 selbst die Außenverzahnung 14 aufweisen.
Das Wälzlager 17 ist Teil eines insgesamt mit 18 bezeichneten Wellgenerators. Ein unrund gestaltetes Verstellelement 19 des Weligenerators 18 sorgt dafür, dass die Außenverzahnung 14 nur an zwei gegenüberliegenden Stellen ihres Ümfangs in die innenverzahnung 13 eingreift. Im Übrigen ist die Innenverzahnung 13 von der Außenverzahnung 14 abgehoben, in gleicher Weise greift die Außenverzahnung 14 an genau zwei Stellen in eine Innenverzahnung 20 eines Abtriebshohlrades 21 ein.
Die Anzahl der Zähne des Abtriebshohlrades 21 unterscheidet sich geringfügig, vor- zugsweise um die Zahl zwei, von der Anzahl der Zähne des Gehäusebauteils 12. Dies führt dazu, dass sich bei einer Rotation des Verstelielements 19 das Abtriebshohlrad 21 relativ langsam gegenüber dem Gehäusebautei? 12 und damit auch dem Getriebe- bauteil 1 verdreht. Das Drei -Wellen-Getriebe 11 ist damit als hoch untersetztes Getriebe ausgebildet, wobei das Abtriebshohlrad 21 mittels der Gleitlagerflache 2 in dem Getriebebauteil 1 gelagert ist. Gleichzeitig bildet der Flansch 4 eine Gleitlagerfläche zur Abstützung des Abtriebshohlrades 21 in axialer Richtung.
In der Glertiagerfläche 2 befinden sich drei ölnuten 7, welche sich jeweils von der dem Flansch 4 abgewandten Stirnseite des Getriebebauteils 1 in Richtung zum Flansch 4 erstrecken, jedoch nicht bis zum Flansch 4 reichen. Die in Umfangsrichtung gemes- sene Breite jeder ölnut 7 ist größer als die Teilung der Verzahnung 3.
in Relation zur Breite jeder ölnut 7 ist deren in radialer Richtung des Nockenwellen- verstellergetriebebauteils 1 gemessene Tiefe um ein Mehrfaches geringer.
Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel weist jede Ölnut 7 einen konstanten Querschnitt auf. Abweichend hiervon könnte sich der Querschnitt jeder ölnut 7 in Richtung zum Flansch 4 in Umfangsrichtung und/oder in radialer Richtung verjüngen. Auch diese Variante wäre fertigungstechnisch leicht realisierbar.
Das gesamte Getriebebauteil 1 ist einstückig als Sinterbauteil gefertigt. Durch die gegebene Geometrie des Getriebebauteils 1 sind einfache, robuste puivermetaliurgische Werkzeuge verwendbar. Nach der pulvermetaliurgischen Formung des Getriebebauteils 1 wird die Gleitlagerfläche 2 spanend nachbearbeitef . Dies kann durch Zerspanung mit definierter Geometrie, das heißt durch Drehen, und/oder durch Zerspanung mit nicht definierter Geometrie: das heißt Schleifen, erfolgen. Um bei der Nachbearbeitung eine hohe Oberfiächenquaiitit auch im Bereich der Übergänge zwischen den ölnuten 7 und der Gleitlagerfläche 2 zu gewährleisten, werden Kanten 8 der Ölnuten 7 bereits beim pulvermetaliurgischen Hersteliungsprozess abgerundet geformt. An der mit 9 bezeichneten Stirnfläche des Getriebebauteils 1 auf der dem Flansch 4 abge- wandten Seite gehen die ölnuten 7 in stirnseitige Einschnitte 10 über, deren Tiefe der Tiefe der Ölnut ? entspricht. Wie aus Fig. 1 ferner hervorgeht, sind die drei öinuten 7 über einen Winkel von 180° arn Umfang des Getriebebauteils 1 verteilt.
Bezugszeichenliste
1 Nockenwelienverstellergetriebebauteil
2 Gieitiagerfläche
3 Verzahnung
4 Flansch
5 Mitnehmerkontur
6 Bohrung
7 öinut
8 Kante
S Stirnfläche
10 Einschnitt
11 Drei-Weilen-Getriebe
12 Gehäusebauteil
13 Innenverzahnung
14 Außenverzahnung
15 Hülse
16 Außenring
17 Walzlager
18 Wellgenerator
19 Verstelieiement
20 Innenverzahnung
21 Abthebshohlrad

Claims

Patentansprüche
1. Nockenweiienverstellergetriebebauteil (1), aufweisend eine hohlzylindrische Gleit- lagerfläche (2), einen an die Gleitiagerfläche (2) anschließenden, radial nach in- nen gerichteten Flansch (4), sowie eine Verzahnung (3), wobei die Gleitlagerfläche (2) mindestens eine Ölnut (7) aufweist.
2. Nockenwellenverstellergetriebebauteil {1} nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass die Gleitlagerfläche (2) mehrere ölnuten (7) aufweist.
3. Nückenwelienverstellergetriebebauteil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die Ölnuten (7) unsymmetrisch am Umfang der Gleitiagerfläche (2) verteilt sind.
4. Nockenweltenverstellergetriebebauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (4) einen unterbrechungsfreien, kreisförmigen, zur Gleitlagerfläche (2) konzentrischen inneren Rand aufweist.
5, Nockenwellenversteilergetriebebauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da- durch gekennzeichnet, dass die in radialer Richtung gemessene Tiefe der öinut (7) geringer als die in Umfangsrichtung gemessene Breite der ölnut (7) ist.
8. Nockenwellenverstellergetriebebauteil (1) nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet: dass sich die Ölnut (7) in axialer Richtung nur Ober einen Teil der Gleit- lagerfläche (2) erstreckt.
7. Nockenwellenversteliergetriebebauteil (1 } nach Anspruch 5 oder 8. dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Öinut (7) ausgehend von einer Stirnfläche (9) des Nockenwellenversteilergetriebebauteil {1} in Richtung zum Flansch (4) abnimmt. Nockenweiienverstellergetriebebauteil (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Brette der Ölnut (7) größer als die Teilung der Verzahnung ist.
Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Nockenwelienverstellerge- triebebauteil (1), wobei in einem einzigen Arbeitsechritt durch Pulverpressen eine hohlzylindrische Gleitlagerfläche (2) mit integrierten ölnuten (4), ein an die Gleit- lagerfläche (2) anschließender, radial nach innen gerichteter Flansch {4), sowie eine Verzahnung (3) geformt werden.
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