DE102011103373A1

DE102011103373A1 - Adjustable mechanism for steplessly varying rotational angle of e.g. cam shaft, relative to e.g. drive pulley, during operation of combustion engine, has gear used as driving link and/or driven link based on application

Info

Publication number: DE102011103373A1
Application number: DE201110103373
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2011-12-01

Abstract

The mechanism has a rotatable eccentric housing (2) arranged along a rotational axis of a shaft (1). A transmission wheel (5) is arranged in the housing eccentric to housing axles and is in intervention with coaxial stored rotatable ring gears (3). A gear (7) is rotatable with the ring gears over the shaft, and another gear (8) is in intervention with the transmission wheel. One of the gears is used as a driving link and/or a driven link based on the application. The driving link is rotatable on the shaft, and the driven link is connected with the shaft in a torque-proof manner. The gears are driven by electromechanical, mechanical, hydraulic, pneumatic or electrical drives.

Description

Das Verstellgetriebe für die relative Drehwinkelverstellung ist eine Vorrichtung zum stufenlosen Variieren des Drehwinkels eines getriebenen Gliedes zu einem treibenden Glied. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine solche Vorrichtung, die in der Lage ist, den Drehwinkel der Nockenwelle relativ zur Antriebsscheibe bzw. zum Antriebsrad während des Betriebs eines Verbrennungsmotors zu variieren.The relative rotational angle adjustment mechanism is a device for continuously varying the rotational angle of a driven member to a driving member. In particular, the invention relates to such a device which is able to vary the angle of rotation of the camshaft relative to the drive pulley or to the drive wheel during the operation of an internal combustion engine.

Wie wohlbekannt ist, hat die relative Drehwinkelverstellung der Einlass- bzw. Auslass-Nockenwelle zu einem jeweiligen Antriebsrad einen beachtlichen Effekt auf die Motorleistungssteigerung und die Abgasreduzierung. Um die Leistung unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu optimieren, ist es notwendig, die Drehwinkelverstellung zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors zu variieren. Ein Problem, dem in einem solchen Mechanismus Rechnung getragen werden muss, liegt in der Art und Weise, wie die stufenlose Drehwinkelverstellung bei laufendem Motor zu steuern ist.As is well known, the relative rotational angle adjustment of the intake or exhaust camshaft to a respective drive wheel has a significant effect on engine performance and exhaust reduction. In order to optimize the performance under different operating conditions, it is necessary to vary the rotational angle adjustment between the camshaft and crankshaft of an internal combustion engine. One problem that must be addressed in such a mechanism is the way in which stepless rotation angle adjustment is to be controlled while the engine is running.

In der Vergangenheit wurden verschiedene variable Drehwinkelverstellvorrichtungen vorgeschlagen. Die Realisierung in der Großserie wurde allerdings verhindert oder eingeschränkt. Gründe hierfür sind der großer Raumbedarf sowie hohe Fertigungskosten. Ebenso mangelnde Zuverlässigkeit.Various variable rotational angle adjustment devices have been proposed in the past. However, the realization in mass production was prevented or restricted. The reasons for this are the large space requirement and high production costs. Similarly, lack of reliability.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine besonders kompakte und wirksame Form der relativen Drehwinkelverstellung zu schaffen, die auf einfache Weise gesteuert werden kann. Da das Stellglied bei laufendem Motor nicht mitrotiert sondern nur noch um den gewünschten relativen Drehwinkel entsprechend gedreht wird, kann man diese Erfindung leichter in bestehende Motorenkonzepte integrieren.The object of the present invention is to provide a particularly compact and effective form of relative rotational angle adjustment which can be easily controlled. Since the actuator is not rotated with the engine running but only rotated by the desired relative rotation angle accordingly, this invention can be more easily integrated into existing engine concepts.

Der Einfachheit halber werden in den Figuren für übereinstimmende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.For simplicity, the same reference numerals will be used in the figures for corresponding parts.

1 ist eine Schnittansicht der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verstellgetriebe weist ein auf der Drehachse der Welle 1 exzentrisch angeordnetes drehbar gelagertes Gehäuse 2 auf. 1 is a sectional view of the first embodiment of the present invention. The adjusting gear has a on the axis of rotation of the shaft 1 eccentrically arranged rotatably mounted housing 2 on.

Im Gehäuse 2 ist ein drehbar gelagertes Hohlrad 3 angebracht. Die Lagerung kann ein Wälzlager z. B. ein Nadellager oder Nadelkranz 4 sein.In the case 2 is a rotatably mounted ring gear 3 appropriate. The storage can be a rolling bearing z. B. a needle bearing or needle ring 4 be.

Im Gehäuse 2 ist ein drehbar gelagertes Übertragungszahnrad 5 auf einer Achse 6 angeordnet, das exzentrisch zur Gehäuseachse angebracht ist und mit dem Hohlrad 3 in Eingriff steht.In the case 2 is a rotatably mounted transmission gear 5 on an axis 6 arranged, which is mounted eccentrically to the housing axis and with the ring gear 3 engaged.

Weitere zwei Zahnräder sind auf der Welle angeordnet, welche das treibende und das angetriebene Glied darstellen. Zahnrad 7 greift in Hohlrad 3 ein, Zahnrad 8 greift in Übertragungszahnrad 5 ein.Another two gears are arranged on the shaft, which constitute the driving and the driven member. gear 7 engages in ring gear 3 on, gear 8th engages transmission gear 5 one.

Die Zahnräder 7 oder 8 können je nach der Ausführung treibendes oder angetriebenes Rad sein. Das treibende Zahnrad ist auf der Welle 1 drehbar gelagert. Das angetriebene Zahnrad ist mit Welle 1 fest verbunden. In 1 ist das Antriebsrad mit dem Zahnrad 7 drehbar gelagert und als treibende Rad-Ausführung dargestellt.The gears 7 or 8th may be driving or driven wheel depending on the design. The driving gear is on the shaft 1 rotatably mounted. The driven gear is with shaft 1 firmly connected. In 1 is the drive wheel with the gear 7 rotatably mounted and shown as a driving wheel design.

Ausführungsform: Zahnrad 7 ist treibend und auf der Welle 1 drehbar gelagert.Embodiment: gear 7 is driving and on the wave 1 rotatably mounted.

Zahnrad 8 ist mit der Welle 1 drehfest verbunden. Durch das Drehen des Gehäuses 2 um die Wellenachse wälzt sich das Hohlrad 3 um den Wälzkreis des Zahnrades 7 und Übertragungszahnrad 5 treibt das Zahnrad 8. Somit wird auch die Welle 1 entsprechend gedreht.gear 8th is with the wave 1 rotatably connected. By turning the case 2 The ring gear rolls around the shaft axis 3 around the pitch circle of the gear 7 and transmission gear 5 drives the gear 8th , Thus also the wave becomes 1 rotated accordingly.

Ausführungsform: Zahnrad 8 ist treibend und auf der Welle 1 drehbar gelagert.Embodiment: gear 8th is driving and on the wave 1 rotatably mounted.

Zahnrad 7 ist mit der Welle 1 drehfest verbunden. Durch das Drehen des Gehäuses 2 um die Wellenachse wälzt sich das Übertragungszahnrad 5 um den Wälzkreis des Zahnrades 8 und Hohlrad 3 treibt das Zahnrad 7. Somit wird auch die Welle 1 entsprechend gedreht.gear 7 is with the wave 1 rotatably connected. By turning the case 2 The transmission gear rolls around the shaft axis 5 around the pitch circle of the gear 8th and ring gear 3 drives the gear 7 , Thus also the wave becomes 1 rotated accordingly.

Unabhängig davon, ob Zahnrad 7 oder Zahnrad 8 treibend ist, wird das angetriebene Rad nach 1 in entgegengesetzter Richtung des treibenden Rades rotiert. Die Drehrichtungsumkehrung in 2 vom treibenden Rad 9 zur angetriebenen Welle 8.3 geschieht über die Zahnräder 8.1 und 8.2.Regardless of whether gear 7 or gear 8th is driving, the driven wheel is after 1 rotated in the opposite direction of the driving wheel. The reversal of the direction of rotation in 2 from the driving wheel 9 to the driven shaft 8.3 happens via the gears 8.1 and 8.2 ,

3 zeigt die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verstellgetriebe weist einen Planetenradträger 10 auf, in dem die Planetenräder 11 drehbar gelagert sind und dient auch gleichzeitig als Lagerung 40 der Welle 1. Auf der Welle 1 stellt das drehbar gelagerte Zahnrad 8 das Sonnenrad des Planetengetriebes dar. Das treibende Rad 9 (ein Zahnrad, eine Zahnriemenscheibe oder ein Kettenrad), Hohlrad 12 und Radaufnehmer 13 sind auf dem Planetenradträger 10 konzentrisch angeordnet. 3 shows the preferred embodiment of the present invention. The adjusting gear has a planet carrier 10 on, in which the planetary gears 11 are rotatably mounted and also serves as storage 40 the wave 1 , On the wave 1 represents the rotatably mounted gear 8th the sun gear of the planetary gear. The driving wheel 9 (a gear, a pulley or a sprocket), ring gear 12 and Radaufnehmer 13 are on the planet carrier 10 arranged concentrically.

Das Verstellgetriebe weist ein auf dem Planetenradträger 10 exzentrisch angeordnete drehbar gelagertes Gehäuse 2 auf. Im Gehäuse 2 ist ein drehbar gelagertes Hohlrad 3 angebracht. Die Lagerung kann ein Wälzlager z. B. ein Nadellager oder Nadelkranz 4 sein. Im Gehäuse 2 ist ein drehbar gelagertes Übertragungszahnrad 5 auf einer feststehenden Achse 6 angebracht und mit dem Hohlrad 3 und Zahnrad 8 in Eingriff. Das Übertragungszahnrad 5 ist im Gehäuse 2 exzentrisch zur Gehäuseachse angeordnet und kann einteilig oder wie hier dargestellt zweiteilig (oder mehr) sein. Übersetzungsverhältnisse sind so zu wählen, dass das treibende Rad und das angetriebene Rad, somit auch die Welle 1 die gleiche Drehzahl haben (Übersetzung 1:1).The adjusting gear has a on the planet carrier 10 eccentrically arranged rotatably mounted housing 2 on. In the case 2 is a rotatably mounted ring gear 3 appropriate. The storage can be a rolling bearing z. B. a needle bearing or needle ring 4 be. In the case 2 is a rotatably mounted transmission gear 5 on a fixed axis 6 attached and with the ring gear 3 and gear 8th engaged. The transmission gear 5 is in the case 2 arranged eccentrically to the housing axis and may be in one piece or as shown here in two parts (or more). Gear ratios are to be chosen so that the driving wheel and the driven wheel, thus the shaft 1 have the same speed (ratio 1: 1).

Ferner mit entsprechender Übersetzung zwischen den Stufen kann man auch den Verstellwinkel bzw. die Reaktionszeit an der Welle 1 beeinflussen. Zum Beispiel wenn man ein Übersetzungsverhältnis auswählt, in dem eine 20° Gehäuseverdrehung einer 30° Wellenverdrehung entspricht.Furthermore, with appropriate translation between the stages you can also adjust the adjustment or the reaction time to the shaft 1 influence. For example, if you select a gear ratio in which a 20 ° housing rotation corresponds to a 30 ° shaft rotation.

Die Welle 1 ist mit dem Zahnrad 7 drehfest verbunden. Durch das Rotieren des Antriebsrades 9 wird das Drehmoment nach der Reihenfolge über 12, 11, 8, 5, 3, 7 und bis auf die Welle 1 weiter übertragen.The wave 1 is with the gear 7 rotatably connected. By rotating the drive wheel 9 the torque is over in the order 12 . 11 . 8th . 5 . 3 . 7 and down to the wave 1 continue to transmit.

4 zeigt eine weitere Ausführungsform, jedoch ist die Lagerung 40 mittig eingesetzt. Das Zahnrad 7 ist treibend und auf der Welle 1 drehbar gelagert. Teil 9.1 ist für die Lagerung des Hohlrades 12 vorgesehen und mit der Welle 1 drehfest verbunden. Durch das Rotieren des Antriebsrades 9 wird das Drehmoment nach der Reihenfolge über 7, 3, 5, 8, 11, 12, 9.1 und bis auf die Welle 1 weiter übertragen. 4 shows a further embodiment, but the storage 40 inserted in the middle. The gear 7 is driving and on the wave 1 rotatably mounted. part 9.1 is for the storage of the ring gear 12 provided and with the shaft 1 rotatably connected. By rotating the drive wheel 9 the torque is over in the order 7 . 3 . 5 . 8th . 11 . 12 . 9.1 and down to the wave 1 continue to transmit.

Die folgenden Ausführungen zeigen die Ausführungsformen der Drehwinkelverstellung je nach Anwendung für 3 und 4.The following explanations show the embodiments of the rotational angle adjustment depending on the application for 3 and 4 ,

Die Verstellung des Drehwinkels geschieht durch die Drehung des Gehäuses 2 bzw. den Deckel 14 um die Welle 1.The adjustment of the angle of rotation is done by the rotation of the housing 2 or the lid 14 around the shaft 1 ,

Das kann sowohl über den Drehstiften 10.1, die im Platenradträger 10 drehbar gelagert sind, als auch über das Gehäuse 2 oder den Deckel 14 mit Hilfe eines Antriebselements erfolgen. Dabei kann ein beliebiger Punkt auf dem Gehäuse 2 oder auf dem Deckel 14 als Drehpunkt gewählt werden.That can be both about the pivot pins 10.1 in the platen wheel carrier 10 are rotatably mounted, as well as on the housing 2 or the lid 14 done with the help of a drive element. It can be any point on the case 2 or on the lid 14 be chosen as a fulcrum.

5 zeigt die Verstellung des Drehwinkels über Drehstifte. 5 shows the adjustment of the angle of rotation via pivot pins.

Die Drehstifte 10.1 im Planetenradträger 10 und die Drehhebel 10.2 im Gehäuse 2 sind drehbar gelagert und über die Kupplungsstifte 10.3 miteinander gekoppelt. Am anderen Ende der Drehstifte 10.1 sind die Kupplungsstifte 10.4 angebracht und mit den Gelenkträgern 10.5 über die Gelenkkupplung 10.6 miteinander gekoppelt. Durch die Bewegung des Gelenkträgers 10.5 bzw. der Gelenkkupplung 10.6 werden die Drehstifte 10.1 gedreht somit wird das Gehäuse 2 auch entsprechend gedreht bzw. der Drehwinkel verstellt.The pivot pins 10.1 in the planet carrier 10 and the rotary levers 10.2 in the case 2 are rotatably mounted and over the coupling pins 10.3 coupled together. At the other end of the pivot pins 10.1 are the coupling pins 10.4 attached and with the joint carriers 10.5 via the universal joint 10.6 coupled together. By the movement of the joint carrier 10.5 or the universal joint 10.6 become the pivot pins 10.1 thus turning the housing 2 also rotated accordingly or adjusted the angle of rotation.

6 zeigt eine Ausführungsform der Verstellung des Drehwinkels am Gehäuse. 6 shows an embodiment of the adjustment of the angle of rotation on the housing.

Ein Zahnrad oder Zahnradteil 51 ist am Gehäuse 2 drehfest befestigt oder eingearbeitet. Durch eine Zahnstange 52, die eine geradlinige Bewegung macht oder durch eine rotierende Schnecke 52, wird das Gehäuse 2 gedreht bzw. der Drehwinkel verstellt.A gear or gear part 51 is on the case 2 rotatably attached or incorporated. By a rack 52 that makes a straight-line movement or by a rotating snail 52 , the case becomes 2 rotated or adjusted the angle of rotation.

7 zeigt eine Ausführungsform der Verstellung des Drehwinkels auf dem Deckel bzw. auf der verlängerten Achse des Übertragungszahnrades 5. Durch ein Antriebselement 53, das eine geradlinige Bewegung macht wird das Gehäuse 2 gedreht. Ein exzentrischer Ring 54 für den Ausgleich der vertikalen Wegverschiebung ist vorgesehen. 7 shows an embodiment of the adjustment of the angle of rotation on the lid or on the extended axis of the transfer gear 5 , By a drive element 53 , which makes a straight-line movement becomes the case 2 turned. An eccentric ring 54 for the compensation of the vertical displacement is provided.

8 zeigt eine Ausführungsform der Verstellung des Drehwinkels mit Hilfe eines Zahnrades 55, welches drehfest mit dem Deckel verbunden ist. Das Zahnrad 55 wird durch die Zahnstangen 56 und 57, die in Längsrichtung bewegt werden, gedreht. Die Zahnstangen können auch miteinander gekoppelt sein. 8th shows an embodiment of the adjustment of the angle of rotation by means of a gear 55 , which is rotatably connected to the lid. The gear 55 gets through the racks 56 and 57 , which are moved in the longitudinal direction, rotated. The racks can also be coupled together.

Von 8 ausgehend für die weiteren Ausführungsformen der Verstellung des Drehwinkels, kann man anstatt der Zahnstangen, ein weiteres Zahnrad, welches mit dem Zahnrad 55 in Eingriff steht, einsetzen. Man kann auch anstatt der Zahnradkombination zwei Zahnriemenscheiben mit einem Zahnriemen – oder zwei Kettenräder mit einer Kette kombinieren.From 8th starting for the further embodiments of the adjustment of the angle of rotation, one can instead of the racks, another gear, which with the gear 55 engaged. It is also possible to combine two toothed belt pulleys with one toothed belt - or two sprockets with one chain instead of the gear combination.

Auf 8 basierende Ausführungsformen kann man auch zwischen den Radaufnehmer 13 und Gehäuse 2 integrieren. Dabei wird der Planetenradträger 10 entsprechend verlängert bzw. der Raum zwischen dem Radaufnehmer 13 und dem Gehäuse 2 zur Verfügung gestellt, um Zahnrad, Zahnriemenscheibe oder Kettenrad zu integrieren. Zahnrad 55 bzw. Zahnriemenscheibe oder Kettenrad sind mit dem Gehäuse 2 drehfest verbunden.On 8th Based embodiments can also be between the Radaufnehmer 13 and housing 2 integrate. This is the planet carrier 10 extended accordingly or the space between the Radaufnehmer 13 and the housing 2 provided to integrate gear, timing pulley or sprocket. gear 55 or pulley or sprocket are with the housing 2 rotatably connected.

9 zeigt eine Ausführungsform der Verstellung des Drehwinkels mit einem Seil oder Band oder Riemen. 9 shows an embodiment of the adjustment of the angle of rotation with a rope or belt or belt.

Durch die Verschiebung der Rolle 58 in horizontale Richtung bzw. Verdrehung der Rolle 58 um seine eigene Achse wird der Gehäuse 2 gedreht. Seil, Band oder Riemen 59 sind entweder formschlüssig oder mindestens an einem Punkt mit dem Gehäuse 2 und mit der Rolle 58 fest verbunden.By shifting the role 58 in horizontal direction or rotation of the roller 58 around its own axis is the case 2 turned. Rope, ribbon or belt 59 are either form-fitting or at least at one point with the housing 2 and with the role 58 firmly connected.

10 zeigt eine Ausführungsform der Verstellung des Drehwinkels mit einem Kugelzapfen 62, der mit dem Gehäuse 2 fest verbunden ist. Der Kolben hat eine zylindrische Bohrung für die Aufnahme des Kugelzapfens und bewegt sich in Längsrichtung. 10 shows an embodiment of the adjustment of the angle of rotation with a ball stud 62 that with the case 2 is firmly connected. The piston has a cylindrical bore for receiving the ball stud and moves in the longitudinal direction.

11 ist eine Ausführungsform der Verstellung des Drehwinkels direkt auf der Wellenachse mit einem Kupplungselement 60 und einem rotierenden Antrieb 61. 11 is an embodiment of the adjustment of the angle of rotation directly on the shaft axis with a coupling element 60 and a rotating drive 61 ,

Claims

Adjusting the relative rotational angle adjustment for continuously varying the angle of rotation of a driven member to a driving member, characterized in that on the axis of rotation of the shaft 1 a rotatable eccentrically arranged housing 2 , a coaxially mounted rotatable ring gear 3 having. In the case 2 is a transmission wheel (or transmission wheels) 5 arranged eccentrically to the housing axis, which with the ring gear 3 engaged. That on the wave 1 rotatably mounted wheel 7 stands with the ring gear 3 and wheel 8th with the transmission wheel 5 engaged. Depending on the application is wheel 7 or wheel 8th the driving member, the driving member on the shaft 1 rotatable and driven member is rotatably connected to the shaft.

Adjusting gear for the relative rotation angle adjustment according to claim 1, characterized in that on the shaft 1 the wheel 8.1 with the wheel 8th and on the wave 8.3 the wheel 8.2 are rotatably connected. The wave 8.3 is to be provided as a driven member, so that the shaft 8.3 the same sense of rotation as wave 1 Has. The location of the wave 8.3 can around the shaft 1 be as long as the gears 8.1 and 8.2 are engaged.

Adjusting gear for the relative rotational angle adjustment according to claim 1 and 2, characterized in that the wheel 8th the sun gear of a planetary gear can be so that the driving and driven wheel the same direction of rotation on the shaft 1 exhibit. The planet carrier 10 on which the planetary gears 11 are rotatably mounted, is coaxial with the shaft 1 arranged and has a coaxially arranged wheel 9 and a ring gear 12 on. The storage can 40 on the planet carrier 10 both side and center between housing 2 and Radaufnehmer 13 be.

Adjusting gear for the relative rotation angle adjustment, characterized in that the pivot pins 10.1 in the planet carrier 10 rotatably mounted and one end to the housing 2 over the coupling pins 10.3 and the other end with a drive element via coupling unit ( 10.4 . 10.5 and 10.6 ) are bound. By the movement of the joint carrier 10.5 or the universal joint 10.6 behind the storage 40 become the pivot pins 10.1 turned, thus the housing becomes 2 rotated or adjusted the angle of rotation.

Adjusting gear for the relative rotation angle adjustment, characterized in that a gear or gear part 51 on the housing 2 rotatably attached or incorporated. By a rack 52 that makes a straight-line movement or by a rotating snail 52 , the case becomes 2 rotated or adjusted the angle of rotation.

Adjusting gear for the relative rotation angle adjustment, characterized in that the pivot point on the lid 14 or on the extended axis 6 of the transmission wheel 5 can be. By a drive element 53 , which makes a straight-line movement, becomes the case 2 turned. An eccentric ring 54 is intended to compensate for the vertical displacement.

Adjusting gear for the relative rotation angle adjustment, characterized in that the cover rotatably connected to a gear 55 through the racks 56 and 57 is moved in the longitudinal direction. This will make the case 2 rotated or adjusted the angle of rotation. Racks can also be coupled together or instead of the racks another gear with the gear 55 engage. It is also possible to combine two toothed belt pulleys with one toothed belt - or two sprockets with one chain instead of the gear combination.

Adjusting gear for the relative rotational angle adjustment according to claim 8, characterized in that the drive elements (gear, timing belt and toothed chain combination) between the housing 2 and Radaufnehmer 13 can be integrated by extending the planet carrier to create the space for drive elements.

Adjusting gear for the relative rotation angle adjustment, characterized in that the adjustment of the angle of rotation with a rope or belt or belt 59 he follows. By shifting the role 58 in horizontal direction or rotation of the roller 58 The housing becomes its own axis 2 turned. Rope, tape or belts are either form-fitting or at least at one point with the housing 2 and with the role 58 be firmly bound.

Adjustment for the relative rotation angle adjustment, characterized in that the ball pin or the disc element 60 with the housing 2 is firmly connected. The drive element 61 that has a cylindrical or rectangular bore moves longitudinally.

Adjustment for the relative rotation angle adjustment characterized in that the rotation directly on the shaft axis with a coupling element 62 and with a rotating drive 63 he follows.

Adjustment for the relative rotation angle adjustment characterized in that a drive, the drive elements in the longitudinal direction moved back and forth z. B. like a piston or rotates like a worm. This can be mechanical, hydraulic, pneumatic, electrical or electromechanical.