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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines für die Verwendung in einem Nockenwellenversteller vorgesehenen Federrückhalteblechs.
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Ein gattungsgemäßer, für die Verwendung in einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehener Nockenwellenversteller ist beispielsweise aus der
DE 20 2013 012 767 U1 bekannt. Der bekannte Nockenwellenversteller umfasst einen Stator, einen abtriebsseitigen Rotor, eine zwischen dem Stator und dem Rotor wirkende Feder in Form einer Spiralfeder, sowie eine Federaufnahme in Form eines Federrückhalteblechs. Die Federaufnahme ist mittels der Spiralfeder relativ zum Stator vorspannbar. Im Fall der
DE 20 2013 012 767 U1 weist die Federaufnahme eine im Wesentlichen quadratische Mantelfläche auf, welche vom Federelement umgeben ist.
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Ein in der
DE 10 2012 218 403 A1 beschriebener hydraulischer Nockenwellenversteller umfasst einen Rotor, einen Stator, sowie einen relativ zum Stator verdrehsicher festgelegten Federdeckel, an dem sich eine mit dem Rotor zusammenwirkende Feder kraftübertragend abstützt, wobei in diesem Fall der Federdeckel über einen in dessen Umfangsrichtung wirkenden Kraftschluss relativ zum Stator unverdrehbar positionsbestimmt ist.
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Ein weiterer Nockenwellenversteller mit einem Rotor, der zwischen zwei Endanschlägen durch Hydraulikmittelbeaufschlagung gegen die Federkraft relativ zu einem Antriebsrad verdrehbar ist, ist in der
DE 10 2018 104 904 A1 beschrieben. In diesem Fall ist am Außendurchmesser eines die Federmittel abdeckenden Deckels ein Triggerrad zur Ermittlung der Phasenlage des Nockenwellenverstellers integriert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Nockenwellenverstellern gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Fertigungsaufwand, Prozesssicherheit und Kompaktheit sowie Robustheit des Endproduktes, das heißt Nockenwellenverstellers, angestrebt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Federrückhalteblechs eines Nockenwellenverstellers gemäß Anspruch 8. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtungen, das heißt den Nockenwellenversteller sowie das Federrückhalteblech, und umgekehrt.
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In an sich bekannter Grundkonzeption umfasst der Nockenwellenversteller einen Stator, einen mit einer Nockenwelle zu verbindenden Rotor, sowie eine zwischen dem Stator und dem Rotor wirkende Rückstellfeder. Gemäß Anspruch 1 existiert als weitere Komponente des Nockenwellenverstellers ein als Axialanschlag der Rückstellfeder vorgesehenes Federrückhalteblech, welches außerhalb seines die Rückstellfeder kontaktierenden Bereiches einen ringscheibenförmigen, prägestrukturierten, einer Oberfläche des Rotors gegenüberliegenden stirnseitigen Bereich aufweist.
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Bei dem Nockenwellenversteller handelt es sich insbesondere um einen hydraulischen Versteller, wobei der Stator über die Kurbelwelle mechanisch angetrieben wird und die Phasenverstellung der Nockenwelle in Relation zur Kurbelwelle durch Beaufschlagung zwischen Stator und Rotor gebildeter Volumina mit Hydraulikdruck erfolgt.
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Die stirnseitige, durch Prägung strukturierte Oberfläche des Federrückhalteblechs ermöglicht die Übertragung eines Drehmoments vom Federrückhalteblech auf den Rotor des Verstellers bei der Montage des Nockenwellenverstellers. Somit ist eine einfache Möglichkeit gegeben, ein Montagetool in definierter Winkelrelation zum Rotor als nockenwellenfestem Bauteil anzusetzen. Bei der Montage kann insbesondere ein Zentralventil des Nockenwellenverstellers in seine vorgesehene Position gebracht werden. In jedem Fall werden durch den am Rotor anliegenden prägestrukturierten Bereich des Federrückhalteblechs Relativverdrehungen zwischen dem Federrückhalteblech und dem Rotor vermieden.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung beschreibt das Federrückhalteblech insgesamt eine Topfform mit einem äußeren ringscheibenförmigen Abschnitt, einem daran anschließenden zylindrischen Abschnitt, sowie einem an den zylindrischen Abschnitt anschließenden inneren ringscheibenförmigen Abschnitt, wobei die Rückstellfeder in Form einer Spiralfeder den zylindrischen Abschnitt umgibt und hierbei durch äußeren ringscheibenförmigen Abschnitt in Axialrichtung gesichert ist, und wobei der prägestrukturierte Bereich durch den inneren ringscheibenförmigen Abschnitt gebildet ist.
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Das Federrückhalteblech ist rationell herstellbar, indem ein Blech, insbesondere durch Tiefziehen, derart umgeformt wird, dass es eine topfförmige Gestalt annimmt, wobei im Zuge des Umformens an einer Stirnfläche eines inneren ringscheibenförmigen, als Topfboden zu betrachtenden Abschnitts eine Prägestruktur als dreidimensionale Strukturierung ausgebildet wird. Somit entfallen zusätzliche Schritte, etwa in Form einer Laserstrukturierung, zur Erzeugung der dreidimensionalen Strukturierung. Nach der Umformung kann eine Härtung des Federrückhalteblechs durch beliebige, an sich bekannte Härteverfahren erfolgen.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung schließt an den äußeren ringscheibenförmigen Abschnitt des Federrückhalteblechs ein segmentierter Randabschnitt an, welcher dem Stator zugewandt ist. Hierbei können durch die Segmentierung Aussparungen im Randabschnitt gebildet sein, in welche statorseitige Konturen eingreifen.
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In besonders montagefreundlicher Bauform des Federrückhalteblechs ist durch den äußeren ringscheibenförmigen Abschnitt ein Eingriff, beispielsweise in Form kreisrunder Aussparungen, für ein bei der Montage des Nockenwellenverstellers zu nutzendes Gegenhaltewerkzeug gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann sich im ringscheibenförmigen Abschnitt mindestens eine schlitzförmige, in Umfangsrichtung verlaufende Aussprung befinden, in welche ein bolzenförmiges, fest mit dem Stator verbundenes oder unmittelbar durch den Stator gebildetes Element eingreift, an welchem ein Ende der als Spiralfeder ausgebildeten Rückstellfeder des Nockenwellenverstellers eingehängt ist. Das andere Ende der Rückstellfeder ist in diesem Fall zum Beispiel im radial inneren Bereich des äußeren ringscheibenförmigen Abschnitts oder im daran anschließenden zylindrischen Abschnitt des Federrückhalteblechs an diesem gehalten.
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Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 Komponenten eines Nockenwellenverstellers in perspektivischer Ansicht,
- 2 die Anordnung nach 1 in geschnittener Darstellung,
- 3 in einer Schnittdarstellung den Nockenwellenversteller einschließlich der Anordnung nach den 1 und 2,
- 4 ein Federrückhalteblech des Nockenwellenverstellers nach 3 in geschnittener Darstellung,
- 5 das Federrückhalteblech nach 4 in perspektivischer Ansicht,
- 6 ein Detail des Federrückhalteblechs,
- 7 eine Prägestruktur des Federrückhalteblechs,
- 8 ein Detail der Prägestruktur in einer Schnittdarstellung,
- 9, 10 ein Federrückhalteblech für einen Nockenwellenversteller mit einer alternativ gestalteten Prägestruktur.
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Ein insgesamt mit 1 bezeichneter Nockenwellenversteller ist als Versteller des Flügelzellentyps ausgebildet und umfasst einen Stator 2, welcher über die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, nämlich Hubkolbenmotors, angetrieben wird, sowie einen Rotor 3, der im eingebauten Zustand des Nockenwellenverstellers 1 drehfest mit einer zu verstellenden Nockenwelle 4 verbunden ist. Zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 sind variable Hohlräume ausgebildet, die mit Hydraulikdruck beaufschlagbar sind.
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Der Stator 2 ist mit einem Kettenrad 22 fest verbunden oder einteilig ausgebildet. Ein Magnetaktuator 5 ist zur Betätigung eines Zentralventils 6 des Nockenwellenverstellers 1 vorgesehen. Die gemeinsame Mittelachse des Nockenwellenverstellers 1 sowie der Nockenwelle 4 ist mit MA bezeichnet. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus und der Funktion des Nockenwellenverstellers 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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In an sich bekannter Weise weist der Nockenwellenversteller 1 eine Rückstellvorrichtung 7 auf, welche eine Feder 8 in Form einer Spiralfeder und ein Federrückhalteblech 9, das die Feder 8 in einer Axialrichtung sichert, umfasst. Durch die Feder 8 wird ein zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 wirkendes Drehmoment ausgeübt. Auf Seiten des Stators 2 ist die Feder 8, das heißt Rückstellfeder, an einem Pin 10 gehalten, welcher im vorliegenden Fall als Endabschnitt einer Schraube ausgebildet ist.
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In 1 ist der Pin 10 durch eine schlitzförmige Öffnung 11 im Federrückhalteblech 9 hindurch zu erkennen. Die Schlitzform der Öffnung 11 ermöglicht eine Verdrehung zwischen dem Stator 2 und dem Federrückhalteblech 9, welches allgemein auch als Federaufnahme bezeichnet wird. Zusätzlich zu mehreren dieser schlitzförmigen Öffnungen 11 weist das Federrückhalteblech 9 mehrere kreisrunde Öffnungen 12 auf.
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Die kreisrunden Öffnungen 12 sind zur Positionierung eines bei der Montage des Nockenwellenversteller 1 in definierter Winkelstellung anzusetzenden Gegenhaltewerkzeugs nutzbar.
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Die verschiedenen Öffnungen 11, 12 befinden sich in einem äußeren ringscheibenförmigen Abschnitt 14 des Federrückhalteblechs 9. Der äußere ringscheibenförmige Abschnitt 14 ist parallel von einem ebenfalls ringscheibenförmigen statorfesten Element 13 des Nockenwellenverstellers 1 beabstandet. In dem zwischen dem Abschnitt 14 und dem Element 13 gebildeten Spaltraum befindet sich die Feder 8. Am äußeren Rand des ringscheibenförmigen Abschnitts 14 geht dieser in einen ansatzweise zylindrischen, segmentierten Randabschnitt 15 über, der die spiralförmig aufgewickelte Feder 8 radial umgibt.
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Der äußere ringscheibenförmige Abschnitt 14 geht an seinem inneren Rand in einen zylindrischen Abschnitt 17 über, welcher das statorfeste Elemente 13 durchdringt und teilweise in den Rotor 3 eindringt. Mit 16 ist eine am Übergang zwischen dem äußeren ringscheibenförmigen Abschnitt 14 und dem zylindrischen Abschnitt 17 befindliche Haltelasche bezeichnet, in welche ein Ende der Spiralfeder 8 einhängbar ist.
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An seiner dem äußeren ringscheibenförmigen Abschnitt 14 abgewandten Stirnseite geht der zylindrische Abschnitt 17 in einen inneren ringscheibenförmigen Abschnitt 18 über. Im Gegensatz zum äußeren ringscheibenförmigen Abschnitt 14 ist der innere ringscheibenförmigen Abschnitt 18 radial nach innen gerichtet und stellt damit ansatzweise einen Boden des insgesamt topfförmigen Federrückhalteblechs 9 dar.
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Bei der Montage des Nockenwellenverstellers 1 hat der innere ringscheibenförmige Abschnitt 18 des Federrückhalteblechs 9 am Rotor 3 mit einer ausreichend hohen Kraft anzuliegen, um Verdrehungen zwischen dem Federrückhalteblech 9 und dem Rotor 3 zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist an der durch den inneren ringscheibenförmigen Abschnitt 18 bereitgestellten Stirnseite des Federrückhaltebleches 9 eine Prägestruktur 19 ausgebildet. Die Prägestruktur 19 tangiert während der Montage unter Belastung mit einer Axialkraft eine Kontaktebene EK, in welcher eine ringscheibenförmige, plane Stirnfläche des Rotors 3 liegt.
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Bei dem Federrückhalteblech 9 handelt es sich um ein durch Tiefziehen spanlos hergestelltes Blechteil. Die Prägestruktur 19 wird im selben Tiefziehprozess geformt, welcher dem gesamten Federrückhalteblech 9 seine endgültige Form gibt. Die Wandstärke des inneren ringscheibenförmigen Abschnitts 18 ist mit d bezeichnet und weicht nicht wesentlich von der Wandstärke des äußeren ringscheibenförmigen Abschnitts 14 ab. Im zylindrischen Abschnitt 17 ist die Wandstärke des Federrückhalteblechs 9 durch die Umformung signifikant herabgesetzt. Die mit PT angegebene Prägetiefe der Prägestruktur 19 beträgt weniger als ein Viertel der Wandstärke d im inneren ringscheibenförmigen Abschnitt 18 und zugleich weniger als die Wandstärke im zylindrischen Abschnitt 17.
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Im Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 8 liegt die Prägestruktur 19 als Pyramiden-Relief 20 vor. Es wird in diesem Fall auch von einer Rändelstruktur als Prägestruktur 19 gesprochen. Durch das Andrücken des Federrückhalteblechs 9 an die dem inneren ringscheibenförmigen Abschnitt 18 gegenüberliegende, ebenfalls ringscheibenförmige Fläche des Rotors 3 wird die Prägestruktur 19 etwas in die genannte Fläche des Rotor 3 eingedrückt, was einen Verzahnungseffekt darstellt. Das gesamte Federrückhalteblech 9 einschließlich der Prägestruktur 19 ist gehärtet. Die Rasterbreite der Prägestruktur 19 ist mit RB angegeben.
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Das in den 9 und 10 dargestellte Federrückhalteblech 9 ist ebenfalls zur Verwendung im Nockenwellenversteller 1 nach 1 geeignet. In diesem Fall liegt die Prägestruktur 19 in Form von Radialrillen 21 vor. Was die Härtung des Federrückhalteblechs 9 und den Verzahnungseffekt betrifft, gelten die Ausführungen zu den 1 bis 8 uneingeschränkt.
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Die Rasterbreite RB ist im Fall der 9 und 10 in der Mitte zwischen dem inneren Rand und dem äußeren Rand der hier strahlenförmigen Prägestruktur 19 zu messen. In jedem Ausführungsbeispiel ist die Oberflächenhärte des Federrückhalbeblechs 19 zumindest im Bereich der Prägestruktur 19 höher als die Oberflächenhärte derjenigen ringscheibenförmigen Oberfläche des Rotors 3, an welcher das Federrückhalteblech 9 zur Anlage zu bringen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Nockenwelle
- 5
- Magnetaktuator
- 6
- Zentralventil
- 7
- Rückstellvorrichtung
- 8
- Rückstellfeder
- 9
- Federrückhalteblech
- 10
- Pin, Schraube
- 11
- schlitzförmige Öffnung
- 12
- kreisrunde Öffnung
- 13
- statorfestes Element
- 14
- äußerer ringscheibenförmiger Abschnitt
- 15
- segmentierter Randabschnitt
- 16
- Haltelasche
- 17
- zylindrischer Abschnitt
- 18
- innerer ringscheibenförmiger Abschnitt
- 19
- Prägestruktur
- 20
- Pyramiden-Relief
- 21
- Radialrille
- 22
- Kettenrad
- d
- Wandstärke
- EK
- Kontaktebene
- MA
- Mittelachse
- PT
- Prägetiefe
- RB
- Rasterbreite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202013012767 U1 [0002]
- DE 102012218403 A1 [0003]
- DE 102018104904 A1 [0004]
