Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Oberbegriffe von Anspruch τ .

Nockenwellenversteller werden im Allgemeinen in Ventiltrieben von Brenn- kraftmaschinen verwendet, um die Ventilöffnungs- und Schließzeiten zu verändern, wodurch die Verbrauchswerte sowie die Drehmomentwerte und dessen Verläufe der Brennkraftmaschine und das Betriebsverhalten im Allgemeinen verbessert werden können.

Eine in der Praxis bewährte Ausführung sform des Nockenwelleoverstellers weist einen Flügelzellenversteller mit einem Stator und einem Rotor auf, welche einen Ringraum begrenzen, der durch Vorsprünge und Flügel in mehrere Arbeitskammern unterteilt ist Die Arbeitskammern sind wahlweise mit einem Druckmittel beaufschlagbar, welches »n einem Druckmittelkreislauf über eine Druckmittelpumpe aus einem Druckmittelreservoir in die Arbeitskammern an einer Seite der Flügel des Rotors zugeführt und aus den Arbeitskammern an der jeweils anderen Seite der Flügel wieder in das Druckmittelreservoir zurückgeführt wird D«e Steuerung des Druckmittelflusses und damit der Verstellbewegung der Nockenweltenveretelteinrichtung erfolgt z.B. mitteis eines Zentralventils mit einer komplexen Struktur von Durchflussöffnungen und Steuerkanten und einem in dem Zentralventil verschiebbaren Ventilkörper, welcher die Durchfluss ffnungen in Abhängigkeit von seiner Stellung verschließt oder freigibt

Das Zentralventil wird zusammen mit einer Zentralschraube durch eine zentrale Öffnung des Rotors hindurchgeführt und in der Nockenwelle verschraubt, so dass der Rotor anschließend mit der Nockenwelle zu einem drehfesten Verbund verspannt ist. Da die Lage des Rotors zu der Nockenwelle von entscheidender Bedeutung für die Funktion des Nockenwellenversteilers «st, und die Lage nach dem Verspannen möglichst nicht mehr verändert werden soll, muss die Zentralschraube zur Schaffung eines möglichst drehfesten Spannverbundes mit einer entsprechend hohen Vorspannkraft in der Nockenwelle verschraubt werden, wodurch wiederum verhältnismäßig hohe Bauteilspannungen in der Zentralschraube, in dem Rotor und in der Nockenwelle entstehen. Diese Bauteilspannungen dürfen maximale Materialkenngrößen nicht überschreiten, so dass der Dimensionierung der Bauteile Grenzen gesetzt sind. Ferner können die verhältnismäßig hohen Bauteilspannungen auch zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Bauteile fuhren. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Nockenweltenversteller mit einer drehfesten Verbindung zwischen dem Rotor und der Nockenwelle bei einer gleichzeitig m glichst geringen BauteHbelastung zu schaffen.

Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß dem Grundgedanken der Erfindung vor» geschlagen, dass wenigstens eine der Klemmflächen des Rotors und/oder der Nockenwelle zur Schaffung einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Rotor und der Nockenwelle eine durch Aufschmelzen des Werkstoffs profilierte Oberfläche autweist. Ourch das Aufschmelzen und anschließende Erstarren des Werkstoffes an der Oberfläche werden abschnittsweise Vertiefungen und Erhebungen an der Klemmfläche, also eine bewusst unebene Oberfläche geschaffen. Der Werkstoff entweicht aus den Abschnitten der Vertiefungen und wird gleichzeitig zu Erhebungen aufgeworfen, welche nach dem Erkalten bzw dem Verfestigen des Werkstoffs eine gegenüber dem Grundmaterial erhöhte Härte aufweisen. Beim Verspannen des Rotors mit der Nockenwelle über die aneinander anliegenden Klemmflächen graben sich die Erhebungen dann aufgrund der erhöhten Härte in die gegenüber liegende Klemmfläche mit geringerer Härte ein. so dass der Rotor und die Nockenwelle anschließend in Um- fangsrichtung formschlüssig miteinander verbunden sind. Durch die formschlüssige Verbindung zwischen dem Rotor und der Nockenwelle werden die Umfangskräfte nunmehr über eine formschlüssige Verbindung und nicht mehr wie bisher über eine reine Kraftschlussverbindung übertragen, so dass die Zentralschraube zur Schaffung des drehfesten Verbundes mit einer geringeren Vorspannung, und einer dadurch bedingten geringeren Bauteilbelastung der beteiligten Bauteile verspannt werden muss. Im Idealfall werden die Umfangs- Kräfte dann allein über die formschlüssige Verbindung Ubertragen, während die Vorspannkraft der Zentralschraube nur dem Zusammenhalt der Bauteile dient. Ferner ist der Rotor dadurch erheblich besser gegen ein unbeabsichtigtes Ver- drehen gegenüber der Nockenwelle gesichert. Unter dem Begriff „Profilierung" soll im Sinne der Erfindung jede unebene Oberflache verstanden werden, welche durch das Aufschmelzen und das anschließende Erstarren des Werkstoffs geschaffen wird Weiter wird vorgeschlagen, dass der Werkstoff nur in Abschnitten der Oberfläche lokal aufgeschmolzen und erstarrt ist. Durch das lokale Aufschmelzen und Erstarren tritt der bewusst herbeizuführende Effekt der profiliert erstarrenden Oberfläche besonders stark ein. da das Material nur lokal aufschmilzt und dann aus der Mitte der Schmelzzone nach außen zu dem kälteren Abschnitt der O- berfläche hin in Form einer Wulst erstarrt. Das Material wird praktisch zu dem kälteren Bereich der Oberfläche hin verdrängt. Ein Beispiel eines lokalen Aufschmelzens kann z.B. durch einen Energiestrahl, wie z.B. durch einen hochenergetischen Laserstrahl, verwirklicht sein. Der Laserstrahl ermöglicht femer. aufgrund seiner scharfen Kontur, das lineare Aufschmelzen der Oberfläche entlang eines sehr genauen vorgegebenen Verlaufs.

Dabei kann die profilierte Oberfläche bevorzugt Jinienförmige Vertiefungen und/oder Erhebungen aufweisen, welche aufgrund ihrer Ausrichtungen eine besonders gerichtete Kraftübertragung ermöglichen.

Insbesondere können die Erhebungen und/oder Vertiefungen in Radtalrichtung verlaufen, so dass bevorzugt Umfangskrafte übertragen werden. Im Idealfall können die Vertiefungen bzw Erhebungen strahlenförmig in Radialrichtung verlaufen, so dass im Wesentlichen Umfangskrafte übertragen werden, und die Vertiefungen bzw. Erhebungen außerdem eine Zentrierwirkung für die Verbindung des Rotors zu der Nockenwelle haben. Sofern die Vertiefungen und/oder Erhebungen ausschließlich in Radialrichtung verlaufen, werden dann auch bevorzugt nur Umfangskräfte ubertragen. Ferner kdnnen sich die linienfärmigen Vertiefungen und Erhebungen auch kreuzen, wodurch die Verspannung des Rotors mit der Nockenwelle weiter verfestigt werden kann.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Klemmfläche mit der profilierten Oberfläche an einer innen liegenden Flache des Rotors vorgesehen ist. Durch die vorgeschlagene Lösung kann die in der Oberflache bearbeitete Klemmflache verbessert vor äußeren Einwirkungen geschützt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbet- spiele näher erläutert Dabei zeigen die iguren im Einzelnen:

Fig. 1. eine Nockenwelienverstelleinrichtung in Schnittdarstellung;

Fig 2: ein Rotor mit verschieden profilierten Klemmflachen, und

Fig. 3: eine Schnittdarstellung durch die aufgeschmolzene Oberflache. In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Nockenweilenversteller einer Brennkraftmaschine mit einem Stator 2 und einem Rotor 1 zu erkennen. Oer Stator 2 ist an seiner Außenseite mit einer Verzahnung 3 zum Antrieb über eine Kette oder einen Zahnriemen von einer Kurbelwelle versehen. Der Rotor 1 ist in bekannter Weise mittels einer Zentralschraube 5 oder Zentralventil mit der No~ ckenwelle 4 verbunden und wird über den Stator 2 zu einer Drehbewegung angetrieben. Der Stator 2 weist ferner eine Mehrzahl von Statorsiegen auf, welche einen zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 1 vorhandenen Ringraum in mehrere Druckräume 12 unterteilen Der Rotor 1 weist eine Mehrzahl von Flügeln auf, die sich radial nach außen bis zu der Innenwandung des Stators 2 erstrecken und die Oruckräume in jeweils zwei Arbeitskammern unterteilen. Ferner sind zwei Dichtdeckel 6 und 7 vorgesehen, welche die Arbertskammern seitlich abdichten. Die Druckräume sind wahrend des Betriebes der Brennkraftmaschine zumindest nach einer bestimmten Anlaufphase der Brennkraft- mas hme mit Druckmittel gefüllt, wodurch die Drehbewegung des Stators 2 auf den Rotor 1 und schließlich auf die Nockenwelle 4 ubertragen wird.

Der Rotor 1 ist mit einer Zentralschraube 5 mit der Nockenwelle 4 verspannt, wobei der Rotor 1 zwischen einem Kopf 12 der Zentralschraube 5 und der Stirnseite der Nockenwelle 4 eingeklemmt ist. Die Zentralschraube 5 wird in ein Gewinde der Nockenwelle 4 eingeschraubt und verspannt den Rotor 1 über gegenüberliegende Klemmflächen 10 und 11 und 9 und 8 mit der Nockenwelle 4 zu einem drehfesten Verbund.

Da der Verbund aus dem Rotor 1 und der Nockenwelle 4 allein durch die Spannkraft der Zentralschraube 5 zusammengehalten wird, und der Verbund zur Übertragung der Drehverbindung entsprechend fest verspannt sein muss. ergeben sich verhältnismäßig hohe Bauteilspannungen in der Zentralschraube 5, dem Rotor 1 und der Nockenwelle 4, insbesondere im Bereich der Klemmflachen 8,9.10 und 11

Zur Verminderung dieser Bauteilspannungen ist die Klemmfläche 9 in dem in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel profiliert mit einer regelmäßigen An- Ordnung aus spitzenförmigen Erhebungen und Vertiefungen ausgebildet. Die gegen berliegende Klemmfläche 8 des Rotors 1 ist nicht profiliert, d.h. abgesehen von einer herstellungsbedingten Oberflächenrauheit in der Größenordnung von wenigen μ-Metern eben ausgebildet. Bei dem Verspannen des Rotors 1 Uber die Zentralschraube 5 wird die profilierte Klemmfläche 9 mit den spitzen- förmigen Erhebungen in die nicht profilierte Klemmfläche 8 der Nockenwelle 4 hinein gedrängt, so dass durch die Erhebungen anschließend eine formschlüs- sige Verbindung zwischen dem Rotor 1 und der Nockenwelle 4 in Umfangsrich- tung verwirklicht ist. Das Eindringen der spitzenförmigen Erhebungen der Klemmfläche 9 in die Klemmfläche 8 wird dadurch begünstigt, indem die Erh - bungen aufgrund der nachfolgend noch beschriebenen Herstellung eine größere Oberflächenhärte als die Klemmfläche 8 bzw. eine größere Oberflächenhärte als die Klemmfläche 9 in den nicht profilierten Abschnitten aufweise Die Profilierung ist hier bewusst an der innen liegenden Klemmfläche 8 des Rotors 1 vorgesehen, so dass der Flügelzellenversteller beim Ablegen nicht auf die Klemmfläche 9 abgelegt werden kann. Dadurch ist die Klemmfläche 9 vor äußeren mechanischen Einwirkungen geschützt Auf der in der Fig. 2 zu erkennenden Klemmfläche 9 sind beispielhaft verschiedene Abschnitte 13,14,15,16 und 17 mit verschiedenen Profilierungen zu erkennen.

In dem Abschnitt 13 ist die Profilierung ftschgrärförmig, wodurch eine beson- ders gute Übertragung von Umfangekräften in einer Vorzugsrichtung möglich ist. Die Vorzugsrichtung entspricht der Drehrichtung, in der die V-fömigen Vertiefungen bzw. Erhebungen mit der offenen Seite in der Darstellung entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren. In dem Abschnitt 14 sind die Vertiefungen bzw. Erhebungen punktförmig in einer regelmäßigen oder auch unregelmäßigen Anordnung vorgesehen, welche z.B. durch das Aufschmelzen über ein Heizfeld besonders kostengünstig und schnell hergestellt werden kann. In dem Abschnitt 15 sind die Erhebungen und Vertiefungen strahlenförmig radial nach außen gerichtet, wodurch diese beson- ders effektiv zur Übertragung von Umfangskräften genutzt werden.

In dem Abschnitt 16 sind die Vertiefungen und Erhebungen hnienförmig sich kreuzend ausgebildet, während die Vertiefungen in dem Abschnitt 1 spiralförmig radial nach außen verlaufen. Beide Formgebungen der Vertiefungen wei- sen aufgrund ihres Verlaufs Vorteile für die Übertragung von Umfangs- und Radialkräften zwischen den verspannten Klemmflächen 8 und 9 auf.

In der Fig. 3 ist beispielhaft die Herstellung der Vertiefungen und Erhebungen mitteis eines Laserstrahls 18 zu erkennen Die Oberfläche der Klemmfläche 9 wird durch den Laserstrahl 18 lokal an einer Stelle 19 stark Überhitzt und aufgeschmolzen. Aufgrund der Oberflächenspannung, des Temperaturgradienten und aufgrund der sehr hohen Temperatur im Zentrum der Schmelze, bildet sich nach dem Erstarren der Schmelze eine Form der Oberfläche mit einer Vertie- fung in Form einer Kehle 22 und zwei Erhebungen in Form von seitlichen Wülsten 20 und 21 aus. Die Wulste 20 und 21 können dabei als Ring oder auch als lineare Erhebungen ausgebildet sein Da der Werkstoff im Bereich de« erstarrten Werkstoffes eine größere Härte als der nicht aufgeschmolzene Werkstoff autweist, weisen die Wulste 20 und 21 eine größere Harte auf, welche das Eindringen in die gegenüberliegende Klemmflache 8 an der Nockenwelle 4 begünstigt. Damit kann durch die Laserstrahlbehandlung der Klemmflache 9 sowohl die für die formschlüssige Verbindung günstige profilierte Oberflache als auch die für die formschlüssige Klemmverbindung günstige größere Härte der Erhebungen verwirklicht werden. Der Verlauf der Vertiefungen und der Erhebungen kann durch den Verfahrweg des Laserstrahls vorgegeben werden, wobei die dabei einzuhaltende Verfahrgeschwindigkeit und die dadurch bedingte Einwirkungszeit des Laserstrahl auf die aufzuschmelzende O- berfläche von der Energiedichte des Laserstrahls und der zu schaffenden Höhe der Erhebungen bzw der Tiefe der Vertiefungen abhängt. Dabei gilt der Zusammenhang, daes je höher die Energiedichte des Laserstrahl bzw. je geringer die Tiefe bzw. die hoher der Vertiefungen und Erhebungen sein soll, desto schneller kann die Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls gewählt werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Rotor 1 aus Sintermetall, z.B SINT D11. und die Nockenwelle oder auch nur das Nockenwellenende aus Stahl. z.B. 44SMn28. E355. S 355, 42Cr o<S)4. F45 nVS, 51CrV4, 100Cr6. C55E. C60E.

Bezugszeichwiliste

1 Rotor

2 Stator

3 Verzahnung

4 Nockenwelle

5 Zentralschraube

6 Dichtdeckel

7 Dichtdeckel

8 Klemmfläche

9 Klemmfläche

10 Klemmfläche

11 Klemmfläche

12 Kopf

13 Abschnitt

14 Abschnitt

15 Abschnitt

16 Abschnitt

17 Abschnitt

18 Laserstrahl

19 Stelle

20 Wulst

21 Wulst

22 Kehle