DE102004062068A1

DE102004062068A1 - Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004062068A1
Application number: DE200410062068
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
Also published as: WO2006074736A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine (100) mit einem Antriebsrad (12), einem Abtriebselement (8) und einem Taumelscheibengetriebe (2). Über einen Primärtrieb wird das Drehmoment einer Kurbelwelle (101) auf das Antriebsrad (12) und weiter über das Taumelscheibengetriebe (2) auf das Abtriebselement (8), welches drehfest mit einer Nockenwelle (9) verbunden ist, übertragen. DOLLAR A Das Taumelscheibengetriebe (2) besteht aus mindestens einem Kegelrad (3) und einer auf einer Verstellwelle (15) gelagerten Taumelscheibe (5). DOLLAR A Ziel der Erfindung ist es, die Masse und den Bauraum der Vorrichtung (1) zu reduzieren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine gemäß dem jeweiligen Oberbegriff der Patentansprüche 1, 4 und 6.

Hintergrund der Erfindung

In Brennkraftmaschinen werden zur Betätigung der Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt. Die Nockenwelle ist 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 Auslassgaswechselventile 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 Abtriebsteil 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 nichtrotierenden Bauteil zu lagern. In diesem Fall werden 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 Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem nockenwellenfesten ersten Kegelrad mit einer ersten Kegelradverzahnung, einem mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden zweiten Kegelrad mit einer zweiten Kegelradverzahnung, einer Taumelscheibe und einer beispielsweise von einem Elektromotor angetriebenen Verstellwelle. Die Kegelräder sind derart angeordnet, dass sich die Kegelradverzahnungen in axialer Richtung gegenüberstehen. Die auf der Verstellwelle gelagerte Taumelscheibe ist an ihren axialen Seitenflächen mit je einer Verzahnung versehen und derart unter einem bestimmten Anstellwinkel zwischen den Kegelrädern angeordnet, dass die Verzahnungen der Taumelscheibe in sich gegenüberliegenden Winkelsegmenten in die erste bzw. zweite Kegelradverzahnung eingreifen. Dabei weist bei mindestens einem der Zahnkranzpaare die ineinandergreifenden Verzahnungen eine Zähnezahldifferenz auf.

Eine Verdrehung der Verstellwelle relativ zum ersten bzw. zweiten Kegelrad führt zu einer Taumeldrehung der Taumelscheibe und damit zu einer Drehung der in Eingriff stehenden Winkelsegmente relativ zu den Kegelrädern. Aufgrund der unterschiedlichen Zähnezahl der Verzahnungen eines Verzahnungspaares führt dies zu einer relativen Verdrehung der Nockenwelle zur Kurbelwelle.

Die 2 und 3 offenbaren eine Taumelscheibe mit einem Nabenteil und einem ringförmig um das Nabenteil umlaufenden Verzahnungsabschnitt. Das Nabenteil ist einteilig mit dem Verzahnungsabschnitt ausgeführt. Vom Nabenteil erstreckt sich in radialer Richtung nach außen ein Ringsteg, der in einen verzahnten Abschnitt ausläuft, wobei im Bereich des Ringstegs keine Zähne ausgebildet sind. Weiterhin sind die Zähne des Verzahnungsabschnitts massiv ausgeführt, d.h. sie erstrecken sich ausgehend von beiden axialen Seitenflä chen des Ringstegs in axialer Richtung.

Aufgrund der massiven Ausbildung der Taumelscheibe birgt diese Lösung den Nachteil hoher rotierender Massen. Weiterhin ist der Bedarf an axialem Bauraum relativ hoch.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die Masse der rotierenden Bauteile und der Bauraumbedarf der Vorrichtung reduziert werden soll.

Zusammenfassung der Erfindung

In einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit einem mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad, einem mit der Nockenwelle in Antriebsverbindung stehenden Abtriebselement und einem Taumelscheibengetriebe, welches das Drehmoment vom Antriebsrad auf das Abtriebselement überträgt, wobei das Taumelscheibengetriebe eine Taumelscheibe beinhaltet, die ein Nabenteil und einen ringförmig um das Nabenteil umlaufenden Verzahnungsabschnitt aufweist, wobei an mindestens einer axialen Seitenfläche des Verzahnungsabschnittes ein Zahnkranz ausgebildet ist wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein Zahn des Zahnkranzes sich in radialer Richtung direkt an das Nabenteil anschließt. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Nabenteil einteilig mit dem Verzahnungsabschnitt ausgebildet ist oder, dass das Nabenteil und der Verzahnungsabschnitt jeweils getrennt hergestellt und kraft-, form-, reib- oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

In dieser Ausführungsform erstreckt sich zumindest ein Teil der Zähne des Verzahnungsabschnitts der Taumelscheibe in radialer Richtung entlang des gesamten Verzahnungsabschnitts. Vorteilhafterweise sind sämtliche Zähne der Verzahnung derart ausgeführt. In der zweiteiligen Ausführungsform können die radial innere Stirnfläche der Zähne des Verzahnungsabschnitts an der Außenmantelfläche des Nabenteils anliegen, oder, beispielsweise bei kraftschlüssiger Befestigung, in die Verbindung mit einbezogen sein.

In der einteiligen Ausführungsform laufen die Zähne gegen das Nabenteil aus. Geeignete Fertigungsmethoden für diese Ausführungsform sind beispielsweise Axialwalzen, Taumelpressen, Schmieden, Fliesspressen oder Sintern. Im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung wird erreicht, dass die auf das Taumelrad wirkenden Biegemomente nicht alleine von dem die Verzahnung tragenden Ringsteg, sonder auch zusätzlich von den Zähnen getragen werden. Durch die damit gewonnene Zunahme des Widerstandsmoments gegen Biegung kann die Taumelscheibe in axialer Richtung schmaler ausgeführt werden, wodurch sich der benötigte axiale Bauraum und das Gewicht der Vorrichtung verringert.

In einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad, einem mit einer Nockenwelle in Antriebsverbindung stehenden Abtriebselement und einem Taumelscheibengetriebe, welches das Drehmoment vom Antriebsrad auf das Abtriebselement überträgt, und welches folgendes aufweist: ein Kegelrad, welches mit einem Zahnkranz versehen ist und eine Taumelscheibe, die mit einem Zahnkranz versehen ist, wobei die Zahnkränze entlang eines Winkelbereich ineinander eingreifen, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest eines der verzahnten Bauteile aus einem leichtbauenden Werkstoff oder einem Verbund leichtbauender Werkstoffe besteht.

Unter anderem können der/die leichtbauende/n Werkstoff/e aus der Gruppe Sinterstahl, Aluminium oder Kunststoff oder Kombinationen derselben ausgewählt sein.

Neben den Belastungen, die durch die Übertragung des Drehmoments von der Kurbelwelle zur Nockenwelle herrühren, müssen die Komponenten der Vorrichtung, speziell die verzahnten Bauteile, Taumelscheibe und Kegelräder, zusätzlich den Belastungen, hervorgerufen durch die Wechselmomente der Nocken welle, widerstehen. Aus diesem Grund werden für diese Bauteile hochfeste, und damit schwere und teure Materialien, insbesondere Stähle, verwendet. Das hohe Gewicht und damit das hohe Trägheitsmoment der mit der Nockenwellendrehzahl rotierenden Massen führt zu einem deutlich erhöhten Kraftstoffverbrauch.

Durch festigkeitssteigernde Maßnahmen beispielsweise auf Grund von geometrischen Modifikationen der Bauteile, wie sie beispielsweise in der ersten Ausführungsform vorgeschlagen werden, ist es möglich auf „weichere" Materialien zurückzugreifen. Dabei stellt der Einsatz der genannten Materialien (Kunststoff, Aluminium oder Sinterstahl oder ein Verbund mit diesen Materialien) eine gewichtsoptimierte Lösung dar.

In einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad, einem mit einer Nockenwelle in Antriebsverbindung stehenden Abtriebselement und einem Taumelscheibengetriebe, welches das Drehmoment vom Antriebsrad auf das Abtriebselement überträgt, und welches zumindest eine Taumelscheibe aufweist, deren axiale Seitenflächen mit je einem Zahnkranz versehen ist, wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass die zwei Zahnkränze der Taumelscheibe aus einer gemeinsamen Verzahnung bestehen, wobei ein Zahn eines Zahnkranzes eine Zahnlücke des anderen Zahnkranzes bildet und umgekehrt.

Statt eine Verzahnung, die an einem massiven Ringsteg ausgebildet ist, vorzusehen, soll in dieser Ausführungsform die Verzahnung in Antriebsrichtung Wellenförmig ausgebildet sein. Die Zähne der Verzahnung sind in diesem Fall also hohl ausgeführt. Dies kann beispielsweise ausgehend von einer kreis- oder ringförmigen Scheibe mittels Durchstellen der Zähne eines radial außenliegenden Bereichs der Scheibe, also durch Umformprozesse, insbesondere spanlose, realisiert werden. Wird als Material Kunststoff oder Sinterstahl verwendet, so kann das Profil im Urformungsprozess durch entsprechende Ausführung des Formwerkzeugs, beispielsweise der Spritzgussform oder ähnliches, erreicht werden.

Diese Maßnahme führt ebenfalls zu einer erheblichen Gewichtsreduktion der Vorrichtung und damit der rotierenden Massen.

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 erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine,
2a die Einzelheit Z aus 1 in einer vergrößerten Darstellung,
2b die Einzelheit Z aus 1 einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform in einer vergrößerten Darstellung,
3 ein Taumelscheibe in Frontansicht,
3a eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Taumelscheibe entlang des Pfeils III,
3b eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer Taumelscheibe entlang des Pfeils III.
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 Zug mitteltrieb 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.
Die 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 ersten Kegelrad 3, einem zweiten Kegelrad 4 und einer Taumelscheibe 5. Am ersten Kegelrad 3 ist ein als Kegelradverzahnung ausgeführter erster Zahnkranz 6 ausgebildet. Die Taumelscheibe 5 ist mit zwei zweiten, als Kegelradverzahnung ausgeführten Zahnkränzen 7 ausgebildet, wobei je ein zweiter Zahnkranz 7 auf einer axialen Seitenfläche der Taumelscheibe 5 angeordnet ist. Analog zum ersten Kegelrad 3 weist das zweite Kegelrad 4 einen ersten, als Kegelradverzahnung ausgeführten Zahnkranz 6 auf. Das erste Kegelrad 3 ist mittels eines einteilig mit ihm ausgebildeten Abtriebselements 8 drehfest mit einer Nockenwelle 9 verbunden. Die Verbindung zwischen Abtriebselement 8 und Nockenwelle 9 kann mittels einer stoff-, kraft-, reib- oder formschlüssigen Verbindung realisiert sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Abtriebselement 8 mittels einer Befestigungsschraube 10 an der Nockenwelle 9 befestigt.
Das Abtriebselement 8 ist topfförmig ausgebildet, wobei ein ringförmiger Abschnitt 11 als Radiallagerstelle für ein in der dargestellten Ausführungsform als Kettenrad ausgebildetes Antriebsrad 12 dient. Das Antriebsrad 12 steht in Wirkverbindung mit einem nicht dargestellten Primärantrieb, über den ein Drehmoment von der Kurbelwelle 101 auf das Antriebsrad 12 übertragen wird. Ein derartiger Primärantrieb kann beispielsweise ein Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb sein. Das Antriebsrad 12 ist drehfest mit einem zylindermantelförmigen Gehäuse 13 verbunden, welches wiederum mit dem zweiten Kegelrad 4 drehfest verbunden ist. Die Verbindung der Bauteile kann mittels kraft-, form-, reib- oder stoffschlüssigen Verbindungen realisiert sein. Ebenfalls denkbar ist eine einteilige Ausführung der Bauteile, wie in der 1 dargestellt.
Die beiden Kegelräder 3, 4 stehen parallel zueinander und sind in axialer Richtung zueinander beabstandet. Zusammen mit dem Gehäuse 13 bilden die Kegelräder 3, 4 und das Abtriebelement 8 einen ringförmigen Hohlraum aus, in dem die Taumelscheibe 5 angeordnet ist. Mittels ersten Wälzlagern 14 ist die Taumelscheibe 5 unter einem definierten Anstellwinkel zu den Kegelrädern 3, 4 auf einer Verstellwelle 15 gelagert. Die im Wesentlichen topfförmig ausgebildete Verstellwelle 15 ist mit einem Kupplungselement 16 versehen, in die eine nicht dargestellte Welle einer ebenfalls nicht dargestellten Vorrichtung eingreift, mit der die Drehzahl der Verstellwelle 15 geregelt werden kann. Die Verstellwelle 15 stützt sich über ein zweites Wälzlager 17 auf einer drehfest mit der Nockenwelle 9 verbundenen, in der vorliegenden Ausführungsform als Hohlwelle 18 ausgebildeten Welle 18 ab. Ebenfalls denkbar ist die Lagerung der Verstellwelle 15 auf dem Schraubenkopf der Befestigungsschraube 10 und/oder eine Lagerung der Taumelscheibe 5 auf der Verstellwelle 15 mittels eines Gleitlagers.
Die unter einem definierten Anstellwinkel auf der Verstellwelle 15 angeordnete Taumelscheibe 5 greift mit einem der zweiten Zahnkränze 7 in den ersten Zahnkranz 6 des ersten Kegelrad 3 und mit dem anderen zweiten Zahnkranz 7 in den ersten Zahnkranz 6 des zweiten Kegelrads 4 ein. Dabei stehen die jeweiligen Zahnkränze 6, 7 nur in einem bestimmten Winkelbereich in Eingriff, der abhängig vom Anstellwinkel der Taumelscheibe 5 ist.
Über den Eingriff der Zahnkränze 6, 7 wird das vom Primärtrieb auf das Antriebsrad 12 und von dort auf das zweite Kegelrad 4 übertragene Drehmoment der Kurbelwelle 101 über die Taumelscheibe 5 auf das erste Kegelrad 3 und damit über das Abtriebselement 8 auf die Nockenwelle 9 übertragen.
Um die Phasenlage zwischen Nockenwelle 9 und Kurbelwelle 101 zu halten, wird die Verstellwelle 15 mit der Drehzahl des Antriebsrads 12 angetrieben. Soll die Phasenlage geändert werden, so wird die die Drehzahl der Verstellwelle 15 erhöht bzw. erniedrigt, je nachdem ob die Nockenwelle 9 relativ zur Kurbelwelle 101 vor- oder nacheilen soll. Durch die abweichende Drehzahl der Verstellwelle 15 führt die Taumelscheibe 5 eine Taumeldrehung aus, wobei die Winkelbereiche in denen die Zahnkränze 6, 7 ineinander eingreifen um die Kegelräder 3, 4 umlaufen. Bei mindestens einem der Zahnkranzpaare weisen die zwei ineinander greifenden Zahnkränze 6, 7 unterschiedliche Zähnezahlen auf. Sind die Winkelbereiche, in denen die Zahnkränze 6, 7 ineinander eingreifen einmal vollständig umgelaufen, so ergibt sich aufgrund der Differenz in der Anzahl der Zähne eine Verstellung des ersten zum zweiten Kegelrad 3, 4 und damit der Nockenwelle 9 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 Zahnkränze 6, 7 beider Zahnkranzpaare unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen. Damit ergibt sich das Verstelluntersetzungsverhältnis aus den beiden resultierenden Untersetzungsverhältnissen.
Ebenso denkbar ist, dass die Zahnkränze 6, 7 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. In diesem Fall ist ebenso denkbar als Koppelmittel statt der zweiten Zahnkranzpaarung eine Stiftkupplung vorzusehen, wobei an der Taumelscheibe 5 oder dem Antriebsrad 12/Abtriebselement 8 angebrachte oder einteilig mit dem Bauteil ausgebildete Stifte in axial verlaufende Nuten des jeweils anderen Bauteils eingreifen.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Taumelscheibe 5 und/oder zumindest eines der Kegelräder 3, 4 aus einem leichtbauenden Werkstoff, beispielsweise Aluminium, Sinterstahl oder einem Kunststoff hergestellt. Die Verwendung eines leichtbauenden Materials verringert die Masse und damit das Trägheitsmoment der mit der Nockenwellendrehzahl rotierenden Vorrichtung 1, was zu erheblichen Kraftstoffeinsparungen führt.
2a zeigt die Einzelheit Z aus 1. Dargestellt ist die Taumelscheibe 5, welche über die ersten Wälzlager 14 auf der Verstellwelle 15 gelagert ist. Die Taumelscheibe 5 besteht aus einem Nabenteil 19 und einem Verzahnungsabschnitt 20, wobei dieser einen Ringsteg 21 beinhaltet, an dem die zwei zweiten Zahnkränze 7 ausgebildet sind. Das Nabenteil 19 ist in der dargestellten Ausführungsform einteilig mit dem Verzahnungsabschnitt 20 ausgebildet. Ebenfalls denkbar ist eine Ausführungsform in der das Nabenteil 19 und der Verzahnungsabschnitt 20 separat gefertigt und kraft-, reib-, form- oder stoffschlüssig verbunden sind.
Die Verzahnung des Verzahnungsteils 20 erstreckt sich in 2a ausgehend vom radial außenliegenden Rand der Taumelscheibe 5 in Richtung Nabenteil 19, wobei die Verzahnung nicht in dem Nabenteil 19 ausläuft. Vielmehr ist ein Ringspalt 22 zwischen dem radial inneren Ende der Verzahnung und dem Nabenteil 19 vorgesehen.
2b zeigt analog 2a die Einzelheit Z einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung 1. Die Bauteile sind weitgehend identisch. Allerdings läuft die Verzahnung der zwei zweiten Zahnkränze 7 in dem Nabenteil 19 aus. Zwischen dem radial inneren Ende der Verzahnung und dem Nabenteil 19 ist hier kein Ringspalt 22 vorgesehen. Ebenso denkbar ist die Zähne nur eines Zahnkranzes 7 in dem Nabenteil 19 auslaufen zu lassen. Aufgrund der in das Nabenteil 19 übergehenden Verzahnung der zweiten Zahnkränze 7 erhöht sich das Widerstandsmoment der Taumelscheibe 5 gegen Biegungen. Die Taumelscheibe 5 kann bei gleichem Widerstandsmoment gegen Biegungen in axialer Richtung schmaler ausgeführt werden, als eine Taumelscheibe 5 nach 2a. Daraus resultieren Bauraum- und Gewichtsvorteile.
3 zeigt eine Taumelscheibe 5 in Frontansicht. In den 3a und 3b sind Draufsichten zweier verschiedener Ausführungsformen entlang des Pfeils III dargestellt.
In 3a ist eine Draufsicht auf die Taumelscheibe 5 entlang des Pfeils III der in 1 dargestellten Taumelscheibe 5 dargestellt. Ausgehend vom Ringsteg 21 erstrecken sich die Zähne 23 der zweiten Zahnkränze 7 in axialer Richtung zu beiden Seiten. Aufgrund der massiven Ausführung der Taumelscheibe 5 ist deren Masse relativ hoch.
3b zeigt eine Draufsicht entlang des Pfeils III auf die Taumelscheibe 5, die in einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Einsatz kommt. Die Zähne 23 sind in dieser Ausführungsform hohl ausgebildet. Jede Zahnlücke 24 eines zweiten Zahnkranzes 7 bildet gleichzeitig einen Zahn 23 des anderen Zahnkranzes 7 und umgekehrt. Dies kann beispielsweise durch die Anpassung der Gussform bei Kunststofftaumelscheiben 5, durch Anpassen des Presswerkzeuges bei Verwendung von Sinterstahl oder mittels Durchstellen der Zähne 23 aus einem scheibenförmigen Grundkörper erreicht werden. Auf diese Weise können Taumelscheiben 5 beispielsweise durch spanloses Umformen eines Blechteils kostengünstig hergestellt werden.
Im Vergleich zur Ausführungsform aus 3a ist die in 3b dargestellte Ausführungsform leichter und baut axial kürzer.
Natürlich ist die Anwendung der in 3a dargestellten Verzahnung nicht auf die zweiten Zahnkränze 7 der Taumelscheibe 5 beschränkt. Vielmehr ist ebenso eine analoge Ausbildung der ersten Zahnkränze 6 der Kegelräder 3, 4 möglich.
Abschließend bleibt noch anzumerken, dass natürlich Kombinationen der verschiedenen Ausführungsformen denkbar sind. Beispielsweise der Einsatz von Leichtbaumaterialien für die Taumelscheibe 5 mit der im Nabenteil 19 auslaufenden Verzahnung der zweiten Zahnkränze 7, Leichtbaumaterialien und hohl ausgebildete Zähne 23 oder an der Taumelscheibe 5 hohl ausgebildete Zähne 23, die in das Nabenteil 19 auslaufen.

1: Vorrichtung
2: Taumelscheibengetriebe
3: erstes Kegelrad
4: zweites Kegelrad
5: Taumelscheibe
6: erster Zahnkranz
7: zweiter Zahnkranz
8: Abtriebselement
9: Nockenwelle
10: Befestigungsschraube
11: Abschnitt
12: Antriebsrad
13: Gehäuse
14: erstes Wälzlager
15: Verstellwelle
16: Kupplungselement
17: zweites Wälzlager
18: Hohlwelle
19: Nabenteil
20: Verzahnungsabschnitt
21: Ringsteg
22: Ringspalt
23: Zahn
24: Zahnlücke
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 einer Brennkraftmaschine (100) mit – einem mit einer Kurbelwelle (101) in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (12), – einem mit einer Nockenwelle (9) in Antriebsverbindung stehenden Abtriebselement (8) und – einem Taumelscheibengetriebe (2), welches das Drehmoment vom Antriebsrad (12) auf das Abtriebselement (8) überträgt, – wobei das Taumelscheibengetriebe (2) eine Taumelscheibe (5) beinhaltet, – die ein Nabenteil (19) und einen ringförmig um das Nabenteil (19) umlaufenden Verzahnungsabschnitt (20) aufweist, – wobei an mindestens einer axialen Seitenfläche des Verzahnungsabschnittes (20) ein Zahnkranz (7) ausgebildet ist dadurch gekennzeichnet, – dass zumindest ein Zahn des Zahnkranzes (7) sich in radialer Richtung direkt an das Nabenteil (19) anschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nabenteil (19) einteilig mit dem Verzahnungsabschnitt (20) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nabenteil (19) und der Verzahnungsabschnitt (20) jeweils getrennt hergestellt und kraft-, form-, reib- oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (1) zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine (100) mit – einem mit einer Kurbelwelle (101) in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (12), – einem mit einer Nockenwelle (9) in Antriebsverbindung stehenden Abtriebselement (8) und – einem Taumelscheibengetriebe (2), welches das Drehmoment vom Antriebsrad (12) auf das Abtriebselement (8) überträgt und welches folgendes aufweist: – ein Kegelrad (3, 4), welches mit einem Zahnkranz (6) versehen ist und – eine Taumelscheibe (5), die mit einem Zahnkranz (7) versehen ist, – wobei die Zahnkränze (6, 7) entlang eines Winkelbereichs ineinander eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der verzahnten Bauteile (3, 4, 5) aus einem leichtbauenden Werkstoff oder einem Verbund leichtbauender Werkstoffe besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der/die leichtbauende/n Werkstoff/e aus der Gruppe Sinterstahl, Aluminium oder Kunststoff ausgewählt ist/sind.
Vorrichtung (1) zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine (100) mit – einem mit einer Kurbelwelle (101) in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (12), – einem mit einer Nockenwelle (9) in Antriebsverbindung stehenden Abtriebselement (8) und – einem Taumelscheibengetriebe (2), welches das Drehmoment vom Antriebsrad (12) auf das Abtriebselement (8) überträgt – und welches zumindest eine Taumelscheibe (5) aufweist, deren axiale Seitenflächen mit je einem Zahnkranz (7) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die zwei Zahnkränze (7) der Taumelscheibe (5) aus einer gemeinsamen Verzahnung bestehen, wobei ein Zahn (23) eines Zahnkranzes (7) eine Zahnlücke (24) des anderen Zahnkranzes (7) bildet und umgekehrt.