DE102010014249A1

DE102010014249A1 - Vorrichtung zur Verstellung der relativen Drehwinkellage zwischen einer Verstellwelle und einer Nockenhülse

Info

Publication number: DE102010014249A1
Application number: DE201010014249
Authority: DE
Inventors: Thomas Arnold; Heiko Neukirchner; Andreas Werler; Jörg Wutzler
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2011-10-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstellung der relativen Drehwinkellage zwischen einer Verstellwelle und einer Nockenhülse. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verstellung der relativen Drehwinkellage zwischen einer Verstellwelle und einer mit der Verstellwelle in Wirkverbindung stehenden und axial auf der Verstellwelle verschiebbaren und angetriebenen Nockenhülse eines Ventiltriebes zu schaffen, die sich durch einen einfachen Aufbau und durch einen gering benötigten Bauraum auszeichnet. Die Verstellung der relativen Drehwinkellage zwischen einer Verstellwelle und einer mit der Verstellwelle in Wirkverbindung stehenden und axial auf der Verstellwelle verschiebbaren und angetriebenen Nockenhülse erfolgt mittels eines Planetenradgetriebes, wobei das auf der Verstellwelle gelagerte Hohlrad des Planetenradgetriebes über einen fest an dem Hohlrad angeordneten Flansch drehfest mit der axial verschiebbaren Nockenhülse in Wirkverbindung steht und mit einer auf dem Außenumfang des Hohlrades drehfest gelagerten und axial verschiebbaren Sperrhülse versehen ist, die zur Überwindung einer Arretierungskraft einer zwischen der Verstellwelle und dem Hohlrad angeordneten Arretierungsvorrichtung und zur Unterbrechung der Übertragung der Drehbewegung des Hohlrads auf die Verstellwelle mit einer um einen Lagerbolzen schwenkbaren Sperrrolle einer Sperreinrichtung in Eingriff bringbar ist, wobei eine Nockenrolle der Sperreinrichtung im ständigen Wirkeingriff mit einem Sperrnocken steht, der drehfest mit dem gegenüber der Verstellwelle drehbar gelagerten Sonnenrad verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstellung der relativen Drehwinkellage zwischen einer Verstellwelle und einer Nockenhülse mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.
Es ist bekannt, Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine variabel mit unterschiedlichen Öffnungs- und Schließzeitpunkten sowie mit unterschiedlichen Ventilöffnungshüben zu betreiben. Dazu sind Lösungen bekannt, bei denen auf einer Nockenwelle drehfest, aber axial verschiebbar ein Nockenträger mit unterschiedlichen Nockenkonturen angeordnet ist. Entsprechend der Axialstellung des Nockenträgers steht eine Nockenkontur über ein Zwischenglied (Übertragungshebel) mit dem Hubventil in Wirkverbindung. Die Axialverschiebung des Nockenträgers zur Änderung der Ventilparameter erfolgt während der Grundkreisphase, wobei eine axiale Verschiebung des Nockenträgers beispielsweise durch eine Relativverdrehung einer mit dem Nockenträger in Wirkverbindung stehenden Verstellwelle erfolgt, die innerhalb des hohl ausgebildeten Nockenträgers angeordnet ist. Durch die DE 10 2009 037 269 der Anmelderin wurde bereits ein derartiger Ventiltrieb vorgeschlagen.
Zur Verstellung der relativen Drehwinkellage zwischen zwei Wellen oder einem Antriebsrad und einer Welle ist es bekannt, ein Planetenradgetriebe einzusetzen. Aus der DE 10 2007 017 897 A1 ist eine verstellbare Nockenwelle bekannt, bei der die Drehwinkellage eines die Nockenwelle antreibenden Kettenrades gegenüber der Nockenwelle mittels eines Planetenradgetriebes verstellbar ist. Die Verstelleinrichtung weist ein Planetengetriebe mit zwei koaxial zueinander angeordneten Sonnenrädern auf, wobei letztere jeweils über eine Planetenradachse auf einem Planetenradträger drehbar gelagert sind. Der Planetenradträger wird durch einen Antrieb gegenüber der Nockenwelle verdreht, wodurch eine Verdrehung der Drehwinkellage des Kettenrades gegenüber der Nockenwelle erfolgt.
Die DE 103 23 705 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum geregelten Verstellen der relativen Drehlage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle einer Hubkolbenmaschine mittels eines Planetenradgetriebes. Dabei ist zwischen dem Antriebsrad und der Nockenwelle ein Verstellmechanismus vorgesehen, der ein erstes, mit dem Antriebsrad drehfest verbundenes Hohlrad, ein zweites, mit der Nockenwelle über ein Flanschgehäuse drehfest verbundenes Hohlrad und ein Planetenrad umfasst.
In der DE 199 10 210 A1 wird eine Anordnung zur Veränderung der Phasenlage eines Abtriebsrades gegenüber einem Antriebsrad beschrieben. Dabei sind auf einer zentralen Drehachse das Antriebsrad und das Abtriebsrad relativ zueinander drehbar gelagert. Das Planetenradgetriebe besteht aus einem Planetenradträger, der fest mit dem Abtriebsrad verbunden ist und an dem wenigstens ein Planetenrad gelagert ist und einem zweistufigen Sonnenrad, das mit seiner zweiten Durchmesserstufe mit dem Planetenrad in Eingriff steht und das mit seiner ersten Durchmesserstufe mit einem exzentrisch zur zentralen Drehachse in einem relativ zur zentralen Drehachse verdrehbar gelagerten Lagergehäuse drehbar gelagerten zweistufigen Hohlrad in Eingriff steht, das seinerseits mit seiner ersten Durchmesserstufe mit einem dem Abtriebsrad koaxial fest zugeordneten Übertragungsrad in Eingriff steht, wobei das Planetenrad einerseits und das Antriebsrad andererseits über einen Kurbeltrieb miteinander verbunden sind, und mit einem Bremselement, das mittels Stellantrieb am Lagergehäuse anlegbar ist.
Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist, dass eine Verstellung der Drehwinkellage zwischen zwei Wellen oder zwischen einer Welle und einem dazu angeordneten Antriebsrad nur jeweils um einen vorbestimmten Betrag vor und rückschaltbar erfolgt. Dadurch ist es erforderlich, dass durch einen entsprechenden Verstellmechanismus ein Vor- und Rückschaltvorgang eingeleitet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verstellung der relativen Drehwinkellage zwischen einer Verstellwelle und einer mit der Verstellwelle in Wirkverbindung stehenden und axial auf der Verstellwelle verschiebbaren und angetriebenen Nockenhülse eines Ventiltriebes zu schaffen, die sich durch einen einfachen Aufbau und einen gering benötigten Bauraum auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Verstellung der relativen Drehwinkellage zwischen einer Verstellwelle und einer mit der Verstellwelle in Wirkverbindung stehenden und axial auf der Verstellwelle verschiebbaren und angetriebenen Nockenhülse erfolgt mittels eines Planetenradgetriebes, wobei das auf der Verstellwelle gelagerte Hohlrad des Planetenradgetriebes über einem fest an dem Hohlrad angeordneten Flansch drehfest mit der axial verschiebbaren Nockenhülse in Wirkverbindung steht und mit einer auf dem Außenumfang des Hohlrades drehfest gelagerten und axial verschiebbaren Sperrhülse versehen ist, die zur Überwindung einer Arretierungskraft einer zwischen der Verstellwelle und dem Hohlrad angeordneten Arretierungsvorrichtung und zur Unterbrechung der Übertragung der Drehbewegung des Hohlrads auf die Verstellwelle mit einer um einen Lagerbolzen schwenkbaren Sperrrolle einer Sperreinrichtung in Eingriff bringbar ist, wobei eine Nockenrolle der Sperreinrichtung im ständigen Wirkeingriff mit einem Sperrnocken steht, der drehfest mit dem gegenüber der Verstellwelle drehbar gelagerten Sonnenrad verbunden ist.
Bei dem Eingriff der Sperrhülse mit der Sperrrolle wird beim Eingriff des Sperrnockens mit der Nockenrolle der Sperreinrichtung die Mitnahme des Sonnenrads durch die Planetenräder verhindert. Die Planetenräder rollen auf der Verzahnung des still gesetzten Sonnenrades ab, wodurch durch die feste Verbindung der Planetenräder über einen Steg mit der Verstellwelle die Verstellwelle gegenüber dem Hohlrad und somit gegenüber der Nockenhülse verdreht wird.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung besteht darin, dass während des Schaltvorganges durch die Sperrhülse eine Relativverdrehung der Verstellwelle zur Nockenhülse ausgelöst wird. Durch die Relativverdrehung der Verstellwelle lässt sich die mit der Verstellwelle über einen Schaltpin und eine Schaltkontur in Wirkeingriff stehende Nockenhülse axial verschieben, wodurch die Gaswechselventile entsprechend der vorgenommenen Schaltung mit jeweils unterschiedlichen Nockenprofilen betätigt werden können. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht in der geringen Baugröße der Verstelleinrichtung und in der exakten Beherrschung des vorzunehmenden Schaltvorganges.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
1: eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Lösung in unverriegelter Stellung,
2: eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Lösung in verriegelter Stellung,
3: eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung in unverriegelter Stellung und ohne Gehäuse,
4: eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Lösung in unverriegelter Stellung und ohne Gehäuse,
4a: eine Draufsicht gemäß 4,
5: eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Lösung in verriegelter Stellung und ohne Gehäuse,
5a: eine Draufsicht gemäß 4a,
6a–c einen Bewegungsablauf der Bauteile der erfindungsgemäßen Lösung in unverriegelter Stellung und ohne Gehäuse,
7a–d einen Bewegungsablauf der Bauteile der erfindungsgemäßen Lösung in verriegelter Stellung und ohne Gehäuse und
8 einen Schnitt A-A gemäß 1.
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verstellung der relativen Drehwinkellage zwischen einer Verstellwelle 1 und einer mit der Verstellwelle 1 in Wirkverbindung stehenden und axial auf der Verstellwelle 1 verschiebbaren und angetriebenen Nockenhülse 2 eines nicht näher gezeigten Ventiltriebes dargestellt.
Durch die Verstellung der Drehwinkellage zwischen der Verstellwelle 1 und der Nockenhülse 2 erfolgt, gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, eine Ventilhubumschaltung zwischen den auf der Nockenhülse 2 angeordneten unterschiedlichen Nockenprofilen. Die im Weiteren beschriebene Ventilhubumschaltung stellt lediglich ein Ausführungsbeispiel zur Verstellung der Drehwinkellage zwischen zwei Wellen oder dergleichen dar. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung kann auch zur Phasenverstellung zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel steht die Verstellwelle 1 über einen an der Verstellwelle 1 angeordneten Schaltpin 14 mit einer in der Nockenhülse 2 angeordneten Schaltkontur 3 in Wirkverbindung, wobei durch die Verstellung der Drehwinkellage zwischen der Verstellwelle 1 und der Nockenhülse 2 die Nockenhülse 2 infolge des Eingriffs des Schaltpins 14 in der Schaltkontur 3 axial auf der Verstellwelle 1 zur Ventilhubumschaltung zwischen unterschiedlich ausgebildeten Nockenprofilen verschoben wird. Eine derartige Ventilhubumschaltung ist ausführlich in der DE 10 2009 037 269 der Anmelderin beschrieben und braucht hier nicht weiter erläutert werden, da sie nicht Gegenstand der beanspruchten Lösung ist.
Erfindungsgemäß erfolgt die Verstellung der Drehwinkellage zwischen der Verstellwelle 1 und der Nockenhülse 2 mittels eines aus einem Sonnenrad 18, einem Hohlrad 5 und mehreren Planetenrädern 10 bestehenden Planetenradgetriebes, wobei die Planetenräder 10 mit dem Hohlrad 5 und dem Sonnenrad 18 in Eingriff stehen. Das Hohlrad 5 ist auf der Verstellwelle 1 gelagert und über einem fest an dem Hohlrad 5 angeordneten Flansch 24 drehfest über eine Verzahnung 29 mit der axial verschiebbaren Nockenhülse 2 verbunden. Die Länge der Verzahnung 29 ist dabei größer als die maximale axiale Verschiebung der Nockenhülse 2. Der Flansch 24 ist im Bereich der Verzahnung 29 die Nockenhülse 2 umgreifend ausgebildet.
Zwischen der Verstellwelle 1 und dem Hohlrad 5 ist eine Arretierungsvorrichtung 17 angeordnet, bei der im Verrastungszustand eine federbelastete Arretierungskugel in eine im Hohlrad 5 angeordnete Arretierungskontur 23 einrastet und somit eine Wirkverbindung zwischen Hohlrad 5 und Verstellwelle 1 entsteht. In dem in 1 dargestellten Zustand befindet sich die Rastkugel der Arretierungsvorrichtung 17 in einer Arretierungskontur 23. Gemäß der in der 1 dargestellten unverriegelten Stellung des Planetenradgetriebes wird die Drehzahl der angetriebenen Nockenhülse 2 über die zwischen der Nockenhülse 2 und dem Flansch 24 angeordnete Verzahnung 29 auf das Hohlrad 5 und von dort über die in die Arretierungskontur 23 eingerastete Rastkugel der Arretierungsvorrichtung 17 auf die Verstellwelle 1 übertragen, so dass die Nockenhülse 2 und die Verstellwelle 1 mit synchroner Drehzahl angetrieben werden. In der 9 ist die Verrastung der Verstellwelle 1 mit dem Hohlrad 5 als Detail dargestellt.
Um den Außenumfang des Hohlrades 5 ist drehfest, aber axial verschiebbar eine Sperrhülse 6 angeordnet, wobei durch Anordnung einer Verzahnung 25 zwischen dem Außenumfang des Hohlrades 5 und dem Innendurchmesser der Sperrhülse 6 die Sicherheit gegenüber einer Verdrehung der Teile erzielt wird. Die axiale Verschiebung der Sperrhülse 6 gegenüber dem Hohlrad 5 erfolgt mittels eines nicht dargestellten Aktuators, der mit der Sperrhülse 6 in Wirkeingriff bringbar und trennbar ist. Der Aktuator kann aus einem entsprechend schaltbaren Stift bestehen, der in Wirkeingriff mit einer am Außenumfang der Sperrhülse 6 angeordneten Verstellnut bringbar und trennbar ist. Es ist auch möglich, dass der Aktuator als ein direkt wirkender Magnet ausgebildet ist.
Die Planetenräder 10 sind jeweils drehbar an einem Steg 7 angeordnet, wobei die Stege 7 torsionsfest mit der Verstellwelle 1 verbunden sind. Die Befestigung des hülsenartig die Verstellwelle 1 umfassenden Steges 7 erfolgt durch eine Befestigungsmutter 13. Die Verdrehsicherheit des Steges 7 gegenüber der Verstellwelle 1 wird durch eine als Bolzen ausgebildete Verdrehsicherung 30 erzielt, die die Verstellwelle 1 mit dem Steg 7 verbindet.
Die Verzahnung der Planetenräder 10 steht einerseits mit der Verzahnung des Hohlrades 5 und andererseits mit der Verzahnung des gegenüber der Verstellwelle 1 drehbar gelagerten Sonnenrads 18 in Wirkverbindung. Mit dem Sonnenrad 18 ist fest ein Sperrnocken 8 verbunden, der in Wirkeingriff mit einer an einer Sperreinrichtung 27 angeordneten Nockenrolle 12 steht. Die Sperreinrichtung 27 besteht aus einem fest mit einem Gehäuse 16 des Planetenradgetriebes verbundenen Lagerbolzen 22, an dem verschwenkbar ein Sperrhebel 19 angeordnet ist. An dem Ende des verschwenkbaren Sperrhebels 19 ist drehbar auf einem Bolzen die Nockenrolle 12 und eine Sperrrolle 11 angeordnet. Die Nockenrolle 12 ist derart an dem Sperrhebel 19 der Sperreinrichtung 27 angeordnet, dass bei einem Eingriff der Nockenkontur des Sperrnockens 8 mit der Nockenrolle 12 der Sperrhebel 19 in Richtung der Sperrhülse 6 verschwenkt wird. In der 6a ist die Schwenkrichtung des Sperrhebels 19 bei Eingriff der Nockenkontur des Sperrnockens 8 auf die Nockenrolle 12 durch einen Pfeil dargestellt. An dem Lagerbolzen 22 der Sperreinrichtung 27 ist eine Feder 20 angeordnet, deren Federkraft entgegen der durch den Sperrnocken 8 erzeugten Schwenkbewegung des Sperrhebels 19 wirkt.
Das Gehäuse 16 des Planetenradgetriebes ist an einer Lagerbrücke 4 des Ventiltriebes befestigt. Die Lagerbrücke 4 dient gleichzeitig zur Lagerung des mit dem Hohlrad 5 verbundenen Flanschs 24.
An der Stirnseite der axial verschiebbaren Sperrhülse 6 ist ein überstehender Rand 26 angeordnet, der mit einer Aussparung 21 versehen ist. Zwischen dem Hohlrad 5 und der Sperrhülse 6 sind ein oder mehrere Arretierungen 9 angeordnet, die zur Begrenzung der axialen Verschiebbarkeit der Sperrhülse 6 auf dem Hohlrad 5 in entsprechende am Innendurchmesser der Sperrhülse 6 angeordnete Arretierungskonturen 15 einrastbar sind. In der 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in unverriegelter und in 2 in verriegelter Stellung dargestellt, wobei gemäß 2 durch den Aktuator die Sperrhülse 6 derart axial verschoben wurde, dass der Rand 26 der Sperrhülse 6 in Eingriff mit der Sperrrolle 11 der Sperreinrichtung 27 steht.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verstellung der Drehwinkellage zwischen der Verstellwelle 1 und der Nockenhülse 2 beschrieben.
Wie bereits beschrieben dient die Vorrichtung zur Verstellung der Drehwinkellage zwischen der Verstellwelle 1 und der Nockenhülse 2, wobei durch die Verstellung der Drehwinkellage die Nockenhülse 2 durch die Verstellwelle 1 axial zur Änderung des Wirkeingriffs eines Gaswechselventils mit einer Nockenkontur verschoben wird. In dem Ausführungsbeispiel besitzt die Nockenhülse 2 drei unterschiedlich ausgebildete Nockenkonturen, die entsprechend der Schaltstellung des Planetenradgetriebes mit dem Gaswechselventil in Eingriff bringbar sind. Gemäß der 1 steht die rechts dargestellte größte Nockenkontur der Nockenhülse 2 mit dem Gaswechselventil in Wirkeingriff, wobei die Nockenhülse 2 in bekannter Weise von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. In der unverriegelten Stellung gemäß 1 wird die Rotation der angetriebenen Nockenhülse 2 über die zwischen Nockenhülse 2 und dem Flansch 24 angeordnete Verzahnung 29 auf den Flansch 24 und somit auf das Hohlrad 5 übertragen. Aufgrund der Anpresskraft der Feder der zwischen Hohlrad 5 und der Verstellwelle 1 angeordneten Arretierungsvorrichtung 17 wird die Drehbewegung des Hohlrades 5 auf die Verstellwelle 1 übertragen, so dass die Nockenhülse 2 und die Verstellwelle 1 mit gleicher Drehzahl und synchron drehen. Durch die torsionsfeste Verbindung der Verstellwelle 1 mit dem Steg 7 werden die Planetenräder 10 ebenfalls mit der gleichen Nockenhülsendrehzahl um die Verstellwelle 1 verdreht, so dass keine Relativverdrehung zwischen dem Hohlrad 5 und den Planetenrädern 10 entsteht. Gleichzeitig werden durch den Eingriff der Verzahnung der Planetenräder 10 in die Verzahnung des Sonnenrads 18 das Sonnenrad 18 und der mit dem Sonnenrad 18 fest verbundene Sperrnocken 8 mit der gleichen Nockenhülsendrehzahl angetrieben.
Der Rand 26 der Sperrhülse 6 steht in der unverriegelten Stellung, wie auch aus 1 und 4a ersichtlich, nicht mit der Sperrrolle 11 der Sperreinrichtung 27 in Wirkverbindung. In den 6a bis 6c ist der Bewegungsablauf des Planetenradgetriebes in unverriegelter Stellung dargestellt, wobei in 6a der Pfeil die Drehrichtung der Sperrhülse 6 und somit des Sperrnockens 8 und der Verstellwelle 1 angibt. In der 6a befindet sich der Grundkreis 28 des Sperrnockens 8 in Wirkeingriff mit der an dem Sperrhebel 19 angeordneten Nockenrolle 12. Aufgrund der vorstehend erläuterten Drehbewegungen gelangt die Nockenkontur des Sperrnockens 8 in den Bereich der Nockenrolle 12 des Sperrhebels 19, so wie in 6b dargestellt. Durch weiteres Verdrehen des Sperrnockens 8 wird durch die Nockenkontur der Sperrhebel 19 in Richtung des in 6c dargestellten Pfeils um den Lagerbolzen 22 verschwenkt. Aufgrund der unverriegelten Stellung wird die Sperrrolle 11 vor dem Rand 26 der Sperrhülse 6 verschwenkt, so dass kein Kontakt zwischen dem Rand 26 und der Sperrrolle 11 erfolgt.
In der 3 ist nochmals die unverriegelte Stellung des Planetenradgetriebes perspektivisch ohne das Gehäuse 16 und die Lagerbrücke 4 dargestellt, wobei die 4 die Vorderansicht und 4a die Draufsicht der unverriegelten Stellung zeigen.
Soll eine Verstellung der Drehwinkellage zwischen Verstellwelle 1 und Nockenhülse 2 zur axialen Verschiebung der Nockenhülse 2 und somit zur Ventilhubumschaltung erfolgen, wird das Planetenradgetriebe entsprechend der in 2 gezeigten Darstellung verriegelt. Dabei wird über den nicht dargestellten Aktuator die Sperrhülse 6 axial gegenüber dem Hohlrad 5 unter Überwindung der Arretierungskraft der zwischen Hohlrad 5 und Sperrhülse 6 angeordneten Arretierung 9 verschoben. Die Sperrhülse 6 wird soweit axial verschoben, dass der Rand 26 der Sperrhülse 6 sich über der Sperrrolle 11 der Sperreinrichtung 27 befindet. Siehe dazu auch 5a.
In den 8a bis 8d ist der Bewegungsablauf während der Verstellung der Drehwinkellage zwischen Verstellwelle 1 und Nockenhülse 2 dargestellt. Bei der in 8a dargestellten Getriebestellung erfolgt die axiale Verschiebung der Sperrhülse 6 in Richtung der Sperrrolle 11 der Sperreinrichtung 27. Dabei steht der Grundkreis 28 des Sperrnockens 8 mit der Nockenrolle 12 in Wirkverbindung, so dass der Rand 26 der Sperrhülse 6 über die Sperrrolle 11 geschoben werden kann. Zu diesem Zeitpunkt drehen sich die Nockenhülse 2, das Hohlrad 5, der Sperrnocken 8 sowie das Sonnenrad 18 und die Verstellwelle 1 synchron mit gleicher Drehzahl ohne eine Verstellung der Drehwinkellage zwischen Nockenhülse 2 und Verstellwelle 1. Durch die weitere Drehbewegung gelangt die Nockenkontur des Sperrnockens 8 in Eingriff mit der Nockenrolle 12, so wie in 8b dargestellt. Durch die Nockenkontur des Sperrnockens 8 wird der Sperrhebel 19 in Richtung Sperrhülse 6 verschwenkt, wodurch die Sperrrolle 11 des Sperrhebels 19 gegen den Rand 26 der Sperrhülse 6 gedrückt wird. Die Nockenkontur des Sperrnockens 8 ist dabei so ausgebildet, dass während des Anpressvorganges der Sperrrolle 11 an den Rand 26 aufgrund der eingeschränkten Schwenkbewegung des Sperrhebels 19 die Nockenkontur des Sperrnockens 8 nicht unter der Nockenrolle 12 durchgleiten kann. Ein Durchschwenken der Nockenkontur des Sperrnockens 8 über die Nockenrolle 12 wird somit verhindert, wodurch gleichzeitig die Drehbewegung des Sperrnockens 8 und somit des Sonnenrades 18 blockiert bzw. gesperrt wird. Aufgrund des blockierten Sonnenrades 18 stehen die Planetenräder 10 infolge der von der Nockenhülse 2 über das Hohlrad 5 eingebrachten Drehbewegung kämmend in Wirkeingriff mit dem Sonnenrad 18 und dem Hohlrad 5. Es entsteht eine Relativbewegung zwischen dem Hohlrad 5 und den Planetenrädern 10. In 8c ist dieser Zwischenschritt dargestellt. Durch die Relativbewegung des mit der Nockenhülse 2 drehfest verbundenen Hohlrades 5 gegenüber den drehfest über den Steg 7 mit der Verstellwelle 1 verbundenen Planetenrädern 10 wird die Arretierungskraft der zwischen der Verstellwelle 1 und dem Hohlrad 5 angeordneten Arretierungsvorrichtung 17 überwunden und die Verstellwelle 1 verdreht. Aufgrund der drehbaren Lagerung des Sonnenrades 18 gegenüber der Verstellwelle 1 kann die Verstellwelle 1 bei einem blockierten Sonnenrad 18 durch die über den Steg 7 eingebrachte Drehbewegung verdreht werden. Dabei erfolgt entsprechend des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Hohlrad 5, den Planetenrädern 10 und dem Sonnenrad 18 eine Verstellung der Drehwinkellage zwischen Nockenhülse 2 und Verstellwelle 1. Dabei ist das Übersetzungsverhältnis so eingestellt, dass bei einem blockierten Sonnenrad 18 nach einer Drehbewegung der Nockenhülse 2 und des Hohlrads 5 um 360° die Verstellwelle 1 gegenüber der Nockenhülse 2 um 90° verdreht wurde. Nach entsprechender Verdrehung des Hohlrades 5 und der Sperrhülse 6 bei einem durch den Sperrnocken 8 blockierten Sonnenrad 18 gelangt die Sperrrolle 11 der Sperreinrichtung 27 in den Bereich der Aussparung 21 des Randes 26 der Sperrhülse 6. Infolge der Aussparung 21 kann der Sperrhebel 19 und somit die Sperrrolle 11 weiter in Richtung Aussparung 21 verschwenkt werden, so dass die Nockenkontur des Sperrnockens 8 unter der Nockenrolle 12, wie in 8d dargestellt, durchschwenken kann. Die Blockierung des Sonnenrades 18 ist aufgehoben und die Sperrhülse 6 wird durch den Aktuator wieder in die unverriegelte Stellung gemäß 1 gebracht.
Durch die Verstellung der Drehwinkellage zwischen Verstellwelle 1 und Nockenhülse 2 wird, wie bereits beschrieben, durch den Eingriff des Schaltpins 14 in die Schaltkontur 3 bei einer Umschaltung von der großen Nockenkontur zu der mittleren Nockenkontur die Nockenhülse 2 gemäß 1 nach links verschoben. Bei einer weiteren Verstellung der Drehwinkellage zwischen Verstellwelle 1 und Nockenhülse 2 wird die Nockenhülse 2 weiter nach links verschoben, so dass die kleine Nockenkontur in Eingriff mit dem Gaswechselventil steht. Die Schaltkontur 3 ist so ausgebildet, dass bei einer weiteren Verstellung der Drehwinkellage zwischen Verstellwelle 1 und Nockenhülse 2 die Nockenhülse 2 nach rechts verschoben wird, so dass nach vier Schaltprozessen die Verstellwelle 1 relativ um 360° gegenüber der Nockenhülse 2 verdreht wurde und die große Nockenkontur der Nockenhülse 2 wieder mit dem Gaswechselventil in Eingriff steht. Somit müssen bei drei unterschiedlichen Nockenkonturen vier verschiedene Schaltstellungen durch Einrasten der Arretierungsvorrichtung 17 in die entsprechenden Arretierungskonturen 23 realisiert werden. Bei zwei unterschiedlichen Nockenkonturen werden nur zwei Arretierungskonturen 23 benötigt, wobei das Übersetzungsverhältnis des Planetenradgetriebes entsprechend geändert werden muss. Durch die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung braucht die Drehrichtung der Verstellwelle 1 bei den vorzunehmenden Verstellungen nicht verändert werden.
Bezugszeichenliste

1: Verstellwelle
2: Nockenhülse
3: Schaltkontur
4: Lagerbrücke
5: Hohlrad
6: Sperrhülse
7: Steg
8: Sperrnocken
9: Arretierung
10: Planetenrad
11: Sperrrolle
12: Nockenrolle
13: Befestigungsmutter
14: Schaltpin
15: Arretierungskontur
16: Gehäuse
17: Arretierungsvorrichtung
18: Sonnenrad
19: Sperrhebel
20: Feder
21: Aussparung
22: Lagerbolzen
23: Arretierungskontur
24: Flansch
25: Verzahnung
26: Rand
27: Sperreinrichtung
28: Grundkreis
29: Verzahnung
30: Verdrehsicherung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009037269 [0002, 0026]
DE 102007017897 A1 [0003]
DE 10323705 A1 [0004]
DE 19910210 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Verstellung der relativen Drehwinkellage zwischen einer Verstellwelle (1) und einer mit der Verstellwelle (1) in Wirkverbindung stehenden und axial auf der Verstellwelle (1) verschiebbaren und angetriebenen Nockenhülse (2) eines Ventiltriebes mittels eines aus einem Sonnenrad (18), einem Hohlrad (5) und mehreren Planetenrädern (10) bestehenden Planetenradgetriebes, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Verstellwelle (1) gelagerte Hohlrad (5) des Planetenradgetriebes über einen fest an dem Hohlrad (5) angeordneten Flansch (24) drehfest mit der axial verschiebbaren Nockenhülse (2) in Wirkverbindung steht und mit einer auf dem Außenumfang des Hohlrades (5) drehfest gelagerten und axial verschiebbaren Sperrhülse (6) versehen ist, die zur Überwindung einer Arretierungskraft einer zwischen der Verstellwelle (1) und dem Hohlrad (5) angeordneten Arretierungsvorrichtung (17) und zur Unterbrechung der Übertragung der Drehbewegung des Hohlrades (5) auf die Verstellwelle (1) mit einer um einen Lagerbolzen (22) schwenkbaren Sperrrolle (11) einer Sperreinrichtung (27) in Eingriff bringbar ist, wobei eine Nockenrolle (12) der Sperreinrichtung (27) im ständigen Wirkeingriff mit einem Sperrnocken (8) steht, der drehfest mit dem gegenüber der Verstellwelle (1) drehbar gelagerten Sonnenrad (18) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Planetenrad (10) drehbar an einem Steg (7) angeordnet ist, der torsionsfest mit der Verstellwelle (1) verbunden ist, und dass jedes Planetenrad (10) mit dem Hohlrad (5) und dem Sonnenrad (18) in Wirkverbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung (27) aus einem fest an einem Gehäuse (16) angeordneten Lagerbolzen (22) besteht, um den verschwenkbar ein Sperrhebel (19) mit der daran angeordneten Nockenrolle (12) und der Sperrrolle (11) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrhülse (6) mit einem Rand (26) versehen ist und zur axialen Verschiebung auf dem Hohlrad (5) mit einem Aktuator in Wirkverbindung bringbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (26) der Sperrhülse (6) mit einer Aussparung (21) zur Trennung der Wirkverbindung zwischen der Sperrhülse (6) und der Sperrrolle (11) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hohlrad (5) und der Sperrhülse (6) ein oder mehrere Arretierungen (9) zur Begrenzung der axialen Verschiebbarkeit der Sperrhülse (6) gegenüber dem Hohlrad (5) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend der Verstellung der relativen Drehwinkellage zwischen der Verstellwelle (1) und der Nockenhülse (2) verteilt am Lagerumfang des Hohlrades (5) auf der Verstellwelle (1) mehrere Arretierungskonturen (23) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lagerbolzen (22) und dem Sperrhebel (19) eine entgegen der durch den Sperrnocken (8) erzeugten Schwenkbewegung des Sperrhebels (19) wirkende Feder (20) angeordnet ist.