DE102018103837B3

DE102018103837B3 - Stellgetriebe und Verfahren zur Herstellung eines Getriebeteils

Info

Publication number: DE102018103837B3
Application number: DE102018103837.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Heise; Marco Hildebrand
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2038-02-22

Abstract

Ein Stellgetriebe, insbesondere in Form eines Wellgetriebes, umfasst ein als Sinterteil ausgebildetes, eine Verzahnung (5) aufweisendes Getriebeteil (2), welches zugleich als Ölfilter (12) ausgebildet ist. Das Getriebeteil (2) weist ferner eine Zuleitung (8) zu einem Filterbereich (11) als Sacklochbohrung auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stellgetriebe mit einem als Sinterteil ausgebildeten, eine Verzahnung aufweisenden Getriebeteil. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Getriebeteils.
Ein als Sinterkörper ausgebildetes verzahntes Getriebeteil ist beispielsweise aus der DE 10 2016 220 916 A1 bekannt. In diesem Fall ist eine Innenverzahnung umformtechnisch in einen Hohlradabschnitt des Getriebeteils eingebracht. Das Getriebeteil ist zur Verwendung in einem als Wellgetriebe ausgebildeten Stellgetriebe vorgesehen.
Ein aus der DE 10 2014 210 360 A1 bekanntes Wellgetriebe weist eine Schmiermittelversorgung einschließlich einer Filtereinrichtung auf. Die Filtereinrichtung umfasst Strukturelemente, durch die Strömungshindernisse gebildet sind. Zugleich können durch die Strukturelemente Schmutztaschen gebildet sein.
Die genannten Wellgetriebe sind für den Einsatz in Nockenwellenverstellern vorgesehen. Verschiedene Methoden, einem Nockenwellenversteller Schmiermittel zuzuführen, sind in der DE 10 2005 059 841 A1 beschrieben.
DE 10 2008 010 645 A1 offenbart ein Stellgetriebe mit einem Getriebeteil in Form eines Nockenwellenverstellers mit einem Taumelscheibengetriebe, wobei das Getriebeteil einen Ölfilter bildet. Ein Nockenwellenversteller mit einem Wellgetriebe und einer externen Beölung geht aus DE 10 2005 059 841 A1 hervor. DE 10 2004 038 681 A1 offenbart einen weiteren Nockenwellenversteller mit einem gesinterten Abtriebsrad.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein unter anderem in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller verwendbares Stellgetriebe unter schmierungstechnischen Aspekten weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Stellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines in einem Stellgetriebe verwendbaren Getriebeteils gemäß Anspruch 8. Im Folgenden in Zusammenhang mit dem Stellgetriebe erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für das Herstellungsverfahren und umgekehrt.
Das Stellgetriebe umfasst ein Getriebeteil, welches als Sinterteil ausgebildet ist und eine Verzahnung aufweist. Erfindungsgemäß ist durch das Sintermaterial, aus welchem das Getriebeteil gefertigt ist, zugleich ein Ölfilter ausgebildet.
Zur Schmierung des Stellgetriebes wird Öl unter Druck gesetzt und mit einer offenporigen Oberfläche des als Sinterteil ausgebildeten Getriebeteils in Kontakt gebracht. Im Fall der Verwendung des Stellgetriebes in einem Verbrennungsmotor kann es sich bei dem Öl, mit welchem das Stellgetriebe geschmiert wird, um Motoröl des Verbrennungsmotors handeln. Die Zuführung des Schmiermittels, das heißt Öls, zum Stellgetriebe kann mit Hilfe der ohnehin vorhandenen Motor-Ölpumpe erfolgen.
Unabhängig vom Anwendungsbereich des Stellgetriebes ist der im Getriebeteil ausgebildete Filterbereich pulvermetallurgisch erzeugt. Auch die Verzahnung des Getriebeteils ist vorzugsweise pulvermetallurgisch hergestellt. Das gesamte Getriebeteil einschließlich des Filterbereichs und der Verzahnung kann eine einheitliche Zusammensetzung aufweisen. In alternativen Ausgestaltungen weist der Filterbereich andere Materialparameter als das übrige Getriebeteil, insbesondere dessen Verzahnung, auf. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein besonders offenporiges Grünteil, aus welchem der spätere Filterbereich entsteht, in ein dichteres Grünteil eingesetzt und im Rahmen der pulvermetallurgischen Herstellung eingesintert werden. Eine solche Herstellung eines Sinterkörpers aus verschiedenen Grünteilen wird auch als Grün-in-Grün-Fertigung bezeichnet.
In jedem Fall sind die Sinterporen des Filterbereichs des Getriebeteils klein genug, um Partikel, mit welchen das Öl kontaminiert ist, aus dem Öl auszufiltern. Um eine ausreichende Durchströmung mit Öl zu ermöglichen, muss eine ausreichend große offenporige Oberfläche innerhalb des Getriebeteils zur Verfügung gestellt werden. In vorteilhafter Weise geschieht dies durch ergänzende spanabhebende Bearbeitung des Getriebeteils. Durch eine solche Bearbeitung, insbesondere in Form von Bohren, können insbesondere stark verdichtete Sinterbereiche, zum Beispiel kalibrierte Oberflächen, spanend durchbrochen werden. Beim Betrieb des Stellgetriebes zurückgehaltene Kontaminationspartikel können in dafür vorgesehenen Taschen oder Vertiefungen des Getriebeteils gesammelt werden, um den Schmiermittelstrom nicht zu behindern.
Das im Getriebeteil gefilterte, das heißt dekontaminierte Öl dringt in Poren des Getriebeteils ein und kann unter anderem unter dem Einfluss von Druck-, Kapillar- und Fliehkräften durch das als Sinterteil ausgebildete Getriebeteil hindurch weiteren Teilen des Stellgetriebes zugeführt werden.
Eine im Getriebeteil befindliche Zuleitung für Schmiermittel, das heißt Zuleitung zu einem Filterbereich des Sinterteils, ist als Sacklochbohrung ausgebildet.
In bevorzugter Ausgestaltung ist eine im Getriebeteil befindliche Ableitung, das heißt ein offener Strömungsquerschnitt, welcher das Ausströmen von gefiltertem Öl aus dem Getriebeteil ermöglicht, als Sacklochbohrung ausgebildet. Durch die beiden Sacklochbohrungen, welche der Zu- und Abführung von Schmiermittel dienen, kann die Distanz zwischen Ölaufnahme und Ölabgabe im Getriebeteil besonders kurz gehalten werden, was einen großen Volumenstrom an Öl ermöglicht. Vorzugsweise ist die minimale Wandstärke des zwischen der Zuleitung und der Ableitung gebildeten Filterbereichs geringer als der Durchmesser der Zuleitung und geringer als der Durchmesser der Ableitung innerhalb des Getriebeteils. Beispielsweise beträgt die minimale Wandstärke des Filterbereichs weniger als 50 %, insbesondere weniger als 20 %, jedoch mehr als 10 %, des Durchmessers der Zuleitung zum Filterbereich sowie der Ableitung vom Filterbereich. Die jeweils als Sacklochbohrungen ausgebildeten Zu- und Ableitungen weisen nicht notwendigerweise einen einheitlichen Durchmesser auf. Ebenso sind andere geometrische Gestaltungen von Zu- und Ableitungen, beispielsweise in Form einer Ringnut, realisierbar.
Bei dem Stellgetriebe handelt es sich beispielsweise um ein Wellgetriebe. Das Getriebeteil, welches auch eine Filterfunktion erfüllt, ist in diesem Fall als innenverzahntes Hohlrad ausgebildet, welches als Abtriebselement des Stellgetriebes fungiert.
Das Stellgetriebe ist beispielsweise in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller verwendbar. Ebenso ist das Stellgetriebe in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors verwendbar. Auch industrielle Anwendungen, beispielsweise in Robotern oder Werkzeugmaschinen, des Stellgetriebes sind möglich.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 ein Detail eines Stellgetriebes in einer Schnittdarstellung,
2 die Anordnung nach 1 in einer weiteren Schnittdarstellung,
3 ein Detail aus 1.

Ein in 1 nur ausschnittsweise dargestelltes Stellgetriebe 1 kommt in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller eines Verbrennungsmotors zum Einsatz. Ein Abtriebselement 2 des Stellgetriebes 1 ist als Hohlrad ausgebildet und fest mit einer zu verstellenden Nockenwelle 3 verbunden. Die mit M bezeichnete Mittelachse des als Abtriebselement 2 fungierenden Getriebeteils ist mit der Mittelachse des gesamten Stellgetriebes 1 sowie mit der Rotationsachse der Nockenwelle 3 identisch. Eine Zentralschraube, mit welcher das Getriebeteil 2 an der Nockenwelle 3 befestigt ist, ist mit 4 bezeichnet. Eine mit 5 bezeichnete Innenverzahnung des Getriebeteils 2 wirkt mit einer Außenverzahnung eines nicht dargestellten nachgiebigen Getriebeelementes, welches die Form einer Kragenhülse haben kann, zusammen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Stellgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
Das Getriebeteil 2 ist als Sinterteil einheitlicher Zusammensetzung gefertigt und weist einen mit der Innenverzahnung 5 versehenen hohlzylindrischen Verzahnungsabschnitt 6 und einen Boden 7 auf, welcher in einer zur Mittelachse M normale Ebene liegt. Innerhalb des Bodens 7 sind eine Zuleitung 8 und eine Ableitung 9 für Schmiermittel, nämlich Öl, erkennbar. Die Zuleitung 8 schließt an einen in der Nockenwelle 3 ausgebildeten Ölkanal 10 an.
Die Zuleitung 8 ist ebenso wie die Ableitung 9 als Sacklochbohrung ausgeführt. Die Ableitung 9 ist zum Innenraum des Stellgetriebes 1 hin offen. Zwischen der Zuleitung 8 und der Ableitung 9 ist, wie insbesondere aus 3 hervorgeht, ein Filterbereich 11 gebildet. Die minimale Wandstärke des Filterbereichs 11 ist mit W_min bezeichnet. Der Durchmesser der Zuleitung 8 ist mit D_zu der Durchmesser der Ableitung 9 mit D_ab bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser D_zu der Zuleitung 8 mit dem Durchmesser D_ab der Ableitung 9 identisch. Die minimale Wandstärke W_min des Filterbereichs 11 entspricht lediglich 10 % bis 30 % des Durchmessers D_zu der Zuleitung 8.
Die aus Zuleitung 8, Filterbereich 11 und Ableitung 9 gebildete Anordnung wird insgesamt als Ölfilter 12 bezeichnet. Der Ölfilter 12 ist integraler Bestandteil des materialeinheitlich aufgebauten Getriebeteils 2. Zu filterndes Öl, welches durch den Ölkanal 10 hindurch in den Ölfilter 12 einströmt, gelangt in Sinterporen des Filterbereichs 11, so dass dort Partikel, welche aus dem Öl zu entfernen sind, zurückgehalten werden. Innerhalb der Zuleitung 8 können sich herausgefilterte Partikel sammeln, so dass die Zuleitung 8 die Funktion einer Sammeltasche für herausgefilterte Verschmutzungen übernimmt. In nicht dargestellter Weise kann sich an die Zuleitung 8 eine im Boden 7 des Getriebeteils 2 befindliche Ringnut anschließen, so dass eine besonders große Oberfläche für die Filterung des Öls zur Verfügung steht. An der inneren, offenen Seite des Getriebeteils 2 kann sich in diesem Fall eine Mehrzahl an als Sackloch ausgebildeten Ableitungen 9 oder eine weitere Ringnut befinden.
Bezugszeichenliste

1: Stellgetriebe
2: Abtriebselement, Getriebeteil, Sinterteil
3: Nockenwellenversteller
4: Zentralschraube
5: Innenverzahnung
6: Verzahnungsabschnitt
7: Boden
8: Zuleitung
9: Ableitung
10: Ölkanal
11: Filterbereich
12: Ölfilter
D_ab: Durchmesser der Ableitung
D_zu: Durchmesser der Zuleitung
M: Mittelachse
W_min: minimale Wandstärke

Claims

Stellgetriebe, mit einem als Sinterteil ausgebildeten, eine Verzahnung (5) aufweisenden Getriebeteil (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeteil (2) zugleich als Ölfilter (12) ausgebildet ist und dass eine im Getriebeteil (2) befindliche Zuleitung (8) zu einem Filterbereich (11) als Sacklochbohrung ausgebildet ist.
Stellgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Getriebeteil (2) befindliche Ableitung (9) vom Filterbereich (11) als Sacklochbohrung ausgebildet ist.
Stellgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine minimale Wandstärke (W_min) des zwischen der Zuleitung (8) und der Ableitung (9) gebildeten Filterbereichs (11) geringer als der Durchmesser (D_zu) der Zuleitung (8) und geringer als ein Durchmesser (D_ab) der Ableitung (9) ist.
Stellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeteil (2) eine einheitliche Materialzusammensetzung aufweist.
Stellgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeteil (2) aus Sinterstahl gefertigt ist.
Stellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Wellgetriebe ausgebildet ist.
Stellgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeteil (2) als innenverzahntes, als Abtriebselement vorgesehenes Hohlrad ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Getriebeteils (2), wobei pulvermetallurgisch sowohl ein mit einer Verzahnung (5) versehener Bereich des Getriebeelementes (2) als auch ein zur Ölfilterung vorgesehener Filterbereich (11) des Getriebeelementes (2) erzeugt wird und eine Zuleitung (8) zum Filterbereich (11) sowie eine Ableitung (9) vom Filterbereich (11) spanend hergestellt werden.