DE102004062067A1

DE102004062067A1 - Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004062067A1
Application number: DE102004062067A
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Schäfer; Mike Dipl.-Ing. Kohrs
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: US20090272347A1; WO2006074735A1; JP4915007B2; JP2008525687A; US7779799B2; DE102004062067B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine (100) mit einem Antriebsrad (13), einem Abtriebselement (4) und einem Taumelscheibengetriebe (2). Über einen Primärtrieb wird das Drehmoment einer Kurbelwelle (101) auf das Antriebsrad (13) und weiter über das Taumelscheibengetriebe (2) auf das Abtriebselement (4), welches drehfest mit einer Nockenwelle (11) verbunden ist, übertragen. Mittels des Taumelscheibengetriebes (2) kann eine Verdrehung des Antriebsrades (13) zum Abtriebselement (4) bewirkt werden, wodurch eine kontinuierliche Phasenänderung der Nockenwelle (11) zur Kurbelwelle ermöglicht wird. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, in einem Gehäuse des Taumelscheibengetriebes (2) Fremdpartikelsammeltaschen (33) vorzusehen, in denen sich mit dem Schmiermittel eintretende Fremdstoffe sammeln können.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad und mit einem Taumelscheibengetriebe, welches zumindest ein Gehäuse und ein mit einer Nockenwelle in Antriebsverbindung stehendes Abtriebselement aufweist, wobei das Gehäuse und das Abtriebselement einen ringförmigen Hohlraum definieren.

Hintergrund der Erfindung

In Brennkraftmaschinen werden zur Betätigung der Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt. Nockenwellen sind in der Brennkraftmaschine derart angebracht, dass auf ihr angebrachte Nocken an Nockenfolgern, beispielsweise Tassenstößeln, Schlepp- oder Schwinghebeln, anliegen. Wird die Nockenwelle in Drehung versetzt, so wälzen die Nocken auf den Nockenfolgern ab, die wiederum die Gaswechselventile betätigen. Durch die Lage und die Form der Nocken ist somit sowohl die Öffnungsdauer als auch Amplitude aber auch der Öffnungs- und Schließzeitpunkt der Gaswechselventile festgelegt.

Moderne Motorkonzepte gehen dahin, den Ventiltrieb variabel auszulegen. Einerseits sollen Ventilhub und Ventilöffnungsdauer variabel gestaltbar sein, bis hin zur kompletten Abschaltung einzelner Zylinder. Dafür sind Konzepte wie schaltbare Nockenfolger, variable Ventiltriebe oder elektrohydraulische oder elektrische Ventilbetätigungen vorgesehen. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, während des Betriebs der Brennkraftmaschine Einfluss auf die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile nehmen zu können. Ebenfalls wünschenswert ist es auf die Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Einlass- bzw. Auslassventile getrennt Einfluss nehmen zu können, um beispielsweise gezielt eine definierte Ventilüberschneidung einstellen zu können. Durch die Einstellung der Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Gaswechselventile abhängig vom aktuellen Kennfeldbereich des Motors, beispielsweise von der aktuellen Drehzahl bzw. der aktuellen Last, können der spezifische Treibstoffverbrauch gesenkt, das Abgasverhalten positiv beeinflusst, der Motorwirkungsgrad, das Maximaldrehmoment und die Maximalleistung erhöht werden.

Die beschriebene Variabilität in der Gaswechselventilzeitensteuerung wird durch eine relative Änderung der Phasenlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewerkstelligt. Dabei steht die Nockenwelle meist über einen Ketten-, Riemen-, Zahnradtrieb oder gleichwirkende Antriebskonzepte in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle. Zwischen dem von der Kurbelwelle angetriebenen Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb und der Nockenwelle ist ein Nockenwellenversteller angebracht, der das Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle überträgt. Dabei ist diese Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten der Brennkraftmaschine derart ausgebildet, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle sicher gehalten und, wenn gewünscht, die Nockenwelle in einem gewissen Winkelbereich gegenüber der Kurbelwelle verdreht werden kann.

In Brennkraftmaschinen mit je einer Nockenwelle für die Einlass- und die Auslassventile können diese mit je einem Nockenwellenversteller ausgerüstet werden. Dadurch können die Öffnungs- und Schließzeiten der Einlass- und Aus lassgaswechselventile zeitlich relativ zueinander verschoben und die Ventilzeitüberschneidungen gezielt eingestellt werden.

Der Sitz moderner Nockenwellenversteller befindet sich im Allgemeinen am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle. Er besteht aus einem kurbelwellenfesten Antriebsrad, einem nockenwellenfesten Abtriebselement und einem das Drehmoment vom Antriebsrad auf das Abtriebsteil übertragenden Verstellmechanismus. Das Antriebsrad kann als Ketten-, Riemen- oder Zahnrad ausgeführt sein und ist mittels einer Kette, eines Riemens oder eines Zahnradtriebs mit der Kurbelwelle drehfest verbunden. Der Verstellmechanismus kann elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch betrieben werden. Ebenfalls denkbar ist es den Nockenwellenversteller auf einer Zwischenwelle anzubringen oder auf einem nicht rotierenden Bauteil zu lagern. In diesem Fall wird das Drehmoment über weitere Antriebe auf die Nockenwellen übertragen.

Elektrisch betriebene Nockenwellenversteller bestehen aus einem Antriebsrad, welches in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine steht, einem Abtriebsteil, welches in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine steht und einem Verstellgetriebe. Bei dem Verstellgetriebe handelt es sich um ein Dreiwellengetriebe, mit drei zueinander verdrehbaren Bauteilen. Dabei ist das erste Bauteil des Getriebes drehfest mit dem Antriebsrad und das zweite Bauteil drehfest mit dem Abtriebsteil verbunden. Das dritte Bauteil ist beispielsweise als verzahntes Bauteil ausgeführt, dessen Drehzahl über eine Welle beispielsweise mittels eines Elektromotors oder einer Bremsvorrichtung geregelt werden kann.

Das Drehmoment wird von der Kurbelwelle auf das erste Bauteil und von dort auf das zweite Bauteil und damit auf die Nockenwelle übertragen. Dies geschieht entweder direkt, oder unter Zwischenschaltung des dritten Bauteils.

Durch geeignete Regelung der Drehzahl des dritten Bauteils kann das erste Bauteil gegen das zweite Bauteil verdreht und damit die Phasenlage zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle verändert werden. Beispiele für derartige Dreiwellengetriebe sind Innenexzentergetriebe, Doppelinnenexzentergetriebe, Wellgetriebe, Taumelscheibengetriebe oder dergleichen.

Zur Steuerung des Nockenwellenverstellers erfassen Sensoren die Kenndaten der Brennkraftmaschine wie beispielsweise den Lastzustand, die Drehzahl und die Winkellagen der Nockenwelle und der Kurbelwelle. Diese Daten werden einer elektronischen Kontrolleinheit zugeführt, die nach Vergleich der Daten mit einem Kenndatenfeld der Brennkraftmaschine den Verstellmotor des Nockenwellenverstellers steuert.

Aus der DE 100 38 354 ist eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine bekannt, in der die Drehmomentübertrag von der Kurbelwelle zur Nockenwelle und der Verstellvorgang mittels eines Taumelscheibengetriebes realisiert ist. Die in 2 abgebildete Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Antriebsrad, einem Gehäuse, einem Antriebskegelrad, einem nockenwellenfesten Abtriebselement und einer Taumelscheibe. Das Antriebsrad steht in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle und ist einteilig mit dem Gehäuse und dem Antriebskegelrad ausgeführt. Das Gehäuse, das Antriebskegelrad und das Abtriebselement bilden einen ringförmigen Hohlraum aus, in dem die Taumelscheibe angeordnet ist. Die Taumelscheibe ist unter einem definierten Anstellwinkel auf einer Verstellwelle gelagert und an beiden axialen Seitenflächen mit je einem Zahnkranz versehen. Weiterhin sind die der Taumelscheibe zugewandten axialen Seitenflächen des Antriebskegelrades und des Abtriebselements ebenfalls mit jeweils einem Zahnkranz versehen. Die Zahnkränze der Taumelscheibe greifen in die jeweiligen Zahnkränze des Antriebskegelrades und des Abtriebselements ein. Dabei erfolgt der Eingriff jeweils nur innerhalb eines Winkelsegments, wobei die Größe des Winkelsegments abhängig vom Anstellwinkel der Taumelscheibe ist. Das Drehmoment der Kurbelwelle wird über das Antriebsrad, das Gehäuse, das Antriebeskegelrad, die Taumelscheibe und das Abtriebselement auf die Nockenwelle übertragen.

Die Zahnkränze mindestens einer Verzahnungspaarung weisen unterschiedliche Anzahl von Zähnen auf.

Die Verstellwelle steht in Antriebsverbindung mit einer Antriebseinheit, beispielsweise einem Elektromotor, die diese mit kontinuierlich regelbaren Dreh zahlen antreiben kann. Eine Verdrehung der Verstellwelle relativ zu dem Abtriebselement führt zu einer Taumeldrehung der Taumelscheibe und damit zu einer Drehung des in Eingriff stehenden Winkelsegments relativ zu dem Antriebskegelrad, dem Abtriebselement und der Taumelscheibe. Aufgrund der unterschiedlichen Zähnezahlen der Kegelradverzahnungen führt dies zu einer relativen Verdrehung der Nockenwelle zur Kurbelwelle.

Dem Taumelscheibengetriebe wird Schmiermittel zugeführt, welches die Aufgabe hat in Kontaktstellen mit Relativbewegung, wie beispielsweise Zahnkontakte, Gleit- oder Wälzlager, die Reibung, den Verschleiß und die Geräuschentwicklung zu senken. Mit dem Schmiermittel können Fremdpartikel in die Vorrichtung eintreten und sich in dieser ansammeln. Bei den Fremdpartikeln kann es sich beispielsweise um Urschmutz der Brennkraftmaschine oder während des Betriebs der Brennkraftmaschine entstehender Metallabrieb handeln. Dabei können die Fremdpartikel an die Kontaktstellen mit Relativbewegung gelangen und die Vorrichtung schädigen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei verhindert werden soll, dass gemeinsam mit dem Schmiermittel in die Vorrichtung eintretende Fremdpartikel die Vorrichtung schädigen.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass an einer den Hohlraum radial nach außen begrenzenden Begrenzungsfläche mindestens eine Fremdpartikelsammeltasche zur zumindest vorübergehenden Aufnahme von Fremdpartikeln ausgebildet ist.

Dabei kann vorgesehen sein, dass mehrere, in Umfangsrichtung beabstandete Fremdpartikelsammeltaschen, ausgebildet sind, oder dass die Fremdpartikelsammeltasche als eine an der Begrenzungsfläche umlaufende Ringnut ausge bildet ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Vorrichtung Schmiermittel zugeführt wird, wobei die in dem Schmiermittel enthaltenen Fremdpartikel auf Grund der Rotation der Vorrichtung in die Fremdpartikelsammeltaschen gedrängt werden

Die Vorrichtung dreht sich während des Betriebs der Brennkraftmaschine im Wesentlichen mit der Drehzahl der Nockenwelle. Aufgrund der daraus resultierenden Zentrifugalkräfte, werden in der Vorrichtung vorhandene Fremdpartikel radial nach außen gedrängt, wobei sich diese an der Innenmantelfläche des Gehäuses anlagern. In der erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die Fremdpartikel in die Fremdpartikelsammeltaschen gefördert und damit von den Kontaktstellen mit Relativbewegung ferngehalten. Im Fall einer Vorrichtung, der Schmiermittel aus dem Motorölkreislauf der Brennkraftmaschine zugeführt wird, wird durch die Ausbildung der Fremdpartikelsammeltaschen verhindert, dass die in den Fremdpartikelsammeltaschen abgelagerten Fremdpartikel durch in der Vorrichtung zirkulierendes Schmiermittel zurück zu den Zahneingriffen, den Gleit oder Wälzlager gespült werden. Dadurch wird die Gefahr der Schädigung der Kontaktstellen mit Relativbewegung durch Fremdpartikel erheblich verringert.

Bei den Fremdpartikeln kann es sich beispielsweise um Urschmutz der Brennkraftmaschine handeln, der während der Fertigung der Brennkraftmaschine anfällt und auch nach diversen Reinigungsprozessen in ihr verbleibt. Weiterhin kann es sich um Materialabrieb handeln, der während des Betriebs der Brennkraftmaschine entsteht.

Die Fremdpartikelsammeltaschen können während des Formgebungsprozesses beispielsweise des Gehäuses in dieses eingebracht werden. Dazu sind diese in den Herstellungswerkzeugen, beispielsweise Sinter- oder Umformwerkzeuge, zu berücksichtigen. Auf diese entstehen kaum Extrakosten bei der Herstellung des Gehäuses.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse mit einer Radialöffnung versehen ist und dass über die Radialöffnung die Fremdpartikelsammeltasche mit dem Äußeren der Vorrichtung kommuniziert.

In dieser Weiterbildung erstreckt sich, ausgehend vom Boden der Fremdpartikelsammeltasche eine oder mehrere Radialöffnungen radial nach außen, wobei die Radialöffnungen die äußere Mantelfläche des Gehäuses durchbrechen. Auf diese Weise kann das an die Innenmantelfläche des Gehäuses gedrängte Schmiermittel in den Zylinderkopf bzw. das Kurbelgehäuse entweichen. Durch diesen radial nach außen gerichteten Fluss des Schmiermittels werden die Fremdpartikel sicher in die Fremdpartikelsammeltaschen befördert. Weiterhin wird ein Zurückfallen der Fremdpartikel durch den Schmiermittelfluss verhindert und die Zirkulation des Schmiermittels innerhalb der Vorrichtung gehemmt.

Die Radialöffnungen können beispielsweise im Urformungsprozess des Gehäuses, durch Berücksichtigung der Radialöffnungen im Formgebungswerkzeug, ausgebildet werden. Ebenfalls denkbar ist es, diese nachträglich, durch Bohren oder tangentiales Ausschlagen auszubilden.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Radialöffnungen derart ausgebildet sind, dass die sich in der Vorrichtung befindenden Fremdpartikel während des Betriebs der Brennkraftmaschine durch die Radialöffnungen aus der Vorrichtung gedrängt werden.

Die in die Vorrichtung mit dem Schmiermittel eintretenden oder sich bereits in der Vorrichtung befindenden Fremdpartikel werden auf Grund der auf diese wirkenden Zentrifugalkräfte an die Innenmantelfläche des Gehäuses und schließlich in die Fremdpartikelsammeltaschen befördert. Dies wird durch den Schmiermittelfluss unterstützt, der sich zwischen dem Schmiermitteleinlass und den Radialöffnungen etabliert. Die in die Fremdpartikelsammeltaschen geförderten Fremdpartikel treten, bei geeigneter Größe der Radialöffnungen, auf Grund der Zentrifugalkräfte und dem Schmiermittelfluss durch diese hindurch und verlassen somit die Vorrichtung.

Im Fall einer an der Innenmantelfläche des Gehäuses umlaufenden Ringnut können eine oder mehrere, in Umfangsrichtung beabstandete Radialöffnungen vorgesehen sein. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine werden die in die Ringnut geförderten Fremdpartikel zunächst durch den Schmiermittelfluss zu einer der Radialöffnungen gefördert und nach Erreichen einer Radialöffnung durch diese nach außen gedrängt.

Die Fremdpartikel werden also von den Kontaktstellen mit Relativbewegung weg gefördert und entweder in den Fremdpartikelsammeltaschen sicher verwahrt, oder aus der Vorrichtung gedrängt. Dadurch wird effektiv einer Schädigung der Vorrichtung entgegengewirkt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
1a nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine,
1 einen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung an einer Nockenwelle montiert ist,
2 eine vergrößerte Darstellung der in 1 gekennzeichneten Einzelheit Z, wobei die Nockenwelle nicht dargestellt ist,
3 eine Darstellung der Einzelheit Z analog 2 einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine,
4 eine Darstellung der Einzelheit Z analog 2 einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In 1a ist eine Brennkraftmaschine 100 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 101 sitzender Kolben 102 in einem Zylinder 103 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 101 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 104 bzw. 105 mit einer Einlassnockenwelle 106 bzw. Auslassnockenwelle 107 in Verbindung, wobei eine erste und eine zweite Vorrichtung 1 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 101 und Nockenwellen 106, 107 sorgen können. Nocken 108, 109 der Nockenwellen 106, 107 betätigen ein Einlassgaswechselventil 110 bzw. das Auslassgaswechselventil 111.
1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine 100. Die Vorrichtung 1 umfasst unter anderem ein Taumelscheibengetriebe 2, bestehend aus einem Antriebskegelrad 3, einem Abtriebselement 4 und einer Taumelscheibe 5. An einer axialen Seitenfläche des Antriebskegelrades 3 ist ein als Kegelradverzahnung ausgeführter erster Zahnkranz 6 ausgebildet. Weiterhin ist an den axialen Seitenflächen der Taumelscheibe 5 ein zweiter und ein dritter Zahnkranz 7, 8 ausgebildet, wobei die Zahnkränze 7, 8 in diesem Ausführungsbeispiel jeweils ebenfalls als Kegelradverzahnung ausgeführt sind. Dabei ist der zweite Zahnkranz 7 an der dem Antriebskegelrad 3 zugewandten axialen Seitenfläche und der dritte Zahnkranz 8 an der dem Abtriebselement 4 zugewandten axialen Seitenfläche der Taumelscheibe 5 ausgebildet. Der radial außenliegende Abschnitt des Abtriebselement 4 ist als Verzahnungsträger 9 ausgeführt, an dessen der Taumelscheibe 5 zugewandten axialen Seitenfläche ein vierter Zahnkranz 10 ausgebildet ist. Der vierte Zahnkranz 10 ist in dieser Ausführungsform ebenfalls als Kegelradverzahnung ausgeführt.
Das Abtriebselement 4 ist drehfest mit einer Nockenwelle 11 verbunden. Die Verbindung zwischen Abtriebselement 4 und Nockenwelle 11 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels eines ersten Befestigungsmittels 12, hier einer Befestigungsschraube 12a, realisiert. Ebenso denkbar sind stoff-, kraft-, reib- oder formschlüssigen Verbindungsmethoden.
Ein Antriebsrad 13 steht in Wirkverbindung mit einem nicht dargestellten Primärantrieb, über den ein Drehmoment von einer Kurbelwelle 101 auf das Antriebsrad 13 übertragen wird. Ein derartiger Primärantrieb kann beispielsweise ein Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb sein. Das Antriebsrad 13 ist drehfest mit einem Gehäuse 14, und das Gehäuse 14 wiederum drehfest mit dem Antriebskegelrad 3 verbunden. In der in 1 dargestellten Ausführungsform sind diese Bauteile mittels zweiten Befestigungsmitteln 12b, die in der dargestellten Ausführungsform als Schrauben ausgeführt sind, miteinander verbunden. Alternativ kann vorgesehen sein, das Gehäuse 14 kraft-, form-, reib- oder stoffschlüssig mit dem Antriebskegelrad 3 und/oder dem Antriebsrad 13 zu verbinden, oder zumindest zwei der Bauteile einteilig auszuführen.
Das Antriebskegelrad 3 und das Abtriebselement 4 stehen parallel zueinander und sind in axialer Richtung zueinander beabstandet. Zusammen mit dem Gehäuse 14 bilden das Antriebskegelrad 3 und das Abtriebelement 4 einen ringförmigen Hohlraum 14a aus, in dem die Taumelscheibe 5 angeordnet ist. Mittels ersten Wälzlagern 15 ist die Taumelscheibe 5 unter einem definierten Anstellwinkel zu dem Antriebskegelrad 3 und dem Abtriebelement 4 auf einer Verstellwelle 16 gelagert. Die im Wesentlichen topfförmig ausgebildete Verstellwelle 16 ist mit einem Kupplungselement 17 versehen, in die eine nicht dargestellte Welle einer ebenfalls nicht dargestellten Vorrichtung eingreift, mit der die Drehzahl der Verstellwelle 16 geregelt werden kann. In dieser Ausführungsform ist vorgesehen, die Verstellwelle 16 mittels eines nicht dargestellten Elektromotors anzutreiben, wobei eine nicht dargestellte Welle des Elektromotors mit dem Kupplungselement 17 zusammenwirkt. Allerdings sind auch andere Vorrichtungen zur Regelung der Drehzahl der Verstellwelle denkbar. Die Verstellwelle 16 stützt sich über zweite Wälzlager 18 auf einer drehfest mit der Nockenwelle 11 verbundenen, in der vorliegenden Ausführungsform als Hohlwelle 19 ausgebildeten, Welle 19a ab. Ebenfalls denkbar ist die Lagerung der Verstellwelle 16 auf einem Schraubenkopf der Befestigungsschraube 12a und/oder eine Lagerung der Taumelscheibe 5 auf der Verstellwelle 16 mittels eines Gleitlagers.
Die unter einem definierten Anstellwinkel auf der Verstellwelle 16 angeordnete Taumelscheibe 5 greift mit dem zweiten Zahnkranz 7 in den ersten Zahnkranz 6 des Antriebskegelrad 3 und mit dem dritten Zahnkranz 8 in den vierten Zahnkranz 10 des Abtriebselements 4 ein. Dabei stehen die jeweiligen Zahnkränze 6, 7, 8, 10 jeweils nur in einem bestimmten Winkelbereich in Eingriff, wobei die Größe des Winkelbereichs abhängig von dem Anstellwinkel der Taumelscheibe 5 ist.
Über den Eingriff der Zahnkränze 6, 7, 8, 10 wird das vom Primärtrieb auf das Antriebsrad 13 und von dort auf das Antriebskegelrad 3 übertragene Drehmoment der Kurbelwelle 101 über die Taumelscheibe 5 auf das Abtriebselement 4 und damit auf die Nockenwelle 11 übertragen.
Wird die Verstellwelle 16 mittels eines Elektromotors über eine in das Kupplungselement 17 eingreifende Welle angetrieben, so wird die Verstellwelle 16 mit der Drehzahl des Antriebsrades 13 angetrieben, um die Phasenlage zwischen Nockenwelle 11 und Kurbelwelle 101 konstant zu halten. Soll die Phasenlage geändert werden, so wird die Drehzahl der Verstellwelle 16 erhöht bzw. verringert, je nachdem ob die Nockenwelle 11 relativ zur Kurbelwelle 101 vor- oder nacheilen soll. Durch die abweichende Drehzahl der Verstellwelle 16 führt die Taumelscheibe 5 eine Taumeldrehung aus, wobei die Winkelbereiche in denen die Zahnkränze 6, 7, 8, 10 ineinander eingreifen um die Taumelscheibe 5, das Antriebskegelrad 3 und das Abtriebselement 4 umlaufen. Bei mindestens einem der Zahnkranzpaare weisen die zwei ineinander greifenden Zahnkränze 6, 7, 8, 10 unterschiedliche Zähnezahlen auf. Sind die Winkelbereiche, in denen die Zahnkränze 6, 7, 8, 10 ineinander eingreifen einmal vollständig um die Taumelscheibe 5 umgelaufen, so ergibt sich aufgrund der Differenz in der Anzahl der Zähne eine Verstellung des Antriebskegelrads 3 zum Abtriebselement 4 und damit der Nockenwelle 11 relativ zu der Kurbelwelle 101. Der Verstellwinkel entspricht dem Bereich den die den Unterschied in der Zähnezahl bildenden Zähne einnehmen.
Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass die ineinandergreifenden Zahnkränze 6, 7, 8, 10 beider Zahnkranzpaare unterschiedliche Zähnezahlen auf weisen. Damit ergibt sich das Verstelluntersetzungsverhältnis aus den beiden resultierenden Untersetzungsverhältnissen.
Ebenso denkbar ist, dass die Zahnkränze 6, 7, 8, 10 nur einer Zahnkranzpaarung unterschiedliche Anzahlen von Zähnen aufweisen. Das Untersetzungsverhältnis ergibt sich in diesem Fall nur aufgrund dieser Untersetzung. Die andere Zahnkranzpaarung dient in diesem Fall nur als Koppelmittel mit einem Untersetzungsverhältnis von 1:1 zwischen der Taumelscheibe 5 und dem jeweiligen Bauteil 3, 4.
Zwischen der Befestigungsschraube 12a und der Hohlwelle 19 bzw. der Nockenwelle 11 ist ein Ringkanal 20 ausgebildet, der über ein Nockenwellenlager 21 mit Schmiermittel versorgt wird. An der Hohlwelle 19 ist ein Durchbruch 22 und eine Einprägung 23 ausgebildet, über die der Ringkanal 20 mit dem Hohlraum 14a des Taumelscheibengetriebes 2 kommuniziert. Die Einprägung 23 ist in die Klemmfläche 24 der Hohlwelle 19 eingebracht und kann kostengünstig während des Formgebungsprozesses der Hohlwelle 19 ausgebildet werden, wobei diese im Umform- oder Sinterwerkzeug berücksichtigt werden kann. Der Durchbruch 22 kann beispielsweise durchgestanzt oder tangential ausgeschlagen werden.
Zwischen der Einprägung 23 und dem Hohlraum 14a ist ein Radialspalt 25 vorgesehen. Der Radialspalt 25 wirkt als Blende für den Schmiermittelstrom. Die Blende bewirkt, dass vor dieser das Schmiermittel unter Druck steht. Dadurch wird auf der einen Seite ermöglicht, dass Schmiermittel in den Hohlraum 14a eindringen kann, während auf der anderen Seite für eine ausreichende Versorgung der zweiten Wälzlagern 18 mit Schmiermittel gesorgt wird.
Während des Verstellvorgangs verdreht sich das Antriebsrad 13 bzw. das Gehäuse 14 zu dem Abtriebselement 4, entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Taumelscheibengetriebes 2 und der Relativdrehzahl der Verstellwelle 16 zum Antriebsrad 13. Eine Außenmantelfläche des Abtriebselements 4 ist als erste Radiallagerfläche 26 ausgebildet. Weiterhin ist zumindest ein Teil einer Innenmantelfläche des Antriebsrades 13 bzw. des Gehäuses 14 als zweite Radiallagerfläche 27 ausgebildet. Die beiden Radiallagerflächen 26, 27 wirken als Radiallager 28 zusammen, wodurch das Antriebsrad 13 bzw. das Gehäuse 14 auf dem Abtriebselement 4 drehbar gelagert sind.
In der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist das Antriebsrad 13, das Gehäuse 14 und das Antriebskegelrad 3 mittels einer Anschlagscheibe 29 und eines Fortsatzes 30, die sich in axialer Richtung an dem Verzahnungsträger 9 abstützen, axial gelagert. Die Anschlagscheibe 29 ist einteilig mit dem Antriebsrad 13 ausgeführt. Ebenso denkbar ist eine separat gefertigte Anschlagscheibe 29, die kraft-, reib-, form- oder stoffschlüssig mit dem Antriebsrad 13 verbunden ist. Ebenso denkbar ist eine Befestigung mittels Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Schrauben.
Der Fortsatz 30 ist in der dargestellten Ausführungsform einteilig mit dem Gehäuse 14 ausgebildet.
Weiterhin ist am Antriebskegelrad 3 ein Zentrierrand 31 ausgebildet, welcher dazu dient, das Gehäuse 14 während der Montage der Vorrichtung 1 zum Antriebskegelrad 3 zu zentrieren.
Der Zentrierrand 31 und das Gehäuse 14 bilden eine Begrenzungsfläche 32 aus, welche den ringförmigen Hohlraum 14a in radialer Richtung nach außen begrenzt. Der Zentrierrand 31 und das Gehäuse 14 sind derart ausgebildet, dass durch ihr Zusammenwirken eine Fremdpartikelsammeltasche 33 ausgebildet wird. Ebenso können mehrere, in Umfangsrichtung beabstandete Fremdpartikelsammeltaschen 33 oder eine Fremdpartikelsammeltasche 33 in Form einer entlang der Begrenzungsfläche 32, in Umfangsrichtung der Vorrichtung umlaufenden Ringnut 34 vorgesehen sein.
Auf Grund der hohen Drehzahlen der Vorrichtung 1 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 100 werden in der Vorrichtung 1 vorhandene Fremdpartikel und das über den Radialspalt 25 eintretende Schmiermittel an die Begrenzungsfläche 32 getrieben. Die Fremdpartikel werden durch den ständigen Schmiermittelfluss in die Fremdpartikelsammeltaschen 33 gedrängt, in denen sie sich ansammeln und gegen Schmiermittelzirkulation gehalten werden. Dadurch wird verhindert, das diese Fremdpartikel in die Zahnkontaktstellen, die Gleit- oder Wälzlagerstellen eindringen und diese schädigen.
Zusätzlich zu den Fremdpartikelsammeltaschen 33 können Radialöffnungen 35 vorgesehen sein. Vorteilhafterweise ist pro Fremdpartikelsammeltasche 33 mindestens eine Radialöffnung 35 vorgesehen. Die Radialöffnungen 35 sind in diesem Ausführungsbeispiel im Gehäuse 14 ausgebildet und verbinden den Hohlraum 14a mit dem Äußeren der Vorrichtung 1. Auf Grund der wirkenden Zentrifugalkräfte wird ein Schmiermittelfluss vom Radialspalt 25 über die Fremdpartikelsammeltaschen 33 durch die Radialöffnungen 35 etabliert. Dies führt, unterstützt von den Zentrifugalkräften dazu, dass in die Fremdpartikelsammeltaschen 33 gelangende Fremdpartikel durch die Radialöffnungen 35 aus der Vorrichtung 1 befördert werden. Dabei ist nur darauf zu achten die Größe der Radialöffnungen 35 größer als die Größe der zu erwartenden Fremdpartikel auszubilden.
3 zeigt eine zweite mögliche Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform ist im Wesentlichen identisch zu der ersten Ausführungsform, weshalb die gleichen Bezugszahlen verwendet wurden.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist hier das Antriebsrad 13 einteilig mit dem Gehäuse 14 ausgeführt und die Anschlagscheibe 29 als separates Bauteil ausgebildet, wobei diese mittels der zweiten Befestigungsmittel 12b drehfest mit dem Gehäuse 14 verbunden ist.
An der Begrenzungsfläche 32 des Hohlraums 14a ist wiederum zumindest eine Fremdpartikelsammeltaschen 33 oder eine Ringnut 34 ausgebildet, die wiederum radial nach außen geschlossen ausgeführt oder mit Radialöffnungen 35 versehen sein kann
4 zeigt eine dritte mögliche Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform ist im Wesentlichen identisch zu der ersten nd zweiten Ausführungsform, weshalb die gleichen Bezugszahlen verwendet wurden.
Im Unterschied zur zweiten Ausführungsform ist das Gehäuse 14 in diesem Fall kraft-, reib-, stoff- oder formschlüssig mit dem Antriebskegelrad 3 und der Anschlagscheibe 29 verbunden. Weiterhin sind die Fremdpartikelsammeltaschen 33 durch Ausformung einer Einbuchtung im Gehäuse 14 realisiert. Vorstellbar sind hier wiederum eine oder mehrere Fremdpartikelsammeltaschen 33 oder eine Fremdpartikelsammeltasche 33 in Form einer Ringnut 34. Die Fremdpartikelsammeltaschen 33 können wiederum radial nach außen geschlossen ausgeführt oder mit Radialöffnungen 35 versehen sein.
Das Antriebsrad 13 und das Gehäuse 14 sind einteilig, beispielsweise durch spanloses Umformen eines Blechteils oder durch Sintern hergestellt. Dabei können die Fremdpartikelsammeltaschen 33 während des spanlosen Formgebungsprozesses in das Gehäuse 14 eingebracht werden. Es sind keine zusätzlichen Bearbeitungsschritte nötig.

1: Vorrichtung
2: Taumelscheibengetriebe
3: Antriebskegelrad
4: Abtriebselement
5: Taumelscheibe
6: erster Zahnkranz
7: zweiter Zahnkranz
8: dritter Zahnkranz
9: Verzahnungsträger
10: vierter Zahnkranz
11: Nockenwelle
12: erstes Befestigungsmittel
12a: Befestigungsschraube
12b: zweites Befestigungsmittel
13: Antriebsrad
14: Gehäuse
14a: Hohlraum
15: erstes Wälzlager
16: Verstellwelle
17: Kupplungselement
18: zweites Wälzlager
19: Hohlwelle
19a: Welle
20: Ringkanal
21: Nockenwellenlager
22: Durchbruch
23: Einprägung
24: Klemmfläche
25: Radialspalt
26: erste Radiallagerfläche
27: zweite Radiallagerfläche
28: Radiallager
29: Anschlagscheibe
30: Fortsatz
31: Zentrierrand
32: Begrenzungsfläche
33: Fremdpartikelsammeltasche
34: Ringnut
35: Radialöffnungen
100: Brennkraftmaschine
101: Kurbelwelle
102: Kolben
103: Zylinder
104: Zugmitteltrieb
105: Zugmitteltrieb
106: Einlassnockenwelle
107: Auslassnockenwelle
108: Nocke
109: Nocke
110: Einlassgaswechselventil
111: Auslassgaswechselventil

Claims

Vorrichtung (1) zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine (100) mit – einem mit einer Kurbelwelle (101) in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (13) und mit – einem Taumelscheibengetriebe (2), welches zumindest ein Gehäuse (14) und ein mit einer Nockenwelle (11) in Antriebsverbindung stehendes Abtriebselement (4) aufweist, – wobei das Gehäuse (14) und das Abtriebselement (4) einen ringförmigen Hohlraum (14a) definieren, dadurch gekennzeichnet, dass – an einer den Hohlraum (14a) radial nach außen begrenzenden Begrenzungsfläche (32) mindestens eine Fremdpartikelsammeltasche (33) zur zumindest vorübergehenden Aufnahme von Fremdpartikeln ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdpartikelsammeltasche (33) als eine an der Begrenzungsfläche (32) umlaufende Ringnut (34) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung (1) Schmiermittel zugeführt wird, wobei die in dem Schmiermittel enthaltenen Fremdpartikel auf Grund der Rotation der Vorrichtung (1) in die Fremdpartikelsammeltasche (33) gedrängt werden.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) mit einer Radialöffnung (35) versehen ist und dass über die Radialöffnung (35) die Fremdpartikelsammeltasche (33) mit dem Äußeren der Vorrichtung (1) kommuniziert.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialöffnungen (35) derart ausgebildet sind, dass die sich in der Vorrichtung (1) befindenden Fremdpartikel während des Betriebs der Brennkraftmaschine (100) durch die Radialöffnungen (35) aus der Vorrichtung (1) gedrängt werden.