DE102012023325A1

DE102012023325A1 - Nockenwellenverstellvorrichtung

Info

Publication number: DE102012023325A1
Application number: DE201210023325
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Elser; Thomas Stolk; Alexander von Gaisberg-Helfenberg
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-06-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung zur Verstellung einer Phasenlage einer Nockenwelle (10), mit einem Stirnradgetriebe (11), das zumindest ein erstes Stirnrad (12), zumindest ein zweites Stirnrad (13) und zumindest ein drittes Stirnrad (15, 16, 17) aufweist, das zumindest eine erste Verzahnung (18, 19, 20), die mit dem ersten Stirnrad (12) kämmt, und eine zweit Verzahnung (21, 22, 23), die mit dem zweiten Stirnrad (13) kämmt, aufweist, wobei das zumindest eine dritte Stirnrad (15, 16, 17) segmentiert ausgebildet ist und zumindest zwei Segmente (24, 25) aufweist, die jeweils eine der zumindest zwei Verzahnungen (18, 19, 20, 21, 22, 23) ausbilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2004 039 953 A1 ist bereits eine Nockenwellenverstellvorrichtung zur Verstellung einer Phasenlage einer Nockenwelle, mit einem Stirnradgetriebe, das zumindest ein erstes Stirnrad, zumindest ein zweites Stirnrad und zumindest ein drittes Stirnrad aufweist, das zumindest eine erste Verzahnung, die mit dem ersten Stirnrad kämmt, und eine zweite Verzahnung, die mit dem zweiten Stirnrad kämmt, aufweist, bekannt.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine besonders vorteilhafte Nockenwellenverstellvorrichtung zur Verstellung einer Phasenlage einer Nockenwelle bereitzustellen, die insbesondere vorteilhaft kostengünstig ist und einen besonders vorteilhaft geringen Bauraumbedarf aufweist. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht aus von einer Nockenwellenverstellvorrichtung zur Verstellung einer Phasenlage einer Nockenwelle, mit einem Stirnradgetriebe, das zumindest ein erstes Stirnrad, zumindest ein zweites Stirnrad und zumindest ein drittes Stirnrad aufweist, das zumindest eine erste Verzahnung, die mit dem ersten Stirnrad kämmt, und eine zweite Verzahnung, die mit dem zweiten Stirnrad kämmt, aufweist.
Es wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine dritte Stirnrad segmentiert ausgebildet ist und zumindest zwei Segmente aufweist, die jeweils eine der zumindest zwei Verzahnungen ausbilden. Dadurch kann das Stirnradgetriebe besonders vorteilhaft und einfach ausgebildet werden, wodurch insbesondere die Nockenwellenverstellvorrichtung besonders kostengünstig und mit einem vorteilhaft geringen Bauraumbedarf ausgebildet werden kann. Unter einer „Nockenwelle” soll dabei insbesondere eine Welle verstanden werden, die zur Betätigung eines oder mehrerer Ventile einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vorgesehen ist und zur Betätigung eines oder mehrerer Ventile jeweils zumindest eine Nockenbahn aufweist. Dabei ist es sowohl denkbar, dass die Nockenwelle als Einlassnockenwelle ausgebildet und dazu vorgesehen ist, Einlassventile zu betätigen, als auch, dass die Nockenwelle als Auslassnockenwelle ausgebildet und dazu vorgesehen ist, Auslassventile zu betätigen. Unter einer „Phasenlage” soll insbesondere ein Winkel einer relativen Verdrehung zwischen der zumindest einen Kurbelwelle und der zumindest einen Nockenwelle verstanden werden, insbesondere um wenigstens Ventilbetätigungszeiten an verschiedene Betriebsbereiche, wie beispielsweise Volllast, Teillast und/oder Leerlauf, der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine anzupassen.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung des zumindest einen dritten Stirnrads in einer Ebene angeordnet sind. Dadurch kann das Stirnradgetriebe und dadurch insbesondere die Nockenwellenverstellvorrichtung besonders vorteilhaft bauraumsparend ausgebildet werden. Unter „in einer Ebene angeordnet sein” soll dabei insbesondere verstanden werden, dass die beiden Verzahnungen in einer Axialrichtung eine gleiche oder zumindest ähnliche Erstreckung aufweisen, wobei insbesondere axiale Enden der Verzahnungen jeweils in einer orthogonal zu einer Rotationsachse des zumindest einen dritten Stirnrads stehenden Ebene stehen oder dass sich die beiden Verzahnungen in ihrer axialen Erstreckung zumindest teilweise überdecken.
Zudem wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine dritte Stirnrad zu seiner Rotationsachse asymmetrisch ausgebildet ist. Dadurch kann das dritte Stirnrad besonders einfach ausgebildet werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die zwei Verzahnungen unterschiedliche Wirkdurchmesser aufweisen. Dadurch kann mittels der beiden Verzahnungen eine besonders vorteilhafte Übersetzung realisiert werden. Unter einem „Wirkdurchmesser” soll dabei insbesondere ein Teilkreisdurchmesser der Verzahnung verstanden werden, der einem mittleren Radius der Verzahnung entspricht auf dem die Verzahnung mit einer anderen Verzahnung in Eingriff steht. Der Wirkdurchmesser ergibt sich dabei aus einem Produkt aus Modul und Zähnezahl.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die zwei Verzahnungen einen gleichen Rotationsmittelpunkt aufweisen. Dadurch kann das dritte Stirnrad mit den beiden Verzahnungen besonders vorteilhaft ausgebildet werden.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass die zwei Verzahnungen eine unterschiedliche Zähnezahl aufweisen. Dadurch kann mit dem zumindest einen dritten Stirnrad besonders vorteilhaft eine Übersetzung erreicht werden. Unter einer „Zähnezahl” soll dabei insbesondere eine Anzahl an Zähnen verstanden werden, die eine Verzahnung aufweist.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die zwei Verzahnungen einen gleichen Modul aufweisen. Dadurch können die Verzahnungen besonders vorteilhaft ausgebildet werden. Unter einem „Modul” soll dabei insbesondere ein Verzahnungsmaß einer Verzahnung verstanden werden, der sich aus dem Quotienten des Wirkdurchmessers in mm und der Zähnezahl der entsprechenden Verzahnung ergibt. Wahlweise kann der Modul auch durch einen Quotienten aus einer Teilung der Verzahnung und der Kreiszahl Pi ermittelt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Stirnradgetriebe als ein Schwenkgetriebe ausgebildet ist. Dadurch kann das Stirnradgetriebe besonders einfach ausgebildet werden. Unter einem „Schwenkgetriebe” soll dabei insbesondere ein Stirnradgetriebe verstanden werden, dessen dritte Stirnräder um ihre Rotationsachse lediglich schwenkbar ausgebildet sind. Dabei sind die dritten Stirnräder um ihre eigene Rotationsachse insbesondere nicht umlauffähig.
Es wird zudem vorgeschlagen, dass das Stirnradgetriebe als ein Planetenradgetriebe ausgebildet ist und das erste Stirnrad als ein Sonnenrad, das zweite Stirnrad als ein Hohlrad und das zumindest eine dritte Stirnrad als ein Planetenrad ausgebildet ist und dass das als Planetengetriebe ausgebildete Stirnradgetriebe einen als Planetenradträger ausgebildeten Stirnradträger aufweist, auf dem das zumindest eine dritte Stirnrad gelagert ist. Dadurch kann das Stirnradgetriebe besonders vorteilhaft ausgebildet werden. Unter einem „Planetenradgetriebe” soll insbesondere ein Getriebe verstanden werden, das wenigstens ein mit einem Planetenträger verbundenes Planetenrad aufweist, das in radiale Richtung nach außen mit einem Hohlrad und in radialer Richtung nach innen mit einem Sonnenrad gekoppelt ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung mit einem Stirnradgetriebe in einer Schnittansicht und
2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung.
Die 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung. Die Nockenwellenverstellvorrichtung ist Teil einer nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine, die dazu vorgesehen ist, eine Antriebsenergie für ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug zu erzeugen. Die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine umfasst eine dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anzahl an Zylindern. Die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine weist je Zylinder zwei als Einlassventile ausgebildete Ventile und zwei als Auslassventile ausgebildete Ventile auf. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine je Zylinder eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anzahl an Ventilen aufweist. Die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine umfasst zur Betätigung der als Einlassventile ausgebildeten Ventile eine nicht näher dargestellte als Einlassnockenwelle ausgebildete Nockenwelle 10 und zur Betätigung der als Auslassventile ausgebildeten Ventile eine nicht näher dargestellte als Auslassnockenwelle ausgebildete Nockenwelle. Die Nockenwellenverstellvorrichtung ist dazu vorgesehen, eine Phasenlage der Nockenwelle 10 zu verstellen. Dabei ist es sowohl denkbar, dass die Nockenwellenverstellvorrichtung zur Verstellung der Phasenlage der als Einlassnockenwelle ausgebildeten Nockenwelle 10 oder zur Verstellung der Phasenlage der als Auslassnockenwelle ausgebildeten Nockenwelle vorgesehen ist. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass eine Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine für jede Nockenwelle 10 eine Nockenwellenverstellvorrichtung aufweist. Im Folgenden wird die Nockenwellenverstellvorrichtung zur Verstellung einer der Nockenwellen 10 beschrieben, wobei dies sowohl für die als Einlassnockenwelle ausgebildete Nockenwelle 10 als auch für die als Auslassnockenwelle ausgebildete Nockenwelle gilt.
Die Nockenwellenverstellvorrichtung ist zur Verstellung einer Phasenlage der Nockenwelle 10 zu einer Kurbelwelle der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vorgesehen. Zur Verstellung der Phasenlage weist die Nockenwellenverstellvorrichtung ein Stirnradgetriebe 11 auf. Das Stirnradgetriebe 11 ist mit der Nockenwelle 10 und der Kurbelwelle gekoppelt. Zur Verstellung der Phasenlage weist die Nockenwellenverstellvorrichtung einen Aktuator 29 auf. Der Aktuator 29 ist als ein Elektromotor ausgebildet. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Aktuator 29 als ein anderer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Aktuator 29 insbesondere als eine Bremse ausgebildet ist. Der Aktuator 29 ist ebenfalls mit dem Stirnradgetriebe 11 gekoppelt. Über die Kopplung mit dem Stirnradgetriebe 11 kann der Aktuator 29 ein Moment in das Stirnradgetriebe 11 einleiten und eine Stellung des Stirnradgetriebes 11 verändern. Je nachdem in welche Richtung der Aktuator 29 angetrieben wird, wird die Nockenwelle 10 von dem Stirnradgetriebe 11 gegenüber der Kurbelwelle beschleunigt oder verzögert. Ist das Stirnradgetriebe 11 von dem Aktuator 29 unangetrieben, weist das Stirnradgetriebe 11 ein Verhalten auf, bei dem die Nockenwelle 10 mit einer konstanten Phasenlage relativ zur Kurbelwelle mit halber Kurbelwellendrehzahl antrieben wird.
Das Stirnradgetriebe 11 ist als ein Planetenradgetriebe ausgebildet. Das Stirnradgetriebe 11 weist ein erstes Stirnrad 12 auf. Das erste Stirnrad 12 ist dabei als ein Sonnenrad des als Planetenradgetriebe ausgebildeten Stirnradgetriebes 11 ausgebildet. Das erste Stirnrad 12 ist mit dem Aktuator 29 der Nockenwellenverstellvorrichtung gekoppelt. Der Aktuator 29 leitet über das als Sonnenrad ausgebildete erste Stirnrad 12 ein Moment in das Stirnradgetriebe 11 ein. Das Stirnradgetriebe 11 weist ein zweites Stirnrad 13 auf. Das zweite Stirnrad 13 ist als ein Hohlrad des als Planetenradgetriebe ausgebildeten Stirnradgetriebes 11 ausgebildet. Das als Hohlrad ausgebildete Stirnrad 13 ist drehfest mit der Nockenwelle 10 verbunden.
Das Stirnradgetriebe 11 umfasst drei dritte Stirnräder 15, 16, 17. Die drei dritten Stirnräder 15, 16, 17 sind als Planetenräder des als Planetenradgetriebe ausgebildeten Stirnradgetriebes 11 ausgebildet. Die als Planetenräder ausgebildeten dritten Stirnräder 15, 16, 17 kämmen sowohl mit dem ersten als Sonnenrad ausgebildeten Stirnrad 12 als auch mit dem zweiten, als Hohlrad ausgebildeten Stirnrad 13. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass das Stirnradgetriebe 11 eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anzahl an als Planetenräder ausgebildeten dritten Stirnrädern 15, 16, 17 aufweist.
Das Stirnradgetriebe 11 weist einen Stirnradträger 14 auf. Der Stirnradträger 14 ist als ein Planetenradträger des als Planetenradgetriebe ausgebildeten Stirnradgetriebes 11 ausgebildet. Die als Planetenräder ausgebildeten dritten Stirnräder 15, 16, 17 sind drehbar auf dem als Planetenradträger angeordneten Stirnradträger 14 gelagert. Dabei weist der Stirnradträger 14 je drittem Stirnrad 15, 16, 17 einen Lagerbolzen 34, 35, 36 auf. Je ein drittes Stirnrad 15, 16, 17 ist auf einem der Lagebolzen 34, 35, 36 über eine Lagerung drehbar gelagert. Dabei bilden die Lagerbolzen 34, 35, 36 jeweils eine Rotationsachse 26, 27, 28 des entsprechenden auf ihm gelagerten dritten Stirnrads 15, 16, 17 aus. Die Nockenwellenverstellvorrichtung umfasst zur Anbindung der Nockenwelle 10 an die Kurbellwelle einen Kettentrieb 30, der mit dem als Planetenradträger ausgebildeten Stirnradträger 14 verbunden ist. Der Kettentrieb 30 umfasst ein nockenwellenseitiges Zahnrad 31, das starr mit dem als Planetenradträger ausgebildeten Stirnradträger 14 verbunden ist. Das Zahnrad 31 kämmt mit einer von der Kurbelwelle angetriebenen Kette und treibt so den Stirnradträger 14 des Stirnradgetriebes 11 an.
Das als Sonnenrad ausgebildete erste Stirnrad 12 ist das kleinste der Stirnräder und weist eine Außenverzahnung 32 auf. Das erste als Sonnenrad ausgebildete Stirnrad 12 ist in einem Zentrum des Stirnradgetriebes 11 angeordnet und rotiert um eine Hauptrotationsachse 33 des als Planetenradgetriebe ausgebildeten Stirnradgetriebes 11. Die drei als Planetenräder ausgebildeten Stirnräder 15, 16, 17 sind an einem Umfang des als Sonnenrad ausgebildeten Stirnrads 12 angeordnet und kämmen jeweils mit der Außenverzahnung 32 des als Sonnenrad ausgebildeten Stirnrads 12. Dabei sind die drei als Planetenräder ausgebildeten dritten Stirnräder 15, 16, 17 gleichmäßig um das als Sonnenrad ausgebildete erste Stirnrad 12 angeordnet. Die dritten Stirnräder 15, 16, 17 sind symmetrisch um das erste Stirnrad 12 angeordnet. Der Stirnradträger 14 auf dem die als Planetenräder ausgebildeten dritten Stirnräder 15, 16, 17 drehbar gelagert sind ist ebenfalls drehbar zu dem ersten Stirnrad 12 und dem zweiten Stirnrad 13 gelagert. Dabei ist eine Rotationsachse des Stirnradträgers 14 deckungsgleich mit der Hauptrotationsachse 33 des Stirnradgetriebes 11 und des ersten Stirnrads 12. Das als Hohlrad ausgebildete zweite Stirnrad 13 weist eine Innenverzahnung 41 auf. Das zweite Stirnrad 13 ist auf einer radial äußeren Seite der als Planetenräder ausgebildeten dritten Stirnräder 15, 16, 17 angeordnet und kämmt mit allen drei dritten Stirnrädern 15, 16, 17. Eine Rotationsachse des als Hohlrad ausgebildeten zweiten Stirnrads 13 ist deckungsgleich mit der Hauptrotationsachse 33 des Stirnradgetriebes 11 und des ersten Stirnrads 12.
Die drei als Planetenräder ausgebildeten Stirnräder 15, 16, 17 sind gleich ausgebildet. Da die dritten Stirnräder 15, 16, 17 äquivalent ausgebildet sind wird im Folgenden lediglich das eine dritte Stirnrad 15 näher beschrieben, wobei diese Beschreibung auch zur Erläuterung der anderen zwei dritten Stirnräder 16, 17 herangezogen werden kann. Die dritten Stirnräder 15, 16, 17 weisen jeweils eine erste Verzahnung 18, 19, 20 auf. Mit der ersten Verzahnung 18 kämmt das dritte Stirnrad 15 in einem montierten Zustand mit der Außenverzahnung 32 des ersten als Sonnenrad ausgebildeten Stirnrads 12. Die dritten Stirnräder 15, 16, 17 weisen weiter jeweils eine zweite Verzahnung 21, 22, 23 auf. Mit der zweiten Verzahnung 21 kämmt das dritte Stirnrad 15 in montiertem Zustand mit der Innenverzahnung 41 des zweiten, als Hohlrad ausgebildeten Stirnrads 13. In einem Normalbetriebszustand, in dem die Phasenlage der Nockenwelle 10 von der Nockenwellenverstellvorrichtung unverändert bleibt, wird die Nockenwelle 10 über das Stirnradgetriebe 11 mit einer halben Kurbelwellendrehzahl angetrieben. Dabei ist der Aktuator 29 in dem Normalbetriebszustand unangetrieben, wodurch das erste Stirnrad 12 in dem Normalbetriebszustand relativ zum zweiten Stirnrad 13 festgestellt ist und insbesondere nicht relativ zum zweiten Stirnrad 13 rotiert. Über den Stirnradträger 14 wird über den Kettentrieb 30 ein Moment in das Stirnradgetriebe 11 eingeleitet und das dritte Stirnrad 15 läuft mit seiner ersten Verzahnung 18 mit dem ersten, relativ zum zweiten Stirnrad 13 stillstehenden Stirnrad 12 um. Über die zweite Verzahnung 21 wird eine Rotation des dritten Stirnrads 15 an das zweite Stirnrad 13 übertragen. Dabei beträgt ein Übersetzungsverhältnis in dem Normalbetriebszustand zwischen dem Stirnradträger 14 und dem zweiten Stirnrad 13 den Wert 1. Die Stirnräder sind relativ zueinander in Ruhe, die Nockenwellenverstellvorrichtung läuft im Block um.
In einem Betriebszustand, in dem die Phasenlage der Nockenwelle 10 mittels der Nockenwellenverstellvorrichtung verstellt wird, ist der Aktuator 29 angetrieben und leitet ein Moment in das Stirnradgetriebe 11 ein. Wird über den Aktuator 29 ein Moment in das Stirnradgetriebe 11 eingeleitet rotiert das erste Stirnrad 12 in die entsprechende Richtung in die es durch den Aktuator 29 angetrieben wird. Durch die Rotation des ersten Stirnrads 12 rotiert das dritte Stirnrad 15 um seine eigene Rotationsachse 26, während es weiter um das erste Stirnrad 12 umläuft. Dadurch wird das zweite Stirnrad 13 im Vergleich zu dem Normalbetriebszustand beschleunigt oder verlangsamt, je nach dem in welcher Rotationsrichtung das erste Stirnrad 12 von dem Aktuator 29 angetrieben wird. Dadurch wird, während der Aktuator 29 das erste Stirnrad 12 antreibt, ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem Stirnradträger 14 und dem zweiten Stirnrad 13, also zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle 10 temporär verändert und so eine Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle 10 zu der Kurbelwelle erreicht. Durch Antreiben des ersten Stirnrads 12 in eine erste Richtung wird die Nockenwelle 10 schneller angetrieben als in dem Normalbetriebszustand bei gleicher Kurbelwellendrehzahl und somit nach Früh verstellt. Durch Antreiben des ersten Stirnrads 12 in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, wird die Nockenwelle 10 langsamer angetrieben als in dem Normalbetriebszustand bei gleicher Kurbelwellendrehzahl und somit nach Spät verstellt. Nach einer Verstellung der Nockenwelle 10 nach Früh kann durch eine Verstellung nach Spät die Nockenwelle 10 wieder in seine Grundphasenlage gebracht werden und umgekehrt.
Die dritten, als Planetenräder ausgebildeten Stirnräder 15, 16, 17 sind segmentiert ausgebildet. Dabei bilden die dritten Stirnräder 15, 16, 17 jeweils ein erstes Segment 24, 37, 39 und ein zweites Segment 25, 38, 40 aus. Dabei bildet jedes der Segmente 25, 24 des dritten Stirnrads 15 jeweils ungefähr 180 Grad des Umfangs des dritten Stirnrads 15 aus. Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, dass ein Segment 24, 25 mehr als 180 Grad des Umfangs des dritten Stirnrads 15 ausbildet und das andere Segment 24, 25 dementsprechend weniger. Jeweils eines der Segmente 24, 25 bildet dabei eine der Verzahnungen 18, 21 aus. Das erste Segment 24 bildet die erste Verzahnung 18 aus. In einem montierten Zustand ist das erste Segment 24 dem ersten Stirnrad 12 zugewandt und die von dem ersten Segment 24 ausgebildete erste Verzahnung 18 greift in die Außenverzahnung 32 des ersten Stirnrads 12 ein. Die erste Verzahnung 18 des dritten Stirnrads 15, die von dem ersten Segment 24 ausgebildet wird, kämmt ausschließlich mit der Außenverzahnung 32 des ersten Stirnrads 12, das als Sonnenrad ausgebildet ist. Das zweite Segment 25 bildet die zweite Verzahnung 21 aus. In einem montierten Zustand ist das zweite Segment 25 dem zweiten Stirnrad 13 zugewandt und die von dem zweiten Segment 25 ausgebildete zweite Verzahnung 21 greift in die Innenverzahnung 41 des zweiten Stirnrads 13 ein. Die zweite Verzahnung 21 des dritten Stirnrads 15, die von dem zweiten Segment 25 ausgebildet wird, kämmt ausschließlich mit der Innenverzahnung 41 des zweiten Stirnrads 13, das als Hohlrad ausgebildet ist.
Die erste Verzahnung 18, die von dem ersten Segment 24 ausgebildet wird und die zweite Verzahnung 21, die von dem zweiten Segment 25 ausgebildet wird, sind in einer Ebene ausgebildet. Dabei liegen die beiden Verzahnungen 24, 25 des dritten Stirnrads 15 in derselben Ebene wie die Außenverzahnung 32 des ersten Stirnrads 12 und der Innenverzahnung 41 des zweiten Stirnrads 13. Dabei liegt die Ebene, in der die Verzahnungen 18, 21 liegen, orthogonal zu der Hauptrotationsachse des Stirnradgetriebes 11. Das als Hohlrad ausgebildete zweite Stirnrad 13 schließt das dritte als Planetenrad ausgebildete Stirnrad 15 mit seinen zwei Verzahnungen 18, 21 und das erste als Sonnenrad ausgebildete Stirnrad 12 mit seiner Außenverzahnung 32 in einer radialen Richtung vollkommen ein. Eine Mittelebene der ersten Verzahnung 18 des dritten Stirnrads 15 und eine Mittelebene der zweiten Verzahnung 21 des dritten Stirnrads 15, die jeweils in einer Mitte der jeweiligen Verzahnung 18, 21 liegen und orthogonal zu der Rotationsachse des dritten Stirnrads 15 ausgerichtet sind, sind deckungsgleich. Mittelebenen der Außenverzahnung 32 des ersten Stirnrads 12 und der Innenverzahnung 41 des zweiten Stirnrads 13 sind ebenfalls deckungsgleich mit den zwei Mittelebenen der beiden Verzahnungen 18, 21 des dritten Stirnrads 15. Dadurch ist das Stirnradgetriebe 11 in Axialrichtung bauraumarm ausgebildet.
Das dritte Stirnrad 15 ist zu seiner Rotationsachse, um die es um den Stirnradträger 14 gelagert ist, asymmetrisch ausgebildet. Die zwei Segmente 24, 25 aus denen das dritte Stirnrad 15 zusammengesetzt ist weisen unterschiedliche Formen auf. Das erste Segment 24, das die erste Verzahnung 18 ausbildet und dem als Sonnenrad ausgebildeten ersten Stirnrad 12 zugewandt ist, ist größer in Bezug auf seine radiale Erstreckung ausgebildet als das zweite Segment 25, das die zweite Verzahnung 21 ausbildet und dem als Hohlrad ausgebildeten zweiten Stirnrad 13 zugewandt ist. Die Verzahnungen 18, 21, die von den zwei Segmenten 24, 25 ausgebildet werden, weisen dabei unterschiedliche Wirkdurchmesser auf. Ein Wirkdurchmesser der ersten Verzahnung 18 ist dabei größer als ein Wirkdurchmesser der zweiten Verzahnung 21. Dadurch weist die erste Verzahnung 18 einen größeren Abstand zu der Rotationsachse 26 des dritten Stirnrads 15 auf als die zweite Verzahnung 21 zu der entsprechenden Rotationsachse 26. Dabei weisen die beiden Verzahnungen 18, 21 den gleichen Rotationsmittelpunkt auf. Der Rotationsmittelpunkt beider Verzahnungen 18, 21 ist dabei von der Rotationsachse 26 des dritten Stirnrads 15 gegeben. Die Verzahnungen 18, 21 weisen jeweils eine unterschiedliche Zähnezahl auf. Dabei ist eine Zähnezahl der ersten Verzahnung 18 unterschiedlich, also größer oder kleiner als eine Zähnezahl der zweiten Verzahnung 21. Ein Modul der ersten Verzahnungen 18 ist dabei wie der Modul der zweiten Verzahnung 21.
Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Segmente 24, 25 und dadurch die Verzahnungen 18, 21, die sie ausbilden, um 180 Grad verdreht in das Stirnradgetriebe 11 eingebaut sind und so das erste Segment 24, das die erste Verzahnung 18 ausbildet dem zweiten, als Hohlrad ausgebildeten Stirnrad 13 zugewandt ist und das zweite Segment 25, das die zweite Verzahnung 21 ausbildet, dem ersten, als Sonnenrad ausgebildeten Stirnrad 12 zugewandt ist. Dadurch könnte ein Übersetzungsverhältnis des dritten Stirnrads 15 umgekehrt werden.
Durch die segmentierte Ausgestaltung der dritten, als Planetenräder ausgebildeten Stirnräder 15 ist das Stirnradgetriebe 11 als ein Schwenkgetriebe ausgebildet. Das Stirnradgetriebe 11 ist dabei nicht umlauffähig. Das Stirnradgetriebe 11 weist dabei eine Grundstellung auf, die einer Grundphasenlage der Nockenwelle 10 entspricht. Aus der Grundstellung heraus ist das Stirnradgetriebe 11 in beide Drehrichtungen um einen Maximalschwenkwinkel verschwenkbar. Der Maximalschwenkwinkel in beide Drehrichtungen beträgt dabei jeweils in etwa 15 Grad. Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, dass die Maximalschwenkwinkel in beide Drehrichtungen größer oder kleiner sind und einen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Wert annehmen. In dem Normalbetriebszustand wird die Nockenwelle 10 über den Kettentrieb 30 und das Stirnradgetriebe mit einer halben Kurbelwellendrehzahl angetrieben. Zur Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle wird der Aktuator aktiviert. Zur Verstellung der Phasenlage nach Früh wird der Aktuator 29 in einer erste Antriebsrichtung angetrieben, wodurch das erste Stirnrad 12 in einer ersten Drehrichtung rotiert. Dadurch wird das dritte Stirnrad 15 zusätzlich angetrieben und rotiert um seine Rotationsachse 26, wodurch das zweite Stirnrad 12 in Bezug auf den Stirnradträger beschleunigt wird. Die Nockenwelle 10 wird in Bezug auf die Kurbelwelle beschleunigt und dadurch nach Früh verstellt. Ventilöffnungszeiten werden dadurch auf einen früheren Kurbelwellenwinkel verstellt. Bei der Verstellung nach Früh wird das dritte Stirnrad 15 in eine erste Richtung verschwenkt. Zur Verstellung der Phasenlage aus einer frühen Stellung zurück in die Grundphasenlage oder zur Verstellung der Nockenwelle 10 nach Spät wird der Aktuator 29 in einer zweite Antriebsrichtung angetrieben, wodurch das erste Stirnrad 12 in einer zweiten Drehrichtung rotiert. Dadurch wird das dritte Stirnrad 15 zusätzlich angetrieben und rotiert um seine Rotationsachse 26, wodurch das zweite Stirnrad 12 in Bezug auf den Stirnradträger verzögert wird. Die Nockenwelle 10 wird in Bezug auf die Kurbelwelle verlangsamt und dadurch nach Spät verstellt. Ventilöffnungszeiten werden dadurch auf einen späteren Kurbelwellenwinkel verstellt. Bei der Verstellung nach Spät wird das dritte Stirnrad 15 in eine zweite Richtung verschwenkt. Zur Erreichung des Normalbetriebszustands wird der Aktuator 29 bei Erreichen der Grundphasenlage abgestellt. Während der Grundphasenlage ist eine Mitte der ersten Verzahnung 18 des dritten Stirnrads 15 im Eingriff mit der Außenverzahnung 32 des ersten Stirnrads 12. Dadurch ist der Maximalschwenkwinkel in Richtung Früh gleich groß wie der Maximalschwenkwinkel in Richtung Spät. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass während der Grundphasenlage ein außermittiger Punkt der ersten Verzahnung 18 des dritten Stirnrads 15 in Eingriff mit der Außenverzahnung 32 des ersten Stirnrads 12 ist.
Dadurch wären der Maximalschwenkwinkel in Richtung Früh und der Maximalschwenkwinkel in Richtung Spät unterschiedlich groß.
Bezugszeichenliste

10: Nockenwelle
11: Stirnradgetriebe
12: Stirnrad
13: Stirnrad
14: Stirnradträger
15: Stirnrad
16: Stirnrad
17: Stirnrad
18: erste Verzahnung
19: erste Verzahnung
20: erste Verzahnung
21: zweite Verzahnung
22: zweite Verzahnung
23: zweite Verzahnung
24: Segment
25: Segment
26: Rotationsachse
27: Rotationsachse
28: Rotationsachse
29: Aktuator
30: Kettentrieb
31: Zahnrad
32: Außenverzahnung
33: Hauptrotationsachse
34: Lagerbolzen
35: Lagerbolzen
36: Lagerbolzen
37: Segment
38: Segment
39: Segment
40: Segment
41: Innenverzahnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004039953 A1 [0002]

Claims

Nockenwellenverstellvorrichtung zur Verstellung einer Phasenlage einer Nockenwelle (10), mit einem Stirnradgetriebe (11), das zumindest ein erstes Stirnrad (12), zumindest ein zweites Stirnrad (13) und zumindest ein drittes Stirnrad (15, 16, 17) aufweist, das zumindest eine erste Verzahnung (18, 19, 20), die mit dem ersten Stirnrad (12) kämmt, und eine zweite Verzahnung (21, 22, 23), die mit dem zweiten Stirnrad (13) kämmt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine dritte Stirnrad (15, 16, 17) segmentiert ausgebildet ist und zumindest zwei Segmente (24, 25) aufweist, die jeweils eine der zumindest zwei Verzahnungen (18, 19, 20, 21, 22, 23) ausbilden.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verzahnung (18, 19, 20) und die zweite Verzahnung (21, 22, 23) des zumindest einen dritten Stirnrads (15, 16, 17) in einer Ebene angeordnet sind.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine dritte Stirnrad (15, 16, 17) zu seiner Rotationsachse (26, 27, 28) asymmetrisch ausgebildet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Verzahnungen (18, 19, 20, 21, 22, 23) unterschiedliche Wirkdurchmesser aufweisen.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Verzahnungen (18, 19, 20, 21, 22, 23) einen gleichen Rotationsmittelpunkt aufweisen.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Verzahnungen (18, 19, 20, 21, 22, 23) eine unterschiedliche Zähnezahl aufweisen.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Verzahnungen (18, 19, 20, 21, 22, 23) einen gleichen Modul aufweisen.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnradgetriebe (11) als ein Schwenkgetriebe ausgebildet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnradgetriebe (11) als ein Planetenradgetriebe ausgebildet ist und das erste Stirnrad (12) als ein Sonnenrad, das zweite Stirnrad (13) als ein Hohlrad und das zumindest eine dritte Stirnrad (15, 16, 17) als ein Planetenrad ausgebildet ist.