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Title:
ROTOR FOR A VANE CELL ADJUSTER OF A CAMSHAFT ADJUSTING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/187451
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a rotor (1) for a vane cell adjuster of a camshaft adjusting device comprising: a central through opening (10) and at least one radially outwardly projecting vane (2). Said rotor (1) is made of at least two parts, an inner part (8) made of a first material and an outer part (3) made of a second material and which surrounds, from the outside, the inner part (8). The first material has a higher strength than the second material, and the inner part (8) is connected in a positive fit in the rotational direction of the outer part (3) by an outer form which is irregular in the cross section to the rotational axis (14) of the rotor (1).

Inventors:
BOESE OLAF (DE)
Application Number:
PCT/DE2014/200084
Publication Date:
November 27, 2014
Filing Date:
February 26, 2014
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH (DE)
International Classes:
F01L1/344
Foreign References:
DE102004005822A12005-08-25
EP2343438A12011-07-13
EP1471215A22004-10-27
US20050034693A12005-02-17
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

Rotor (1) für einen Flügelzellenversteller einer Nockenwelienversteljein- richtung mit

-einer zentralen Durchgangsöffnung (10) und

-wenigstens einem radial nach außen vorstehenden Flügel (2), dadurch gekennzeichnet, dass

-der Rotor (1) wenigstens zweiteilig mit

-einem innenteii (8) aus einem ersten Werkstoff und

-einem das innenteii (8) außen umfassenden Außenteil (3) aus einem zweiten Werkstoff ausgebildet ist. wobei

•der erste Werkstoff eine höhere Festigkeit als der zweite Werkstoff aufweist, und

•das innenteii (8) durch eine im Querschnitt zu der Drehachse (14) des Rotors (1) unrunde Außenform formschlüssig in Drehrichtung mit dem Außenteil (3) verbunden ist.

Rotor (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass

-der erste Werkstoff Stahl und der zweite Werkstoff ein temperaturfester

Kunststoff ist.

Rotor (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass

-das Innenteil (8) wenigstens eine radial außen an der Durchgangsöffnung (10) angeordnete Ausnehmung (9) zur Aufnahme eines Verriegelungsstiftes einer Verriegelungseinrichtung aufweist.

Rotor (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

-das Innenteil (8) eine im Querschnitt zu der Drehachse (14) des Rotors (1) parallelogrammförmige Außenform aufweist. Rotor ( 1 ) nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass

-das Innenteil (8) derart zu dem Außenteil (3) auegerichtet Ist, dass die Längsachse (16) mit der größeren Länge des Innenteiis (8) durch die Mitten zweier gegenüberliegender Flügel (2) verläuft. Rotor (1 ) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass

-das Innenteil (8) zwei diametral zu der Drehachse (14) des Rotors (1) angeordnete Ausnehmungen (9) zur Aufnahme von zwei Verriegelungs- stiften einer Verriegeiungseinrichtung aufweist, und

-die Ausnehmungen (9) derart angeordnet sind, dass deren Mittelpunkte auf der Längsachse (16) des parallelogrammförmigen Innenteile (8) mit der größeren Länge liegen. Rotor ( 1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

-das Innen- und Außentetl (8,3) jeweils Druckmittelkanäle aufweisen, weiche in einer durch die Außenform des Innenteils (8) vorbestimmten Ausrichtung des Außenteils (3) zu dem Innertteil (8) strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Rotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

-das innenteil (8) eine reibwerterhohend strukturierte Oberfläche auf- weist. Rotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

-an dem Außenteil (3) massereduzierende Aussparungen (6,?) vorgese- hen sind. Rotor (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, das«

-das Außenteil (8) im Bereich der Aussparungen (6,7) durch eine Trenn« wand (11) versteift ist

Description:
Rotor für einen FlügeliellenvervtftHer einer Nockonweltenver»teltelnrich- tung Die Erfindung betrifft einen Rotor für einen Flügelzeilenversteiler einer Nocken - wellenverstelleinrichtung mit den Merkmaien de» Oberbegriffe von Anspruch 1.

Nockenweltenverstelleinrichtungen umfassen eine Nockenwelle und einen Flügelzeilenversteiler, weicher in seinem Grundaufbau einen von einer Kurbelwelte antreibbaren Stator und einen drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Rotor aufweist. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein Ringraum vorgesehen, welcher durch drehfest mit dem Stator verbundene, radial nach innen ragende Vorsprünge in eine Mehrzahl von Druckräumen unterteilt ist. die jeweils durch einen radial von dem Rotor nach außen abragenden Flügel in zwei Artoerts- kammem entgegengesetzter Wirkrichtung unterteilt sind. Je nach der Beaufschlagung der Arbeitskammern mit einem Druckmittel wird der Rotor dann gegenüber dem Stator und damit auch die Nockenwelle gegenüber der Kurbeiweile in Richtung„früh" oder„spät" verstellt. Der Rotor kann neben den Flügeln zusätzliche Bohrungen für Verriegelungsstifte umfassen, mit denen der Rotor in einer vorbestimmten Winkeisteilung in einer statorfesten Verriegelungskulisse verriegelbar ist. Der Rotor muss ferner eine bestimmte Festigkeit und Formstabiiitat auch bei höheren Betriebstemperaturen aufweisen und sollte gleichzeitig ein möglichst geringes Eigengewicht bei geringen Herstellkosten aufweisen.

Zur Erfüllung dieser Anforderungen ist es bekannt, die Rotoren z.B. aus Sintermaterial, aus einem hochtemperaturfesten Kunststoff oder aus Aluminium, herzustellen, wobei jeder Werkstoff für sich hinsichtlich einiger Funktionen Vor- teile und hinsichtlich anderer Funktionen Nachteile aufweist. So weist die Verwendung von Sinterstahl für den Rotor grundsätzlich den Vorteil einer sehr hohen Festigkeit bei geringen Herstelikosten, aber den Nachteil einer Verhältnis- mäßig großen Masse auf. Dagegen sind hochwertige Kunststoffe grundsätzlich teuerer, weisen aber eine geringere Masse auf.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Rotor zu schaffen, welcher hinsichtlich der gesteilten Anforderungen verbessert ausgefegt werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass der Rotor eine zentrale Durchgangsöffnung und wenigstens einen radial nach au- ßen vorstehenden Flügel aufweist, und dass der Rotor wenigstens zweiteilig mit einem Innente»! aus einem ersten Werkstoff und einem das Innenteil außen umfassenden Außenteii aus einem zweiten Werkstoff ausgebildet ist, wobei der erste Werkstoff eine höhere Festigkeit als der zweite Werkstoff aufweist und das innenteil durch eine im Querschnitt zu der Drehachse des Rotors unrunde Außenform in Drehrichtung formschlüssig mit dem Außenteil verbunden ist. Durch die vorgeschlagene Lösung kann ein sehr kostengünstiger Rotor geschaffen werden, weicher durch das Innenteil mit der höheren Festigkeit im Bereich der Durchgangsöffnung einen Rotorkern mit einer hohen Formstabilität aufweist und mit einer sehr hohen Formgenauigkeit hergestellt werden kann. Da die Festigkeit des Rotors für seine Funktion in dem äußeren Abschnitt von nicht ganz so großer Bedeutung als in dem inneren Abschnitt ist kann der Rotor durch die Verwendung eines Außenteiis mit einer geringeren Festigkeit leichter ausgebildet und/oder kostengünstiger hergestellt werden. Dabei ist es für die erfindungsgemäße Lösung von besonderer Bedeutung, dass der Rotor zweiteilig mit dem Innen- und dem Außenteii ausgebildet ist. damit bewusst verschiedene Werkstoffe für den Rotor verwendet werden können. Ferner ist die unrunde Außenform des Innenteiis von besonderer Bedeutung, da das Außen- und das Innenteil dadurch ohne weitere Maßnahmen allein durch Zusammenfügen oder Umsprttzen des innenteils drehfest zu einem festen Ver- bund miteinander verbunden werden können.

Weiter wird vorgeschlagen, dass der erste Werkstoff Stahl und der zweite Werkstoff ein temperaturfester Kunststoff ist. Unter temperaturfestem Kunst- Stoff werden Kunststoffe verstanden, welche bis zu Temperaturen von 150 bis 200 Grad formbeständig sind. Diese weisen den Vorteil eines besonders geringen spezifischen Gewichts bei einer dennoch ausreichenden Festigkeit auf und können sehr einfach durch Umspritzen des Stahrteils mit diesem verbunden werden. Femer können die Druckmitteiieitungen in dem Außenteil in dem Spritzvorgang gleich mitgeformt werden, so dass das Außenteil keiner weiteren Nachbearbeitung bedarf Als Stahlteil wird bevorzugt ein Stahlsinterteil verwendet weiches sehr kostengünstig ohne eine nachfolgende spanende Bearbeitung hergesteilt werden kann und die erforderliche Festigkeit an den Rotorkem erfüllt. Insgesamt können durch die vorgeschlagene Losung die bisher erforderlichen, Kosten erzeugenden Nacharbeitsgange, wie Bohren oder Fräsen, entfallen.

Femer wird vorgeschlagen, dass das Innenteil wenigstens eine radial außen an der Durchgangsöffnung angeordnete Ausnehmung zur Aufnahme eines Verriegelungsstiftes einer Verriegeiungsetnrichtung aufweist. Die Positionsgenauigkeit des Verriegelungsstiftes ist für die Funktionsfähigkeit der Nockenwellenver- stelleinrichtung von besonderer Bedeutung, da der Rotor ansonsten entweder gar nicht oder in einer falschen Position gegenüber dem Stator verriegelt. Fer- ner werden in der verriegelten Stellung des Rotors die auf den Rotor einwirken- den Kräfte über den Verriegeiungsstift auf den Stator übertragen, so dass der Verriegelungsstift selbst und der Rotor im Bereich der Ausnehmung eine gewisse Formstabiiitat und Festigkeit aufweisen müssen. Damit ist die Anordnung der Ausnehmung für den Verriegeiungsstift in dem Innenteil mit der höheren Festigkeit vorteilhaft. Femer ist das innenteil mit der im Querschnitt runden Durchgangsöffnung zur Schaffung einer drehfesten Verbindung mit dem Au- ßenteii in der Außenform bewusst unrund ausgebildet, so dass an dem Umfang der Durchgangsöffnung bewusst Abschnitte mit einer dickeren Wandstärke gebildet sind, welche hier zur Anordnung der Ausnehmung fü den Verriege iungsstift genutzt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Innenteil eine im Querschnitt zu der Drehachse des Rotors paralielcgrammförmige Außenform aufweist. Durch die parallelogrammförmige oder auch rautenförmige Außenform des Innenteils wird eine gleichmäßige Übertragung der Umfangskräfte zwischen dem Innen* und dem Außenteil beidseitig der Drehachse des Rotors ermöglicht. Im Ideatfall ist das Innenteil punkt- symmetrisch zu der Drehachse des Rotors ausgebildet, so dass das Innenteii beidseitig der Drehachse auch durch der Hohe nach identische Umfangskräfte belastet wird.

Weiter wird vorgeschlagen, dass das Innenteil derart zu dem Außenteil ausge- richtet ist, die Längsachse des Innenteiis mit der größeren Länge durch die Mitten zweier gegenüberliegender Flügel verläuft. Durch die vorgeschlagene Ausrichtung des Innenteils wird es ermöglicht, den Rotors insgesamt symmetrisch zu den durch die gegenüberliegenden Flügel verlaufenden Achsen des Rotors auszubilden, so dass sich gleiche drehrichtungsunabhängige Verfor- mungswiderstände des Rotors verwirklicht werden können.

Weiter wird vorgeschlagen, dass das Innenteii zwei diametral zu der Drehachse des Rotors angeordnete Ausnehmungen zur Aufnahme von zwei Verriege- lungsstiften e^ner Verriegelungseinrichtung aufweist. Durch die vorgeschlagene Weiterentwicklung wird die mögliche Unwucht reduziert, indem sich die durch die Ausnehmungen bedingten Massenänderungen im Ideatfall ausgleichen.

Wetter wird vorgeschlagen, dass die Ausnehmungen derart angeordnet sind, dass deren Mittelpunkte auf der Langsachse des parallelogrammförmigen In- nenteils mit der größeren Länge liegen Durch die vorgeschlagene Anordnung werden die Ausnehmungen bewusst in den Abschnitten mit der größten Wandstärke angeordnet.

Femer wird vorgeschlagen, dass das innen- und Außenteil jeweils Druckmittel- Kanäle aufweisen, welche in einer durch die Außenform des Innenteils vorbestimmten Ausrichtung des Außenteils zu dem innenteii strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Die unrunde Außenform des Innenteils wird damit praktisch zusätzlich als mechanische Codierung genutzt, da das Innenteil und das Außenteil aufgrund der unrunden Außenform des Innenteils in ausschließlich einer oder zwei Ausrichtungen zueinander zusammengesetzt werden können. Sofern das Außenteil ebenfalls punktsymmetrisch zu der Drehachse des Rotors ausgebildet ist, kann das Innenteil auch in zwei oder mehr Au&richtun- gen in das innenteil eingesetzt werden, wobei es nur wichtig ist, dass die Druckmittelkanäle in dem Innen- und Außenteil so angeordnet sind, dass sie in der vorbestimmten Ausrichtung strömungstechnisch miteinander verbunden sind Weiter wird vorgeschlagen, dass das Innenteil eine reibwerterhöhend strukturierte Oberfläche aufweist. Durch die reibwerterhöhend strukturierte Oberfläche kann der Verbund des Außenteils mit dem Innenteii weiter verfestigt werden. Dabei kann die reibwerterhöhend strukturierte Oberfläche bei einer Verwendung eines Sinterteils während des Sinterprozesses gleich mitgeformt werden, wobei das Außenteil in diesem Fall bevorzugt um das Innenteil herum gespritzt wird.

Weiterhin können an dem Außerrteil Masse reduzierende Aussparungen vorgesehen sein. Durch die Masse reduzierenden Aussparungen kann das Eigenge- wicht des Rotors verringert werden, was im Automobilbau aufgrund einer grundsätzlich anzustrebenden Gewichts- und Verbrauchereduzierung des Kraftfahrzeuges von Vorteil ist. Ferner kann durch die verringerte Masse des Rotors das Regelverhalten der Nockenwelienverstelleinrichtung positiv beeinftusst werden.

Dabei kann das Außenteil im Bereich der Aussparungen durch eine Trennwand versteift sein. Durch die Trennwand wird das Außenteil im Bereich der Aussparung wieder soweit versteift, dass das Außenteii in Radialrichtung wieder die erforderliche Steifigkeit zur Aufnahme der Lagerkräfte aufweist. Dabei ist die Trennwand bevorzugt senkrecht zu der Drehachse des Rotors ausgerichtet und teilt die Aussparung in zwei gleichgroße seitliche Taschen, so dass die Flügel und das Außenteii in sich mittig versteift werden. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen die Figuren im Einzelnen:

Fig. 1: einen erfindungsgemäßen Rotor in Schrägansicht;

Fig. 2; einen erfindungsgemäßen Rotor in Schnittdarstellung; und

Fig, 3; einen erfindungsgemaßen Rotor in ontalansicht. In den Figuren ist ein Rotor 1 zu erkennen, weicher ein Innenteii 8 und ein Au* ßentei! 3 umfasst. Das Innenteii 8 ist durch ein Stahlsinterteil mit einer hohen Festigkeit gebildet, wahrend das Außenteil 3 durch einen bis zu Temperaturen von 150 Grad formfesten Künststoff mit einer geringeren Festigkeit und einem geringeren spezifischen Gewicht gebildet ist. Das Außenteil 3 ist durch eine Kunatstoffumspritzung des Innenteils 8 gebildet und durch mehrere Aussparungen 6 und 7 in der Masse reduziert. Die Aussparungen 6 und 7 sind jeweils durch eine mittige Trennwand 11 in zwei gleichgroße seitliche Taschen 12 und 13 unterteilt. Das Innenteii 8 weist eine zentrale Durchgangsoffnung 10 und zwei radial außen zu der Durchgangsöffnung 10 diametral gegenüberliegend angeordnete Ausnehmungen 9 auf. Das Innenteil 8 weist eine paralletogrammförmige oder rautenförmige Außenform auf, so dass sich aufgrund der zentralen, im Querschnitt kreisförmigen Durchgangsöffnung 10 gegenüberliegende Abschnitte mit einer dickeren Wandstärke ergeben, in denen die Ausnehmungen 9 angeordnet sind.

Das Außenteii 3 umfasst mehrere radial nach außen vorstehende Flügel 2, welche jeweils entgegengesetzt wirkende Arbeitskammern in einem nicht dar« gesteilten Stator voneinander trennen. Die Flügel 2 weisen seitlich jeweils zwei Flächen 5 auf, weiche zur Kraftübertragung von dem in den Arbeitskammern vorhandenen Druckmittel auf den Rotor 1 dienen. Ferner weisen die Flügel 2 radial außen jeweils eine Oichtflache 4 auf, mit der die Flügel 2 an einer gege- nüberliegenden Dichtfläche des Stators anliegen. Zwischen den Flögeln 2 weist das Außenteil 3 radiale Lagerflächen 15 auf, über welche der Rotor 1 an statorfesten, radial nach innen ragenden Vorsprüngen gelagert Ist. die ihrerseits feststehende Begrenzungswände der Arbeitskammern bilden.

Das rautenförmige Innenteil 8 ist derart in dem Außenteil 3 positioniert und ausgerichtet, dass die die Mitten der Ausnehmungen 9 und der Durchgangsöffnung 10 verbindende längere Längsachse 16 des Innenteils 8 durch die Mitten zweier gegenüberliegender Fluge! 2 verläuft, während die dazu senkrecht ste- hende kürzere Längsachse 17 ebenfalls durch die Mitten zweier gegenüberliegender Flügel 2 verläuft.

Oie Verstellung des Rotors 1 mit der daran befestigten Nockenwelle erfolgt in bekannter Weise durch eine Druckmittelbeaufschlagung der Arbeitskammem an einer Seite der Flügel 2. Durch die unrunde, in diesem Fall rautenförmige Ausbildung des Innenteils 8 werden die dabei wirkenden Kräfte formschlüssig von dem Außenteil 3 auf das Innenteil 8 übertragen, wobei die Kraftübertragung bzw, der Verbund des Außenteils 3 und des Innenteils 8 weiter durch eine reibwerterhohend strukturierte Oberfläche des Innenteils 8 und/oder des Au- ßenteiis 3 weiter erhöht bzw. verfestigt werden kann. in dem Außenteil 3 sind mehrere Aussparungen 6 und 7 vorgesehen, welche jeweils durch eine mittige Trennwand 11 in seitliche gleichgroße Taschen 12 und 13 unterteilt sind. Dadurch wird das Außenteil 3 gegenüber den auf die radial äußeren Flächen 4 einwirkenden Radtalkräften und den zwischen dem Innenteil 8 und dem Außenteil 3 wirkenden ümfangskräften versteift. Die Aus* sparungen 6 an den Flügeln 2. welche an die Spitzen des rautenförmigen Innenteiis 8 angrenzen, sind dabei ausschließlich in den Flügeln 2 vorgesehen, während sich die Aussparungen 7 der Flügel 2 an den Fiachsetten des rauten- förmigen Innenteiis 8 seitlich bis unter die Lagerflächen 15 des Rotors 1 erstrecken. Die Ausnehmungen 9 in dem innenteil 8 zur Aufnahme der Verriegeiungsstrfte sind so angeordnet, dass deren Mittelpunkte auf der Längsachse 16 des parat- ielogrammförmigen Innenteils 8 mit der größeren länge liegen, weiche durch den Mittelpunkt der Durchgangsöffnung 10 verlauft. Ferner ist das Innenteil 8 so gegenüber dem Außenteil 3 ausgerichtet, dass die längere Längsachse 16 durch die Mitten zweier gegenüberliegender Flügel 2 verlauft. Dadurch können die Ausnehmungen 6 und 7 paarweise identisch und in sich, als auch relativ zu den Längsachsen 16 und 17 symmetrisch geformt werden, so dass der Rotor 1 und insbesondere das Außenteil 3 eine von der Drehrichtung unabhängige Steifigkeit aufweist.

Be2ugs2*iehenli8tft

1 Rotor

2 Flügel

3 Außenteil

4 Dichtfläche

5 Seitenfläche

6 Aussparung

7 Aussparung

8 Innenteil

9 Ausnehmung

10 Durchgangsöffnung

11 Trennwand

12 Erste Tasche

13 Zweite Tasche

14 Drehachse

15 Lagerfläche

16 Langsachse

17 Längsachse