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Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
EP 1 715 143 A2 ist bereits eine Ventiltriebvorrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einer Nockenwelle, die zur Betätigung von zumindest einem Ventil vorgesehen ist, mit einem an die Nockenwelle angebundenen Antriebsrad, das dazu vorgesehen ist, an eine Kurbelwelle drehmomentübertragend angebunden zu werden, und mit einem in einer Antriebsradebene angeordneten Lager, das das Antriebsrad zumindest im Wesentlichen koaxial zu der Nockenwelle ausrichtet, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Lebensdauer der Ventiltriebvorrichtung zu erhöhen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Ventiltriebvorrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einer Nockenwelle, die zur Betätigung von zumindest einem Ventil vorgesehen ist, mit einem an die Nockenwelle angebundenen Antriebsrad, das dazu vorgesehen ist, an eine Kurbelwelle drehmomentübertragend angebunden zu werden, und mit zumindest einem in einer Antriebsradebene angeordneten Lager, das das Antriebsrad zumindest im Wesentlichen koaxial zu der Nockenwelle ausrichtet.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Ventiltriebvorrichtung ein feststehendes Gehäuseelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, zur Abstützung des Antriebsrads das Lager zumindest teilweise aufzunehmen. Hierzu kann das Gehäuseelement in die Antriebsradebene eingreifen. Dadurch kann eine Einleitung eines Biegemoments von dem Antriebsrad auf die Nockenwelle vermieden werden, wodurch eine Belastung der Nockenwelle und/oder des Lagers, insbesondere eine Lagerreibung, reduziert werden kann. Weiter kann ein Taumeln des Antriebsrads vermieden werden, wodurch eine Axialbelastung eines zur drehmomentübertragenden Verbindung des Antriebsrads und der Kurbelwelle vorgesehenen Umschlingungsmittels reduziert, vorzugsweise vermieden werden kann. Dadurch kann ein Verschleiß des Umschlingungsmittels und/oder eine Geräuschentwicklung beim Betrieb der Ventiltriebvorrichtung reduziert werden. Somit kann eine Lebensdauer und/oder ein Komfort der Ventiltriebvorrichtung erhöht werden. Unter einem „an die Nockenwelle angebundenen Antriebsrad” soll insbesondere ein zumindest im Wesentlichen koaxial zu der Nockenwelle angeordnetes Antriebsrad verstanden werden, das mit der Nockenwelle drehmomentübertragend verbunden ist. Unter einer „Antriebsradebene” soll insbesondere eine Ebene verstanden werden, die senkrecht zu einer Rotationsachse des Antriebsrads mittig durch das Antriebsrad verläuft. Unter einem „in der Antriebsradebene angeordneten Lager” soll insbesondere ein Lager verstanden werden, das zumindest teilweise durch die Antriebsradebene geschnitten ist. Unter einem „in die Antriebsradebene eingreifenden Gehäuseelement” soll insbesondere ein Gehäuseelement verstanden werden, das zumindest teilweise durch die Antriebsradebene geschritten ist. Unter „feststehend” soll insbesondere in Bezug zu einem Motorgehäuse, vorzugsweise zu einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors verstanden werden. Unter „Aufnehmen” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Lager sich zumindest teilweise auf dem Gehäuseelement abstützt und dadurch eine Kraft, insbesondere eine radial wirkende Kraft, von dem Antriebsrad zumindest teilweise auf das Gehäuseelement weiterleitet. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Lager radial zwischen einer Verzahnung des Antriebsrads und dem feststehenden Gehäuseelement angeordnet ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Abstützung des Antriebsrads auf dem feststehenden Gehäuseelement realisiert werden. Unter „radial zwischen” soll insbesondere eine Anordnung entlang einer radialen Richtung bezüglich einer Rotationsachse der Nockenwelle und/oder des Antriebsrads und damit eine Anordnung entlang einer Richtung, die senkrecht zu der Rotationsachse ausgerichtet ist, verstanden werden.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Ventiltriebvorrichtung einen Phasenversteller mit einem zumindest teilweise innerhalb des Gehäuseelements verlaufenden Stellelement, insbesondere einer Stellwelle aufweist, das dazu vorgesehen ist, eine Phasenlage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle zu verstellen. Dadurch kann ein besonders kompakter Phasenversteller bereitgestellt werden. Unter einem „zumindest teilweise innerhalb des Gehäuseelements verlaufenden Stellelement, insbesondere einer Stellwelle” soll insbesondere ein Stellelement, insbesondere eine Stellwelle verstanden werden, das zumindest teilweise von dem Gehäuseelement umgriffen wird und/oder die zumindest teilweise innerhalb des Gehäuseelements angeordnet ist. Unter einer „Stellwelle” soll insbesondere eine Welle verstanden werden, die zur Verstellung der Phasenlage aktiv gebremst oder aktiv beschleunigt wird. Unter „aktiv” soll insbesondere ein Vorgang verstanden werden, der in Abhängigkeit von einer extern, beispielsweise mittels einer Steuer- und/oder Regeleinheit, angesteuerten Aktuatorik durchgeführt wird. Unter einer Phasenlage” soll insbesondere ein Winkel einer relativen Verdrehung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle verstanden werden, insbesondere um wenigstens Ventilbetätigungszeiten an verschiedene Betriebsbereiche, wie beispielsweise Volllast, Teillast und/oder Leerlauf, des Verbrennungsmotors anzupassen.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Ventiltriebvorrichtung ein weiteres, in der Antriebsradebene angeordnetes Lager aufweist, das zur Lagerung des Stellelements bzw. der Stellwelle radial zwischen dem Gehäuseelement und dem Stellelement bzw. der Stellwelle angeordnet ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Abstützung des Stellelements bzw. der Stellwelle auf dem feststehenden Gehäuseelement realisiert werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Die 1 zeigt eine Ventiltriebvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs in einem Längsschnitt. Die Ventiltriebvorrichtung ist als eine Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung ausgebildet. Die Ventiltriebvorrichtung weist zur Betätigung von mehreren Ventilen eine Nockenwelle 10 auf. Zum Antrieb der Nockenwelle 10 umfasst die Ventiltriebvorrichtung einen Antrieb, der ein an die Nockenwelle 10 angebundenes Antriebsrad 11 aufweist, das an eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehmomentübertragend angebunden ist. Zur drehmomentübertragenden Verbindung des Antriebsrads 11 und der Kurbelwelle weist die Ventiltriebvorrichtung ein nicht näher dargestelltes Umschlingungsmittel auf, das mit einer Verzahnung 15 des Antriebsrads 11 in Wirkverbindung steht. Der Antrieb ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein Kettenantrieb ausgebildet. Das Antriebsrad 11 ist als ein Kettenrad ausgebildet. Das Umschlingungsmittel ist als eine Kette ausgebildet. Grundsätzlich kann der Antrieb auch als ein Zahnriemenantrieb ausgebildet sein, wodurch das Antriebsrad 11 als ein Zahnriemenrad und das Umschlingungsmittel als ein Zahnriemen ausgebildet ist.
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Zur Lagerung des Antriebsrads 11 weist die Ventiltriebvorrichtung ein Lager 13 auf. Zur Vermeidung eines Hebelarms ist das Lager 13 in einer Antriebsradebene 12 des Antriebsrads 11 angeordnet. Es ist direkt in der Antriebsradebene 12 angeordnet, wodurch eine Einleitung eines Biegemoments auf die Nockenwelle 10 vermieden wird. Das Lager 13 richtet das Antriebsrad 11 koaxial zu der Nockenwelle 10 aus. Das durch das Lager 13 gelagerte Antriebsrad 11 weist eine Rotationsachse 19 auf, die einer Rotationsachse der Nockenwelle 10 entspricht. Das Lager 13 ist innerhalb des Antriebsrads 11 angeordnet. Das Lager 13 ist als ein Wälzlager ausgebildet. Es weist einen Außenring 20, einen Innenring 21 und zwischen dem Außenring 20 und dem Innenring 21 angeordnete Wälzkörper 22 auf. Alle Wälzkörper 22 des in der Antriebsradebene 12 angeordneten Lagers 13 sind in der Antriebsradebene 12 angeordnet. Die Antriebsradebene 12 schneidet senkrecht alle Wälzkörper 22 des in der Antriebsradebene 12 angeordneten Lagers 13. Die Wälzkörper 22 sind als Kugeln ausgebildet.
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Um zu vermeiden, dass ein Biegemoment von dem Umschlingungsmittel auf die Nockenwelle 10 eingeleitet wird, weist die Ventiltriebvorrichtung ein feststehendes Gehäuseelement 14 auf, das in die Antriebsradebene 12 eingreift und zur Abstützung des Antriebsrads 11 das Lager 13 aufnimmt. Das Gehäuseelement 14 durchdringt die Antriebsradebene 12. Es greift zur Aufnahme des Lagers 13 in das Antriebsrad 11 ein. Das Antriebsrad 11 umgreift teilweise das feststehende Gehäuseelement 14. Das Gehäuseelement 14 ist einstückig mit einem Motorgehäuse des Verbrennungsmotors ausgebildet. Es ist einstückig mit einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors ausgebildet. Grundsätzlich kann das Gehäuseelement 14 auch als ein separates Gehäuseelement ausgebildet sein, das fest mit dem Motorgehäuse, vorzugsweise mit dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors verbunden ist. Natürlich kann das Gehäuseelement 14 auch als ein anderes, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Gehäuseelement ausgebildet sein, das feststehend ausgebildet ist.
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Das Lager 13 stützt sich auf dem Gehäuseelement 14 ab und lagert das Antriebsrad 11 direkt an dem feststehenden Gehäuseelement 14. Das Lager 13 ist radial zwischen der Verzahnung 15 des Antriebsrads 11 und dem feststehenden Gehäuseelement 14 angeordnet. Der Innenring 21 des Lagers 13 ist fest mit dem Gehäuseelement 14 und der Außenring 20 des Lagers 13 fest mit dem Antriebsrad 11 verbunden. Der Innenring 21 ist an einem Außendurchmesser des Gehäuseelements 14 fest mit dem Gehäuseelement 14 verbunden. Das Lager 13 umgreift teilweise das feststehende Gehäuseelement 14.
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Zur Verstellung einer Phasenlage zwischen der Nockenwelle 10 und der Kurbelwelle weist die Ventiltriebvorrichtung einen Phasenversteller 16 auf. Der Phasenversteller 16 ist als ein Steller mit Leistungsverzweigung ausgebildet. Er weist ein Drei-Wellen-Minus-Summiergetriebe auf. Der Phasenversteller 16 weist eine von der Kurbelwelle angetriebene Eingangswelle 23, eine die Nockenwelle 10 antreibende Ausgangswelle 24 und eine mit einem Bremsmoment beaufschlagbare Stellwelle 17 auf. Die Eingangswelle 23 ist mit dem Antriebsrad 11 und die Ausgangswelle 24 mit der Nockenwelle 10 verbunden. Die Eingangswelle 23 ist als ein Planetenradträger, die Ausgangswelle 24 als ein Hohlrad und die Stellwelle 17 als ein Sonnenrad ausgebildet. Die als Hohlrad ausgebildete Ausgangswelle 24 ist einstückig mit der Nockenwelle 10 ausgebildet.
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Die Stellwelle 17 verläuft teilweise innerhalb des Gehäuseelements 14 und teilweise innerhalb der Nockenwelle 10. Sie weist eine Rotationsachse auf, die der Rotationsachse 19 entspricht. Die Stellwelle 17 greift in die Antriebsradebene 12 ein. Sie durchdringt die Antriebsradebene 12. Die Stellwelle 17 verläuft durch das Antriebsrad 11. Zur Aufnahme des Lagers 13 verlauft ein Teil des Gehäuseelements 14 zwischen der Stellwelle 17 und dem Lager 13. Das Gehäuseelement 14 ist radial teilweise zwischen der Stellwelle 17 und dem Lager 13 angeordnet.
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Zur Lagerung der Stellwelle 17 weist die Ventiltriebvorrichtung zwei weitere Lager 18, 25 auf. Die beiden Lager 18, 25 richten die Stellwelle 17 koaxial zu der Nockenwelle 10 aus. Das Lager 18 ist ebenfalls in der Antriebsradebene 12 angeordnet. Es ist zur Lagerung der Stellwelle 17 radial zwischen dem Gehäuseelement 14 und der Stellwelle 17 angeordnet. Ein Teil des Gehäuseelements 14 ist somit radial zwischen dem Lager 13 und dem Lager 18 angeordnet. Das Lager 18 ist radial benachbart zu dem Lager 13 angeordnet. Es ist innerhalb des Lagers 13 und damit innerhalb des Antriebsrads 11 angeordnet. Das Lager 18 ist innerhalb des Gehäuseelements 14 angeordnet. Das Lager 18 ist ebenfalls als ein Wälzlager ausgebildet. Es weist einen Außenring 26, einen Innenring 27 und zwischen dem Außenring 26 und dem Innenring 27 angeordnete Wälzkörper 28 auf. Der Innenring 27 des Lagers 18 ist fest mit der Stellwelle 17 und der Außenring 26 des Lagers 18 fest mit dem Gehäuseelement 14 verbunden. Der Außenring 26 ist an einem Innendurchmesser des Gehäuseelements 14 fest mit dem Gehäuseelement 14 verbunden. Das feststehende Gehäuseelement 14 umgreift teilweise das Lager 18. Alle Wälzkörper 28 des in der Antriebsradebene 12 angeordneten Lagers 18 sind in der Antriebsradebene 12 angeordnet. Die Antriebsradebene 12 schneidet senkrecht alle Wälzkörper 28 des in der Antriebsradebene 12 angeordneten Lagers 18. Die Wälzkörper 28 sind als Kugeln ausgebildet.
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Das Lager 25 ist axial beabstandet zu dem Lager 13 und dem Lager 18 angeordnet. Das Lager 25 ist zur Lagerung der Stellwelle 17 innerhalb der Nockenwelle 10 angeordnet. Das Lager 25 ist ebenfalls als ein Wälzlager ausgebildet. Es weist einen Außenring 29, einen Innenring 30 und zwischen dem Außenring 29 und dem Innenring 30 angeordnete Wälzkörper 31 auf. Der Innenring 30 des Lagers 25 ist fest mit der Stellwelle 17 und der Außenring 29 des Lagers 25 fest mit der Nockenwelle 10 verbunden. Der Außenring 29 ist an einem Innendurchmesser der Nockenwelle 10 fest mit der Nockenwelle 10 verbunden. Die Wälzkörper 31 sind als Kugeln ausgebildet.
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Zur Bereitstellung des Bremsmoments und damit zur Verstellung der Phasenlage zwischen der Nockenwelle 10 und der Kurbelwelle weist der Phasenversteller 16 eine drehfest mit der Stellwelle 17 verbundene Bremsscheibe 32, ein Statorgehäuse 33 und eine in dem Statorgehäuse 33 angeordnete Spule 34 auf. Die Bremsscheibe 32, das Statorgehäuse 33 und die Spule 34 sind innerhalb des Gehäuseelements 14 angeordnet. Das Gehäuseelement 14 umgreift die Bremsscheibe 32, das Statorgehäuse 33 und die Spule 34. Zur Bereitstellung des Bremsmoments bestromt eine nicht näher dargestellte Steuer- und Regeleinheit die Spule 34, wodurch die Bremsscheibe 32 reibschlüssig an dem Statorgehäuse 33 anliegt und die Stellwelle 17 abbremst. Durch das Abbremsen der Stellwelle 17 verstellt der Phasenversteller 16 die Phasenlage zwischen der Nockenwelle 10 und der Kurbelwelle.
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Das feststehende Gehäuseelement 14 ist topfartig ausgebildet. Es ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Zum Eingriff in die Antriebsradebene 12 und damit zum radialen Umgreifen der Stellwelle 17 und des Lagers 18 weist das Gehäuseelement 14 einen Bereich mit einem kleineren Durchmesser auf. Das Gehäuseelement 14 nimmt in dem Bereich mit dem kleineren Durchmesser das Lager 13 und das Lager 18 auf. Es greift mit dem Bereich, der den kleineren Durchmesser aufweist, in die Antriebsradebene 12 ein. Zum radialen Umgreifen der Bremsscheibe 32, des Statorgehäuses 33 und der Spule 34 weist das Gehäuseelement 14 einen Bereich mit einem größeren Durchmesser auf. Das topfartige Gehäuseelement 14 verdeckt in eine radiale Richtung und in eine der Nockenwelle 10 zugewandte axiale Richtung die Bremsscheibe 32, das Statorgehäuse 33 und die Spule 34. Zur Verdeckung der Bremsscheibe 32, des Statorgehäuses 33 und der Spule 34 in eine der Nockenwelle 10 abgewandte axiale Richtung weist die Ventiltriebvorrichtung weiter ein Gehäuse 35 auf.
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Grundsätzlich kann die Ventiltriebvorrichtung alternativ oder zusätzlich zu der Anordnung des Lagers 13 in der Antriebsradebene 12 eine Drehmomentübertragungseinheit aufweisen, die zwischen dem Antriebsrad 11 und der Nockenwelle 10 angeordnet ist. Die Drehmomentübertragungseinheit ist dazu vorgesehen, kleine Abweichungen zwischen den Rotationsachsen 19 des Antriebsrads 11 und der Nockenwelle 10 auszugleichen und gleichzeitig ein Drehmoment zu übertragen. Sie erlaubt eine geringfügige radiale Bewegung zwischen dem Antriebsrad 11 und der Nockenwelle 10. Die Drehmomentübertragungseinheit ist als eine radial flexible Kupplung ausgebildet, wie beispielsweise eine Oldham-Kupplung. Grundsätzlich kann die Drehmomentübertragungseinheit auch als eine Elastomerkupplung ausgebildet sein. Natürlich kann die Drehmomentübertragungseinheit alternativ oder zusätzlich auch zwischen der Eingangswelle 23 und der Ausgangswelle 24 der Phasenverstellers 16 angeordnet sein. Die Eingangswelle 23 und die Ausgangswelle 24 sind dann nicht auseinander gelagert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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