DE102011117528A1

DE102011117528A1 - Nockenwellenverstellantrieb

Info

Publication number: DE102011117528A1
Application number: DE201110117528
Authority: DE
Inventors: Ernesteo Giovanni Arnoldi; Paolo Lincoln Maurino
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2013-05-08
Also published as: WO2013064517A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenverstellantrieb für eine Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem ersten Gehäuseteil, einem drehbar gegenüber dem Gehäuseteil gelagertem Rotor mit einer Motorwelle, welche aus dem ersten Gehäuseteil herausgeführt ist, im Gehäuseteil angeordneten Elementen eines Stators, einer Elektronik zur Bestromung von Wicklungen des Rotors und/oder des Stators sowie einem weiteren Gehäuseteil, welches das erste Gehäuseteil mit den darin angeordneten Komponenten zu einer abgeschlossenen Einheit ergänzt, wobei in dem ersten Gehäuseteil (7) ein Aufnahmebereich (12) für die zur Bestromung der Wicklungen des Rotors (2) und/oder des Stators (11) dienenden Elektronik vorgesehen ist, wobei dieser Aufnahmebereich (12) sich in radialer Richtung an den Stator (11) anschließend angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenverstellantrieb nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der DE 102 48 355 A1 ist ein elektrischer Nockenwellenversteller einer Verbrennungskraftmaschine bekannt. Die Nockenwelle wird von der Kurbelwelle her halbtourig angetrieben, wozu ein Nockenwellenantriebsrad der Nockenwelle mit der Kurbelwelle gekoppelt ist. Ein Verstellgetriebe zwischen Nockenwelle und Nockenwellenantriebsrad erlaubt eine Verstellung der Phasenlage von Nockenwellenantriebsrad und der Nockenwelle. Das Verstellgetriebe kann bspw. als Doppelplanetengetriebe oder als Harmonic-Drive-Getriebe ausgebildet sein und ist mit einem Elektromotor als Antrieb gekoppelt.
Der elektrische Antriebsmotor für diesen Nockenwellenversteller liegt in der Verlängerung der zu verstellenden Nockenwelle, die Motorwelle fluchtet mit der Nockenwelle. Der Motor, der als bürstenloser Gleichstrommotor mit permanentmagnetischen Rotor ausgeführt sein kann, ist in einem zweiteiligen Gehäuse aufgenommen und weist eine Bauform auf, welche einen Durchmesser in der Größenordnung der Motorlänge besitzt.
Die DE 103 52 255 A1 zeigt einen Nockenwellenversteller mit einem als Dreiwellengetriebe ausgebildeten Verstellantrieb. Der Elektromotor ist räumlich getrennt von der Verstellwelle des Verstellgetriebes angeordnet – das Verstellmoment wird durch eine flexible Welle übertragen. Eine Variante sieht vor, dass der Motor, die Motorwelle parallel zur Nockenwelle liegt und das Verstellmoment über einen als Kettentrieb, Riementrieb oder dgl. ausgebildeten Sekundärtrieb eingebracht wird. Die vorgesehene räumliche Trennung von Motor und Verstellgetriebe ergibt keine kompakte Bauform.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Nockenwellenverstellantrieb in gegenüber den bekannten Lösungen verbesserter und vor allem kompakter Ausführung vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäße Nockenwellenverstellantrib besteht aus einem ersten Gehäuseteil, einem drehbar gegenüber dem Gehäuseteil gelagertem Rotor mit einer Motorwelle, welche aus dem ersten Gehäuseteil herausgeführt ist, im Gehäuseteil angeordneten Elementen eines Stators, einer Elektronik zur Bestromung von Wicklungen des Rotors und/oder des Stators sowie einem weiteren Gehäuseteil, welches das erste Gehäuseteil mit den darin angeordneten Komponenten zu einer abgeschlossenen Einheit ergänzt. Dabei ist in dem ersten Gehäuseteil ein Aufnahmebereich für die zur Bestromung der Wicklungen des Rotors und/oder des Stators dienenden Elektronik vorgesehen, wobei dieser Aufnahmebereich sich in radialer Richtung an den Stator anschließend angeordnet ist. Das erste Gehäuseteil nimmt so die Teile des Elektromotors sowie in dem Aufnahmebereich zusätzlich Elektronik auf und wird mit dem als Deckel ausgebildeten weiteren Gehäuseteil zu einer gekapselten Einheit geschlossen. Durch die radiale Anordnung des Aufnahmebereiches, in Anschluss an den Stator, ergibt sich eine flache und kompakte Bauform. Die Bautiefe des Motors wird so nur noch im Wesentlichen durch die Länge der Motorwelle bzw. die nötige Bautiefe von Rotor und Stator bestimmt.
Weiterbildend ist erfindungsgemäß vorgesehen:

– das erste Gehäuseteil weist in der Ebene des Rotors eine im Wesentlichen durch den Außendurchmesser des Stators bedingte Größe auf, mit einer in einem Bereich, einem Abschnitt sich an den Stator anschließenden Erweiterung für die Aufnahme der Elektronik. Der Motor ist somit von seinen Außenabmessungen durch die Größe des Stators bestimmt – und zwar in der Tiefe und der Breite – mit einer Abweichung vom Statorbaumaß in eben nur einem Sektor.
– das erste Gehäuseteil weist die Lagerung für die Motorwelle auf. Vorzugsweise ist die Motorwelle über zwei im ersten Gehäuseteil nebeneinander sitzende Lager gelagert. Dabei ist als Weiterbildung vorgesehen, dass dem Lager, welches die Motorwelle aus dem ersten Gehäuseteil herausführt, ein Dichtmittel nachgeordnet ist, welches das Gehäuseinnere gegen eintretendes Motoröl dichtet. Insbesondere liegt die Dichtung zwischen dem ersten und dem zweiten die Motorwelle tragenden Lager.
– das erste Gehäuseteil ist nach Art einer Wanne ausgeführt und wird mit dem als Deckel ausgebildeten zweiten Gehäuseteil verschlossen. Die Wannenform ist hierbei entsprechend der Außenform des Stators sowie des sich in einem Abschnitt daran anschließenden Aufnahmebereiches für die Elektronik gestaltet. Insbesondere weist die Wanne eine derartige Bautiefe auf, so dass ein als flaches Teil ausgebildeter Deckel als verschließendes Gehäuseteil verwendet werden kann.
– ein Baugruppenträger erstreckt sich von dem Aufnahmebereich für die zur Bestromung der Wicklungen des Rotors und/oder des Stators dienenden Elektronik zumindest zum Teil in den Raum des Stators. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich an der der Nockenwelle abgewandten Seite des Gehäuses, also zum Deckel hin, ein als Platine ausgebildeter Baugruppenträger für elektrische Komponenten befindet. Dieser weist insbesondere eine Sensorik für die Rotorlagendetektion sowie weitere Elektronik zur Bestromung der Statorwicklungen auf. Insbesondere können auf dem Baugruppenträger applizierte Leitungen eine Verbindung der Leistungsstufen zu den Wicklungen darstellen.
– im Aufnahmebereich für die zur Bestromung der Wicklungen des Rotors und/oder des Stators dienenden Elektronik ist eine Steckverbindung zum elektrischen Anschluss einer auf dem Baugruppenträger befindlichen Elektronik. Über diese Steckverbindung kann die Elektronik des Baugruppenträgers mit einer Stromversorgung verbunden sowie mit Steuersignalen versorgt werden. Auch können Signale an die Fahrzeugelektronik geleitet werden.

Des Weiteren erfolgt die Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 und 2 eine perspektivische Außenansicht des erfindungsgemäßen Motors,
3 die Ansicht nach 2 mit abgenommenen Deckel,
4 wie 3 – mit entfernten Baugruppenträger,
5 einen Schnitt in der Ebene der Motorachse, siehe 6,
6 eine Draufsicht auf zwei nebeneinander liegende Antriebe, welche bei einem Motor mit zwei oben liegenden Nockenwellen vorgesehen sind,
7 eine Seitenansicht nach 6, und
8 eine perspektivische Darstellung entsprechend 6.
Der erfindungsgemäße Antriebsmotor weist eine Motorwelle 1 auf, welche die Permanentmagnete eines Rotors 2 trägt (5). Die Motorwelle 1 liegt in Verlängerung einer zu verstellenden Nockenwelle, welche sich in der 5 links anschließt. Die Motorwelle 1 ist mit einem Verstellgetriebe 3 bzw. der Verstellwelle eines Verstellgetriebes 3 gekoppelt, wobei das Verstellgetriebe 3 antriebsseitig über ein Kettenrad 4 von der nicht dargestellten Motorkurbelwelle getrieben wird. Der Abtrieb des Verstellgetriebes 3 ist in an sich bekannter Weise mit der Nockenwelle drehfest verbunden.
Die Motorwelle 1 ist über zwei Lager 5, 6 gegenüber einem als Schale ausgebildeten Motorgehäuseteil 7 gelagert, welches mit seiner Grundseite an einer Wand eines Zylinderkopfes 8 angesetzt ist, in welchem das am Ende der Nockenwelle angesetzte Verstellgertriebe 3 untergebracht ist. Der Zylinderkopf 8 weist dafür eine entsprechend geformte Aufnahme auf.
Die an der dem Verstellgetriebe 3 zugewandten Seite liegende Lagerung 5 der Motorwelle ist als Rillenkugellager gebildet, welches in eine Aufnahme an der Außenseite des Motorgehäuseteils 7 eingesetzt ist. Das Motorgehäuseteil 7 ist im Bereich des Durchganges der Motorwelle 1 in Richtung des Motorinneren nach Art eines Durchzuges geformt und trägt dort ein zweites Lager 6. Zwischen diesen beiden unterschiedlich ausgeführten Lagern 5, 6 ist eine Wellendichtung 9 angeordnet, welche das Innere des Motorgehäuses gegen den Eintritt von Motoröl dichtet.
Auf das im Inneren des Motorgehäuses liegende Ende der Motorwelle 1 ist ein die Pole des Rotors 2 tragender und als Topf bzw. Glocke ausgebildeter Träger 10 aufgesetzt. Die Pole des Rotors 2 werden von Samarium-Cobalt Magneten gebildet und wirken in an sich bekannter Weise mit entsprechend der Rotorbewegung elektrisch bestromten Wicklungen eines Stators 11 zusammen (dargestellt sind die die Wicklungen tragenden Joche). Der Rotor 2 und die im Motorgehäuseteil 7 angeordneten Wicklungen des Stators 11 bilden so die Grundkomponenten eines bürstenlosen Gleichstrommotors.
4 zeigt perspektivisch das offene Motorgehäuseteil 7 mit den darin befindlichen Wicklungen des Stators 11, dem Rotor 2 sowie einem sich im Inneren des Motorgehäuses 7 radial an den Stator 11 sich anschließenden Aufnahmebereich 12 für die Elektronik des Motors. Dargestellt sind exemplarisch die Leistungsstufen der Bestromungselektronik für die Wicklungen des Stators 11. Neben den Leistungsstufen der Bestromungselektronik liegend ist in einem Bereich des Motorgehäuseteils 7 eine Steckverbindung 13 mit entsprechender Abdichtung angeordnet. Diese Steckverbindung 13 dient der elektrischen Anbindung einer auf den offenen Motor aufsetzbaren Baugruppenträger 14 in Form einer Platine (3). In dem Bereich der beschriebenen Steckverbindung 13 erfolgt ebenfalls mit Dichtmitteln die Einführung der elektrischen Leitungen 15 in das Motorgehäuse. Über die Leitungen 15 wird der Antrieb mit Spannung versorgt und erhält seine Steuerungssignale.
In 3 ist ein als Platine ausgebildeter und in das offene Motorgehäuseteil eingesetzter Baugruppenträger 14. Dieser Baugruppenträger 14 weist nicht dargestellte elektrische Bauelemente sowie Leitungsbahnen auf. Insbesondere trägt diese Platine 14 auf der zum Rotor 2 zugewandten Seite eine Sensorik zur Erfassung der Rotorlage, welche als ein Hallsensor ausgebildet ist und mit einem permanentmagnetischem Bereich auf der Rotorseite zusammenwirkt.
In der Darstellung nach 2 ist auf das in 3 offene Motorgehäuseteil 7 ein in seiner Außenkontur entsprechend der Form des Motorgehäuseteils 7 gestalteter flacher Deckel 16 aufgesetzt, welcher das Motorgehäuse 7 abschließt und das Innere des Motorgehäuses 7 dichtet.
1 gibt die Anbindung eines erfindungsgemäßen Antriebes 17 an einen Zylinderkopf 8 einer Verbrennungskraftmaschine wieder. Der erfindungsgemäß kompakt und flach ausgeführte Antrieb 17 ist unter einer nicht dargestellten Abdeckung angeordnet und wird mit drei Schrauben 19 am Zylinderkopf 8 der Verbrennungskraftmaschine befestigt.
6 zeigt eine Ansicht auf das stirnseitige Ende eines Zylinderkopfes 8 mit zwei obenliegenden Nockenwellen – die Ansicht folgt der Richtung der nicht dargestellten Nockenwellen. Jeder Nockenwelle ist ein erfindungsgemäßer Antrieb 17, 18 mit je einem im Zylinderkopf 8 liegenden, nicht dargestellten Verstellgetriebe zugeordnet. Die nebeneinander liegenden Antriebe 17, 18 befinden sich unterhalb einer in den 6–8 nicht dargestellten Abdeckung, deren Dichtfläche 20 auf Seiten des Zylinderkopfes 8 wiedergegeben ist. In 6 ist ferner die Schnittebene A-A angegeben, wobei der entsprechende Schnitt in 5 dargestellt ist.
In 7 ist eine Seitenansicht entsprechend der Draufsicht nach 6 wiedergegeben. Die der Aufnahme der nicht dargestellten Abdeckung dienende Dichtfläche 20 verläuft hier in einem Winkel zu der Rotorebene. Die Einbausituation der beiden nebeneinanderliegenden Antriebe 17, 18 ist in 8 noch einmal perspektivisch dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Motorwelle, Rotorwelle
2: Rotor, Permanentmagneten
3: Verstellgetriebe
4: Kettenrad
5: Lager
6: Lager
7: Motorgehäuseteil, erstes Gehäuseteil
8: Zylinderkopf
9: Wellendichtung
10: Träger (Rotor 2)
11: Stator (Wicklungen)
12: Aufnahmebereich Elektronik
13: Steckverbindung
14: Baugruppenträger, Platine
15: Leitung
16: Deckel, Deckelteil, weiteres Gehäuseteil
17: Antrieb
18: Antrieb
19: Schraube
20: Dichtfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10248355 A1 [0002]
DE 10352255 A1 [0004]

Claims

Nockenwellenverstellantrieb für eine Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem ersten Gehäuseteil, einem drehbar gegenüber dem Gehäuseteil gelagertem Rotor mit einer Motorwelle, welche aus dem ersten Gehäuseteil herausgeführt ist, im Gehäuseteil angeordneten Elementen eines Stators, einer Elektronik zur Bestromung von Wicklungen des Rotors und/oder des Stators sowie einem weiteren Gehäuseteil, welches das erste Gehäuseteil mit den darin angeordneten Komponenten zu einer abgeschlossenen Einheit ergänzt, gekennzeichnet dadurch, dass in dem ersten Gehäuseteil (7) ein Aufnahmebereich (12) für die zur Bestromung der Wicklungen des Rotors (2) und/oder des Stators (11) dienenden Elektronik vorgesehen ist, wobei dieser Aufnahmebereich (12) sich in radialer Richtung an den Stator (11) anschließend angeordnet ist.
Nockenwellenverstellantrieb nach Anspruch 1, das erste Gehäuseteil (7) weist in der Ebene des Rotors (2) eine im Wesentlichen durch den Außendurchmesser des Stators (11) bedingte Größe auf, mit einer in einem Bereich sich an den Stator (11) anschließenden Erweiterung für den Aufnahmebereich (12) der Elektronik.
Nockenwellenverstellantrieb nach Anspruch 1, das erste Gehäuseteil (7) weist die Lagerung (5, 6) für die Motorwelle (1) auf.
Nockenwellenverstellantrieb nach 3, die Motorwelle (1) ist über zwei im ersten Gehäuseteil (7) nebeneinander sitzende Lager (5, 6) gelagert.
Nockenwellenverstellantrieb nach Anspruch 3 oder 4, dem Lager (5), welches die Motorwelle (1) aus dem ersten Gehäuseteil (7) herausführt, ist ein Dichtmittel (9) nachgeordnet, welches das Gehäuseinnere (7) gegen eintretendes Motoröl dichtet.
Nockenwellenverstellantrieb nach Anspruch 4 und 5, die Dichtung (9) ist zwischen dem ersten und dem zweiten die Motorwelle (1) tragenden Lager (5, 6) angeordnet.
Nockenwellenverstellantrieb nach einem der vorgenannten Ansprüche, das erste Gehäuseteil (7) ist nach Art einer Wanne ausgeführt und wird mit dem als Deckel ausgebildeten zweiten Gehäuseteil (16) verschlossen.
Nockenwellenverstellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ein Baugruppenträger (14) erstreckt sich von dem Aufnahmebereich (12) für die zur Bestromung der Wicklungen des Rotors (2) und/oder des Stators (11) dienenden Elektronik zumindest zum Teil in den Raum des Stators (11).
Nockenwellenverstellantrieb nach Anspruch 8, der als Platine ausgebildete Baugruppenträger (14) weist eine Sensorik zur Erfassung der Rotorlage auf.
Nockenwellenverstellantrieb nach Anspruch 8, im Aufnahmebereich (12) für die zur Bestromung der Wicklungen des Rotors (2) und/oder des Stators (11) dienenden Elektronik ist eine Steckverbindung (13) zum elektrischen Anschluss einer auf dem Baugruppenträger (14) befindlichen Elektronik.