DE102015217291A1

DE102015217291A1 - Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102015217291A1
Application number: DE102015217291.0A
Authority: DE
Inventors: Resat Aras; Jürgen Weber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2016-10-20

Abstract

Ein für eine Brennkraftmaschine, nämlich einen Hubkolbenmotor, geeigneter Nockenwellenversteller (1) weist ein Verstellgetriebe (4), insbesondere Dreiwellengetriebe, auf, sowie eine als Abtriebselement des Verstellgetriebes fungierende, zur festen Verbindung mit einer Nockenwelle vorgesehenene Anschlagscheibe (6), in welche eine Unwuchtausgleichkontur (10) integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen für eine Brennkraftmaschine geeigneten Nockenwellenversteller, welcher eine zur Verbindung mit einer Nockenwelle vorgesehene Anschlagscheibe aufweist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Anschlagscheibe eines solchen Nockenwellenverstellers.
Eine Vorrichtung zum Einstellen der Drehwinkellage der Nockenwelle einer Hubkolben-Verbrennungsmaschine relativ zur Kurbelwelle, das heißt ein Nockenwellenversteller, ist beispielsweise aus der EP 1 809 866 B1 bekannt. Dieser Nockenwellenversteller umfasst eine Überwachungsschaltung mit wenigstens einem Sensor zur Detektion einer Zustandsänderung. Als Verstellgetriebe des Nockenwellenverstellers ist ein Dreiwellengetriebe vorgesehen.
Weitere Nockenwellenversteller, deren Verstellgetriebe als Dreiwellengetriebe ausgebildet sind, sind beispielsweise aus der EP 1 895 114 A1 , aus der DE 10 2004 005 795 A1 , sowie aus der US 2007/0169731 A1 bekannt.
Die DE 10 2013 218 516 A1 offenbart einen Nockenwellenversteller, welcher eine Anschlagscheibe aufweist, die als Sinterteil hergestellt ist. Durch die Anschlagscheibe verlaufen in diesem Fall Ölkanäle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich einer günstigen Relation zwischen mechanischer Präzision, Schwingungsverhalten und Fertigungsaufwand weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer eine Komponente eines Nockenwellenverstellers bildenden Anschlagscheibe gemäß Anspruch 8. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt den Nockenwellenversteller, und umgekehrt.
Der für eine Brennkraftmaschine, nämlich einen Hubkolbenmotor, geeignete Nockenwellenversteller weist ein Verstellgetriebe auf, sowie eine als Abtriebselement des Verstellgetriebes fungierende, zur festen Verbindung mit einer Nockenwelle vorgesehenen Anschlagscheibe, in welche eine Unwuchtausgleichkontur integriert ist.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Unwuchtausgleichkontur als eine von zwei am Umfang der Anschlagscheibe diametral gegenüberliegenden, jeweils bogenförmigen Aussparungen ausgebildet, wobei die zweite Aussparung eine Anschlagkontur darstellt, welche zur mit einer nach innen gerichteten Anschlagnase eines Antriebsteils des Verstellgetriebes zusammenwirkt.
Die Unwucht sämtlicher starr mit der Ausgleichsscheibe verbundener Teile ist durch die Unwuchtausgleichkontur der Anschlagscheibe vorzugsweise auf maximal 30 g·cm begrenzt.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung ist die Unwuchtausgleichkontur in Umfangsrichtung ausgedehnter als die Anschlagkontur. Zugleich ist die in radialer Richtung der Anschlagscheibe und damit auch der Nockenwelle gemessene Tiefe der Anschlagkontur vorzugsweise größer als die Tiefe der in derselben Richtung gemessenen Unwuchtausgleichkontur. Die Unwuchtausgleichkontur erstreckt sich vorzugsweise am Umfang der Anschlagscheibe über einen Winkel von mehr als 90°.
Die Anschlagscheibe ist in rationeller Weise durch pulvermetallurgische Verfahren herstellbar. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die Offenlegungsschrift DE 197 52 380 A1 verwiesen, die ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Werkstoffverbund betrifft, wobei Einzelteile des Werkstoffverbundes durch einen Sintervorgang miteinander verbunden werden.
Unabhängig von der Technologie, mit welcher die Anschlagscheibe hergestellt ist, kann diese einteilig oder mehrteilig aufgebaut sein. Insbesondere bei mehrteiligem Aufbau können Unwuchtausgleichkonturen auch im Inneren der Anschlagscheibe ausgebildet sein.
Prinzipiell können mehrere spanend hergestellte Einzelteile zu einem Hohlteil, welches als Anschlagscheibe fungiert, zusammengesetzt werden. Gemäß einem besonders rationellen Herstellungsverfahren ist die Anschlagscheibe aus zwei Sinterteilen zusammengesetzt.
Die Fertigung der Anschlagscheibe für einen Nockenwellenversteller kann in folgenden Schritten erfolgen:

– Ein erstes, im Wesentlichen scheibenförmiges Metallteil, welches als Sinterteil ausgebildet und als erstes Anschlagscheibenteil geformt wird, wird gefertigt,
– ein zweites, ebenfalls im Wesentlichen scheibenförmiges Metallteil, welches als weiteres Anschlagscheibenteil fungiert, wird gefertigt, wobei die Fertigungstechnologie nicht notwendigerweise derjenigen Fertigungstechnologie entspricht, mit welchem das erste Anschlagscheibenteil hergestellt wird, wobei das erste Metallteil eine als erste Aussparung geformte, am Umfang liegende Anschlagkontur sowie eine als zweite Aussparung geformte, ebenfalls am Umfang liegende Unwuchtausgleichkontur aufweist,
– die beiden Metallteile werden durch einen Wärmebehandlungsvorgang miteinander verbunden, wobei ein Hohlraum zwischen den beiden Anschlagscheibenteilen und damit eine hohle Anschlagscheibe entsteht.

Sofern es sich bei beiden Anschlagscheibenteilen um Sinterteile handelt, können die beiden Einzelteile entweder als Grünlinge oder als Braunlinge zusammengesetzt und anschließend weiter verarbeitet werden. Der Grünling enthält noch den Binder und ist beispielsweise im MIM (Metal Injection Molding) – Verfahren herstellbar. Durch Entbinderung werden anschließend die Verarbeitungshilfsstoffe aus dem Werkstück, das heißt dem Grünling, herausgelöst, womit der Braunling entsteht. Aus den Braunlingen entsteht letztlich durch Sintern das fertige Sinterteil.
Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass durch die Integration einer Auswuchtkontur in die Anschlagscheibe eines Nockenwellenverstellers nicht nur die Anschlagscheibe selbst, sondern auch mit dieser drehfest verbundene Teile zumindest teilweise auswuchtbar sind, wobei die Herstellung einer Unwuchtausgleichkontur rationell durch die Formgebung der als vorzugsweise mehrteiliges Sinterteil ausgebildeten Anschlagscheibe realisierbar ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
1 einen Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine in Frontansicht,
2 den Nockenwellenversteller nach 1 in einer Schnittdarstellung,
3 den Nockenwellenversteller nach 1 in perspektivischer Darstellung.
Die 1 bis 3 zeigen ausschnittsweise in verschiedenen Darstellungen einen Nockenwellenversteller 1 für eine Brennkraftmaschine, das heißt einen Diesel- oder Ottomotor, wobei ein Stellmotor, insbesondere Elektromotor, des Nockenwellenverstellers 1 nicht dargestellt ist. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Nockenwellenverstellers 1 wird auf den zitierten Stand der Technik verwiesen.
Der Nockenwellenversteller 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem Antriebsteil, nämlich verzahnten Antriebsrad 3, auf, welches über ein nicht dargestelltes Zugmittel, das heißt eine Kette oder einen Zahnriemen, in an sich bekannter Weise von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antreibbar ist. Innerhalb des Gehäuses 2 befindet sich ein Verstellgetriebe 4, welches als Dreiwellengetriebe, beispielsweise Wellgetriebe oder Planetengetriebe, aufgebaut ist. Eine mit 5 bezeichnete Stellwelle des Verstellgetriebes 4 wird durch den nicht dargestellten Stellmotor, insbesondere Elektromotor, angetrieben. Ausgangsseitig weist das Verstellgetriebe 4 eine Anschlagscheibe 6 auf, die als Abtriebselement des Verstellgetriebes 4 fungiert und drehfest mit einer nicht darstellten Nockenwelle verbindbar ist.
Um die Verdrehung der Nockenwelle gegenüber dem Gehäuse 2 zu begrenzen, ist eine Anschlagkontur 7 vorgesehen, welche einerseits durch das Antriebsrad 3 und andererseits durch die Anschlagscheibe 6 ausgebildet ist. Die Anschlagkontur 7 hat hierbei die Form einer bogenförmigen Aussparung am Umfang der Anschlagscheibe 6, in welche eine Anschlagnase 8 des Antriebselements 3 eingreift. Ebenso wie eine mit 9 bezeichnete Außenverzahnung des Antriebsrades 3 ist die Anschlagnase 8 integraler Bestandteil des Antriebselementes 3. Die in der Anschlagscheibe 6 ausgeformte Anschlagkontur 7 erstreckt sich am Umfang der Anschlagscheibe 6 über einen Winkel von weniger als 90°. Aufgrund der nicht vernachlässigbaren, in Umfangsrichtung betrachteten Ausdehnung der Anschlagnase 8 ist insgesamt eine Verdrehung zwischen der Anschlagscheibe 6 und damit der Nockenwelle einerseits und dem Gehäuse 2 des Nockenwellenverstellers 1 andererseits von deutlich weniger als 90° möglich.
Am Umfang der Anschlagscheibe 6 der Anschlagkontur 7 gegenüberliegend befindet sich eine Unwuchtausgleichkontur 10, welche eine weitere bogenförmige Aussparung in der Anschlagscheibe 6 darstellt. Die in radialer Richtung gemessene Tiefe der Unwuchtausgleichkontur 10 ist mit T₁₀, die in derselben Richtung gemessene Tiefe der Anschlagkontur 7 mit T₇ bezeichnet. Wie insbesondere aus 1, aber auch aus 3 hervorgeht, ist die Tiefe T₁₀ der Unwuchtausgleichkontur 10 wesentlich geringer als die Tiefe T₇ der Anschlagkontur 7. In Umfangsrichtung erstreckt sich die Unwuchtausgleichkontur 10 über einen Winkelbereich von mehr als 90°. Zugleich ist die Unwuchtausgleichkontur 10 von der Anschlagkontur 7 weit genug entfernt, um keine nennenswerte Schwächung der Anschlagscheibe 6 zu verursachen. Die Anschlagscheibe 6 ist in zwei einander gegenüberliegenden Umfangsabschnitten, welche zwischen der Anschlagkontur 7 und der Unwuchtausgleichkontur 10 liegen, im Gehäuse 2 gleitgelagert. Die mit der Anschlagscheibe 6 verbundene Nockenwelle oder ein mit den genannten Teilen fest verbundenes Zwischenteil ist in einer zentralen, zylindrischen Aussparung 11 in der Anschlagsscheibe 6 auf deren dem Verstellgetriebe 4 abgewandten Seite befestigt.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2: Gehäuse
3: Antriebsrad
4: Verstellgetriebe
5: Stellwelle
6: Anschlagscheibe
7: Anschlagkontur
8: Anschlagnase
9: Außenverzahnung
10: Unwuchtausgleichkontur
11: Aussparung
T₇: Tiefe der Anschlagkontur
T₁₀: Tiefe der Unwuchtausgleichkontur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1809866 B1 [0002]
EP 1895114 A1 [0003]
DE 102004005795 A1 [0003]
US 2007/0169731 A1 [0003]
DE 102013218516 A1 [0004]
DE 19752380 A1 [0011]

Claims

Nockenwellenversteller (1) für eine Brennkraftmaschine, mit einem Verstellgetriebe (4), sowie mit einer als Abtriebselement des Verstellgetriebes (4) fungierenden, zur festen Verbindung mit einer Nockenwelle vorgesehenene Anschlagscheibe (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagscheibe (6) eine Unwuchtausgleichkontur (10) aufweist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtausgleichkontur (10) als eine von zwei am Umfang der Anschlagscheibe (6) diametral gegenüberliegenden, jeweils bogenförmigen Aussparungen ausgebildet ist, wobei die zweite Aussparung eine Anschlagkontur (7) darstellt, welche zur Zusammenwirkung mit einer nach innen gerichteten Anschlagnase (8) eines Antriebsteils, nämlich Antriebsrades (3), des Verstellgetriebes (4) ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtausgleichkontur (10) in Umfangsrichtung ausgedehnter als die Anschlagkontur (7) ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagscheibe (6) zumindest teilweise als Sinterteil ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlagscheibe (6) mehrteilig aufgebaut ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagscheibe (6) als Hohlteil ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Anschlagkontur (7) der Anschlagscheibe (6) zusammenwirkende Antriebsteil (3) eine zur Zusammenwirkung mit einem Zugmittel vorgesehene Außenverzahnung (9) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Anschlagscheibe (6) eines Nockenwellenverstellers (1), mit folgenden Merkmalen: – Ein erstes Metallteil, welches als Sinterteil ausgebildet und als Anschlagscheibenteil geformt ist, wird gefertigt, – ein zweites Metallteil, welches als weiteres Anschlagscheibenteil fungiert, wird gefertigt, wobei das erste Metallteil eine als erste Aussparung geformte, am Umfang liegende Anschlagkontur (7) sowie eine als zweite Aussparung geformte, ebenfalls am Umfang liegende Unwuchtausgleichkontur (10) aufweist, – die beiden Metallteile werden durch einen Wärmebehandlungsvorgang miteinander verbunden, wobei eine hohle Anschlagscheibe (6) entsteht.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beide Metallteile als Sinterteile ausgebildet sind und als Grünlinge miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beide Metallteile als Sinterteile ausgebildet sind und als entbinderte Braunlinge miteinander verbunden werden.