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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstellung einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen werden variable Ventiltriebe genutzt, um die Effizienz des Antriebs zu erhöhen und gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch sowie die Schadstoffemissionen des Verbrennungsmotors möglichst gering zu halten.
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Während durch Ventiltriebelemente, wie schaltbare Nockenfolger oder elektrische Ventilbetätigungen, der Ventilhub und die Ventilöffnungsdauer einzelner Gaswechselventile des Verbrennungsmotors regelbar sowie komplette Ventilabschaltungen möglich sind, werden Verstellvorrichtungen für Nockenwellen eingesetzt, um die Steuerzeiten der Gaswechselventile, also den Schließ- und Öffnungszeitpunkt sowie Überschneidungszeit zu variieren. Dadurch können verschiedene Betriebsparameter, wie Motordrehmoment und Leerlaufstabilität, an aktuelle Anforderungen im Betrieb angepasst werden. Dazu wird am Verbrennungsmotor die Nockenwelle über eine Verstellvorrichtung um einen bestimmten Phasenwinkel gegenüber der Kurbelwelle verstellt. Bei Verbrennungsmotoren mit einer Einlassnockenwelle und einer Auslassnockenwelle kann beispielsweise nur die Einlassnockenwelle mit einer solchen Verstellvorrichtung beeinflusst werden. Mit zwei dieser Verstellvorrichtungen können beide Nockenwellen beeinflusst werden.
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Bekannt sind Nockenwellenverstellvorrichtungen mit einem Überlagerungsgetriebe, umfassend ein Antriebselement, welches von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotor über eine Antriebsverbindung, beispielsweise einen Kettentrieb, einen Riementrieb oder einen Zahnradtrieb, angetrieben wird, ein Abtriebselement, welches die Nockenwelle antreibt, sowie ein Stellelement, welches von einer Bremseinrichtung oder einer Antriebseinrichtung beaufschlagbar ist.
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Bremseinrichtungen sind hinsichtlich ihrer Herstellkosten und des von ihnen benötigten Bauraumes in der Regel weniger aufwendig als wirkungsgleiche Antriebseinrichtungen. Durch Variieren des Bremsmoments der Bremseinrichtung kann eine eingangseitige Drehzahl des Überlagerungsgetriebes derart beeinflusst werden, dass eine bestimmte Relativdrehung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement erreicht wird und damit eine gewünschte Phasenlage der Nockenwelle im Vergleich zur Kurbelwelle eingestellt wird, oder dass eine bestimmte voreingestellte Phasenlage eingehalten wird. Geeignete Bremseinrichtungen können als berührungslos arbeitende elektromagnetische Hysteresebremsen oder als reibschlüssige Bremsen ausgebildet sein. Reibschlüssige Bremssysteme sind weniger aufwendig herstellbar als berührungslose Bremssysteme. Zur Betätigung der Bremse sind üblicherweise elektrisch oder elektromagnetisch betätigte Aktuatoren wie Schaltspulen vorgesehen, die von Steuervorrichtungen aktivierbar bzw. deaktivierbar sind.
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Geeignete Überlagerungsgetriebe können als Minusgetriebe oder Plusgetriebe ausgebildete einfache oder gekoppelte Planetenradsätze sein. Eine für einen Nockenwellenversteller geeignete Bauart eines Überlagerungsgetriebes ist beispielsweise ein sogenanntes Wolfromgetriebe. Bei dieser Bauart ist ein antriebsseitiges, mit einem Antriebsrad, wie einem Kettenrad, drehfest verbundenes Hohlrad, auch Stützrad genannt, sowie ein dazu koaxial angeordnetes abtriebsseitiges, mit einem Abtriebselement beziehungsweise mit der Nockenwelle drehfest verbundenes Hohlrad, auch Abtriebsrad genannt, angeordnet. Mit den beiden Hohlrädern im Verzahnungseingriff stehen gemeinsame Planetenräder oder Planetenradpaare, wobei eines der Planetenräder jeden Paares mit dem Stützrad kämmt und das andere Planetenrad dieses Paares mit dem Abtriebsrad kämmt. Die Anzahl der Zähne von Stützrad und Abtriebsrad sind unterschiedlich, wobei der Unterschied der Anzahl der Zähne vorzugsweise gleich der Anzahl der Planetenpaare oder ein ganzzahliges Vielfaches davon ist.
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Die
DE 10 2005 018 957 A1 zeigt in deren
5 eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einem Überlagerungsgetriebe in der Bauart eines Wolfromgetriebes.
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Dies umfasst ein erstes kurbelwellenfestes Hohlrad als Antriebselement, ein zweites nockenwellenfestes Hohlrad als Abtriebselement, ein gemeinsames Sonnenrad und mehrere Planetenräder, die an einem gemeinsamen Planetenträger gelagert sind und mit jedem der beiden Hohlräder sowie mit dem Sonnenrad kämmen. Die Innenverzahnungen der beiden Hohlräder weisen unterschiedliche Zähnezahlen auf, wodurch bei einem Drehantrieb des Sonnenrads eine Relativdrehung zwischen den beiden Hohlrädern und damit zwischen dem Antriebshohlrad und dem Abtriebshohlrad hervorgerufen wird. Das Sonnenrad wird dazu von einer nicht näher beschriebenen elektrischen Stellvorrichtung angetrieben. Dies bewirkt eine Veränderung der Phasenlage zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle.
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Aus der
3 der
DE 103 55 560 A1 ist eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einem Überlagerungsgetriebe in der Bauart eines Wolfromgetriebes und mit einer berührungslos arbeitenden elektromagnetischen Bremse bekannt. Das Überlagerungsgetriebe umfasst ein als Antriebselement ausgebildetes erstes Hohlrad, welches mit einem Kettenrad drehfest verbunden ist, das über einen Kettentrieb von einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors antreibbar ist, ein als Abtriebselement zum Antrieb einer Nockenwelle ausgebildetes zweites Hohlrad, welches mit der Nockenwelle drehfest verbunden ist, ein gemeinsames Sonnenrad als Stellelement, und mehrere gemeinsame Planetenräder, die zwischen dem Sonnenrad und den Hohlrädern lose und nach außen bündig eingesetzt sind sowie mit diesen Zahnrädern kämmen. Das Abtriebshohlrad ist radial innerhalb des Antriebshohlrads angeordnet. Durch unterschiedliche Zähnezahlen der Hohlräder ist entweder ein Minusgetriebe realisiert, wobei das Sonnenrad und das Abtriebshohlrad gegenläufige Drehrichtungen aufweisen, oder es ist durch Vertauschen der Hohlräder ein Plusgetriebe realisiert, wobei das Sonnenrad und das Abtriebshohlrad den gleichen Drehsinn aufweisen. Das als Stellelement wirkende Sonnenrad ist durch eine dem Getriebe axial benachbart angeordnete Bremse mit einer Bremskraft beaufschlagbar, wobei diese Bremse als eine berührungslos arbeitende Hysteresebremse ausgebildet ist. Eine Phasenverschiebung zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle erfolgt durch eine Änderung des Bremsmoments. Bei einem bestimmten konstanten Bremsmoment stellt sich eine konstante Phasenlage ein. Durch Erhöhen oder Verringern des Bremsmoments wird eine Vorverstellung oder Rückverstellung der Nockenwelle um einen Phasenwinkel erreicht.
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Die
DE 10 2006 011 806 A1 zeigt eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einem Überlagerungsgetriebe und mit einer reibschlüssigen Bremse. Das Überlagerungsgetriebe weist ein erstes Sonnenrad als Stellelement auf, das von einer reibschlüssigen Bremse mittels eines magnetischen Reibbelages abbremsbar ist, die durch eine elektrische Schaltspule betätigbar ist, sowie ein mit dem Sonnenrad zusammenwirkenden Antriebselement. Der Reibbelag ist bei stromloser Spule mittels eines Federelements mit dem Antriebselement mechanisch verriegelt. Als Abtriebselement ist ein zweites Sonnenrad angeordnet, welches mit einer Nockenwelle drehfest verbunden ist. Das Sonnenrad und das Abtriebselement kämmen mit einem zweistufigen Planetenrad, wobei eine Stufe dieses Planetenrades mit dem Stellelement im Zahneingriff ist und die andere Stufe mit dem Abtriebselement im Zahneingriff steht.
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Bei einer Nockenwellenverstellvorrichtung ist ein als Stellelement fungierendes Sonnenrad bei der Kraftbeaufschlagung durch eine Bremse im Betrieb einer hohen Drehmomentbelastung ausgesetzt und hat sich daher als mechanisch kritisches Element für die Haltbarkeit und Belastbarkeit der Nockenwellenverstellvorrichtung herausgestellt. Insbesondere an den üblicherweise vorhandenen Anschlägen zur Begrenzung eines Stellbereichs können hohe Drehmomentspitzen auftreten. Bei einer Auslegung als Minusgetriebe und einer hohen Übersetzung des Getriebes ist der zur Verfügung stehende Durchmesser für das Sonnenrad in der Regel begrenzt, so dass die Verzahnung einen relativ geringen Abstand zur Sonnenraddrehachse besitzt und sich somit sich als potenzielle Schwachstelle erweist.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einem Überlagerungsgetriebe zu schaffen, die im Hinblick auf die Belastbarkeit und Langlebigkeit der Bauteile, insbesondere eines Stellelements, verbessert ist und gleichzeitig eine kompakte Bauform aufweist.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer Nockenwellenverstellvorrichtung mit einem Überlagerungsgetriebe nach Bauart eines Wolfromgetriebes zwei Hohlräder ineinander verschachtelt angeordnet werden können sowie ein Sonnenrad mit einem relativ großen Durchmesser implementiert werden kann, um eine belastbare und kompakte Bauform zu erreichen. Insbesondere sollen die Komponenten möglichst beidseitig wirkend ausgeführt sein, um Kippmomenten entgegenzuwirken und um relativ hohen Torsionsmomenten zu widerstehen.
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Demnach geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung zur Verstellung einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, mit einem Überlagerungsgetriebe, aufweisend ein von einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors antreibbares und als Antriebshohlrad ausgebildetes Antriebselement, ein die Nockenwelle des Verbrennungsmotors antreibendes und als Abtriebshohlrad ausgebildetes Abtriebselement, wobei die beiden Hohlräder unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen, ein als Sonnenrad ausgebildetes Stellelement, welches von einer Bremse mit einer Bremskraft beaufschlagbar ist, sowie wenigstens ein Planetenrad, welches mit dem Antriebshohlrad und dem Abtriebshohlrad einerseits sowie mit dem Sonnenrad andererseits im Verzahnungseingriff steht, wobei durch Variieren der an dem Sonnenrad wirkenden Bremskraft das Abtriebshohlrad gegenüber dem Antriebshohlrad relativ verdrehbar ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass das Abtriebshohlrad radial und axial innerhalb des Antriebshohlrads angeordnet ist, dass das Antriebshohlrad eine zweispurige Innenverzahnung aufweist, wobei die beiden Verzahnungsspuren durch einen Ringspalt axial voneinander beabstandet sind, und dass das Abtriebshohlrad in den Ringspalt drehbar eingesetzt ist.
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Bei dieser Ausbildung einer Nockenwellenverstellvorrichtung mit einem Überlagerungsgetriebe nach der Bauart eines Wolfromgetriebes ist das Abtriebshohlrad derart radial und axial in das Antriebshohlrad integriert angeordnet, dass es beidseitig mit dem Antriebshohlrad über zumindest ein gemeinsames Planetenrad zusammenwirkt. Dadurch wird eine weitgehend symmetrische Aufnahme der in das Überlagerungsgetriebe eingetragenen Kräfte und Momente erreicht, wodurch sich der Verschleiß verringert und die Belastbarkeit der Bauteile erhöht. Die Anordnung hat zudem eine sehr kompakte Bauform.
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Außerdem wird bei einer Auslegung des Überlagerungsgetriebes als Minusgetriebe, also mit gegensinniger Drehrichtung von Sonnenrad und Abtriebshohlrad, wobei das Abtriebshohlrad eine größere Zähnezahl besitzt als das Antriebshohlrad, und einer vergleichsweise geringen Übersetzung, ein relativ großer Durchmesser des Sonnenrads und damit eine Sonnenradverzahnung auf einem entsprechend großen Umfang ermöglicht, die robuster gegen die durch die Bremse eingetragenen Torsionsbelastungen ist.
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Eine symmetrische Momentübertragung über die beiden Verzahnungsspuren, bei der ein Kippmoment der Planetenräder bzw. des wenigstens einen Planetenrads sicher vermieden wird, kann dadurch erreicht werden, dass das wenigstens eine Planetenrad axial beidseitig gestuft ausgebildet ist, mit einer ersten und einer zweiten axial äußeren Planetenradstufe sowie mit einer axial inneren Planetenradstufe, wobei die beiden axial äußeren Planetenradstufen den gleichen Durchmesser aufweisen und im Durchmesser kleiner sind als die axial innere Planetenradstufe. Dabei stehen die beiden axial äußeren Planetenradstufen jeweils mit einer der beiden Verzahnungsspuren des Antriebshohlrads im Eingriff, während die axial innere Planetenradstufe mit einer Innenverzahnung des Abtriebshohlrads und mit dem Sonnenrad im Eingriff steht. Zudem ist das Sonnenrad in einer an dem Abtriebshohlrad ausgebildeten Nabe drehbar gelagert.
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Das Antriebshohlrad kann als sogenanntes „stehendes“ Hohlrad in an sich bekannter Weise von einem Kettenrad umgeben und mit diesem fest verbunden sein. Das Abtriebshohlrad kann über eine geeignete Ausbildung der Nabe, die gleichzeitig zur Lagerung einer mit dem Sonnenrad verbundenen Welle dient, an die Nockenwelle angebunden sein.
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Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Sonnenrad mit einem Bremselement drehfest verbunden ist, welches auf der von der Nockenwelle abgewandten Stirnseite axial außerhalb des Antriebshohlrads angeordnet ist, wobei das Bremselement zur Erzeugung eines Bremsmoments mit einem Bremspartner der Bremse in Reibschluss bringbar ist. Demnach kann das Sonnenrad mit seinem relativ großen Durchmesser direkt mit einem Bremselement stirnseitig verbunden sein und somit eine stabile belastbare Verbindung bilden. Das über die Bremse eingeleitete Bremsmoment greift somit relativ großflächig an dem Sonnenrad an, wodurch dessen Verzahnung geschont wird.
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Das Bremselement kann als eine Reibscheibe ausgebildet sein, auf der ein Reibbelag, beispielsweise in Form von mehreren umfänglich angeordneten, ringsegmentförmigen Reibflächen aufgebracht ist. Ein beispielsweise elektrisch betätigbarer Aktuator der Bremse kann als Reibpartner mit dem Bremselement in Wirkverbindung gebracht werden. Der Reibbelag kann jedoch auch direkt an einem Aktuator der Bremse angeordnet sein, wobei das mit dem Sonnenrad verbundene Bremselement dann als Reibpartner beziehungsweise als Bremsscheibe fungiert.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Planetenrad an den axial äußeren Stirnseiten des Antriebshohlrads bündig mit den Verzahnungsspuren des Antriebshohlrads abschließt. Dadurch kann eine geringe axiale Länge der Vorrichtung erreicht werden. Zudem wird durch die bündige Ausführung, insbesondere bei einem relativ großen Zähnezahlunterschied der beiden Hohlräder, möglichen Verspannungen zwischen dem Antriebshohlrad und dem Abtriebshohlrad entgegengewirkt. Das beziehungsweise die Planetenräder sind vorzugsweise als Sinterteile hergestellt, da diese ohne Verzahnungsauslaufbereiche und damit genau bündig gefertigt werden können.
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Durch den Aufbau der Planetenräder als bündige Stufenplaneten ist mit Hilfe der Reibscheibe oder Bremsscheibe und der Nabe eine axiale Führung der Planetenräder realisiert. Dabei wird eine erste axial äußere Planetenradstufe an der Reib- bzw. Bremsscheibe geführt und die mittlere bzw. axial innere Planetenradstufe wird axial gegenüber an der Nabe geführt. Zusätzliche Anlaufscheiben oder dergleichen sind daher nicht erforderlich, was sich Kosten sparend auswirkt. Außerdem ist eine gute Zugänglichkeit für ein üblicherweise genutztes flüssiges Schmiermittel gegeben.
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Außerdem können die Planetenräder lose, also ohne Planetenträger in das Überlagerungsgetriebe eingesetzt sein, da sie axial geführt sind und eine radiale Führung nicht erforderlich ist, denn eine Momentenübertragung über einen Planetenträger wird für die Funktion der Nockenwellenverstellvorrichtung nicht benötigt.
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Nockenwellenverstellvorrichtungen besitzen meistens einen Stellbereich für eine maximal zulässige Relativverdrehung zwischen dem Antriebshohlrad und dem Abtriebshohlrad für beiden Drehrichtungen, also für eine Vorverstellung oder eine Rückverstellung der Nockenwelle. Ein solcher Stellbereich kann mit Hilfe des integrierten Aufbaus der Hohlräder durch Modifizierungen der Verzahnungen der Hohlräder und der Nabe, in der das Sonnenrad gelagert ist, realisiert werden.
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Dazu kann seitens des Antriebshohlrads vorgesehen sein, dass die Innenverzahnung des Antriebshohlrads als wenigstens ein am Innenumfang des Antriebshohlrads angeformtes zweispuriges, kreisbogenförmiges Verzahnungssegment ausgebildet ist.
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Insbesondere können zwei Verzahnungssegmente und zwei Planetenräder vorgesehen sein, wobei die Verzahnungssegmente sich am Umfang des Antriebshohlrads radial gegenüberstehen und den Verzahnungssegmenten jeweils ein Planetenrad zugeordnet ist.
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Seitens des Abtriebshohlrads kann vorgesehen sein, dass das Abtriebshohlrad sich radial erstreckende Arme aufweist, welche die Nabe des Abtriebshohlrads mit dessen Zahnkranz verbinden, dass sich zwei Arme radial gegenüberstehen, dass die umfangsbezogen seitlichen Enden der Arme als Anschläge ausgebildet sind, und dass die umfangsbezogen seitlichen Enden der Arme zusammen mit den zugeordneten seitlichen Enden der Verzahnungssegmente des Antriebshohlrads als eine Stellbereichsbegrenzung für eine Relativdrehung des Abtriebshohlrad gegenüber dem Antriebshohlrad wirksam sind. Damit wird durch die Segmentierung der Verzahnung des Antriebshohlrads und die Anbindung des Abtriebshohlrads an die Nabe bzw. an die Nockenwelle gleichzeitig eine Winkelbegrenzung für den Stellbereich der Verstellvorrichtung definiert.
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Da die Anschläge, also die Berührungsflächen der umfangsbezogen seitlichen Enden der Verzahnungssegmente und der Arme der Nabe nahe am Außenumfang der Verstellvorrichtung liegen, also auf einem relativ großen Durchmesser, sind sie besonders gut zur schadlosen Aufnahme großer Stoßkräfte geeignet.
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Durch die geschilderte Ausführungsform ist bereits ein Stellbereich eindeutig definiert. Eine weitere Verbesserung kann dadurch erreicht werden, dass die Anschläge für die Stellbereichsbegrenzung ebenfalls wie die Planetenräder symmetrisch ausgeführt und damit an beiden Stirnseiten der Verstellvorrichtung wirksam sind.
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Dies kann dadurch konkretisiert sein, dass axial und radial fern von der Nabe an der gegenüberliegenden Stirnseite des Abtriebshohlrads radiale Verzahnungsvorsprünge an dem die Innenverzahnung aufweisenden Zahnkranz des Abtriebshohlrads ausgebildet sind, deren umfangsbezogen seitlichen Enden als Anschläge ausgebildet sind, und dass die umfangsbezogen seitlichen Enden der Verzahnungsvorsprünge des Abtriebshohlrads mit den auf der gleichen Stirnseite angeordneten seitlichen Enden der Verzahnungssegmente des Antriebshohlrads als eine Stellbereichsbegrenzung für eine Relativdrehung des Abtriebshohlrads gegenüber dem Antriebshohlrad wirksam sind.
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Sinnvollerweise sind die Anschläge so positioniert, dass eine beidseitig gleiche Stellbereichsbegrenzung gegeben ist. Somit greifen die Stoßkräfte beim Starten des Verbrennungsmotors beziehungsweise zu Beginn der Nutzung der Nockenwellenverstellvorrichtung und beim Erreichen der Stellbereichsbegrenzung auf beiden axialen Seiten der Nockenwellenverstellvorrichtung an. Dadurch wird eine symmetrische Kraftverteilung erreicht, die sich günstig auf den Leichtlauf und damit den Verstellbetrieb der Nockenwellenverstellvorrichtung auswirkt.
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Zur leichten Montage der Verstellvorrichtung gemäß der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass das Antriebshohlrad aus zwei miteinander verbindbaren Ringen aufgebaut ist, wobei jeder dieser Ringe radial innen jeweils eine Verzahnungsspur mit wenigstens zwei Verzahnungssegmenten aufweist.
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Die zweiteilige Ausführung des Antriebshohlrads ermöglicht einen relativ einfachen Zusammenbau der Nockenwellenverstellvorrichtung. Nach dem Einsetzen des innenliegenden Abtriebshohlrads sowie des Sonnenrads und der Planetenräder werden die beiden Ringe des Antriebshohlrads zusammengefügt und miteinander fest verbunden. Vorteilhaft werden diese beiden Ringe ebenso wie die gestuften Planetenräder als Sinterteile hergestellt sein.
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Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt
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1 eine Nockenwellenverstellvorrichtung in einer perspektivischen Vorderansicht in zusammengebautem Zustand,
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2 eine stark schematisierte und vereinfachte Ansicht einer Nockenwellenverstellvorrichtung in einem Längsschnitt,
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3 die zusammengebaute Nockenwellenverstellvorrichtung gemäß 1 in einer perspektivischen Rückansicht,
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4 das Antriebshohlrad der Nockenwellenverstellvorrichtung gemäß 1,
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5 das Abtriebshohlrad der Nockenwellenverstellvorrichtung gemäß 1,
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6a eine perspektivische Vorderansicht eines Details der Nockenwellenverstellvorrichtung gemäß 1 mit einem Sonnenrad und einem Bremselement,
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6b eine perspektivische Rückansicht des Details gemäß 6a, und
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6c das Detail gemäß 6a in einem Längsschnitt.
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Die Nockenwellenverstellvorrichtung gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus dem in den 1 bis 6 dargestellten Überlagerungsgetriebe 1. Ein zugehöriges Gehäuse ist in diesen Figuren ebenso wenig dargestellt wie das aus dem zitierten Stand der Technik bekannte Zusammenwirken der Bauteile des Überlagerungsgetriebe 1 der Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer antreibenden Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, einer antreibbaren Nockenwelle und einen die Stellvorrichtung des Überlagerungsgetriebes 1 betätigenden Aktuator. Der Einbau sowie die antriebsseitige und abtriebsseitige Anbindung der Nockenwellenverstellvorrichtung an einen Verbrennungsmotor können demnach in an sich bekannter Weise erfolgen. Die 1 bis 3 zeigen Übersichtsdarstellungen des Überlagerungsgetriebes 1 der Nockenwellenverstellvorrichtung. In den weiteren 4 bis 6c sind verschiedene Details des Überlagerungsgetriebes 1 dargestellt.
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Demnach umfasst das in 1 abgebildete Überlagerungsgetriebe 1 einer Vorrichtung zur Verstellung einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, mit der eine Phasenlage der Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors veränderbar ist, im wesentlichen ein als Antriebselement ausgebildetes erstes Hohlrad 2, ein als Abtriebselement ausgebildetes zweites Hohlrad 3 sowie ein als Stellelement ausgebildetes Sonnenrad 4.
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Das erste Hohlrad bildet das Antriebshohlrad 2 nach der Bauart eines Wolfromgetriebes. Es ist von einem Kettenrad 5 radial außen umgeben und mit diesem drehfest verbunden. Über einen Kettentrieb steht das Kettenrad 5 und damit das Antriebshohlrad 2 mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in Triebverbindung.
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Wie 4 zeigt, ist am Innenumfang des Antriebshohlrads 2 eine radial nach innen vorstehende Innenverzahnung 6 angeordnet, die aus durch einen Ringspalt 7 axial zueinander beabstandete erste und zweite Verzahnungsspuren 8, 9 besteht. Weiterhin geht aus 4 hervor, dass die beiden Verzahnungsspuren 8, 9 nicht den gesamten Innenumfang des Antriebshohlrads 2 einnehmen, sondern vielmehr segmentiert ausgebildet sind, so dass sich zwei jeweils zweispurige Verzahnungssegmente 8a, 8b und 9a, 9b am Innenumfang des Antriebshohlrads 2 radial gegenüberstehen.
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In den Ringspalt 7 zwischen den Verzahnungsspuren 8, 9 des Antriebshohlrads 2 ist das Abtriebshohlrad 3 drehbar eingesetzt, so dass die Verzahnungssegmente 8a, 9a und 8b, 9b des Antriebshohlrads 2 als axiale Führungen wirksam sind. Das Abtriebshohlrad 3 ist in 5 im Detail dargestellt. Es weist radial außen an einem Zahnkranz 20 eine durchgehende axiale Innenverzahnung 10 auf, die an einer Stirnseite an zwei Stellen mit einem ersten sowie einen zweiten axial vorstehenden Verzahnungsvorsprung 11, 12 erweitert sind. Die beiden Verzahnungsvorsprünge 11, 12 stehen sich am Umfang radial gegenüber.
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Zur leichteren Montage des innenliegenden Abtriebshohlrads 3 in das zweispurige Antriebshohlrads 2 ist dieses Antriebshohlrad 2 aus zwei identischen Ringen 2a, 2b zusammengebaut, wie 2 verdeutlicht. Vorzugsweise sind die beiden Ringe 2a, 2b als Sinterteile hergestellt.
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An der gegenüberliegenden Stirnseite weist das Abtriebshohlrad 3 eine Nabe 13 zur Aufnahme eines in 2 angedeuteten Wellenlagers zur Lagerung des Sonnenrads 4 auf. Die Nabe 13 ist mit zwei Armen 14, 15, die sich speichenförmig zum Umfang des Abtriebshohlrads 3 hin erstrecken, am Umfang des Abtriebshohlrads 3 befestigt. Die Arme 14, 15 und die Verzahnungsvorsprünge 11, 12 liegen sich an den Stirnseiten des Abtriebshohlrads 3 diametral gegenüber und sind in ihren Bogenlängen aneinander angepasst.
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Bei einer fertig montierten Nockenwellenverstellvorrichtung gemäß der Erfindung bilden die umfangsbezogen seitlichen Enden der Nabenarme 14, 15 und die umfangsbezogen seitlichen Enden der Verzahnungsvorsprünge 11, 12 des Abtriebshohlrads 3 als Anschläge zusammen mit den seitlichen Enden der Verzahnungssegmente 8a, 9a und 8b, 9b des Antriebshohlrads 2 eine beidseitige sowie in beiden Drehrichtungen wirksame Winkelbegrenzung für einen Stellbereich der Nockenwellenverstellvorrichtung. Der Stellbereich definiert eine maximal zulässige Phasendifferenz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle.
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1 und 2 zeigen, dass die Innenverzahnung 6 der Verzahnungssegmente 8a, 9a, 8b, 9b des Antriebshohlrads 2 und die Innenverzahnung 10 des Abtriebshohlrads 3 einerseits sowie das Sonnenrad 4 andererseits im Verzahnungseingriff mit zwei Planetenrädern 16 stehen. Die beiden Planetenräder 16 sind lose, also ohne Planetenträger in die Vorrichtung eingesetzt, so dass jedem Verzahnungssegment 8a, 9a, 8b, 9b des Antriebshohlrads 2 eines der Planetenräder 16 zur Verfügung steht. Die Planetenräder 16 sind axial beidseitig gestuft ausgebildet, so dass jeweils drei einstückig miteinander verbunden Planetenstufen 16a, 16b, 16c vorhanden sind. Eine axial innere Stufe 16a kämmt mit dem Sonnenrad 4 und der Innenverzahnung 10 des Abtriebshohlrad 3. Eine erste und eine zweite axial äußere Planetenstufe 16b, 16c weisen gegenüber der inneren Planetenstufe 16a einen kleineren Durchmesser auf und kämmen nur mit dem jeweils zugehörigen Verzahnungssegment 8a, 9a, 8b, 9b beziehungsweise mit der Verzahnungsspur 8, 9 des Antriebshohlrads 2.
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6a, 6b und 6c zeigen das Sonnenrad 4. Das Sonnenrad 4 ist mit einer Sonnenradwelle 17 drehfest verbunden und in der Nabe 13 des Abtriebshohlrads 3 über ein in 2 angedeutetes Zylinderrollenlager drehbar gelagert. Auf der von der Sonnenradwelle 17 abgewandten Seite ist das Sonnenrad 4 mit einem scheibenförmigen Bremselement 18 drehfest verbunden. Wie aus 3 ersichtlich ist, sitzt das Bremselement 18 im montierten Zustand auf der von der Nockenwelle abgewandten Seite der Nockenwellenverstellvorrichtung. Das Bremselement 18 ist als eine Reibscheibe ausgebildet, auf der ein Bremsbelag 19 angeordnet ist, der aus mehreren Ringsegmenten besteht. Das Bremselement 18 kann zur Erzeugung eines auf das Sonnenrad 4 wirkenden Bremsmoments durch eine Bremse beaufschlagt werden, die hier nicht dargestellt ist. Die Bremse kann beispielsweise durch eine elektrisch betätigte Spule aktiviert und durch eine entsprechende Bestromung geregelt werden. Der Reibbelag kann beispielsweise als ein verschleißfester Carbonbelag ausgebildet sein, wobei die Reibpartner üblicherweise von Öl umflutet sind. Solche reibschlüssigen Bremssysteme sind an sich bekannt.
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Die Planetenräder 16 schließen nach axial außen bündig mit den Verzahnungsspuren 8, 9 beziehungsweise mit den Verzahnungssegmenten 8a, 9a, 8b, 9b des Antriebshohlrads 2 ab, so dass diese keine Verzahnungsausläufe aufweisen. Dies ist durch eine Herstellung der Planetenräder 16 in einem Sinterverfahren gut realisierbar. Durch die Nabe 13 und die Reibscheibe 18 ist gleichzeitig eine axiale Führung der Planetenräder 16 gegeben, so dass gesonderte Anlaufscheiben zum axialen Anlaufen der Planetenräder 16 nicht vorgesehen sein müssen.
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Das Überlagerungsgetriebe 1 ist als ein Minusgetriebe ausgebildet, mit gegenläufigem Drehsinn von Stellelement bzw. Sonnenrad 4 und Abtriebselement bzw. Abtriebshohlrad 3. Dementsprechend weist das Abtriebshohlrad 3 eine größere Zähnezahl auf als das Antriebshohlrad 2.
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Um eine aktuelle Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle zu ändern, wird ein Bremsmoment des Stellelements bzw. Sonnenrads 4 beispielsweise durch eine Schlupfregelung geändert. Eine Erhöhung des Bremsmoments verringert die Drehzahl und eine Verringerung des Bremsmoments erhöht die Drehzahl des Stellelements bzw. Sonnenrads 4. In der Folge wird die Nockenwelle gegenüber dem Kettenrad 5 und damit gegenüber der Kurbelwelle vorverstellt oder zurückverstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Überlagerungsgetriebe
- 2
- Antriebselement, Antriebshohlrad
- 2a
- Ring, Bauteil des Antriebshohlrads
- 2b
- Ring, Bauteil des Antriebshohlrads
- 3
- Abtriebselement, Abtriebshohlrad
- 4
- Stellelement, Sonnenrad
- 5
- Kettenrad
- 6
- Innenverzahnung des Antriebshohlrads 2
- 7
- Ringspalt zwischen zwei Verzahnungssegmente
- 8
- Erste Verzahnungsspur am Antriebshohlrad 2
- 9
- Zweite Verzahnungsspur am Antriebshohlrad 2
- 8a, 8b
- Verzahnungssegmente
- 9a, 9b
- Verzahnungssegmente
- 10
- Innenverzahnung des Abtriebshohlrads 3
- 11
- Erster Verzahnungsvorsprung
- 12
- Zweiter Verzahnungsvorsprung
- 13
- Nabe des Abtriebshohlrads 3
- 14
- Arm an der Nabe 13 des Abtriebshohlrads 3
- 15
- Arm an der Nabe 13 des Abtriebshohlrads 3
- 16
- Planetenrad
- 16a
- Innere Planetenstufe
- 16b
- Erste äußere Planetenstufe
- 16c
- Zweite äußere Planetenstufe
- 17
- Sonnenradwelle
- 18
- Bremselement
- 19
- Reibbelag
- 20
- Zahnkranz am Abtriebshohlrad 3
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005018957 A1 [0007]
- DE 10355560 A1 [0009]
- DE 102006011806 A1 [0010]
