DE102008022932B4

DE102008022932B4 - Montageanordnung eines Phasenstellers und Phasensteller

Info

Publication number: DE102008022932B4
Application number: DE102008022932.6A
Authority: DE
Inventors: Falko Arnold; Mike Kohrs; Jens Schäfer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2021-08-05
Anticipated expiration: 2028-05-10
Also published as: DE102008022932A1

Abstract

Montageanordnung (1) eines Phasenstellers (2, 21) für eine Brennkraftmaschine, welche umfasst:- ein mit einer ersten Welle in Antriebsverbindung bringbares Antriebsteil (5, 9, 18),- ein an einer zweiten Welle (4) drehfest montierbares Abtriebsteil (8), das drehverstellbar zum Antriebsteil (5, 9, 18) gelagert ist,- einen von einem Aktuator (3) über ein Stellelement (6) betätigten Stellmechanismus (10, 11, 12), durch den ein Drehmoment vom Antriebsteil (5, 9, 18) zum Abtriebsteil (8) übertragbar und eine Phasenlage zwischen dem Antriebsteil (5, 9, 18) und dem Abtriebsteil (8) verstellbar ist,- ein Verbindungsmittel (26) zur lösbar drehfesten Verbindung des Antriebsteils (5, 9, 18) und des Abtriebsteils (8), das mit dem Stellelement (6) und mit dem Antriebsteil (5, 9, 18) oder dem Abtriebsteil (8) jeweils kraft- und/oder formschlüssig verbunden bzw. verbindbar ist, wobei das Verbindungsmittel (26) mit wenigstens einer ersten Ausnehmung (27) und das Stellelement (6) mit wenigstens einer zweiten Ausnehmung (23) versehen sind, wobei die ersten und zweiten Ausnehmungen (27, 23) so angeordnet sind, dass wenigstens ein Paar einer der ersten Ausnehmungen (27) und einer der zweiten Ausnehmungen (23) in eine fluchtende Anordnung gebracht werden kann und die zueinander fluchtenden Ausnehmungen (27, 23) in Form von Gewindebohrungen ausgebildet sind, in die jeweils eine die beiden Gewindebohrungen überbrückende Gewindeschraube als ein erstes Verbindungselement (28) eingeschraubt bzw. einschraubbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik und betrifft eine Montageanordnung eines Phasenstellers für eine Brennkraftmaschine sowie einen Phasensteller.
Stand der Technik
In Brennkraftmaschinen werden Gaswechselventile durch eine von einer Kurbelwelle angetriebene Nockenwelle mechanisch betätigt. Über eine Änderung der relativen Drehlage (Phasenlage) zwischen Nocken- und Kurbelwelle kann auf die durch Anordnung und Form der Nocken vorgegebenen Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile gezielt Einfluss genommen werden, wodurch eine Reihe vorteilhafter Effekte erreicht werden kann, wie eine Verminderung des Schadstoffausstoßes, eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs und eine Erhöhung von Wirkungsgrad, Maximaldrehmoment und Maximalleistung der Brennkraftmaschine.
Eine Änderung der Phasenlage zwischen Kurbel- und Nockenwelle wird in modernen Brennkraftmaschinen durch Einsatz von Nockenwellenverstellern erreicht, welche den Fachleuten auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik als solche hinlänglich bekannt und in der einschlägigen Patentliteratur ausführlich beschrieben sind.
Allgemein umfassen Nockenwellenversteller ein mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehendes Antriebsteil, ein nockenwellenfestes Abtriebsteil und einen zwischen An- und Abtriebsteil geschalteten Stellmechanismus, welcher das Drehmoment vom Antriebsteil auf das Abtriebsteil überträgt und eine Verstellung und Fixierung der Phasenlage zwischen An- und Abtriebsteil ermöglicht.
Bei hydraulischen Nockenwellenverstellern umfasst der Stellmechanismus eine Mehrzahl zwischen An- und Abtriebsteil geformte Druckräume, die zur Verstellung der Phasenlage zwischen diesen beiden gezielt hydraulisch/pneumatisch beaufschlagbar sind. Hydraulische Nockenwellenversteller sind beispielsweise in den Druckschriften DE 20 2005 008 264 U1 , EP 1 596 040 A2 , DE 10 2005 013 141 A1 und DE 199 08 934 A1 der Anmelderin eingehend beschrieben.
Bei nicht-hydraulischen oder nicht primär hydraulischen Nockenwellenverstellern ist der Stellmechanismus mit einem Aktuator (z. B. Elektromotor, elektrische oder mechanische Bremse) zu dessen Betätigung gekoppelt. Der Stellmechanismus selbst kann in vielfältiger Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Dreiwellengetriebe oder Mehrgelenke- bzw. Koppelgetriebe, insbesondere in Form eines Taumelscheiben-, Exzenter-, Planeten-, Well-, Kurvenscheiben- oder Reibrädergetriebes. Beispielhaft hierfür seien die internationale Patentanmeldung WO 2006/ 074 736 A1 und die deutsche Patentanmeldung DE 102 24 446 A1 der Anmelderin genannt, worin ein Nockenwellenversteller mit einem Elektromotor bzw. Bremse als Aktuator zur Verstellung eines Dreiwellengetriebes beschrieben sind.
Weitere Nockenwellenversteller gehen aus DE 10 2004 051 424 A1 und DE 10 2005 036 707 A1 hervor.
Bei aktuatorbetätigten Stellmechanismen wirkt der Aktuator über ein Stellelement, in der Regel eine Stellwelle, auf den Stellmechanismus ein, um Antriebs- und/oder Bremsleistung zur Verstellung der Phasenlage zwischen An- und Abtriebsteil zur Verfügung zu stellen.
Nockenwellenversteller werden meist stirnseitig an der Nockenwelle montiert, beispielsweise unter Verwendung einer entlang einer gemeinsamen Drehachse von An- und Abtriebsteil angeordneten Zentralschraube oder mehrerer Flanschschrauben. Zum Erreichen der gewünschten Steuerzeiten des Motors ist es notwendig, dass An- und Abtriebsteil im montierten Nockenwellenversteller eine definierte Phasenlage haben. Dies bedeutet, dass bei der Montage des Nockenwellenverstellers eine definierte Phasenlage zwischen An- und Abtriebsteil aufrechterhalten werden muss, was jedoch in der industriellen Serienfertigung nur schwierig zu bewerkstelligen ist, da sich die Phasenlage von An- und Abtriebsteil durch die bei der Montage ausgeübten äußeren Kräfte, beispielsweise beim Anziehen der Zentralschraube oder beim Einrichten der Antriebsverbindung zwischen Kurbelwelle und Antriebsteil, verstellen kann. Dies kann in nachteiliger Weise zur Folge haben, dass die Brennkraftmaschine nicht ordnungsgemäß arbeitet, da der Gaswechsel nicht zu den vorgesehenen Zeitpunkten erfolgt. Schlimmstenfalls kann die Brennkraftmaschine hierdurch beschädigt oder sogar irreversibel zerstört werden.
In hydraulischen Nockenwellenverstellern kann diesem Problem begegnet werden, wenn eine spezielle Verriegelungseinrichtung zur drehfesten Verriegelung von An- und Abtriebsteil in einer als „Basisposition“ bezeichneten, für den Start der Brennkraftmaschine thermodynamisch günstigen Phasenlage eingebaut ist. Der Grund für eine solche Verriegelungseinrichtung ist, dass bei einer ungenügenden Druckmittelversorgung, wie dies während der Startphase der Brennkraftmaschine der Fall ist, von der Nockenwelle übertragene Wechselmomente zu heftigen unkontrollierten Bewegungen zwischen An- und Abtriebsteil führen, welche zur Folge haben, dass die Brennkraftmaschine nicht startet oder unruhig läuft. Wird eine solche Verriegelungseinrichtung vor Montage des Nockenwellenverstellers verriegelt, so ist die Phasenlage zwischen An- und Abtriebsteil während der Montage des Nockenwellenverstellers fixiert. Jedoch sind diese Verriegelungseinrichtungen technisch aufwändig und somit teuer in der Fertigung, so dass sie nicht immer in hydraulische Nockenwellenversteller eingebaut werden. Zudem schränken sie den fixierbaren Verstellwinkel zwischen An- und Abtriebsteil auf die Basisposition ein, was nicht erwünscht sein kann. Hinzu kommt, dass die Verriegelungseinrichtung einen relativ hohen Montageaufwand verlangt, da alle im Kraftfluss liegenden Bauteile sehr genau positioniert werden müssen.
In nicht-hydraulisch oder nicht primär hydraulisch betätigten Nockenwellenverstellern, bei denen der Stellmechanismus durch einen Aktuator betätigt werden kann, ist gewöhnlich keine Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung in Basisposition eingebaut, da diese über keine entsprechende Druckmittelversorgung verfügen oder die Fertigungskosten hierfür zu hoch sind. Für derartige Nockenwellenversteller sind bislang keine besonderen Vorkehrungen zur Fixierung einer gewünschten Phasenlage von An- und Abtriebsteil bei der Montage des Nockenwellenverstellers an der Nockenwelle vorgesehen. In diesem Fall erfolgt lediglich eine manuelle Justierung des Verstellwinkels von An- und Abtriebsteil, was jedoch, wie oben bereits dargelegt wurde, die Gefahr großer Steuerzeitenfehler birgt, da eine manuelle Justierung bzw. Aufrechterhaltung der Phasenlage wesentlich vom Geschick des Monteurs abhängt.
Aufgabe der Erfindung
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Montageanordnung zur Montage eines Phasenstellers für eine Brennkraftmaschine mit einem aktuatorbetätigten Stellmechanismus zur Verstellung der Phasenlage zwischen An- und Abtriebsteil zur Verfügung zu stellen, welche eine Montage des Phasenstellers an der Nockenwelle mit einer definierten Phasenlage zwischen An- und Abtriebsteil zuverlässig und technisch einfach ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Montageanordnung eines Phasenstellers bzw. einen Phasensteller für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben. Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch Vorrichtungen gemäß den nebengeordneten Ansprüchen 6 und 8.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Montageanordnung zur Montage eines Phasenstellers an einer Welle einer Brennkraftmaschine gezeigt. Die Montageanordnung umfasst den Phasensteller, der mit einem mit einer ersten Welle (beispielsweise Kurbelwelle) in Antriebsverbindung stehenden bzw. bringbaren Antriebsteil und einem an einer zweiten Welle (beispielsweise Nockenwelle) drehfest montierten bzw. montierbaren Abtriebsteil versehen ist. Über einen zwischen An- und Abtriebsteil geschalteten Stellmechanismus kann ein Drehmoment vom An- zum Abtriebsteil übertragen und eine relative Drehlage (Phasenlage) zwischen An- und Abtriebsteil eingestellt werden. Der Stellmechanismus steht mit einem Aktuator über ein Stellelement (beispielsweise Stellwelle) in Wirkverbindung. Die Montageanordnung umfasst weiterhin ein Verbindungsmittel, durch welches das Antriebsteil und das Abtriebsteil lösbar drehfest miteinander verbunden bzw. verbindbar sind.
Das Verbindungsmittel zur drehfesten Verbindung von An- und Abtriebsteil ermöglicht erstmalig eine zuverlässige und einfache Montage des aktuatorbetätigten Phasenstellers an einer Welle, ohne dass die Gefahr einer unbeabsichtigten Verstellung der Phasenlage zwischen An- und Abtriebsteil besteht.
Bei der erfindungsgemäßen Montageanordnung ist das Verbindungsmittel mit dem Stellelement und mit einem Teil, gewählt aus An- oder Abtriebsteil, jeweils kraft- und/oder formschlüssig verbunden bzw. verbindbar. Zu diesem Zweck sind das Verbindungsmittel mit wenigstens einer (beispielsweise radialen) ersten Ausnehmung und das Stellelement mit wenigstens einer (beispielsweise radialen) zweiten Ausnehmung versehen, wobei die ersten und zweiten Ausnehmungen so angeordnet sind, dass wenigstens ein Paar aus einer ersten Ausnehmung und einer zweiten Ausnehmung in eine fluchtende Anordnung gebracht werden kann. In die zueinander fluchtend angeordneten ersten und zweiten Ausnehmungen ist ein die beiden Ausnehmungen überbrückendes erstes Verbindungs- bzw. Fixierelement eingebracht bzw. kann in diese eingebracht werden.
Insbesondere in diesem Fall können das Verbindungsmittel mit wenigstens einer (beispielsweise axialen) dritten Ausnehmung und das mit dem Verbindungsmittel formschlüssig verbundene Teil, gewählt aus An- und Abtriebsteil, mit wenigstens einer (beispielsweise axialen) vierten Ausnehmung versehen sein, wobei die dritten und vierten Ausnehmungen so angeordnet sind, dass wenigstens ein Paar aus einer dritten Ausnehmung und einer vierten Ausnehmung in eine fluchtende Anordnung gebracht werden kann. In die zueinander fluchtend angeordneten dritten und vierten Ausnehmungen ist ein die beiden Ausnehmungen überbrückendes zweites Verbindungs- bzw. Fixierelement eingebracht bzw. kann in diese eingebracht werden.
Die zueinander fluchtend angeordneten Ausnehmungen sind in Form von Gewindebohrungen ausgebildet, in die jeweils eine die beiden Gewindebohrungen überbrückende Gewindeschraube eingeschraubt bzw. einschraubbar ist.
Das mit dem Verbindungsmittel formschlüssig verbundene Teil, gewählt aus An- und Abtriebsteil, ist vorteilhaft mit einer Mehrzahl ringförmig um das Verstellelement angeordneten vierten Ausnehmungen versehen. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn der Stellmechanismus so ausgebildet ist, dass das Stellelement über eine Drehzahluntersetzung eine Verstellung der relativen Drehlage zwischen An- und Abtriebsteil bewirkt, da dann - entsprechend dem Wert der Drehzahluntersetzung - durch eine relativ große Verstellung des Stellelements eine relativ kleine Verstellung des Abtriebsteils und somit eine genaue Einstellung der Phasenlage zwischen An- und Abtriebsteil ermöglicht ist.
Alternativ kann eine technisch einfach zu realisierende drehfeste Verbindung von Stellelement und Verbindungsmittel in der Weise erreicht werden, dass das in Form einer Stellwelle ausgebildete Stellelement eine (bei Drehung um die Wellenachse) nicht rotationssymmetrische (beispielsweise elliptische) Form und das Verbindungselement eine hierzu komplementäre Passform aufweist.
Bei einer weiteren, technisch einfachen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Montageanordnung kann das Verbindungsmittel in Form eines biegbaren Biegeteils (zum Beispiel Stahlblech) ausgebildet sein, das mit einem Teil, gewählt aus An- oder Abtriebsteil, fest verbunden und in eine beispielsweise nutförmige Ausnehmung des Stellelements greift bzw. durch Biegen in Eingriff gebracht werden kann, um hierdurch eine Verdrehsicherung von Stellelement und An- oder Abtriebsteil zu realisieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Montageanordnung zur Montage eines Phasenstellers (beispielsweise Nockenwellenversteller) an einer Welle (beispielsweise Nockenwelle) einer Brennkraftmaschine gezeigt. Die Montageanordnung umfasst den Phasensteller, der mit einem mit einer ersten Welle (beispielsweise Kurbelwelle) in Antriebsverbindung stehenden bzw. bringbaren Antriebsteil und einem an einer zweiten Welle (beispielsweise Nockenwelle) drehfest montierten bzw. montierbaren Abtriebsteil versehen ist. Ein zwischen An- und Abtriebsteil geschalteter Stellmechanismus dient einerseits zur Übertragung eines Drehmoments vom An- zum Abtriebsteil und andererseits zur Einstellung einer Phasenlage zwischen An- und Abtriebsteil. Der Stellmechanismus kann mit einem Aktuator über ein Stellelement (beispielsweise Stellwelle) in Wirkverbindung stehen.
In der erfindungsgemäßen Montageanordnung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist der Phasensteller, insbesondere dessen Stellmechanismus, mit einem reibungserhöhenden Zusatz versehen, durch den bewirkt wird, dass der Phasensteller einen Wirkungsgrad von weniger als 50% aufweist. Als Wirkungsgrad wird hier das Verhältnis von der vom Abtriebsteil abgegebenen Abtriebsleistung zu der am Antriebsteil zugeführten Antriebsleistung verstanden.
In der Montageanordnung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann durch den relativ niedrigen Wirkungsgrad des Phasenstellers in vorteilhafter Weise eine Verstellung der Phasenlage von An- und Antriebsteil bis zu einem (vom Wirkungsgrad abhängenden) bestimmten Drehmoment aufgrund einer Selbsthemmung des Phasenstellers verhindert werden. Die selbsthemmende Wirkung des Phasenstellers ist hierbei so ausgelegt, dass bei den üblicherweise bei der Montage des Phasenstellers ausgeübten mechanischen Kräften eine Verstellung der Phasenlage zwischen An- und Abtriebsteil vermieden wird.
Besonders vorteilhaft besteht der reibungserhöhende Zusatz aus einem bei Raumtemperatur festen, schmelzfähigen Material, dessen Schmelzpunkt so niedrig liegt, dass der Zusatz durch Schmelzen aus dem Phasensteller entfernbar ist, ohne hierdurch eine Schädigung des Phasenstellers zu bewirken. Als schmelzfähige reibungserhöhende Zusätze können beispielsweise bei Zimmertemperatur feste Fette oder Wachse eingesetzt werden. Wird der reibungserhöhende Zusatz entfernt, kann für den montierten Phasensteller der Wirkungsgrad in einfacher Weise erhöht werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Phasensteller zur Montage an einer Welle (beispielsweise Nockenwelle) einer Brennkraftmaschine gezeigt. Der Phasensteller umfasst ein mit einer ersten Welle (beispielsweise Kurbelwelle) in Antriebsverbindung stehendes bzw. bringbares Antriebsteil und ein an einer zweiten Welle (beispielsweise Nockenwelle) drehfest montiertes bzw. montierbares Abtriebsteil, das drehverstellbar zum Antriebsteil gelagert ist. Ein zwischen An- und Abtriebsteil geschalteter Stellmechanismus dient einerseits zur Übertragung eines Drehmoments vom An- zum Abtriebsteil und andererseits zur Einstellung einer Phasenlage zwischen An- und Abtriebsteil. Der Stellmechanismus kann mit einem Aktuator über ein Stellelement (beispielsweise Stellwelle) in Wirkverbindung stehen.
In dem erfindungsgemäßen Phasensteller gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist der Stellmechanismus so ausgelegt, dass er einen Wirkungsgrad von weniger als 50% aufweist. Dies kann durch eine geeignete Wahl von Stellmechanismusparametern, wie Art des Stellmechanismus, Zähnezahlen einzelner Getriebestufen und Art der Lagerungen von drehbaren Teilen des Stellmechanismus erreicht werden.
Wie bereits in der Montageanordnung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann bei einem erfindungsgemäßen Phasensteller gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung durch den geringen Wirkungsgrad des Phasenstellers eine Verstellung der Phasenlage von An- und Antriebsteil bis zu einem (vom Wirkungsgrad abhängenden) bestimmten Drehmoment aufgrund einer Selbsthemmung des Phasenstellers verhindert werden.
Figurenliste
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Gleiche bzw. gleich wirkende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Es zeigen:

1 in einer schematischen Schnittdarstellung einen an einer Nockenwelle montierten Nockenwellenversteller mit Aktuator;
2 in einer Schnittdarstellung den Nockenwellenversteller von 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine perspektivische Ansicht einer dem Aktuator zugewandten Seite einer Variante des Nockenwellenverstellers von 1;
4 in einer teilweisen Schnittdarstellung eine Montageanordnung des Nockenwellenverstellers von 3 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Sei zunächst 1 betrachtet, worin in einer schematischen Schnittdarstellung ein stirnseitig an einer Nockenwelle 4 montierter (erster) Nockenwellenversteller 2 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine gezeigt ist. Die Nockenwelle 4 ist mit einer Mehrzahl Nocken 5 zur Betätigung von Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine versehen. Wie üblich dient der Nockenwellenversteller 2 zum Verstellen einer relativen Drehwinkellage (Phasenlage) zwischen einer nicht gezeigten Kurbelwelle und der Nockenwelle 4.
Der Nockenwellenversteller 2 wird von einem hier beispielsweise als Elektromotor 3 ausgebildeten Aktuator über eine den Nockenwellenversteller 2 und den Elektromotor 3 kuppelnde Kupplungswelle 24 betätigt, wobei eine Drehzahl der Kupplungswelle 24 über den Elektromotor 3 geregelt werden kann. Der Elektromotor 3 ist motorfest am Zylinderkopf 7 oder an einem anderen motorfesten Bauteil angebracht.
In 2 ist der hier beispielsweise mit einem Dreiwellengetriebe versehene Nockenwellenversteller 2 von 1 näher dargestellt. Das Dreiwellengetriebe des Nockenwellenverstellers 2 ist in Form eines Taumelscheibengetriebes ausgebildet, das ein erstes Kegelrad 8, ein zweites Kegelrad 9 und eine Taumelscheibe 10 umfasst.
Das erste Kegelrad 8 und das zweite Kegelrad 9 sind jeweils mit einem als Kegelradverzahnung ausgeführten ersten Zahnkranz 11 versehen. Die Taumelscheibe 10 ist mit zwei zweiten, als Kegelradverzahnung ausgebildeten Zahnkränzen 12 versehen, wobei jeweils ein zweiter Zahnkranz 12 auf einer axialen Seitenfläche der Taumelscheibe 10 angeordnet ist.
Zur Befestigung des Nockenwellenverstellers 2 an der Nockenwelle 4 ist das erste Kegelrad 8 mittels einer Zentralschraube 13 drehfest mit der Nockenwelle 4 verschraubt. Ein ringförmiger Abschnitt 14 des ersten Kegelrads 8 dient als eine Radiallagerstelle für ein Kettenrad 5, das über einen Kettentrieb mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung steht. Eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Kegelrad 9 und dem Kettenrad 5 erfolgt über Befestigungsschrauben 19, die mit ihren Gewindeabschnitten durch Befestigungsbohrungen 20 des zweiten Kegelrads 9 greifen und mit dem Kettenrad 5 verschraubt sind. Das Kettenrad 5 dient somit als ein Antriebsrad zur Übertragung eines Drehmoments auf das zweite Kegelrad 9.
Zwischen den beiden Kegelrädern 8, 9 ist die Taumelscheibe 10 angeordnet, die mittels erster Wälzlager 15 unter einem definierten Anstellwinkel zu den beiden Kegelrädern 8, 9 auf der Verstellwelle 6 gelagert ist. Die Verstellwelle 6 stützt sich über ein zweites Wälzlager 16 auf einer drehfest mit der Nockenwelle 4 verbundenen Hohlwelle 17 ab.
Die Taumelscheibe 10 kämmt mit ihrem einen zweiten Zahnkranz 12 mit dem gegenüberliegenden ersten Zahnkranz 11 des ersten Kegelrads 8 und mit ihrem anderen zweiten Zahnkranz 12 mit dem gegenüberliegenden ersten Zahnkranz 11 des zweiten Kegelrads 9, wobei die Zahnkränze nur in einem bestimmten Winkelbereich miteinander kämmen, welcher vom Anstellwinkel der Taumelscheibe 10 abhängt. Bei mindestens einem der miteinander kämmenden Zahnkranzpaare weisen die beiden ineinander greifenden Zahnkränze unterschiedliche Zähnezahlen auf, wodurch eine Getriebeuntersetzung realisiert ist. Eine mit der Taumelscheibe 10 drehfest verbundene Verstellwelle 6 ist mit der Kupplungswelle 24 gekuppelt.
Wird von der Kurbelwelle auf das Kettenrad 5 ein Drehmoment übertragen, dreht das zweite Kegelrad 9 mit und das Drehmoment des zweiten Kegelrads 9 wird über die Taumelscheibe 10 auf das erste Kegelrad 8 und auf die Nockenwelle 4 übertragen. Eine Phasenlage zwischen Nocken- und Kurbelwelle kann gehalten werden, wenn die Verstellwelle 6 durch den Elektromotor 3 mit der Drehzahl des Kettenrads 5 angetrieben wird. Wird die Drehzahl der Verstellwelle 6 gegenüber der Drehzahl des Kettenrads 5 erhöht oder erniedrigt, führt die Taumelscheibe 10 eine Taumeldrehung aus, wobei die kämmenden Winkelbereiche die Kegelräder umlaufen. Bei einem vollständigen Umlauf ergibt sich aufgrund der Differenz in der Zähnezahl eine relative Verstellung der beiden Kegelräder, was eine Änderung der Phasenlage zwischen den beiden Kegelrädern bzw. eine Änderung der relativen Drehwinkellage zwischen Nocken- und Kurbelwelle zur Folge hat.
Das Taumelscheibengetriebe des Nockenwellenverstellers 2 von 2 ist so ausgebildet, dass es einen Wirkungsgrad von weniger als 50% aufweist. Dies kann durch eine entsprechende Ausgestaltung der Getriebeparameter, wie Zähnezahl der kämmenden Zahnkränze 11, 12 bzw. Auslegung der Wälzlager 15, 16 erreicht werden.
Vor einer Montage des Nockenwellenverstellers 2 an der Nockenwelle 4 wird eine gewünschte Phasenlage zwischen den beiden Kegelrädern 8, 9 eingestellt. Bei Montage des Nockenwellenverstellers 2 kann aufgrund der selbsthemmenden Wirkung des Taumelscheibengetriebes das erste Kegelrad 8 durch Anziehen der Zentralschraube 13 an der Nockenwelle 4 befestigt werden, ohne dass bei den hierbei üblicher Weise auftretenden äußeren Momenten die Gefahr besteht, dass die eingestellte Phasenlage zwischen den beiden Kegelrädern 8, 9 verstellt wird. Gleichermaßen kann unter Beibehalten der Phasenlage zwischen den beiden Kegelrädern 8, 9 das Kettenrad 5 durch Umlegen einer Antriebskette in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle gebracht werden.
Bei einer hierzu alternativen Montage des Nockenwellenverstellers 2 an der Nockenwelle 4, welche in den Figuren nicht dargestellt ist, kann der Nockenwellenversteller 2 nach Einstellen einer gewünschten Phasenlage zwischen den beiden Kegelrädern 8, 9 mit einem reibungserhöhenden Zusatz, beispielsweise ein bei Raumtemperatur festes Fett oder Wachs, versehen werden, durch den bewirkt wird, dass der Wirkungsgrad des Nockenwellenverstellers 2 verringert wird. In diesem Fall kann der Wirkungsgrad des Nockenwellenverstellers 2 bis hin zu einer Blockierung des Taumelscheibengetriebes reduziert werden, so dass bei einer Montage des Nockenwellenverstellers 2 eine Verstellung der Phasenlage zwischen den beiden Kegelrädern 8, 9 auch bei größeren äußeren Momenten zuverlässig vermieden werden kann. Der beispielsweise in Form von Fett oder Wachs vorliegende reibungserhöhende Zusatz kann durch Schmelzen aufgrund Temperaturerhöhung in einfacher Weise aus dem Nockenwellenversteller 2 entfernt werden, um den Wirkungsgrad des Nockenwellenverstellers 2 zu erhöhen. Bei Verwendung eines reibungserhöhenden Zusatzes kann der Nockenwellenversteller ohne reibungserhöhenden Zusatz auch einen Wirkungsgrad von mehr als 50% haben, solange sichergestellt ist, dass der Nockenwellenversteller 2 mit dem reibungserhöhenden Zusatz einen Wirkungsgrad von weniger als 50% hat.
Es wird nun Bezug auf die 3 und 4 genommen, worin ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert ist.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer dem Aktuator 3 zugewandten Seite eines (zweiten) Nockenwellenverstellers 21, welcher eine Variante des in 2 gezeigten ersten Nockenwellenverstellers darstellt. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die Unterschiede zu dem in 2 gezeigten ersten Nockenwellenversteller 2 erläutert. Ansonsten wird auf die zum ersten Nockenwellenversteller 2 gemachten Ausführungen Bezug genommen. Der Nockenwellenversteller 21 von 3 unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Nockenwellenversteller 2 lediglich darin, dass er einen mittels Befestigungsschrauben 19 aktuatorseitig an das zweite Kegelrad 9 angeflanschten Seitendeckel 18 aufweist und einen Wirkungsgrad von mehr als 50% hat. In 3 ist zudem eine axiale, sternförmig ausgebildete Aufnahme 22 der Verstellwelle 6 erkennbar, welche zur Kupplung mit der Kupplungswelle 24 des Elektromotors 3 dient.
In dem Nockenwellenversteller 21 greift die Verstellwelle 6 mit ihrem Endabschnitt durch eine Zentralöffnung 24 des Seitendeckels 18 hindurch und ist an ihrem Ende mit einer radialen Einkerbung 23 versehen. Weiterhin ist der Seitendeckel 18 mit einer Mehrzahl erster axialer Fixierbohrungen 25 versehen, die mit einem jeweils gleichen radialen Abstand kreisförmig um die Verstellwelle 6 angeordnet sind.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Montageanordnung 1 zur Fixierung des zweiten Nockenwellenverstellers 21 von 3 gezeigt.
Die Montageanordnung 1 umfasst neben dem in 3 gezeigten zweiten Nockenwellenversteller 21 ein auf den Endabschnitt der Verstellwelle 6 aufgeschobenes hülsenförmiges Verbindungsteil 26.
Das Verbindungsteil 26 ist mit einer radialen Fixierbohrung 27 versehen, die radial fluchtend zur Einkerbung 23 der Verstellwelle 6 angeordnet ist. In die radiale Fixierbohrung 27 des Verbindungsteils 26 ist ein radialer Fixierstift 28 eingeschoben, der in die Einkerbung 23 der Verstellwelle 6 eingreift, wodurch das Verbindungsteil 26 drehfest mit der Verstellwelle 6 verbunden wird. Die radiale Fixierbohrung 27 formt einen Passsitz für den radialen Fixierstift 28, so dass dieser in seiner Lage reibschlüssig fixiert ist, jedoch entnommen werden kann.
Das Verbindungsteil 26 ist weiterhin mit einer zweiten axialen Fixierbohrung 29 versehen, die so angeordnet ist, dass sie durch Drehen des Verbindungsteils 26 bzw. Verstellwelle 6 jeweils in eine axiale fluchtende Ausrichtung zu den ersten axialen Fixierbohrungen 25 des Seitendeckels 18 gebracht werden kann. In die zweite axiale Fixierbohrung 29 des Verbindungsteils 26 ist ein axialer Fixierstift 30 eingeschoben, der in eine gegenüberliegende erste axiale Fixierbohrung 25 eingreift, wodurch die Verstellwelle 6 und das erste Kegelrad 8 drehfest mit dem Seitendeckel 18 und mit zweiten Kegelrad 9 verbunden wird. Die zweite axiale Fixierbohrung 29 formt einen Passsitz für den axialen Fixierstift 30, so dass dieser in seiner Lage entnehmbar reibschlüssig fixiert ist.
Durch das Verbindungsteil 26 mit den beiden eingesteckten Fixierstiften 28, 30 kann somit die Phasenlage zwischen den beiden Kegelrädern 8, 9 fixiert werden. Durch die im Seitendeckel 18 geformte Mehrzahl von ersten axialen Fixierbohrungen 25 ist es ermöglicht, dass die zweite axiale Fixierbohrung 29 durch Drehen des Verbindungsteils 26 bzw. Verstellwelle 6 wahlfrei in Gegenüberstellung zu einer ersten axialen Fixierbohrung 25 gebracht wird, um so eine gewünschte Phasenlage zwischen den beiden Kegelrädern 8, 9 einzustellen und durch die beiden Fixierstifte 28, 30 zu fixieren. Über die Anzahl der ersten axialen Fixierbohrungen 25 bzw. den Relativabstand in Umfangsrichtung einander benachbarter erster axialer Fixierbohrungen 25 kann eine mögliche Verstellwinkeldifferenz zwischen den beiden Kegelrädern 8, 9 eingestellt werden. Eine besonders genaue Einstellung des Verstellwinkels kann durch die Untersetzung des Dreiwellengetriebes erreicht werden, die hier beispielsweise 1:30 beträgt, so dass bei einer Drehung der Verstellwelle 6 bzw. Verbindungshülse 26 um einen Drehwinkel von 30° das erste Kegelrad 8 zum zweiten Kegelrad 9 lediglich um einen Verstellwinkel von 1° verstellt wird.
Für eine Montage des Nockenwellenverstellers 21 an der Nockenwelle 4 wird eine gewünschte Phasenlage zwischen den beiden Kegelrädern 8, 9 eingestellt und durch Aufschieben der Verbindungshülse 26 auf die Verstellwelle 6 und Einschieben der beiden Fixierstifte 28, 30 in die zugehörigen Fixierbohrungen fixiert. Anschließend kann der Nockenwellenversteller 21 an der Stirnseite der Nockenwelle 4 montiert werden, indem die Zentralschraube 13 durch das Verbindungsteil 26 hindurch angezogen wird.
Nach erfolgter Montage des Nockenwellenverstellers 21 kann das Verbindungsteil 26 durch Herausziehen der beiden Fixierstifte 28, 29 aus den Fixierbohrungen in einfacher Weise entfernt werden, so dass die Phasenlage der beiden Kegelräder 8, 9 des Nockenwellenverstellers veränderbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Montageanordnung
2: erster Nockenwellenversteller
3: Elektromotor
4: Nockenwelle
5: Kettenrad
6: Verstellwelle
7: Zylinderkopf
8: erstes Kegelrad
9: zweites Kegelrad
10: Taumelscheibe
11: erster Zahnkranz
12: zweiter Zahnkranz
13: Zentralschraube
14: ringförmiger Abschnitt
15: erstes Wälzlager
16: zweites Wälzlager
17: Hohlwelle
18: Seitendeckel
19: Befestigungsschraube
20: Befestigungsbohrung
21: zweiter Nockenwellenversteller
22: Aufnahme
23: Einkerbung
24: Kupplungswelle
25: erste axiale Fixierbohrung
26: Verbindungsteil
27: radiale Fixierbohrung
28: radialer Fixierstift
29: zweite axiale Fixierbohrung
30: axialer Fixierstift

Claims

Montageanordnung (1) eines Phasenstellers (2, 21) für eine Brennkraftmaschine, welche umfasst: - ein mit einer ersten Welle in Antriebsverbindung bringbares Antriebsteil (5, 9, 18), - ein an einer zweiten Welle (4) drehfest montierbares Abtriebsteil (8), das drehverstellbar zum Antriebsteil (5, 9, 18) gelagert ist, - einen von einem Aktuator (3) über ein Stellelement (6) betätigten Stellmechanismus (10, 11, 12), durch den ein Drehmoment vom Antriebsteil (5, 9, 18) zum Abtriebsteil (8) übertragbar und eine Phasenlage zwischen dem Antriebsteil (5, 9, 18) und dem Abtriebsteil (8) verstellbar ist, - ein Verbindungsmittel (26) zur lösbar drehfesten Verbindung des Antriebsteils (5, 9, 18) und des Abtriebsteils (8), das mit dem Stellelement (6) und mit dem Antriebsteil (5, 9, 18) oder dem Abtriebsteil (8) jeweils kraft- und/oder formschlüssig verbunden bzw. verbindbar ist, wobei das Verbindungsmittel (26) mit wenigstens einer ersten Ausnehmung (27) und das Stellelement (6) mit wenigstens einer zweiten Ausnehmung (23) versehen sind, wobei die ersten und zweiten Ausnehmungen (27, 23) so angeordnet sind, dass wenigstens ein Paar einer der ersten Ausnehmungen (27) und einer der zweiten Ausnehmungen (23) in eine fluchtende Anordnung gebracht werden kann und die zueinander fluchtenden Ausnehmungen (27, 23) in Form von Gewindebohrungen ausgebildet sind, in die jeweils eine die beiden Gewindebohrungen überbrückende Gewindeschraube als ein erstes Verbindungselement (28) eingeschraubt bzw. einschraubbar ist.
Montageanordnung (1) nach Anspruch 1, bei welcher das Verbindungsmittel (26) mit wenigstes einer dritten Ausnehmung (29) und das mit dem Verbindungsmittel (26) formschlüssig verbundene Teil, gewählt aus dem Antriebsteil (5, 9, 18) und Abtriebsteil (8), mit wenigstens einer vierten Ausnehmung (25) versehen sind, wobei die dritten und vierten Ausnehmungen (29, 25) so angeordnet sind, dass wenigstens ein Paar aus einer dritten Ausnehmung und einer vierten Ausnehmung (29, 25) in eine fluchtende Anordnung gebracht werden kann, und wobei in die fluchtenden Ausnehmungen (25, 29) ein diese überbrückendes zweites Verbindungselement (30) eingebracht bzw. einbringbar ist.
Montageanordnung (1) nach Anspruch 2, bei welcher das mit dem Verbindungsmittel (26) formschlüssig verbundene Teil (18), gewählt aus dem Antriebsteil (5, 9, 18) und dem Abtriebsteil (8), mit einer Mehrzahl ringförmig um das Stellelement (6) angeordneter vierter Ausnehmungen (25) versehen ist.
Montageanordnung (1) nach Anspruch 3, bei welcher der Stellmechanismus so ausgebildet ist, dass er bei einer Drehung des Stellelements (6) eine drehzahluntersetzte Drehung des Abtriebsteils (8) bewirkt.
Montageanordnung (1) eines Phasenstellers (2, 21) für eine Brennkraftmaschine, welche umfasst: - ein mit einer ersten Welle in Antriebsverbindung bringbares Antriebsteil (5, 9, 18), - ein an einer zweiten Welle (4) drehfest montierbares Abtriebsteil (8), das drehverstellbar zum Antriebsteil (5, 9, 18) gelagert ist, - einen von einem Aktuator (3) über ein Stellelement (6) betätigten Stellmechanismus (10, 11, 12), durch den ein Drehmoment vom Antriebsteil (5, 9, 18) zum Abtriebsteil (8) übertragbar und eine Phasenlage zwischen dem Antriebsteil (5, 9, 18) und dem Abtriebsteil (8) verstellbar ist, - ein Verbindungsmittel (26) zur lösbar drehfesten Verbindung des Antriebsteils (5, 9, 18) und des Abtriebsteils (8), das in Form eines biegbaren Biegeteils ausgebildet ist, das mit einem Teil, gewählt aus dem Antriebsteil (5, 9, 18) oder dem Abtriebsteil (8), fest verbunden und in eine Ausnehmung des Stellelements (6) greift bzw. durch Biegen in Eingriff gebracht werden kann.
Montageanordnung eines Phasenstellers (2, 21) für eine Brennkraftmaschine, welche ein mit einer ersten Welle in Antriebsverbindung bringbares Antriebsteil (5, 9, 18) und ein an einer zweiten Welle (4) drehfest montierbares Abtriebsteil (8) umfasst, wobei das Abtriebsteil (8) drehverstellbar zum Antriebsteil (5, 9, 18) gelagert ist und mittels eines Stellmechanismus ein Drehmoment des Antriebsteils (5, 9, 18) zum Abtriebsteil (8) und eine Phasenlage zwischen dem Antriebsteil (5, 9, 18) und dem Abtriebsteil (8) verstellt werden kann, und wobei der Phasensteller (2, 21) mit einem reibungserhöhenden Zusatz versehen ist, derart, dass der Phasensteller (2, 21) einen Wirkungsgrad von weniger als 50% aufweist.
Montageanordnung nach Anspruch 6, bei welcher der reibungserhöhende Zusatz aus einem Material besteht, das eine solche Schmelztemperatur aufweist, dass es durch Schmelzen aus dem Phasensteller (2, 21) entfernbar ist.
Phasensteller (2, 21) für eine Brennkraftmaschine, welcher ein mit einer ersten Welle in Antriebsverbindung bringbares Antriebsteil (5, 9, 18) und ein an einer zweiten Welle drehfest montierbares Abtriebsteil (8) umfasst, wobei das Abtriebsteil (8) drehverstellbar zum Antriebsteil (5, 9, 18) gelagert ist und mittels eines Stellmechanismus ein Drehmoment von dem Antriebsteil (5, 9, 18) zum Abtriebsteil (8) und eine Phasenlage zwischen dem Antriebsteil (5, 9, 18) und dem Abtriebsteil (8) verstellt werden kann, bei welchem der Stellmechanismus des Phasenstellers (2, 21) einen Wirkungsgrad von weniger als 50% aufweist.