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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit einem Antriebsrad zum Antrieb der Nockenwelle, das koaxial zur Nockenwelle angeordnet ist, sowie mit einem Elektromotor, der mit der Nockenwelle über ein Harmonic-Drive Getriebe in Verbindung steht, das aus einem Wälzlager mit einem elliptischen Innennng, einem auf diesem Wälzlager angeordneten flexiblen aussenverzahnten Zahnrad und einem starren innenverzahnten Zahnrad, das mit dem aussenverzahnten Zahnrad in Eingriff steht, zusammengesetzt ist.
Um in verschiedenen Bereichen des Motorkennfeldes optimale Verbrauchs- und Abgaswerte zu erzielen, ist es erforderlich, die Ventilsteuerzeiten in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter zu verändern. Eine solche Veränderung der Steuerzeiten kann in eleganter Weise durch eine Verdrehung der Nockenwelle in Bezug auf das sie antreibende Rad bewirkt werden. Die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine wird üblicherweise durch ein Kettenrad, das mit der Kurbelwelle über eine Antriebskette verbunden ist, oder ein als Riemenscheibe ausgebildetes Antriebsrad, das über einen Zahnriemen mit der Kurbelwelle in Verbindung steht, angetrieben.
Die GB 2 221 513 A zeigt eine Verstellvorrichtung für Nockenwellen, bei der ein Elektromotor eine Gruppe von Hebeln betätigt, die die Nockenwelle gegenüber dem Antriebsrad verdrehen. Zu diesem Zweck wird ein Betätigungselement, an dem die Hebel angelenkt sind, in Axialrichtung verschoben. Eine solche Lösung ist jedoch aufwendig und aufgrund der Vielzahl von Lagern mit einem grossen Spiel behaftet.
Aus der DE 41 10 088 C1 und aus der DE 39 29 619 A1 sind Verstelleinrichtungen bekannt, bei denen zwischen einem mit der Nockenwelle in Verbindung stehenden Bauteil und einem mit dem Antriebsrad in Verbindung stehenden Bauteil ein Verstellelement vorgesehen ist, das zwei Schrägverzahnungen aufweist, die mit entsprechenden Verzahnungen der Nockenwelle bzw. des Antriebsrades in Eingriff stehen. Durch eine Axialverschiebung dieses Verstellelements kann eine Verdrehung der Nockenwelle gegenüber dem Antriebsrad bewirkt werden. Eine Möglichkeit der Axialverschiebung des Verstelielements ist dabei die Betätigung durch einen Hydraulikkolben, der in Abhängigkeit von der erforderlichen Verstellung betätigt wird.
Nachteilig bel dieser Lösung ist, dass zur Erzielung der erforderlichen Kräfte ein relativ grosser Hydraulikkolben erforderlich ist, was einen grossen baulichen Aufwand darstellt. Ausserdem ist der Ölverbrauch durch die Betätigung des Kolbens relativ gross, was eine Belastung des Motors durch ein entsprechende Ölpumpe darstellt.
Darüber hinaus kann bei einer solchen bekannten Vorrichtung die Nockenwelle nur zwischen zwei Endstellungen hin- und hergeschaltet werden
Weiters sind aus der DE 41 01 676 A 1 und aus der DE 44 06 983 C elektrische Verstellvornch- tungen bekannt, bei denen jeweils ein Elektromotor vorgesehen ist, der über eine Gewindespindel das Verstellelement verschiebt. Da sich jedoch das Verstellelement im wesentlichen mit Nockenwellendrehzahl dreht, muss zwischen dem Elektromotor und dem Verstellelement ein Axialdrucklager vorgesehen sein, das die Relativbewegung zwischen dem verdrehfesten und dem sich drehenden Bauteil aufnimmt.
Dieses Axialdrucklager ist bei der bekannten Lösung praktisch während des gesamten Motorbetriebs belastet, da durch die zwischen Antriebsrad und Nockenwelle wirkenden Torsionsmomente stets eine in Axialrichtung wirkende Kraft auf das Verstellelement ausgeübt wird Dieses Axialdrucklager ist daher ein kritischer Bauteil, der die Lebensdauer des Motors einschränkt. Eine ähnliche Lösung ist in der DE 33 20 835 A 1 beschrieben, wobei die gleichen Nachteile auftreten.
Die DE 36 07 256 A beschreibt eine Vorrichtung, bei der ein Schrittmotor zur Verstellung der Nockenwelle vorgesehen ist, der einerseits mit der Nockenwelle und andererseits mit dem Antriebsrad verbunden ist. Da dieser Schrittmotor das gesamte Antriebsmoment der Nockenwelle aufnehmen muss, ist eine solche Lösung mit vernünftigem Aufwand nicht realisierbar.
Ferner zeigt die EP 0 596 860 A eine Vorrichtung zur Verstellung der Ventilöffnungszeiten, bei der die Nockenwelle hohl ausgeführt ist, und eine Innenwelle enthält. Die Nocken sind zweiteilig ausgeführt, wobei die einzelnen Nockenabschnitte um einen bestimmten Winkel gegeneinander verdreht werden können. Die Verdrehung der beiden Nockenabschnitte erfolgt durch einen sich mitdrehenden Elektromotor, der über Schleifringe versorgt wird. Eine ähnliche Lösung ist in der US 5, 417, 186 A beschrieben.
Ebenso zeigt ein älterer Vorschlag der Anmelderin, veröffentlicht in der EP-A 0 903 471, eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Planetengetriebe, bei der die Verstellung durch einen
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Elektromotor erfolgt, der über Schleifkontakte mit Strom versorgt wird.
Bei den meisten der oben beschriebenen Lösungen erfolgt die elektromotorische Verstellung über ein Getriebe mit einem grossen Untersetzungsverhältnis, um das am Elektromotor anliegende Drehmoment in einem akzeptablen Bereich zu halten. Die Kraftübertragung über ein axial verschiebliches Element mit schraubenförmigen Verzahnungen besitzt den Vorteil, dass sehr grosse Untersetzungsverhältnisse relativ einfach darstellbar sind. Nachteilig bei diesen Lösungen ist jedoch, dass die Reibung relativ gross ist, und dass entsprechende Kräfte in Axialrichtung auftreten, die durch die Lager aufgenommen werden müssen. Andererseits ist die Kraftübertragung über ein Planetengetriebe relativ aufwendig, und es ist schwierig, grosse Untersetzungsverhältnisse zu erzielen.
Durch die Verwendung eines sogenannten Harmonic-Drive-Getriebes kann in einfacher Weise ein grosses Untersetzungsverhältnis erreicht werden. Wenn beispielsweise die Zähnezahl des aussenverzahnten Zahnrades um zwei geringer ist, als die Zähnezahl des innenverzahnten Zahnrades, die beispielsweise 50 beträgt, so wird ein Übersetzungsverhältnis von etwa 1 : 25 erreicht.
Bei der konkreten Ausführung einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art sind jedoch über die bereits beschriebenen Fragen folgende Problemkreis konstruktiv zu bewältigen : Die Lagerung des Elektromotors soll in möglichst einfacher Weise gestaltet werden, so dass auf das HarmonicDrive-Getriebe keine unzulässig grossen Beanspruchungen wirken. Weiters darf die Lagerung des Elektromotors die erforderliche Abdichtung zwischen den ölführenden Abschnitten (Nockenwelle und Getriebe) und den nicht ölführenden Abschnitten nicht behindern. Weiters ist es erforderlich, die Lagerung des Antriebsrades in möglichst einfacher Weise zu realisieren.
Eine weitere konstruktive Vorgabe besteht darin, einen Notlaufbetrieb des Motors bei ausgefallener Verstellvorrichtung zu gewährleisten und generell den Verstellbereich auf zulässige Winkel zu beschränken.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die eingangs beschriebene Vorrichtung in der Art weiterzubilden, dass die obigen Forderungen mit möglichst geringem Aufwand erreicht werden.
Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass der Elektromotor ein Gehäuse aufweist, das über Halteelemente fest mit der Nockenwelle verbunden ist, wobei die Halteelemente durch Ausnehmungen im Antriebsrad geführt sind, so dass die Ausnehmungen den zulässigen Verstellbereich der Nockenwelle begrenzen. Durch die erfindungsgemässe Lösung wird erreicht, dass der Elektromotor selbst keinerlei Lagerung benötigt, da er fliegend auf der Nockenwelle befestigt ist. Auf diese Weise kann eine unzulässige Belastung des Harmonic-Drive-Getriebes sicher verhindert werden, da eine durch Schwingungen od. dgl. hervorgerufene Relativbewegung zwischen den einzelnen Komponenten des Harmonic-Drive-Getriebes praktisch ausgeschlossen ist. Weiters besteht eine einfache Möglichkeit, das Antriebsrad zu lagern.
Durch die Grösse der Ausnehmungen wird automatisch der Verstellbereich der Nockenwelle gegenüber dem Antriebsrad festgelegt. Daher ist es möglich, diesen Verstellbereich auf zulässige Werte zu begrenzen. Weiters wird durch diese Massnahme gewährleistet, dass bei Ausfall der Verstelleinrichtung oder beim Kaltstart eine definierte Stellung der Nockenwelle gewährleistet ist. An sich ist zwar das Harmonic-Drive-Getriebes aufgrund des grossen Untersetzungsverhältnisses selbsthemmend, aber durch die unvermeidlichen Drehschwingungen im System wird bei stromlosem Elektromotor praktisch sofort eine Stellung der Nockenwelle erreicht, die der spätestmöglichen Ventilöffnungszeit entspricht. Es ist daher möglich, die Motorelektronik so abzustimmen, dass unter diesen Voraussetzungen ein akzeptabler Notlaufbetrieb möglich ist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Elektromotor eine Welle aufweist, die direkt mit dem elliptischen Innenring des Wälzlagers verbunden ist. Dabei ist es günstig, wenn flexible Zahnrad des Harmonic-Drive-Getriebes direkt mit der Nockenwelle verbunden ist. In diesem Fall ist das innenverzahnte Zahnrad des Harmonic-Drive-Getriebes mit dem Antriebsrad verbunden. Auf diese Weise ist ein besonders einfacher Aufbau der erfindungsgemässen Lösung darstellbar.
Eine konstruktiv besonders günstige Lösung wird dadurch erreicht, dass die Halteelemente als Bolzen ausgebildet sind, die durch kreisbogenförmige Langlöcher im Antriebsrad hindurchgeführt sind. Eine besonders günstige seitliche Führung des Antriebsrades wird erreicht, wenn das Antriebsrad an einer Seite an einer Schulter der Nockenwelle anliegt, und an der anderen Seite an Schultern von Hülsen anliegt, die von den Bolzen an die Nockenwelle gepresst werden.
Die Stromzufuhr ist in besonders günstiger Weise dadurch möglich, dass der Elektromotor über
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konzentrisch angeordnete Schleifringe mit Strom versorgt wird
In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung Fig. 2 eine Explosionsdarstellung eines allgemeinen Harmonic-Drive-Getriebes, Fig. 3A, B, C und D Darstellungen zur Erklärung der Wirkungsweise eines Harmonic-Drive-Getriebes.
In der Fig. 1 ist eine Nockenwelle 1 teilweise dargestellt. Ein Antriebsrad 3, das als Kettenrad ausgebildet ist, dient in an sich bekannter Weise zum Antrieb der Nockenwelle 1 über einen nicht dargestellten Kettentrieb, der mit der ebenfalls nicht dargestellten Kurbelwelle der zugehörigen Brennkraftmaschine in Verbindung steht.
Ein Elektromotor 2 mit einem Gehäuse 2a dient zur Verstellung der Nockenwelle 1 gegenüber dem Antriebsrad 3, um die Ventilöffnungszeiten der Brennkraftmaschine verändern zu können.
An der Stirnseite der Nockenwelle 1 sind Bolzen 4 in regelmässigen Winkelabständen eingeschraubt. Bei der Verwendung von beispielsweise drei Bolzen 4 betragen die Winkelabstände jeweils 120 . Die Bolzen 4 sind an ihrem Ende mit einem Flansch 5 fest verbunden, der einstückig mit dem Gehäuse 2a des Elektromotors 2 ausgebildet ist. Auf diese Weise wird der Elektromotor 2 ohne zusätzliche Lager direkt von der Nockenwelle 1 getragen. Zwischen der Schulter bzw. der Stirnfläche 1 a der Nockenwelle 1 und einem Bund 4a der Bolzen 4 ist jeweils eine Hülse 6 eingespannt, die durch ein kreisbogenförmiges Langloch 7 im Antriebsrad 3 geführt ist. Auf diese Weise wird das Antriebsrad 3 seitlich mit minimalem Spiel geführt, kann sich jedoch gegenüber der Nockenwelle 1 verdrehen.
Der zulässige Verdrehwinkel liegt im Bereich zwischen etwa 20 und 30 und entspricht dem zulässigen Verstellwinkel der Nockenwelle 1.
Das Gehäuse 2a des Elektromotors 2 ist gegenüber einem feststehenden Gehäuse 8 der Nockenwellenverstelleinrichtung durch eine Dichtung 9 abgedichtet, die beispielsweise als Simmerring ausgeführt ist. Der Elektromotor 2 wird über Schleifringe 10 mit Strom versorgt, die an einer sich mit dem Elektromotor 2 drehenden Scheibe 11 angeordnet sind. Die Stromzufuhr erfolgt über Schleifkontakte 12, von denen aus Gründen der Vereinfachung nur einer dargestellt ist. Die Schleifkontakte 12 sind auf einer feststehenden Halterung 13 angeordnet:
Die Welle 14 des Elektromotors 2 ist über eine Hülse 15 fest mit dem elliptisch ausgebildeten Innenring 16 eines Wälzlagers 17 verbunden. Dieser Teil eines Harmonic-Drive-Getriebes wird in der Literatur zumeist als Wave-Generator bezeichnet.
Der Aussenring 18 des Wälzlagers 17 ist mit einem flexiblen, aussenverzahnten Zahnrad 19 verbunden, das In seiner Gesamtheit topfförmig ausgebildet ist und mit der Nockenwelle 1 in Verbindung steht. Detailliert betrachtet, ist in der Nockenwelle 1 eine Schraube 20 eingeschraubt, und das Zahnrad 19 ist zwischen dem Kopf der Schraube 20 und einer Mutter 21 kraftschlüssig eingeklemmt. Die äussere Verzahnung des Zahnrades 19 steht mit einem starren, innenverzahnten Zahnrad 22 an zwei Stellen in Eingriff, nämlich den Scheitelpunkten der durch den Wave-Generator gebildeten Ellipse. Das aussenverzahnte Zahnrad ist über Schrauben 23 fest mit dem Antriebsrad 3 verbunden.
In der Folge wird der Betrieb der erfindungsgemässen Vorrichtung erklärt. Bei nicht angetriebenem Elektromotor 2 findet keine Verstellung der Nockenwelle 1 gegenüber dem Antriebsrad 3 statt.
Wenn jedoch die Welle 14 des Elektromotors 2 um eine Umdrehung gedreht wird, so kommen durch die Drehung des Wave-Generators nacheinander alle Zähne des flexiblen Zahnrades 18 mit dem innenverzahnten Zahnrad 22 in Eingriff. Wenn das aussenverzahnte Zahnrad 18 beispielsweise achtundvierzig Zähne aufweist, während das innenverzahnte Zahnrad 22 fünfzig Zähne aufweist, so findet eine Relativbewegung dieser beiden Zahnräder Im Ausmass von zwei Zähnen, d. h. einer fünfundzwanzigstel Umdrehung statt. Dies entspricht auch dem Verdrehwinkel, um den sich die Nockenwelle 1 gegenüber dem Antriebsrad 3 verdreht. Durch das grosse Untersetzungsverhältnis Ist das Moment, das vom Elektromotor 2 aufzubringen ist, relativ gering.
Die Lagerung des Antriebsrades 3 ist beim erfindungsgemässen Aufbau sehr einfach, und durch die Geometrie der Langlöcher 7 kann der zulässige Verstellwinkel der Nockenwelle 1 sehr leicht begrenzt werden.
In der Fig. 2 ist in einer axonometrischen Explosionsdarstellung das Harmonic-Drive-Getriebe detailliert dargestellt. Der Innenring 11 des Wälzlagers 10 ist elliptisch mit geringfügiger Exzentrizität. Der Aussenring 9 stützt sich direkt an der Innenseite eines flexiblen Zahnrades 6 ab. Dieses Zahnrad 6 steht an zwei gegenüberliegenden Punkten mit einem starren, innenverzahnten Zahnrad 8 in Eingriff, das kreisförmig ausgebildet ist
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In den Fig. 3A, B, C und D ist die Funktionsweise dieses Harmonic-Drive-Getriebes dargestellt.
Der Innenring 11 ist in der Stellung der Fig. 3B gegenüber der Stellung in der Fig. 3A um 900 in Richtung des Uhrzeigersinns verdreht. Die Fig. 3C zeigt eine weitere Drehung um 900 und die Fig. 3D eine Drehung um insgesamt 360 . Zur Erleichterung der Übersicht ist in den Fig. 3A, B, C und D eine pfeilförmige Markierung 11 a angebracht. Die Zähnezahl des flexiblen Zahnrades 6 ist um zwei geringer, als die Zähnezahl des innenverzahnten Zahnrades 8. Daher ergibt sich ein geringfügiger Unterschied der Winkelgeschwindigkeit des Zahnrades 6 gegenüber dem Zahnrad 8.
Aus den Fig. ist ersichtlich, dass sich die Markierung 6a, die gedanklich mit dem Zahnrad 6 verbunden ist, im Zuge der Drehbewegung des Innenrings 11 langsam in Gegenuhrzeigerrichtung bewegt. Insgesamt entspricht der Verdrehwinkel dem Zentriwinkel von zwei Zähnen des Zahnrads 6.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung besitzt einen sehr einfachen Aufbau und erfüllt alle Anforderungen, die an eine Verstellvorrichtung für eine Nockenwelle gestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Verstellung einer Nockenwelle (1) einer Brennkraftmaschine mit innerer
Verbrennung, mit einem Antriebsrad (3) zum Antrieb der Nockenwelle (1), das koaxial zur
Nockenwelle (1) angeordnet ist, sowie mit einem Elektromotor (2), der mit der Nockenwelle (1) über ein Harmonic-Drive Getriebe in Verbindung steht, das aus einem Wälzlager (17) mit einem elliptischen Innenring (16), einem auf diesem Wälzlager (17) angeordneten fle- xiblen aussenverzahnten Zahnrad (19) und einem starren innenverzahnten Zahnrad (22), das mit dem aussenverzahnten Zahnrad (19) in Eingriff steht, zusammengesetzt ist, da- durch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) ein Gehäuse (2a) aufweist, das über
Halteelemente fest mit der Nockenwelle (1) verbunden ist, wobei die Halteelemente durch
Ausnehmungen (7) im Antriebsrad (3)
geführt sind, so dass die Ausnehmungen (7) den zu- lässigen Verstellbereich der Nockenwelle (1) begrenzen.
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The present invention relates to a device for adjusting a camshaft of an internal combustion engine, with a drive wheel for driving the camshaft, which is arranged coaxially with the camshaft, and with an electric motor which is connected to the camshaft via a harmonic drive gearbox. which is composed of a rolling bearing with an elliptical inner part, a flexible external toothed gear arranged on this rolling bearing and a rigid internal toothed gear which is in engagement with the external toothed gear.
In order to achieve optimal consumption and exhaust gas values in different areas of the engine map, it is necessary to change the valve timing depending on various operating parameters. Such a change in the timing can be elegantly effected by rotating the camshaft with respect to the wheel driving it. The camshaft of an internal combustion engine is usually driven by a chain wheel, which is connected to the crankshaft via a drive chain, or a drive wheel designed as a pulley, which is connected to the crankshaft via a toothed belt.
GB 2 221 513 A shows an adjusting device for camshafts, in which an electric motor actuates a group of levers which turn the camshaft relative to the drive wheel. For this purpose, an actuating element on which the levers are articulated is displaced in the axial direction. However, such a solution is complex and, due to the large number of bearings, has a large amount of play.
Adjustment devices are known from DE 41 10 088 C1 and from DE 39 29 619 A1, in which an adjustment element is provided between a component connected to the camshaft and a component connected to the drive wheel, which has two helical gears are in engagement with corresponding toothing of the camshaft or the drive wheel. An axial displacement of this adjusting element can cause the camshaft to rotate relative to the drive wheel. One possibility of the axial displacement of the adjusting element is the actuation by a hydraulic piston, which is actuated as a function of the required adjustment.
The disadvantage of this solution is that a relatively large hydraulic piston is required to achieve the required forces, which represents a great structural outlay. In addition, the oil consumption due to the actuation of the piston is relatively large, which is a burden on the engine by an appropriate oil pump.
In addition, in such a known device, the camshaft can only be switched back and forth between two end positions
Furthermore, from DE 41 01 676 A 1 and from DE 44 06 983 C electrical adjustment devices are known, in each of which an electric motor is provided which moves the adjustment element via a threaded spindle. However, since the adjusting element rotates essentially at the camshaft speed, an axial pressure bearing must be provided between the electric motor and the adjusting element, which supports the relative movement between the torsion-resistant and the rotating component.
In the known solution, this thrust bearing is loaded practically during the entire engine operation, since the torsional moments acting between the drive wheel and the camshaft always exert a force acting in the axial direction on the adjusting element. This thrust bearing is therefore a critical component that limits the service life of the engine. A similar solution is described in DE 33 20 835 A1, whereby the same disadvantages occur.
DE 36 07 256 A describes a device in which a stepper motor for adjusting the camshaft is provided, which is connected on the one hand to the camshaft and on the other hand to the drive wheel. Since this stepper motor has to absorb the entire drive torque of the camshaft, such a solution cannot be implemented with reasonable effort.
Furthermore, EP 0 596 860 A shows a device for adjusting the valve opening times, in which the camshaft is hollow and contains an inner shaft. The cams are made in two parts, and the individual cam sections can be rotated relative to one another by a certain angle. The two cam sections are rotated by a rotating electric motor, which is supplied via slip rings. A similar solution is described in US Pat. No. 5,417,186 A.
Likewise, an older proposal by the applicant, published in EP-A 0 903 471, shows a camshaft adjusting device with a planetary gear, in which the adjustment by a
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Electric motor takes place, which is supplied with power via sliding contacts.
In most of the solutions described above, the electric motor adjustment is carried out via a gear with a large reduction ratio in order to keep the torque applied to the electric motor in an acceptable range. The power transmission via an axially displaceable element with helical toothing has the advantage that very large reduction ratios can be represented relatively easily. A disadvantage of these solutions, however, is that the friction is relatively high and that corresponding forces occur in the axial direction that have to be absorbed by the bearings. On the other hand, the transmission of power via a planetary gear is relatively complex and it is difficult to achieve large reduction ratios.
A large reduction ratio can be achieved in a simple manner by using a so-called harmonic drive gear. If, for example, the number of teeth of the externally toothed gear is two less than the number of teeth of the internally toothed gear, which is, for example, 50, a gear ratio of approximately 1:25 is achieved.
In the specific implementation of a device of the type described above, however, the following problems have to be dealt with constructively using the questions already described: The bearing of the electric motor should be designed in the simplest possible way so that no impermissibly large stresses act on the HarmonicDrive. Furthermore, the storage of the electric motor must not hinder the required seal between the oil-carrying sections (camshaft and gearbox) and the non-oil-carrying sections. Furthermore, it is necessary to implement the drive wheel in the simplest possible way.
Another design requirement is to ensure emergency operation of the engine when the adjustment device has failed and to generally limit the adjustment range to permissible angles.
The object of the present invention is to develop the device described at the outset in such a way that the above requirements are achieved with as little effort as possible.
According to the invention, it is provided that the electric motor has a housing which is fixedly connected to the camshaft via holding elements, the holding elements being guided through recesses in the drive wheel, so that the recesses limit the permissible adjustment range of the camshaft. The solution according to the invention ensures that the electric motor itself does not require any mounting, since it is attached to the camshaft on the fly. In this way, an impermissible load on the harmonic drive gear can be reliably prevented, since a relative movement between the individual components of the harmonic drive gear caused by vibrations or the like is practically excluded. There is also an easy way to store the drive wheel.
The adjustment range of the camshaft relative to the drive wheel is automatically determined by the size of the recesses. It is therefore possible to limit this adjustment range to permissible values. This measure also ensures that a defined position of the camshaft is ensured in the event of a failure of the adjustment device or a cold start. The harmonic drive transmission is inherently self-locking due to the large reduction ratio, but due to the inevitable torsional vibrations in the system, a position of the camshaft that corresponds to the latest possible valve opening time is reached almost immediately when the electric motor is de-energized. It is therefore possible to tune the engine electronics so that acceptable emergency operation is possible under these conditions.
It is particularly preferred if the electric motor has a shaft which is connected directly to the elliptical inner ring of the rolling bearing. It is advantageous if the flexible gear of the harmonic drive transmission is connected directly to the camshaft. In this case, the internally toothed gear of the harmonic drive gear is connected to the drive wheel. In this way, a particularly simple structure of the solution according to the invention can be represented.
A structurally particularly favorable solution is achieved in that the holding elements are designed as bolts which are guided through circular-arc-shaped elongated holes in the drive wheel. A particularly favorable lateral guidance of the drive wheel is achieved if the drive wheel rests on one side on a shoulder of the camshaft and on the other side on shoulders of sleeves which are pressed against the camshaft by the bolts.
The power supply is possible in a particularly advantageous manner by the fact that the electric motor
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concentrically arranged slip rings is supplied with power
The present invention is explained in more detail below on the basis of the exemplary embodiment illustrated in the figures.
Fig. 1 shows a section through a device according to the invention. Fig. 2 shows an exploded view of a general harmonic drive gear, Fig. 3A, B, C and D representations to explain the operation of a harmonic drive gear.
1, a camshaft 1 is partially shown. A drive wheel 3, which is designed as a chain wheel, is used in a manner known per se to drive the camshaft 1 via a chain drive, not shown, which is connected to the crankshaft, also not shown, of the associated internal combustion engine.
An electric motor 2 with a housing 2a is used to adjust the camshaft 1 relative to the drive wheel 3 in order to be able to change the valve opening times of the internal combustion engine.
Bolts 4 are screwed in at regular angular intervals on the end face of the camshaft 1. When using, for example, three bolts 4, the angular distances are 120 each. The bolts 4 are firmly connected at their end to a flange 5 which is formed in one piece with the housing 2a of the electric motor 2. In this way, the electric motor 2 is carried directly by the camshaft 1 without additional bearings. Between the shoulder or the end face 1 a of the camshaft 1 and a collar 4 a of the bolts 4, a sleeve 6 is clamped, which is guided through an arcuate slot 7 in the drive wheel 3. In this way, the drive wheel 3 is guided laterally with minimal play, but can rotate relative to the camshaft 1.
The permissible angle of rotation is in the range between approximately 20 and 30 and corresponds to the permissible adjustment angle of camshaft 1.
The housing 2a of the electric motor 2 is sealed off from a fixed housing 8 of the camshaft adjusting device by a seal 9, which is designed, for example, as a sealing ring. The electric motor 2 is supplied with power via slip rings 10, which are arranged on a disk 11 rotating with the electric motor 2. The current is supplied via sliding contacts 12, of which only one is shown for reasons of simplification. The sliding contacts 12 are arranged on a fixed holder 13:
The shaft 14 of the electric motor 2 is fixedly connected to the elliptical inner ring 16 of a roller bearing 17 via a sleeve 15. This part of a harmonic drive gear is mostly referred to in the literature as a wave generator.
The outer ring 18 of the rolling bearing 17 is connected to a flexible, externally toothed gear 19 which is cup-shaped in its entirety and is connected to the camshaft 1. Considered in detail, a screw 20 is screwed into the camshaft 1, and the gear 19 is clamped between the head of the screw 20 and a nut 21. The outer toothing of the gearwheel 19 engages with a rigid, internally toothed gearwheel 22 at two points, namely the vertices of the ellipse formed by the wave generator. The externally toothed gear is firmly connected to the drive wheel 3 by screws 23.
The operation of the device according to the invention is explained below. When the electric motor 2 is not driven, the camshaft 1 is not adjusted relative to the drive wheel 3.
However, when the shaft 14 of the electric motor 2 is rotated by one revolution, the rotation of the wave generator successively engages all teeth of the flexible gear 18 with the internally toothed gear 22. For example, if the externally toothed gear 18 has forty-eight teeth while the internally toothed gear 22 has fifty teeth, then a relative movement of these two gears takes place to the extent of two teeth, i. H. a twenty-fifth turn. This also corresponds to the angle of rotation by which the camshaft 1 rotates relative to the drive wheel 3. Due to the large reduction ratio, the moment that is to be applied by the electric motor 2 is relatively low.
The bearing of the drive wheel 3 is very simple in the construction according to the invention, and the permissible adjustment angle of the camshaft 1 can be very easily limited by the geometry of the elongated holes 7.
2, the harmonic drive gear is shown in detail in an axonometric exploded view. The inner ring 11 of the roller bearing 10 is elliptical with slight eccentricity. The outer ring 9 is supported directly on the inside of a flexible gear 6. This gear 6 is in engagement at two opposite points with a rigid, internally toothed gear 8, which is circular
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3A, B, C and D the operation of this harmonic drive gear is shown.
In the position of FIG. 3B, the inner ring 11 is rotated in the clockwise direction by 900 in relation to the position in FIG. 3A. FIG. 3C shows a further rotation by 900 and FIG. 3D shows a rotation by a total of 360. To facilitate the overview, an arrow-shaped marking 11 a is attached in FIGS. 3A, B, C and D. The number of teeth of the flexible gear 6 is two less than the number of teeth of the internally toothed gear 8. Therefore, there is a slight difference in the angular velocity of the gear 6 compared to the gear 8.
It can be seen from the figures that the mark 6a, which is mentally connected to the gear 6, moves slowly in the counterclockwise direction in the course of the rotational movement of the inner ring 11. Overall, the angle of rotation corresponds to the central angle of two teeth of gear 6.
The device according to the invention has a very simple structure and fulfills all the requirements that are placed on an adjusting device for a camshaft.
PATENT CLAIMS:
1. Device for adjusting a camshaft (1) of an internal combustion engine
Combustion, with a drive wheel (3) for driving the camshaft (1), which is coaxial to
Camshaft (1) is arranged, and with an electric motor (2), which is connected to the camshaft (1) via a harmonic drive gear, which consists of a roller bearing (17) with an elliptical inner ring (16), one on this Rolling bearings (17) arranged flexible externally toothed gear (19) and a rigid internally toothed gear (22) which is in engagement with the externally toothed gear (19) is composed, characterized in that the electric motor (2) is a housing (2a) has the over
Holding elements is firmly connected to the camshaft (1), with the holding elements
Recesses (7) in the drive wheel (3)
are guided so that the recesses (7) limit the permissible adjustment range of the camshaft (1).