DE102004062072A1

DE102004062072A1 - Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004062072A1
Application number: DE102004062072A
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: CN101087931A; US7644691B2; WO2006074733A1; US20080236527A1; CN100504040C

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine (100). Es wird eine Vorrichtung (1) mit einer Einrichtung zur Drehwinkelbegrenzung vorgeschlagen, wobei diese hinsichtlich der Höhe der übertragbaren Kräfte optimiert ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Flexibilisierung der Montage der Vorrichtung (1) dahingehend, dass gleiche Bauteile in Vorrichtungen (1) mit unterschiedlichen Relativdrehwinkelbereichen eingesetzt werden können.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.

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 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 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 102 36 507 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 Nockenwellenrad, einer nockenwellenfesten Drehscheibe und einem Taumelscheibegetriebe. Das Nockenwellenrad steht in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle und ist einteilig mit einem Gehäuse ausgeführt. Die Taumelscheibe ist unter einem definierten Anstellwinkel auf einer Verstellwelle gelagert und in Antriebsverbindung mit dem Gehäuse.

Die Taumelscheibe und die Drehscheibe sind an ihren dem jeweils anderen Bauteil zugewandten, axialen Seitenflächen mit je einer Kegelradverzahnung in Form eines Zahnkranzes versehen. Dabei sind die Taumelscheibe und die Drehscheibe derart angeordnet, dass, auf Grund der Lagerung der Taumelscheibe auf der Verstellwelle unter einem bestimmten Anstellwinkel, ein Winkelsegment der Verzahnung der Taumelscheibe in ein Winkelsegment der Verzahnung der Drehscheibe eingreift. Dabei besteht eine Differenz in den Zähneanzahlen der Kegelradverzahnungen.

Die Verstellwelle steht in Antriebsverbindung mit einer Antriebseinheit, beispielsweise einem Elektromotor, die diese mit kontinuierlich regelbarer Drehzahl antreibt. Eine Verdrehung der Verstellwelle relativ zu der Drehscheibe führt zu einer Taumeldrehung der Taumelscheibe und damit zu einer Drehung des in Eingriff stehenden Winkelsegments relativ zu der Drehscheibe und der Taumelscheibe. Aufgrund der unterschiedlichen Zähnezahlen der Kegelradverzahnungen führt dies zu einer relativen Verdrehung der Nockenwelle zur Kurbelwelle.

Überschreitet der Betrag des relativen Drehwinkels zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle einen bestimmten Wert, so kann die Brennkraftmaschine nicht mehr zuverlässig arbeiten. Bei einem extremen Versatz können die Kolben auf die geöffneten Gaswechselventile schlagen, was zu einem Motorschaden führt. Derartige Phasenlagen können beispielsweise durch ein Versagen der Steuereinheit, des Antriebs der Verstellwelle oder bei Beschädigungen an der Vorrichtung selbst auftreten. Um zu vermeiden, dass der Versatz zwischen dem Drehwinkel der Kurbelwelle und dem Drehwinkel der Nockenwelle zu groß wird, sind Mittel vorgesehen um den relativen Drehwinkel der Nockenwelle zur Kurbelwelle zu begrenzen. Zu diesem Zweck ist die mit der Nockenwelle verbundene Drehscheibe mit einer Aussparung versehen, in die ein am Nockenwellerad angeordneter Anschlag eingreift. Der Anschlag kann einteilig mit dem Nockenwellerad ausgebildet oder an diesem befestigt sein.

Dieser Ausführungsform ist mit dem Nachteil behaftet, dass der Anschlag sehr massiv ausgeführt sein muss, um den hohen auftretenden Kräfte bei einer Fehlfunktion der Vorrichtung standzuhalten. Dies führt zu einer hohen Masse der Vorrichtung und hohen Produktionskosten. Weiterhin erweist sich dieses Prinzip als unflexibel bezüglich der Fertigung verschiedener Vorrichtungen mit unterschiedlichen Verstellwinkelbereichen

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einer Drehwinkelbegrenzung zu schaffen, wobei die Masse und die Kosten der Vorrichtung reduziert werden soll. Dabei sollen von der Drehwinkelbegrenzung hohe Momente übertragen werden können. Weiterhin soll es ermöglicht werden, Vorrichtungen mit unterschiedlichen Verstellwinkelbereichen mit denselben Bauteilen zu realisieren. Dies führt zu kürzeren Rüstzeiten der Produktionsmaschinen während der Herstellung und geringerer Lagerhaltung.

Zusammenfassung der Erfindung

In einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad, und mit einem Tau melscheibengetriebe, welches ein mit einer Nockenwelle in Antriebsverbindung stehendes Abtriebselement aufweist, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mehr als eine Paarung einer ersten und einer zweiten Begrenzungswand vorgesehen ist, wobei pro Paarung ein Finger vorgesehen ist, wobei jeder Finger zwischen die Begrenzungswände einer Paarung eingreift, wobei die Begrenzungswände drehfest entweder mit dem Antriebsrad oder dem Abtriebselement und die Finger drehfest mit dem anderen Bauteil verbunden sind, wobei die Begrenzungswände und die Finger derart ausgebildet und zueinander angeordnet sind, dass bei Erreichen eines maximal zulässigen Wertes der relativen Phasenlage der Kurbelwelle zur Nockenwelle jeder Finger an einer der Begrenzungswände zum Anliegen kommt.

In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aussparungen identisch ausgebildet sind.

Während eines Verstellvorgangs des Taumelscheibengetriebes werden die mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Bauteile, Gehäuse und Antriebsrad, relativ zu dem drehefest mit der Nockenwelle verbundenen Abtriebselement verdreht. Zur Drehwinkelbegrenzung sind am Abtriebselement Finger ausgebildet, wobei jeder Finger zwischen zwei Begrenzungswänden angeordnet ist. Die Begrenzungswände sind drehfest mit dem Gehäuse oder dem Antriebsrad verbunden. Ebenso denkbar ist, die Begrenzungswände einteilig mit dem Gehäuse oder dem Antriebsrad auszubilden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Finger am Gehäuse oder dem Antriebsrad auszubilden und die Begrenzungswände drehfest am Abtriebselement zu befestigen oder einteilig mit diesem auszuführen.

Findet eine Relativverdrehung zwischen dem Abtriebselement und dem Gehäuse bzw. dem Antriebsrad statt, so wandern die Finger zwischen den Begrenzungswänden in Umfangsrichtung. Die Begrenzungswände und die Finger sind derart ausgebildet und zueinander montiert, dass jeder der Finger an einer der zwei jeweiligen Begrenzungswände zum Anliegen kommt, wenn ein maximal zulässiger Relativwinkel zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle erreicht ist. Somit wird eine weitere Vergrößerung des Relativwinkels verhindert.

Durch die Ausbildung mehrerer Finger, die jeweils in eine Aussparung eingreifen, werden die zu übertragenden Momente auf mehrere Stellen verteilt und somit die Kräfte die ein Finger zu übertragen hat minimiert, was zu geringerem Verschleiß und erhöhter Lebensdauer der Vorrichtung führt.

Die Begrenzungswände können durch Aussparungen ausgebildet sein, die an einer Innen- oder Außenmantelfläche einer Anschlagscheibe ausgebildet sind. Die Anschlagscheibe kann ein separat ausgebildet Bauteil sein, welches drehfest zum Abtriebselement oder Antriebsrad an der Vorrichtung befestigt ist. Ebenso ist es denkbar die Anschlagscheibe einteilig mit dem Abtriebselement, dem Antriebsrad oder dem Gehäuse auszubilden

In einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebseinheit, die mindestens ein Antriebsrad umfasst, und mit einem Taumelscheibengetriebe, welches zumindest ein mit einer Nockenwelle in Antriebsverbindung stehendes Abtriebselement aufweist, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass drehwinkelbegrenzende Mittel vorgesehen sind, die die Relativverdrehung von Antriebsrad zum Abtriebselement begrenzen, wobei unterschiedlich große Verdrehwinkelbereiche durch die Orientierung des Abtriebselements zum Antriebsrad während der Montage der Vorrichtung eingestellt werden können.

Dazu wird die Vorrichtung mit mehreren drehwinkelbegrenzenden Mitteln versehen, wobei eine Gruppe drehfest mit dem Abtriebselement und eine zweite Gruppe drehfest mit dem Antriebsrad oder einer drehfest mit dem Antriebsrad verbundenen Komponente verbunden ist. Während der Montage kann das Abtriebselement in verschiedenen Winkelpositionen zum Antriebsrad montiert werden. Die drehwinkelbegrenzenden Mittel sind derart an der Vorrichtung ausgebildet, dass in jeder Montageposition des Antriebsrades zum Abtriebselement andere Gruppen drehwinkelbegrenzender Mittel zusammenwirken können. Wird der Verstellwinkelbereich unterschiedlicher Gruppen drehwinkelbegrenzender Mittel unterschiedlich ausgeführt, so kann durch die Positionierung des Antriebsrades zum Abtriebselement während der Montage der gewünschte Verstellwinkelbereich eingestellt werden. Die gleichen Bauteile kön nen so für Vorrichtungen mit verschiedenen Drehwinkelbereichen genutzt werden.

In einer ersten Konkretisierung dieser Erfindung ist vorgesehen, dass ein Finger und mindestens zwei Paarung einer ersten und einer zweiten Begrenzungswand vorgesehen sind, wobei die Begrenzungswände drehfest entweder mit einer Innenmantelfläche der Antriebseinheit oder einer Außenmantelfläche des Abtriebselements und der Finger drehfest mit der jeweiligen Mantelfläche des anderen Bauteil verbunden sind, wobei die Abstände zwischen den Begrenzungswänden verschiedener Paarungen unterschiedlich ausgeführt sind und der Finger im montierten Zustand der Vorrichtung zwischen den Begrenzungswänden einer der Paarungen angeordnet ist.

Die Paarungen von Begrenzungswänden können beispielsweise durch Aussparungen in einer Anschlagscheibe realisiert sein.

Die Funktionsweise dieser Ausführungsform ist ähnlich zu der Funktionsweise der ersten Ausführungsform. Wiederum sind Paarungen von Begrenzungswänden vorgesehen vorgesehen. Allerdings unterscheiden sich die Paarungen durch den Abstand derer Begrenzungswände in Umfangsrichtung. Weiterhin ist an der Vorrichtung nur ein Finger angeordnet, der in montiertem Zustand zwischen die Begrenzungswände einer der Paarungen eingreift und damit die Drehwinkelbegrenzung bildet.

Die einzelnen Bauteile der Vorrichtung sind derart ausgeführt, dass der Finger während der Montage in einer beliebigen Aussparung angeordnet werden kann. Dadurch ist der Verstellwinkelbereich jeder Vorrichtung der speziellen Anwendung anpassbar, wobei gleiche Bauteile für verschiedene Anwendungen verwendet werden können. Die Individualisierung erfolg alleine während der Montage der Vorrichtung durch das Montieren der einzelnen Bauteile in der korrekten Winkelrelation, wodurch der Finger in der korrekten Aussparung positioniert wird.

In einer zweiten Konkretisierung dieser Erfindung ist vorgesehen, dass mehr als ein Finger, eine erste und eine zweite Begrenzungswand vorgesehen sind, wobei die Begrenzungswände drehfest entweder mit einer Innenmantelfläche der Antriebseinheit oder einer Außenmantelfläche des Abtriebselements und die Finger drehfest mit der jeweiligen Mantelfläche des anderen Bauteil verbunden sind, wobei die Breite der Finger in Umfangsrichtung unterschiedlich ausgeführt ist und einer der Finger im montierten Zustand der Vorrichtung zwischen den Begrenzungswänden angeordnet ist.

Diese Konkretisierung stellt die Umkehr der ersten Konkretisierung dar. Es ist eine „Aussparung" vorgesehen, die von den Begrenzungswänden begrenzt wird. In diese „Aussparung" können Finger unterschiedlicher Breite eingepasst werden. Der Verstellwinkelbereich ergibt sich aus der Breite der „Aussparung und der Breite der Finger.

In einer dritten Konkretisierung dieser Erfindung ist vorgesehen, dass mehr als zwei Finger, eine erste und eine zweite Begrenzungswand vorgesehen sind, wobei die Begrenzungswände drehfest entweder mit einer Innenmantelfläche der Antriebseinheit oder einer Außenmantelfläche des Abtriebselements und die Finger drehfest mit der jeweiligen Mantelfläche des anderen Bauteil verbunden sind und wobei im montierten Zustand der Vorrichtung einer der Finger mit der ersten Begrenzungswand und ein anderer der Finger mit der zweiten Begrenzungswand derart zusammenwirken, dass der Verstellwinkelbereich der Vorrichtung dadurch begrenzt wird.

Der Verstellwinkelbereich wird in diesem Fall durch zwei Finger begrenzt. Jeder Finger begrenzt die Verdrehung des Antriebsrades relativ zum Abtriebselement in eine Drehrichtung. Werden mehr als zwei Finger vorgesehen sind unterschiedliche Permutationen möglich welcher Finger mit welcher Begrenzungswand zusammenwirkt. Durch die angepasste Anordnung der Finger in Umfangsrichtung der Vorrichtung können mehrere Verstellwinkelbereiche mit den gleichen Bauteilen realisiert werden.

Durch die Verwendung gleicher Bauteile für verschiedene Anwendungen werden die Produktionskosten gesenkt, da gleiche Werkzeuge verwendet werden können, Rüstzeiten entfallen und die Lagerhaltung minimiert wird.

In den beschriebenen Ausführungsformen können die Finger und die Aussparungen zum Kalibrieren des von der Steuerung erfassten Ist-Winkelwertes benutzt werden. Dazu wird die Vorrichtung solange in eine Richtung verdreht, bis die Finger sicher an jeweils einer Begrenzungswand anliegen. Anschließend werden die Nockenwellenwinkelsensoren ausgelesen und dieser Wert als Referenzwert für den Betrieb der Brennkraftmaschine benutzt.

Vorteilhafterweise sind die Begrenzungswände durch Aussparungen in einer Innen- oder Außenmantelfläche einer Anschlagscheibe ausgebildet. Die Anschlagscheibe kann als separat gefertigtes Bauteil ausgeführt und an der Vorrichtung befestig oder einteilig mit einem ihrer Bauteile ausgeführt sein. Durch die Verwendung der Anschlagscheibe erhöht sich die Steifigkeit und damit die Belastbarkeit der Begrenzungswände.

In Konkretisierungen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Begrenzungswände einteilig mit dem Antriebsrad ausgebildet sind, oder dass die Antriebseinheit ein Gehäuse enthält und die Begrenzungswände einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet sind. Dabei kann vorgesehen sein den/die Finger einteilig mit dem Abtriebselement auszubilden.

Alternativ können die Begrenzungswände einteilig mit dem Abtriebselement ausgebildet sein, wobei zusätzlich vorgesehen sein kann, dass der/die Finger einteilig mit dem Antriebsrad ausgebildet sind, oder dass die Antriebseinheit ein Gehäuse enthält und der/die Finger einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet sind.

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:
1 nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine,
1a 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,
1b eine vergrößerte Darstellung der in 1 gekennzeichneten Einzelheit Z,
2 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 1 in Frontansicht,
3 eine Darstellung der Einzelheit Z analog 1b einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine,
4 eine Darstellung der Einzelheit Z analog 1b einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine,
5 eine perspektivische Darstellung einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine,
6 eine fünfte erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine in Frontansicht,
6a eine sechste erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine in einer ersten Extremalstellung in Frontansicht,
6b eine sechste erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine in einer zweiten Extremalstellung in Frontansicht,
6c eine siebte erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine in Frontansicht,
6d eine achte erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine in Frontansicht,
7–11 verschiedene Varianten der Taumelscheibenlagerung im Längsschnitt,
12–15 verschiedene Varianten der Verstellwellenlagerung im Längsschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In 1 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.
Die 1a, 1b und 2 zeigen 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 einteilig ausgeführt. Ebenso denkbar sind eine separate Ausführung der Bauteile und eine Befestigung mittels Schrauben oder kraft-, form-, reib- oder stoffschlüssigen Verbindungsmethoden. Das Antriebsrad 13, das Gehäuse 14 und das Antriebskegelrad 3 bilden eine Antriebseinheit 13a aus, welche in Antriebsverbindung mit de Kurbelwelle 101 steht
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 16 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 aufweisen. 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.
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 20 ausgebildet. Weiterhin ist zumindest ein Teil einer Innenmantelfläche des Antriebsrades 13 bzw. des Gehäuses 14 als zweite Radiallagerfläche 21 ausgebildet. Die beiden Radiallagerflächen 20, 21 wirken als Radiallager 22 zusammen, wodurch das Antriebsrad 13 bzw. das Gehäuse 14 auf dem Abtriebselement 4 drehbar gelagert sind.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 100 darf die Phasenlage der Nockenwelle 11 relativ zur Kurbelwelle 101 nur innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs eingestellt werden. Werden höhere Winkel als die maximal zulässigen Extremalwerte eingestellt, so führt dies im schlimmsten Fall dazu, dass die Kolben der Brennkraftmaschine 100 gegen die geöffneten Gaswechselventile schlagen und damit die Brennkraftmaschine 100 funktionsunfähig wird.
Diese fehlerhaften Einstellungen der Phasenlage können beispielsweise durch Versagen der Steuerung der Vorrichtung 1 oder durch Versagen der Antriebsvorrichtung oder der Vorrichtung 1 selbst hervorgerufen werden. Um dies zu vermeiden müssen drehwinkelbegrenzende Mittel vorgesehen werden, die in diesen Ausnahmefällen ein verschieben der Phasenlage über vorgegebene Extremalwerte verhindern.
Am nockenwellenseitigen Ende des Antriebsrads 13 ist eine ringförmige Anschlagscheibe 23 befestigt. Die Anschlagscheibe 23 kann kraft-, reib-, stoff- oder formschlüssig mit dem Antriebsrad 13 verbunden sein. An ihrer radial innenliegenden Umfangsfläche ist die Anschlagscheibe 23 mit zwei sich in Umfangsrichtung und in radialer Richtung erstreckenden Aussparung 24 ausgebildet. In die Aussparung 24 erstreckt sich je ein einteilig mit dem Abtriebselement 4 ausgebildeter Finger 25. Die Finger 25 erstrecken sich ausgehend von einer ansonsten kreisrunden Begrenzungsfläche 4a des Abtriebselements 4 in radialer Richtung nach außen und können während es Urformungsprozesses des Abtriebselements 4 mit diesem ausgebildet werden.
Wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine 100 die Phasenlage zwischen der Kurbelwelle 101 und der Nockenwelle 11 mittels des Taumelschei bengetriebes 2 geändert so verdreht sich das Abtriebselement 4 relativ zum Antriebsrad 13. Als Konsequenz wird ebenso das Abtriebselement 4 relativ zur drehfest mit dem Antriebsrad 13 verbundenen Anschlagscheibe 23 verdreht. Dies hat zur Konsequenz, dass die Finger 25 ihre Position innerhalb der Aussparungen 24 verändern. Dabei sind die Finger 25 und die Aussparungen 24 derart ausgebildet, dass die Finger 25 an einer der beiden radialen Begrenzungswände 26, 27 der jeweiligen Aussparung 24 zum Anliegen kommen, wenn eine der beiden maximal zulässigen Phasenlagen der Vorrichtung 1 erreicht ist. Eine weitere Änderung der Phasenlage zu größeren Winkeln wird damit verhindert und die Brennkraftmaschine 100 vor Beschädigungen geschützt.
Weiterhin besteht die Möglichkeit weitere Funktionen in die Anschlagscheibe 23 zu integrieren, wie beispielsweise die Axiallagerung des Antriebsrades 13 bzw. des Gehäuses 14 zum Abtriebselement 4.
3 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung 1 analog der Darstellung aus 1b. Die zweite Ausführungsform ist im Wesentlichen zu der in 1a gezeigten Ausführungsform identisch. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist in der zweiten Ausführungsform das Kettenrad 13 nicht einteilig mit dem Gehäuse 14 ausgebildet, sondern drehfest mit ihm verbunden. Dies kann beispielsweise über kraft-, reib-, form- oder stoffschlüssige Verbindungen gewährleistet sein. Weiterhin ist die Anschlagscheibe 23 einteilig mit dem Antriebsrad 13 verbunden. Die Anschlagscheibe 23 ist wiederum mit Aussparungen 24 versehen, in die Finger 25 eingreifen, wobei die Finger 25 einteilig mit dem Abtriebselement 4 ausgeführt sind.
4 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung 1 gemäß der Darstellung aus 1b. Die dritte Ausführungsform ist wiederum im Wesentlichen identisch zur ersten Ausführungsform. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist hier das Antriebsrad 13 als separates Bauteil ausgebildet, welches mit dem Gehäuse 14 drehfest verbunden ist. Die Anschlagscheibe 23 ist in dieser Ausführungsform einteilig mit dem Gehäuse 14 ausgeführt und wiederum mit Aussparungen 24 ver sehen. In die Aussparungen 24 greift wiederum je ein einteilig mit dem Abtriebselement 4 ausgebildeter Finger 25 ein. Die Finger 25 erstrecken sich in dieser Ausführungsform in axialer Richtung und sind während des Urformprozesses des Abtriebselements 4 ausgebildet.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer perspektivischen Ansicht. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Anschlagscheibe 23 mit mehreren Aussparungen 24, in diesem Ausführungsbeispiel drei, versehen ist in die jeweils ein einteilig mit dem Abtriebselement 4 ausgebildeter Finger 25 eingreift. Die Aussparungen 24 sind in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet und identisch ausgeführt. Befindet sich die Vorrichtung 1 in einem Zustand in der die Nockenwelle 11 eine maximal zulässige Phasenlage zur Kurbelwelle 101 einnimmt, so liegt jeder Finger 25 an einer der Begrenzungswände 26, 27 der jeweiligen Aussparung 24 an und verhindert somit ein weiteres Verdrehen der Phasenlage über diesen Extremalwert hinaus.
Durch das Ausbilden von mehreren Fingern 25, wobei jeder Finger 25 in eine Aussparung 24 eingreift, werden die auf die Begrenzungswände 26, 27 und die Finger 25 wirkenden Kräfte minimiert, wodurch die Lebensdauer der Vorrichtung 1 erhöht wird.
6 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, wobei die Vorrichtung 1 in Frontansicht dargestellt ist. Die Anschlagscheibe 23 ist in diesem Fall wiederum mit drei Aussparungen 24 versehen. Im Gegensatz zur vierten Ausführungsform sind die Aussparungen 24 in Umfangsrichtung mit unterschiedlichen Längen ausgeführt. Am Abtriebselement 4 ist in diesem Fall nur ein Finger 25 ausgebildet, der in eine der Aussparungen 24 eingreift. Abhängig davon in welche der Aussparungen 24 der Finger 25 eingreift können unterschiedliche Verstellwinkelintervalle realisiert werden. Durch die Ausbildung der Anschlagscheibe 23 mit Aussparungen 24 unterschiedlicher Länge kann die Bauteilevielzahl in der Produktion gesenkt werden. Werden beispielsweise Vorrichtungen 1 für die Einlassnockenwelle und die Auslassnockenwelle benötigt, wobei die Vorrichtung 1 für die Einlassnockenwelle einen anderen Verstellwinkelbe reich aufweisen soll als die Vorrichtung 1 für die Auslassnockenwelle, so können für beide Vorrichtungen 1 die selben Abtriebselemente 4 verwendet werden, wobei den verschiedenen Verstellwinkelintervallen dadurch Rechnung getragen wird, dass der Finger 25 in die jeweilige Aussparung 24 eingreift. Dadurch werden die Kosten in der Produktion gesenkt, da beide Abtriebselemente 4 mit dem gleichen Werkzeug gefertigt werden können.
Die 6a und 6b zeigen eine sechste Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform sind drei Finger 25 ausgebildet. Weiterhin sind drei Aussparungen 24 ausgebildet. Jeder Finger 25 greift in eine Aussparung 24 ein. Dabei sind zwei Aussparungen 24 als Begrenzungsaussparungen 24a und eine als Leeraussparung 24b ausgebildet.
6a zeigt die Vorrichtung 1 in einer Stellung, in der sich das Abtriebselement 4 in einer seiner zwei Extremalstellungen zum Antriebsrad 13 befindet. Ein Finger 25 liegt an einer Begrenzungswand 26 der zugehörigen Begrenzungsaussparung 24a an, während sich die anderen Finger 25 innerhalb der jeweiligen Aussparung 24 befinden.
6b zeigt die Vorrichtung 1 in der zweiten Extremalstellungen. In diesem Fall liegt der andere Finger 25 einer Begrenzungswand 27 der zugehörigen Begrenzungsaussparung 24a an, während sich die anderen Finger 25 innerhalb der jeweiligen Aussparung 24 befinden.
In diesem Fall sind zwei der Finger 25 im Zusammenspiel mit der jeweiligen Begrenzungsaussparung 24a für die Verstellwinkelbegrenzung verantwortlich, wobei einer der Finger 25 den Verstellwinkel in die eine und der andere Finger 25 den Verstellwinkel in die andere Drehrichtung begrenzt. Durch angepasste Anordnung der Finger 25 und korrekte Positionierung des Abtriebselements 4 zum Antriebsrad 13 können unterschiedliche Fingerpaare die Verstellwinkelbegrenzungsfunktion, mit verschiedenen Verstellwinkelbereichen, übernehmen. Als Alternative zu der dargestellten Ausführungsform können, statt der Verwendung der Anschlagscheibe, Nasen 23a an der Vorrichtung ausgebildet sein, was in 6d dargestellt ist. Die Nasen 23a bilden Begrenzungswände 26, 27 analog zu den Aussparungen 24 aus. Diese Modifikation kann natürlich auch bei allen anderen beschriebenen Ausführungsformen angewendet wer den. Vorteil dieser Ausführung ist eine weitere Reduktion der Masse der Vorrichtung 1. Die Nasen 23a können einteilig mit dem Abtriebselement 4, dem Antriebsrad 13 oder einem drehfest mit einem der beiden Bauteile verbundenen Bauteil ausgeführt sein. Ebenso denkbar sind separat gefertigte Nasen 3a, welche drehfest, beispielsweise mittels Schraubverbindungen oder reib-, kraft-, stoff- oder formschlüssigen Verbindungen, an einem Bauteil der Vorrichtung 1 befestigt sind.
6c zeigt eine siebte Ausführungsform der Erfindung, wobei die Vorrichtung 1 in Frontansicht dargestellt ist. Die Anschlagscheibe 23 ist in diesem Fall mit zwei Aussparungen 24 versehen. Eine der Aussparungen 24 ist als in Umfangsrichtung kürzere Begrenzungsaussparung 24a und die zweite Aussparung 24 ist als in Umfangsrichtung längere Leeraussparung 24b ausgebildet. Am Abtriebselement 4 sind in diesem Fall drei Finger 25 ausgebildet, wobei die Finger 25 in Umfangsrichtung unterschiedliche Breiten a, b, c aufweisen. Im montierten Zustand der Vorrichtung 1 greift einer der Finger 25 in die Begrenzungsaussparung 24a und die beiden anderen Finger 25 in die Leeraussparung 24b ein. Dabei sind die Finger 25 und die Begrenzungsaussparung 24b derart ausgeführt, dass durch das Zusammenwirken des jeweiligen Fingers 25 mit der Begrenzungsaussparung 24a ein definierter Verstellwinkelbereich realisiert ist. Dabei ist vorgesehen die Länge der Leeraussparung 24b in Umfangsrichtung derart auszuführen, dass die darin angeordneten Finger 25 nicht an einer ihrer Begrenzungswände 26, 27 zum Anliegen kommen. Während der Montage der Vorrichtung 1 kann das Abtriebselement 4 in drei Positionen relativ zur Anschlagscheibe 23 positioniert werden. In jeder Position greift ein anderer der Finger 25 in die Begrenzungsaussparung 24a ein, wodurch in dieser Ausführungsform mit den gleichen Teilen drei verschiedene Verstellbereiche eingestellt werden können. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Leeraussparung 24b derart ausgeführt ist und die Finger 25 derart angeordnet sind, dass zumindest in einer relativen Positionierung des Abtriebselements 4 zur Anschlagscheibe 23 je einer der in der Leeraussparung 24b positionierten Finger 25 an einer ihrer Begrenzungswände 26, 27 zum Anliegen kommt, wenn der in der Begrenzungsaussparung 24a positionierte Finger 25 an einer Begrenzungswand 26, 27 der Begrenzungsaussparung 24a zum Anliegen kommt.
Selbstverständlich können die in den 1a, 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen die Merkmale der in den 5 und 6, 6a–c dargestellten Ausführungsformen aufweisen.
Die 7 bis 11 zeigen verschiedene Ausführungsformen des ersten Wälzlagers 15, über das die Taumelscheibe 5 auf der Verstellwelle 16 gelagert ist. 7 zeigt ein zweireihiges Schrägkugellager 28. 8 zeigt eine spezielle Ausführungsform eines zweireihigen Schrägkugellagers 28, wobei nur ein Außenring 29 einteilig ausgeführt ist, während zwei Innenringe 30 vorgesehen sind. Der Vorteil dieser Variante gegenüber der in 7 dargestellten Variante besteht darin, dass eine höhere Anzahl von Kugeln verwendet werden kann und dass höhere Schulterhöhen der Schultern 31 realisiert werden können.
Das Betriebsspiel der beiden Lager wird nur durch die Lagerluft und die Reduzierung des Spiels durch den Pressverband des Innen- und des Außenrings 29, 30 mit der Verstellwelle 16 und der Taumelscheibe 5 bestimmt und ist kleiner 0,1 mm. Der Abstand zwischen den Kugelreihen wird durch den entsprechenden Abstand der Laufbahnen im Lager bestimmt. Die Abstützung der auftretenden Axialkräfte erfolgt im Lager selbst. Während in der Ausführungsform aus 7 der Winkel zwischen den Achsen von Taumelscheibe 5 und Getriebe sowie leichte Pressverbände der Lagerringe 29, 30 eine zusätzliche Sicherung des Lagers gegen Verrutschen überflüssig machen, ist in der Ausführungsform in 8 zusätzlich ein Sprengring 32 vorgesehen.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform des ersten Wälzlagers 15, wobei es sich hierum wiederum um ein zweireihiges Schrägkugellager 28 handelt, wobei in diesem Fall eine Außenmantelfläche der Verstellwelle 16 als Laufbahn für die Wälzkörper 28a des Schrägkugellagers 28 dient. Mit dieser Variante werden die Anzahl der Bauteile und damit die Produktionskosten reduziert. Gleichzeitig ist durch den Einsatz des Außenrings 29 keine Wärmebehandlung der Taumelscheibe 5 erforderlich, was einen wärmeeintragbedingten Verzug verhindert und damit zu höherer Genauigkeit der Verzahnung führt. Weiterhin kann bei Einsatz eines derartigen Lagers die Taumelscheibe 5 aus einem leichtbauenden Material, bei beispielsweise Aluminium oder Kunststoff, ausgeführt sein.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform des ersten Wälzlagers 15. In dieser Ausführungsform dient eine Innenmantelfläche der Taumelscheibe 5 und eine Außenmantelfläche der Verstellwelle 16 als Lauffläche für die Wälzkörper 28a. Dabei handelt es sich in diesem Fall wiederum um ein zweireihiges Schrägkugellager 28. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Funktionsflächen für die Zentrierung des Lagers entfallen, wodurch die Kosten bei der Herstellung der Vorrichtung 1 reduziert werden können.
Ebenso denkbar ist der Einsatz eines Kegelrollenlagers 33, wie in der 11 dargestellt.
Alle dargestellten Ausführungsformen des ersten Wälzlagers 15 können generell in O-, X- und Tandemanordnung und mit oder ohne Lagerkäfig 37 ausgeführt sein.
Die 12 bis 15 zeigen verschiedene Ausführungsformen des zweiten Wälzlagers 18. In den 12 bis 14 sind jeweils Nadellager 34 eingesetzt. In 12 sind zwei separate, als Nadelhülsen ausgeführte Nadellager 34 verwendet, wobei eine Außenmantelfläche der Hohlwelle 19 die innere Laufbahn und eine Hülse 34a die äußere Lauffläche für die Wälzkörper 28a bilden. 13 zeigt eine Ausführungsform eines doppelreihigen Nadellagers 34 in der Ausführungsform einer Nadelhülse. 14 zeigt eine zur 13 analoge Ausführungsform, wobei das Nadellager 34 mit einem Fortsatz 35 ausgebildet ist, wobei der Fortsatz 35 als Abstandshalter für die axiale Bestimmung der Nadelhülse dient. Der integrierte Fortsatz 35 kann zugleich Ausstanzungen oder Bohrungen 36 aufweisen, die einen Öldurchfluss radial durch den Fortsatz 35 erlauben. Alternativ wäre es auch vorstellbar, einen Lagerkäfig 37 mit dem Lagergehäuse zu verlängern.
Die Nadellager 34 können mittels Sprengringen, einem Pressverband, Verstemmen der Hülse 34a in der Bohrung, Rändelung der Hülse 34a oder Klebverband fixiert werden.
15 zeigt eine weitere Ausführungsform des zweiten Wälzlagers 18, wobei hier ein zweireihiges Kugellager vorgesehen ist und die Laufflächen der Wälzkörper 28a an der Verstellwelle 16 einerseits und an der Hohlwelle 19 ausgebildet sind. In diesem Fall ist keine Axialsicherung erforderlich.

1: Vorrichtung
2: Taumelscheibengetriebe
3: Antriebskegelrad
4: Abtriebselement
4a: Begrenzungsfläche
5: Taumelscheibe
6: erster Zahnkranz
7: zweiter Zahnkranz
8: dritter Zahnkranz
9: Verzahnungsträger
10: vierter Zahnkranz
11: Nockenwelle
12: erstes Befestigungsmittel
12a: Befestigungsschraube
13: Antriebsrad
13a: Antriebseinheit
14: Gehäuse
14a: Hohlraum
15: erstes Wälzlager
16: Verstellwelle
17: Kupplungselement
18: zweites Wälzlager
19: Hohlwelle
19a: Welle
20: erste Radiallagerfläche
21: zweite Radiallagerfläche
22: Radiallager
23: Anschlagscheibe
23a: Nase
24: Aussparung
24a: Begrenzungsaussparung
24b: Leeraussparung
25: Finger
26: erste Begrenzungswand
27: zweite Begrenzungswand
28: Schrägkugellager
28a: Wälzkörper
29: Außenring
30: Innenring
31: Schulter
32: Sprengring
33: Kegelrollenlager
34: Nadellager
34a: Hülse
35: Fortsatz
36: Bohrung
37: Lagerkäfig
100: Brennkraftmaschine
101: Kurbelwelle
102: Kolben
103: Zylinder
104: Zugmitteltrieb
105: Zugmitteltrieb
106: Einlassnockenwelle
107: Auslassnockenwelle
108: Nocke
109: Nocke
110: Einlassgaswechselventil
111: Auslassgaswechselventil
a: Breite
b: Breite
c: Breite

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 ein mit einer Nockenwelle (11) in Antriebsverbindung stehendes Abtriebselement (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – mehr als eine Paarung einer ersten und einer zweiten Begrenzungswand (26, 27) vorgesehen ist, wobei – pro Paarung ein Finger (25) vorgesehen ist, wobei jeder Finger (25) zwischen die Begrenzungswände (26, 27) einer Paarung eingreift, wobei – die Begrenzungswände (26, 27) drehfest entweder mit dem Antriebsrad (13) oder dem Abtriebselement (4) und die Finger (25) drehfest mit dem anderen Bauteil verbunden sind, – wobei die Begrenzungswände (24) und die Finger (25) derart ausgebildet und zueinander angeordnet sind, dass bei Erreichen eines maximal zulässigen Wertes der relativen Phasenlage der Kurbelwelle (101) zur Nockenwelle (11) jeder Finger (25) an einer der Begrenzungswände (26, 27) zum Anliegen kommt.
Vorrichtung (1) zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine (100) mit – einem mit einer Kurbelwelle (101) in Antriebsverbindung stehenden Antriebseinheit (13a), die mindestens ein Antriebsrad (13) umfasst, und mit – einem Taumelscheibengetriebe (2), welches zumindest ein mit einer Nockenwelle (11) in Antriebsverbindung stehendes Abtriebselement (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass drehwinkelbegrenzende Mittel vorgesehen sind, die die Relativverdrehung von Antriebsrad (13) zum Abtriebselement (4) begrenzen, wobei unterschiedlich große Verdrehwinkelbereiche durch die Orientierung des Abtriebselements (4) zum Antriebsrad (13) während der Montage der Vorrichtung (1) eingestellt werden können.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Finger (25) und mindestens zwei Paarung einer ersten und einer zweiten Begrenzungswand (26, 27) vorgesehen sind, – wobei die Begrenzungswände (26, 27) drehfest entweder mit einer Innenmantelfläche der Antriebseinheit (13a) oder einer Außenmantelfläche des Abtriebselements (4) und der Finger (25) drehfest mit der jeweiligen Mantelfläche des anderen Bauteil verbunden sind, – wobei die Abstände zwischen den Begrenzungswänden (26, 27) verschiedener Paarungen unterschiedlich ausgeführt sind und – der Finger (25) im montierten Zustand der Vorrichtung (1) zwischen den Begrenzungswänden (26, 27) einer der Paarungen angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – mehr als ein Finger (25), eine erste und eine zweite Begrenzungswand (26, 27) vorgesehen sind, – wobei die Begrenzungswände (26, 27) drehfest entweder mit einer Innenmantelfläche der Antriebseinheit (13a) oder einer Außenmantelfläche des Abtriebselements (4) und die Finger (25) drehfest mit der jeweiligen Mantelfläche des anderen Bauteil verbunden sind, – wobei die Breite der Finger (25) in Umfangsrichtung unterschiedlich ausgeführt ist und – einer der Finger (25) im montierten Zustand der Vorrichtung (1) zwischen den Begrenzungswänden (26, 27) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – mehr als zwei Finger (25), eine erste und eine zweite Begrenzungswand (26, 27) vorgesehen sind, – wobei die Begrenzungswände (26, 27) drehfest entweder mit einer Innenmantelfläche der Antriebseinheit (13a) oder einer Außenmantelfläche des Abtriebselements (4) und die Finger (25) drehfest mit der jeweiligen Mantelfläche des anderen Bauteil verbunden sind und wobei – im montierten Zustand der Vorrichtung (1) einer der Finger (25) mit der ersten Begrenzungswand (26) und ein anderer der Finger (25) mit der zweiten Begrenzungswand (27) derart zusammenwirken, dass der Verstellwinkelbereich der Vorrichtung dadurch begrenzt wird.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungswände (26, 27) durch Aussparungen (24) in einer Innen- oder Außenmantelfläche einer Anschlagscheibe (23) ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungswände (26, 27) einteilig mit dem Antriebsrad (13) ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (13a) ein Gehäuse (14) enthält und die Begrenzungswände (26, 27) einteilig mit dem Gehäuse (14) ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Finger (25) einteilig mit dem Abtriebselement (4) ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungswände (26, 27) einteilig mit dem Abtriebselement (4) ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Finger (25) einteilig mit dem Antriebsrad (13) ausgebildet sind oder dass die Antriebseinheit (13a) ein Gehäuse (14) enthält und der/die Finger (25) einteilig mit dem Gehäuse (14) ausgebildet sind.