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Die
Erfindung betrifft ein Getriebegehäuse für eine Stellvorrichtung nach
dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft zudem
eine Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 6,
sowie eine Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch
8.
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Ein
Stellgetriebe zur Verstellung eines Verdichtungsverhältnisses
einer Verbrennungskraftmaschine, das ein derartiges Getriebegehäuse aufweist, muss
hohe Momente, auch Wechselmomente, auf eine Verstellwelle übertragen.
Dazu ist eine große Gesamtübersetzung
des Stellgetriebes erforderlich. Außerdem steht nur wenig Bauraum
zur Verfügung, besonders
in axialer Richtung. Diese Umstände
erzwingen die Verwendung eines mehrstufigen Stirnradgetriebes mit
einem Stahlgehäuse.
Wegen der heute bevorzugten Benutzung von Aluminium als Werkstoff
für ein
Zylinderkurbelgehäuse
der Verbrennungskraftmaschine kommt es zu Problemen mit unterschiedlichen
Wärmeausdehnungen
der Gehäusewerkstoffe.
Eine Lagerung der Wellen des Stellgetriebes im Zylinderkurbelgehäuse bringt
den Nachteil mit sich, dass sich bei zunehmender Erwärmung ein Zahnflankenspiel
stetig vergrößert, was
zu Geräuschproblemen
führt.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebegehäuse der
eingangs genannten Art zu entwickeln, das sowohl die Anforderung
des nur gering zur Verfügung
stehenden Bauraums erfüllt als
auch ein komfortablen da geräuscharmen
Betrieb realisiert.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Getriebegehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Zur Erfindung gehören
auch eine Stellvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
6 und eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs
8. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Ein
solches Getriebegehäuse
für eine
Stellvorrichtung zur Verstellung eines Verdichtungsverhältnisses
einer Verbrennungskraftmaschine bietet Möglichkeiten zur Lagerung einer
Mehrzahl an Getriebeelementen, insbesondere Zahnräder, die über einen
Stellantrieb antreibbar sind. Dadurch, dass die Getriebeelemente
an dem Getriebegehäuse
lagerbar sind, bleibt es kompakt in seiner bezüglich der Drehachse der Zahnräder radialen
und axialen Ausdehnung und ist dadurch auch bei nur gering zur Verfügung stehendem
Bauraum einsetzbar.
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Über den
erwähnten
Stellantrieb und die Getriebeelemente ist eine Verstellwelle, insbesondere eine
Exzenterwelle, zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses
der Verbrennungskraftmaschine verdrehbar. Dabei weist das Getriebegehäuse ein Lagerelement
auf, mittels welchem das Getriebegehäuse auf dieser Verstellwelle
lagerbar ist. Dies reduziert den benötigten Bauraum weiter. Darüber hinaus bleibt
das Zahnflankenspiel der Getriebeelemente auch bei Temperaturausdehnungen
immer konstant und kann daher entsprechend den fertigungstechnisch
möglichen
Toleranzen klein gehalten werden. Dies führt zu nahezu optimalen Zahnangriffen,
wodurch ein geringer Verschleiß und
ein geringes Geräusch
während
des Betriebs ermöglicht
wird. Die Verzahnung kann weiterhin optimal schmal und damit bauraumfreundlich
ausgelegt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Getriebegehäuses
verfügt
es über
zumindest ein Befestigungsteil, mittels welchem das Getriebegehäuse an einem
Zylinderkurbelgehäuse
der Verbrennungskraftmaschine festlegbar ist. Das Befestigungsteil
hat beispielsweise die Form eines Befestigungsauges, kann aber jedwede
andere Form aufweisen. Dieses Befestigungsteil ermöglicht eine
Drehmomentabstützung
des Getriebegehäuses
am Zylinderkurbelgehäuse.
Festlegbar ist es beispielsweise über eine Schraube. Andere Formen
von Schraubelementen oder Befestigungselementen sind selbstverständlich ebenfalls
möglich.
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Erfindungsgemäß weist
das Getriebegehäuse
zwei dieser Befestigungsteile auf, über die es beispielsweise durch
zwei Schrauben am Zylinderkurbelgehäuse festlegbar ist. Der zweite
Befestigungsteil verhindert ein Tordieren des Getriebegehäuses in Folge
eines Versatzes zwischen den Befestigungsteilen und einer Wirkebene
eines eingeleiteten Moments der Verstellwelle. Eine andere Anzahl
an Befestigungsteilen ist möglich.
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Idealerweise
sind die Befestigungsteile über jeweils
einen schmalen Steg mit dem Getriebegehäuse verbunden. Durch diese
schmalen und damit elastischen Stege kann ein Längenausgleich zwischen dem
Getriebegehäuse
und dem Zylinderkurbelgehäuse
in radialer Richtung stattfinden. Andere Möglichkeiten der Verbindung
der Befestigungsteile mit dem Getriebegehäuse, insbesondere solche, die elastisch
und damit den erwähnten
Längenausgleich stattfinden
lassen können,
sind ebenso denkbar.
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Besonders
vorteilhaft erweist sich eine Mehrzahl an Befestigungsteilen, wenn
diese symmetrisch zu einer Mittelachse des Getriebegehäuses angeordnet
sind. Dies ermöglicht
einen definierten und gleichmäßigen Kraftfluss.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
des Getriebegehäuses
umfasst das Getriebegehäuse
einen Lagerarm, an welchem der Stellantrieb der Getriebeelemente
gehalten ist. Dadurch steigt die Flexibilität bezüglich der Ausnutzung des Bauraums
weiter.
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Der
Stellantrieb kann aber auch anderweitig gehalten beziehungsweise
festgelegt sein. Ist er insbesondere starr gegenüber dem Zylinderkurbelgehäuse festgelegt,
so erweist es sich als vorteilhaft, dass der Stellantrieb unter
Vermittlung einer Kupplung mit einer Getriebeeingangswelle der Stellvorrichtung
verbunden ist. Hierdurch kann die Relativbewegung der Getriebeeingangswelle
zum Zylinderkurbelgehäuse
in Folge einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung ausgeglichen
werden. Auch Fertigungstoleranzen können auf diese Weise kompensiert
werden. Ein Beispiel für
eine derartige Kupplung stellt eine Oldhamkupplung dar. Andere Kupplungen
und Kupplungsarten sind aber möglich.
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All
die erwähnten
Vorteile kommen besonders dann zum Tragen, wenn ein erfindungsgemäßes Getriebegehäuse in einer
Stellvorrichtung zur Verstellung eines Verdichtungsverhältnisses
einer Verbrennungskraftmaschine zum Einsatz kommt, und diese Stellvorrichtung
wiederum in einer Verbrennungskraftmaschine mit einem verstellbaren Verdichtungsverhältnis Verwendung
findet.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung
genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend
in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein
gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der
jeweils angegeben Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen. Die Zeichnungen zeigen in:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Stellvorrichtung zur Verstellung eines
Verdichtungsverhältnisses
einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Getriebegehäuse, Getriebeelementen,
einem Stellantrieb und einer Verstellwelle,
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Getriebegehäuses für eine Stellvorrichtung zur
Verstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine,
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3 eine
Frontansicht eines Getriebegehäuses
für eine
Stellvorrichtung zur Verstellung eines Verdichtungsverhältnisses
einer Verbrennungskraftmaschine und
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4 eine
Seitenansicht einer Stellvorrichtung zur Verstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer
Verbrennungskraftmaschine mit einem Getriebegehäuse, Getriebeelementen, einem
Stellantrieb und einer Verstellwelle.
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Während 1 eine
perspektivische Ansicht einer Stellvorrichtung zur Verstellung eines
Verdichtungsverhältnisses
einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Getriebegehäuse zeigt,
an dem mehrere Zahnräder
gelagert sind und das selbst auf einer Exzenterwelle gelagert ist,
wobei die Exzenterwelle über
die Getriebeelemente von einem dargestellten elektrischen Motor
antreibbar ist, zeigt 2 eine perspektivische Ansicht
des Getriebegehäuses
aus 1 ohne die genannten Getriebeelemente, den Motor
und die Exzenterwelle. Zudem zeigt 3 eine Frontansicht
des Getriebegehäuses
aus den vorhergehenden Figuren, und 4 zeigt
die Stellvorrichtung aus 1 mit den genannten Getriebeelementen,
der Exzenterwelle und dem elektrischen Motor in einer Seitenansicht.
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1 zeigt
eine Stellvorrichtung 10, wie sie beispielsweise zur Verstellung
eines Verdichtungsverhältnisses
einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt wird. Dabei wird durch
Verdrehen einer Exzenterwelle 16 das Verdichtungsverhältnis variiert. Ein
Getriebegehäuse 12 ist über Lagerlaschen 24, wovon
nur eine in dieser Ansicht zu sehen ist, auf der Exzenterwelle 16 gelagert,
wodurch ein Zahnflankenspiel im Getriebe immer konstant bleibt.
Für die
Abstützung
eines Drehmomentes sind Befestigungsteile 22, von denen
wiederum nur eines zu sehen ist, vorgesehen.
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In 1 haben
die Befestigungsteile 22 die Form eines Befestigungsauges. Über diese
Befestigungsaugen 22 kann das Getriebegehäuse 12 an
einem nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine
abgestützt
werden. Das zweite, verdeckte Befestigungsteil 22 dient
dem Zweck, ein Tordieren des Getriebegehäuses 10 in Folge eines
eingeleiteten Moments der Exzenterwelle 16 zu verhindern.
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Die
Befestigungsteile 22 sind über schmale Stege 28 an
das Getriebegehäuse 10 angebracht. Durch
diese schmale Ausführung
der Stege 28 ergibt sich eine Elastizität dieser Stege 28 und
damit eine elastische Anbindung an das Zylinderkurbelgehäuse, was
dem erwähnten
Effekt zugute kommt, dass das Zahnflankenspiel im Getriebe konstant
bleibt.
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Die
Exzenterwelle 16 wird über
ein Exenterwellenzahnrad 14 und Getriebezahnräder 20 von
einem elektrischen Motor 30 bewegt beziehungsweise kann
bewegt werden zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses
der Verbrennungskraftmaschine. Der elektrische Motor 30 kann
durch Befestigungsvorrichtungen 26 an einem nicht dargestellten
Bauteil des Motorgehäuses
der Verbrennungskraftmaschine festgelegt werden. Alternativ kann
der elektrische Motor 30 durch einen Lagerarm 32 des
Getriebegehäuses 12 gehalten
werden. Die Lagerung des Exenterwellenzahnrads 14 und eines
Tilgerrads 18 wird durch eine Verschraubung festgelegt.
Die dargestellte Stellvorrichtung 10 weist mit diesen Elementen und
dieser Anordnung eine äußerst kompakte Baugröße auf.
Modifikationen in der Anzahl der Zahnräder oder in der Anordnung sind
allerdings denkbar.
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2 zeigt
nun das Getriebegehäuse 12 aus 1 in
einer perspektivischen Ansicht. Man erkennt nun die Ausgestaltung
des Lagerarms 32 und die der Befestigungsteile 22.
Auch zu sehen ist ein Lagerschild 34, der die Aufnahme
eines mittleren Getriebezahnrades ermöglicht. Alternative Führungen,
besonders des Lagerarms 32, sind je nach zur Verfügung stehendem
Bauraum denkbar.
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3 zeigt
eine Draufsicht des Getriebegehäuses 12 aus
den vorhergehenden beiden Figuren. Besonders gut zu sehen in dieser
Ansicht ist zum einen die symmetrische Anordnung der Befestigungsteile 22, über die
die Abstützung
des Getriebegehäuses 12 beziehungsweise
der gesamten Stellvorrichtung 10 am Zylinderkurbelgehäuse folgt.
Andererseits ist gut die schmale Ausführung der Verbindung der Befestigungsteile 22 über Stege 28 zu
sehen. Durch diese elastischen Stege 28 und durch die Lagerung
des Getriebegehäuses 12 beziehungsweise der
Stellvorrichtung 10 durch die Lagerlaschen 24 auf der
Exzenterwelle 16 bleibt das Zahnflankenspiel im Getriebe
immer konstant und kann dabei entsprechend den fertigungstechnisch
möglichen
Toleranzen klein gehalten werden. Dies führt zu einwandfreien Zahneingriffen
und damit zu wenig Verschleiß und Geräusch. Die
Verzahnung kann optimal schmal und bauformfreundlich ausgelegt werden.
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4 zeigt
die Stellvorrichtung 10 zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses
der Verbrennungskraftmaschine in einer Seitenansicht. Zu sehen ist
aus dieser Ansicht das Exzenterwellenzahnrad 14, wie es
mit der Exzenterwelle 16 in Verbindung steht. Das Getriebegehäuse 12 ist über die
Lagerlaschen 24 auf der Exzenterwelle 16 gelagert.
Durch die Verschraubung kann die Lagerung des Getriebegehäuses 12 und
gegebenenfalls das Lagerspiel eingestellt werden. Des Weiteren sind
die Getriebezahnräder 20 zu
sehen, die im Getriebegehäuse 12 gelagert
sind.
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Darüber hinaus
ist der elektrische Motor 30 dargestellt, der über die
Getriebezahnräder 20 und das
Exzenterwellenzahnrad 14 die Exzenterwelle 16 antreibt.
Dabei ist in 4 gezeigt, das der elektrische
Motor 30 mit einer Getriebeeingangswelle 38 über eine
Kupplung 36 in Verbindung steht. Dies ist nötig, da
der elektrische Motor beispielsweise starr relativ zum Zylinderkurbelgehäuse montiert
werden kann. In diesem Fall übernimmt
die Kupplung den Ausgleich eines Versatzes bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungen.
Eine mögliche
Ausführungsform
einer solchen Kupplung ist beispielsweise eine Oldhamkupplung. Andere
Ausführungsformen
sind aber selbstverständlich
genauso möglich.
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- 10
- Stellvorrichtung
- 12
- Getriebegehäuse
- 14
- Exzenterwellenzahnrad
- 16
- Exzenterwelle
- 18
- Tilgerrad
- 20
- Getriebezahnräder
- 22
- Befestigungsteile
- 24
- Lagerlaschen
- 26
- Befestigungsvorrichtungen
- 28
- Stege
- 30
- elektrischer
Motor
- 32
- Lagerarm
- 34
- Lagerschild
- 36
- Kupplung
- 38
- Getriebeeingangswelle