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Die Erfindung betrifft gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1 einen Nockenwellenversteller.
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Die
WO 2004 035 995 A1 betrifft bereits einen Nockenwellenversteller mit einer Rotationsachse und einem Exzenter. In Übereinstimmung mit der Erfindung sind mehrere radial zu der Rotationsachse verlagerbare separate Eingriffskörper vorgesehen. Diese Eingriffskörper tragen radial außen jeweils einen Zahn, welcher in eine Innenverzahnung eingreift, die drehfest mit einem mit einer Kurbelwelle antriebsverbundenen Antriebsrad gekoppelt ist. Die Eingriffskörper sind in Zwischenräumen eines unterbrochenen Ringes angeordnet, der drehfest mit einer Nockenwelle verbunden ist.
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Die
DE 10 2009 037 403 A1 betrifft einen elektrischen Nockenwellenversteller, der mit einem Spannungswellengetriebe ausgeführt ist.
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Die
DE 10 2004 037 540 B4 betrifft ein Spannungswellengetriebe, bei welchem zur Drehzahlwandlung bzw. Drehmomentwandlung Zähne vorgesehen sind, die Hinterschnitte aufweisen. Damit werden die Zahnköpfe quasi federnd aufgenommen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen Nockenwellenversteller mit einem hohen Wirkungsgrad zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist der Nockenwellenversteller einen Wellengenerator auf, der im Betrieb eine Vielzahl von separaten Eingriffskörpern radial verschieben kann. Diese Eingriffskörper liegen dabei außen am Wellengenerator an. Der elastisch vom Wellengenerator verformte Wälzlageraußenring kann in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung sehr dünn ausgeführt sein, was dessen Verformung auch mit geringen Kräften ermöglicht. Der Wälzlageraußenring weist keine Verzahnung zur Aufnahme der Eingriffskörper auf. Dies bringt Fertigungs- und Kostenvorteile mit sich, da der Wälzlageraußenring für die Verschleiß- und Laufeigenschaft bezüglich der Wälzkörper auch noch gehärtet sein kann. Der Werkstoff des Wälzlageraußenrings kann optimal an die Eigenschaft "elastische Verformbarkeit" angepasst sein und muss nicht auf die Fertigbarkeit einer Verzahnung angepasst sein.
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Dadurch, dass die Eingriffskörper einzeln frei gelagert sein können, lassen sich Fertigungstoleranzen leicht einhalten. Die Eingriffskörper können kostengünstig in großer Stückzahl hergestellt werden.
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Erfindungsgemäß ist eine Innenverzahnung vorgesehen, die mit dem Antriebsrad des Nockenwellenverstellers drehfest verbunden ist. Diese Innenverzahnung kämmt dabei mit Zähnen der Eingriffskörper. Die Eingriffskörper sind in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfangsmäßig zwischen Stegen angeordnet, welche die Eingriffskörper führen. Diese Stege benötigen Platz, so dass die Anzahl der Zähne der Innenverzahnung erheblich über der Anzahl der Zähne der Eingriffskörper liegt. Damit gibt es weniger Zahneingriffe, was die Reibung gering und den Wirkungsgrad hoch hält. Eine Schwenkbarkeit der Eingriffskörper stellt dennoch eine hohe Überdeckung der Zahneingriffe sicher.
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Die Eingriffskörper sind in Zwischenräumen angeordnet. Der Zahn des Eingriffskörpers ist gegenüber der Innenverzahnung zwangsgeführt – jedoch gegenüber dem Wälzlageraußenring frei beweglich. In der radial maximal nach außen und radial maximal nach innen verlagerten Position ist die Symmetrieachse des Eingriffskörpers deckungsgleich der Symmetrieachse des Zwischenraumes. In den Zwischenpositionen wird der Eingriffskörper verschwenkt.
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Gegenüber dem Nockenwellenversteller gemäß
WO 2004 035 995 A1 hat der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller weitere Vorteile:
- – Wegen des Wellengerators ist der Aufwand zur Lagerung der Antriebswelle verringert.
- – Das Schwenken des Zahns bzw. der Zähne am Eingriffskörper kann mit geringem Aufwand verwirklich werden.
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Gegenüber einem Nockenwellenversteller mit einem Spannungswellengetriebe ergeben sich beim erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller mit den Eingriffskörpern folgende Vorteile:
- – Alle Kräfte des Getriebereichs des Nockenwellenverstellers liegen in einer Ebene. Demgegenüber weist das Spannungswellengetriebe einen Topf oder zwei nebeneinander angeordnete Hohlräder auf.
- – Das Wälzlager des Wellengenerators ist kleiner als beim Spannungswellengetriebe und kann infolge der fehlenden Axialkraftkomponente als Zylinderrollenlager ausgeführt sein.
- – Der Getriebebereich des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers ist weniger toleranzempflindlich. Hingegen braucht die Verzahnung des Spannungswellengetriebes eine Spielarmut.
- – Der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller kann weitestgehend im Sinterverfahren hergestellt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Wellengenerator mit einer an sich für Wellengeneratoren bekannten Ellipse ausgeführt. Demzufolge greifen diametral gegenüber liegende Zähne von Eingriffskörpern vollständig in die Innenverzahnung ein, während die Zähne der benachbarten Eingriffskörper die Zahnflanken entlang wandern. Ausgehend von einer 0°-Position wird der Zahn Eingriffskörper für Eingriffskörper ein Stück weiter aus der Zahnlücke radial heraus gezogen, bis in der 90°-Stellung die Zähne der Eingriffsköper beabstandet Kopf auf Kopf mit der Innenverzahnung stehen. Diese 90°-Position liegt auf der Nebenachse der Ellipse. Somit ergibt sich bei einer solchen Ellipse, dass pro halber Umdrehung des elliptischen Ringes die Nockenwelle um einen Zahn dem Antriebsrad vorrauseilt. Ein Zahn kann dabei in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung auch als Doppelzahn ausgeführt sein, um die Tragfähigkeit zu erhöhen und damit den Verschleiß zu verringern. Eine Schwenkbewegung der Eingriffskörper ermöglicht dabei einen ruhig gleitenden Zahnkontakt. Es tritt ausschließlich eine Gleitbewegung auf.
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Patentanspruch 12 sieht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung vor, bei welcher ein Toleranzausgleich eine kostengünstige Großserienfertigung ermöglicht. Dabei ist eine drehfeste Verbindung zwischen dem Wellengenerator und einer den Wellengenerator mittels eines Elektromotors antreibenden Welle mittels einer Oldham-Kupplung toleranzausgeglichen. Dieser Toleranzausgleich kann in besonders vorteilhafter Weise in der Ebene des Wellengenerators als auch senkrecht dazu erfolgen.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Dabei zeigen
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1 einen Nockenwellenversteller in einer perspektivischen Ansicht,
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2 eine Explosionszeichnung des Nockenwellenverstellers gemäß 1,
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3 den Nockenwellenversteller in einer Ansicht auf dessen Rotationsachse in der Blattebene,
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4 den Nockenwellenversteller in Bezug auf 3 in einer Ansicht von rechts, wobei ein Teilbereich mit Eingriffskörpern ausgeschnitten dargestellt ist,
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5 den Nockenwellenversteller in Bezug auf 3 in einer Ansicht von links, wobei ein Teilbereich mit Eingriffskörpern ausgeschnitten dargestellt ist,
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6 ein Detail aus 5 im Bereich der Eingriffskörper, wobei zwei benachbarte Eingriffskörperdargestellt sind,
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7 bis 11 in einem nochmals gegenüber 6 verringerten Ausschnitt einen einzelnen Eingriffskörper in seinen verschiedenen Positionen beim Verstellen des Nockenwellenverstellers von einer 0°-Position in eine 90°-Position,
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12 analog 7 die 0°-Position – jedoch in einer Vergrößerung,
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13 analog 11 die 90°-Position – jedoch in einer Vergrößerung,
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14 analog 9 eine 45°-Position – jedoch in einer Vergrößerung,
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15 in einer geschnitten Darstellung den Nockenwellenversteller, welcher mit einer Nockenwelle und einem Elektromotor verbunden ist,
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16 in einer Explosionsdarstellung den Nockenwellenversteller in einer sich in der Ausführung des Elektromotors unterscheidenden alternativen Ausgestaltung, wobei nur die Antriebswelle des Elektromotors dargestellt ist,
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17 den Nockenwellenversteller gemäß 16 in einer perspektivischen Ansicht und
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18 den Nockenwellenversteller gemäß 16 in einer geschnitten Darstellung, wobei der Elektromotor nicht dargestellt ist.
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Mit einem Nockenwellenversteller gemäß 1 wird während des Betriebes eines Verbrennungsmotors die Winkellage an einer in 7 ersichtlichen Nockenwelle 55 gegenüber einem Antriebsrad 1 stufenlos verändert. Durch Verdrehen der Nockenwelle 55 werden die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile so verschoben, dass der Verbrennungsmotor bei der jeweiligen Drehzahl seine optimale Leistung bringt.
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In der Explosionszeichnung 2 ist ersichtlich, dass der Nockenwellenversteller ein zylindrisches Hohlrad 3 aufweist, das drehfest mit dem Antriebsrad 1 verbunden ist. Das Antriebsrad 1 ist dabei einteilig mit dem Hohlrad 3 ausgeführt. Im Ausführungsbeispiel ist das Antriebsrad 1 ein Kettenrad 2 mit einer Außenverzahnung 65, über das eine nicht näher dargestellte Kette geführt ist. Das Antriebsrad 1 kann aber auch ein Zahnriemenrad sein, über das ein Antriebsriemen als Antriebselement geführt ist. Auch ist es möglich, das Antriebsrad 1 direkt mit einem benachbarten Antriebsrad eines weiteren Nockenwellenverstellers oder eines Nockenwellenrades kämmen zu lassen. Damit bildet dann das benachbarte Antriebsrad das Antriebselement.
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In jedem Fall ist das Antriebsrad 1 über dieses Antriebselement mit der Kurbelwelle in dem üblichen Übersetzungsverhältnis antriebsverbunden. Demzufolge macht die Kurbelwelle pro Umdrehung der Nockenwelle 55 zwei Umdrehungen.
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Das Hohlrad 3 weist eine Innenverzahnung 5 auf. Diese Innenverzahnung 5 ist bezüglich einer Rotationsachse 4 des Nockenwellenverstellers axial versetzt zum Antriebsrad 1 angeordnet.
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Um diese Rotationsachse 4 ist ein Nockenwellenflansch 6 relativ drehbar zum Hohlrad 3 angeordnet. In Zusammenschau von 2 mit 15 ist ersichtlich, dass der Nockenwellenflansch 6 ein mittiges Loch 59 aufweist, durch das eine Zentralschraube 56 gesteckt ist. Deren Schraubenkopf 57 liegt unter Axialspannung an einer Anlagefläche des Nockenwellenflanschs 6 an und ist in ein Gewindesackloch der Nockenwelle 55 eingeschraubt. Damit ist der Nockenwellenflansch 6 zwischen dem Schraubenkopf 57 und der Stirnfläche der Nockenwelle 55 verspannt. Damit ist der Nockenwellenflansch 57 drehfest mit der Nockenwelle verbunden.
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Der Nockenwellenflansch 6 ist einteilig mit einem unterbrochenen Ring 7 ausgeführt. Dieser Ring 7 ist von radialen Zwischenräumen 8 unterbrochen, die sich umfangsmäßig gleichmäßig verteilen. Damit bleibt eine Vielzahl radialer Stege 9 stehen, die den unterbrochenen Ring 7 bilden. Diese Stege 9 weisen an deren einander zugewandten Seitenflächen 10 eine Stegkontur auf, die mit einer Außenkontur von Eingriffskörpern 14 korrespondiert. Diese Eingriffskörper 14 sind in den Zwischenräumen 8 angeordnet. Jeder der Eingriffskörper 14 ist radial außen mit einem Doppelzahn 60 ausgeführt.
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In 6 bis 14 ist ersichtlich, dass die Seitenflächen 10 der Stege 9 radial außen stark gekrümmt konkav ausgeformt sind, so dass eine radial äußerste konkave Krümmung 77 entsteht. Dieser radial äußersten konkaven Krümmung 77 schließt sich eine radial mittlere konkave Krümmung 11 an, die geringer gekrümmt ist, als die radial äußerste Krümmung 77. An dem Übergang von der radial äußersten konkaven Krümmung 77 zur radial mittleren konkave Krümmung 11 bildet sich zwischen zwei benachbarten Stegen 9 eine Verengung 78, die toleranzbereinigt gleich der Ausbauchungsbreite 79 des Eingriffskörpers 14 an einer radial äußeren Verdickung 71 ist. Diese Gleichheit von der Verengung 78 und der Ausbauchungbreite 79 ist eine Voraussetzung, um zu gewährleisten, dass der Eingriffskörper 14 gemäß 13 in der 90°-Position exakt radial ausgerichtet ist. Weitere Voraussetzung für diese exakte radiale Ausrichtung ist die Gleichheit zwischen einer Ausbauchungsbreite 13 an einer radial inneren Verdickung 70 und einer radial inneren Mündungsbreite 80 des Zwischenraumes 8. Noch eine weitere Voraussetzung für diese exakte radiale Ausrichtung ist die Gleichheit zwischen
- – dem radialen Abstand 81 zwischen der oberen Ausbauchungsbreite 79 und der unteren Ausbauchungsbreite 13 und
- – dem radialen Abstand 82 zwischen der Verengung 78 und der Mündungsbreite 80.
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Die radial inneren Seitenflächen 10 der Stege 9 sind ebenfalls gekrümmt konkav ausgeformt, so dass eine kleine konkave Krümmung 12 entsteht.
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Korrespondierend weisen die Eingriffskörper 14 radial außen und innen die besagten Verdickungen 70, 71 auf. Die radial äußere Verdickung 70 wird von beidseitig des Eingriffskörpers 14 angeordneten konvexen Ausbauchungen 15 gebildet. Die radial innere Verdickung 71 wird von beidseitig des Eingriffskörpers 14 angeordneten konvexen Ausbauchungen 19 gebildet. Die radial äußeren Ausbauchungen 15 laufen über eine relativ lange Schräge 16 auf eine taillenartige Verengung 17 zu. Diese taillenartige Verengung 17 verläuft über einen Teilbereich 18 des Eingriffskörpers 14. Dieser Verengung 17 schließt sich die radial innere Ausbauchung 19 an.
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Durch diese Formgebung ist gewährleistet, dass sich die Eingriffskörper 14 sowohl begrenzt radial nach innen und nach außen verschieben können als auch dass die Eingriffskörper 14 begrenzt verschwenkt werden können. Die Verschiebung ist dabei auf ein Maß begrenzt, dass es erlaubt, dass der Eingriffskörper 14 seinen Eingriff in der Innenverzahnung 5 wechseln kann. Der Doppelzahn 60 wird dabei pro halber Umdrehung einer Hohlwelle 37 um eine Innenzahnlücke 20 der Innenverzahnung 5 weiter versetzt. Dazu ist die radiale Verschiebung des Eingriffskörpers 14 auf geringfügig mehr als die Zahnhöhe 21 eines Innenzahns 61 begrenzt. Überdies gewährleistet die beschriebene Formgebung der Stege 9 und der Eingriffskörper 14, dass die Eingriffskörper 14 in der 0°-Position und der 90°-Position exakt radial ausgerichtet sind.
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In 6 ist die Funktion der in der Explosionszeichnung 2 dargestellten einzelnen Bauteile zu erkennen. Die Eingriffskörper 14 liegen mit deren Innenseite auf einer Mantelfläche 23 eines Wellengenerators 62 an. Diese Mantelfläche 23 ist damit gleichzeitig auch die kreisförmige Mantelfläche 23 eines Wälzlageraußenringes 22, welcher Teil des Wellengenerators 62 ist. Das Wälzlager ist dabei als Zylinderrollenlager ausgeführt. Der Wälzlageraußenringes 22 greift nicht formschlüssig in die Eingriffskörper 14 ein. Stattdessen ist der Wälzlageraußenring 22 frei drehbar gegenüber den Eingriffskörpern 14. Außer dem biegeelastischen dünnen Wälzlageraußenring 22 weist der Wellengenerator 62 noch zylindrische Wälzkörper 25, einen Käfig 26 und einen Lagerinnenring 27 auf. Dieser Lagerinnenring 27 ist auf einen elliptischen Ring 24 aufgepresst. Der Mittelpunkt dieses elliptischen Ringes 24 liegt auf der Rotationsachse 4, so dass der elliptischen Ring 24 um die Rotationsachse 4 rotieren kann.
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Der Käfig 26 hält die Wälzkörper 25 in umfangsmäßigen Positionen zwischen dem Wälzlageraußenring 22 und dem Lagerinnenring 27. Wird der elliptische Ring 24 um die Rotationsachse 4 gedreht, so werden die diametral auf der Ellipsen-Hauptachse gegenüber liegenden Wälzkörper 25 um das Maß radial nach außen verlagert, um das die im rechten Winkel dazu auf der Ellipsen-Nebenachse angeordnet liegende Wälzkörper 25 radial nach innen verlagert werden. Der biegeelastische Wälzlageraußenring 22 verlagert sich also unter dem Druck der Wälzkörper 25 in der Art zwei umlaufender Wellen radial nach außen. Dabei greift der jeweils auf dem Wellenberg liegende Doppelzahn 60 in die Innenverzahnung 5 ein, ohne dass ein Zahnkontakt zustande kommt. Damit ist der Doppelzahn 60 in der deutlicher in 12 ersichtlichen 0°-Position nicht in Kontakt mit der Innenverzahnung 5. Ungefähr von einer +8°-Position bis zu einer –8°-Position gibt es keinen Zahnkontakt. In diesem Bereich gibt es stattdessen ein geringes Spiel.
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Die übrigen Doppelzähne 60 wandern die Zahnflanken 29 der Innenverzahnung 5 entlang um einen Innenzahn 28 weiter. Da die Eingriffskörper 14 leicht verschwenken können, erfolgt diese Wanderbewegung mit einem abwälzenden Anteil.
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7 bis 11 zeigen in einem nochmals gegenüber 6 verringerten Ausschnitt einen einzelnen Eingriffskörper in seinen verschiedenen Positionen beim Verdrehen des elliptischen Ringes 24 gegenüber dem Nockenwellenflansch 6 von einer 0°-Position in eine 90°-Position. Dabei zeigt 7 die 0°-Position. 11 zeigt die 90°-Position. Und 9 zeigt eine dazwischen liegende 45°-Position. 8 zeigt eine erste Zwischenposition, die zwischen der 0°-Position und der 45°-Position liegt. 10 zeigt eine zweite Zwischenposition, die zwischen der 45°-Position und der 90°-Position liegt.
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Ausgehend von der 0°-Position gemäß 7 befindet sich eine Symmetrieachse 67 des Eingriffskörpers 14 exakt auf einer Symmetrieachse 68 des Zwischenraumes 8. Wird nun der Lagerinnenring 27 über den elliptischen Ring 24 in Uhrzeigerdrehrichtung 69 verdreht, so nimmt der Eingriffskörper 14 die in 8 dargestellte erste Zwischenposition ein. Da über die Wälzkörper 25 ein Reibmoment auf den Wälzlageraußenring 22 übertragen wird, legt sich der Eingriffskörper 14 mit dessen radial innerer Verdickung 70 ungefähr im Bereich der breitesten Breite 13 an dem rechts benachbarten Steg 9a an. Gegenüber dem links benachbarten Steg 9b weist der Eingriffskörper 14 an der radial inneren Verdickung 70 dann zwangsläufig einen Spalt auf. Infolgedessen schwenkt die Symmetrieachse 67 des Eingriffskörpers 14 gegenüber der Symmetrieachse 68 des Zwischenraumes 8, so dass sich der Eingriffskörper 14 mit dessen radial äußerer Verdickung 71 an dem links benachbarten Steg 9b anlegt. Gegenüber dem rechts benachbarten Steg 9a weist der Eingriffskörper 14 an der radial äußeren Verdickung 71 dann zwangsläufig ebenfalls einen Spalt auf. Demzufolge liegt die Symmetrieachse 67 des Eingriffskörpers 14 nicht mehr auf der Symmetrieachse 68 des Zwischenraumes 8 sondern schneidet diese in einem Schnittpunkt A.
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Damit sind die Eingriffskörper 14 um eine radial begrenzt verlagerbare geometrische Schwenkachse 64 schwenkbar abgestützt. Diese Schwenkachse steht parallel zur Rotationsachse 4 senkrecht auf dem Schnittpunkt A. Diese Abstützung erfolgt nicht nur in der Uhrzeigerdrehrichtung 69, sondern in beiden Umfangsrichtungen.
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Die Eingriffskörper 14 weisen radial außen ein Spiel in beiden Umfangsrichtungen auf. Dieses umfangsmäßige Spiel ist minimal, wenn der Eingriffskörper 14 radial maximal nach außen verlagert ist. Hingegen ist dieses Spiel maximal, wenn der Eingriffskörper 14 radial maximal nach innen verlagert ist.
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Ausgehend von der 0°Position zur ersten Zwischenposition haben sich die Doppelzähne 60 ein Stück weit in Uhrzeigerdrehrichtung 69 gegenüber dem Hohlrad 3 verschoben. Gleichzeitig hat sich der Eingriffskörper 14 infolge der Drehung des Wellengenerators 62 aus den Innenzähnen 28 des Hohlrades 3 heraus bewegt.
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Diese Art der Verschiebung von der 0°-Position zur ersten Zwischenposition setzt sich in analoger Weise weiter über die in 9 dargestellte 45°-Position und darüber hinaus fort.
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Ab der in 10 dargestellten zweiten Zwischenposition liegt die Symmetrieachse 67 des Eingriffskörpers 14 wieder nahezu auf der Symmetrieachse 68 des Zwischenraumes 8. Sowohl der Spalt an der radial inneren Verdickung 70 als auch der Spalt an der radial äußeren Verdickung 71 sind nahezu aufgehoben. Die auf die zweite Zwischenposition folgende Verschiebung des Eingriffskörpers 14 in die 90°-Position gemäß 11 erfolgt nahezu linear. Demzufolge verlagern sich bei dieser Verschiebung die beiden Symmetrieachsen 67, 68 nahezu deckungsgleich zueinander, wobei mit zunehmender Verschiebung die Fluchtung der beiden Symmetrieachsen 67, 68 zunimmt.
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In der 90°-Stellung gemäß 11 ist der Eingriffskörper 14 nicht mehr in Kontakt mit den Innenzähnen 28 des Hohlrades 3.
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12 zeigt analog 7 die 0°-Position – jedoch in einer Vergrößerung.
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13 zeigt analog 11 die 90°-Position – jedoch in einer Vergrößerung.
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14 zeigt analog 9 die 45°-Position – jedoch in einer Vergrößerung. Infolge der vergrößerten Darstellung ist dabei besonders gut ersichtlich, dass der Eingriffskörper 14 infolge der Verdrehung des Wellengenerators 62 radial nach innen verlagert wird und aus der exakt radialen Ausrichtung heraus um die radial begrenzt verlagerbare Schwenkachse 64 geschwenkt wird. Der Eingriffskörper 14 ist beim Schwenken mit der radial äußeren Verdickung 71 an dem den Zwischenraum 8 auf einer Seite begrenzenden benachbarten Steg 9b abstützt. Der Eingriffskörper 14 weist mit dieser radial äußeren Verdickung 71 gegenüber dem den Zwischenraum 8 auf der anderen Seite begrenzenden benachbarten Steg 9a den Spalt 83 auf. Der Eingriffskörper 14 ist mit einer radial inneren Verdickung 70 an dem den Zwischenraum 8 auf der anderen Seite begrenzenden andern benachbarten Steg 9a abgestützt. Der Eingriffskörper 14 weist mit dieser radial inneren Verdickung 70 gegenüber dem den Zwischenraum 8 auf der einen Seite begrenzenden benachbarten Steg 9b den weiteren Spalt 84 auf. Somit erfolgt diese umfangsmäßige Abstützung des Eingriffskörpers 14 in beiden Umfangsrichtungen. Der Doppelzahn 60 folgt beim Schwenken der Kontur der Innenverzahnung 5. Beim anschließenden Eintauchen des Doppelzahns 60 in die Innenverzahnung 5 folgt der aus der exakt radialen Ausrichtung schwenkende Eingriffskörper 14 mit dem Doppelzahn 60 wieder der Kontur der Innenverzahnung. Dies wird ermöglicht, da der Doppelzahn 60 gegenüber der Innenverzahnung 5 zwangsgeführt ist – jedoch gegenüber dem Wälzlageraußenring frei beweglich ist.
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Somit liegt in der 0°-Position und der 90°-Position die Symmetrieachse 67 des Eingriffskörpers 14 auf der Symmetrieachse 68 des Zwischenraumes 8.
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Das Verschwenken des Eingriffskörpers
14 aus der exakt radialen Ausrichtung
14 bewirkt beispielsweise gegenüber einem Nockenwellenversteller gemäß
WO 2004/035996 eine Erhöhung der Profilüberdeckung des Zahnkontaktes zwischen den Innenzähnen
28 des Hohlrads
3 und den Doppelzähnen
60.
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Der Lagerinnenring 27 ist dabei analog dem Wälzlageraußenring 22 koaxial zur Rotationsachse 4 angeordnet. Der Innenausschnitt 66 des Wellengenerators 24 ist spiegelsymmetrisch und koaxial zur Rotationsachse 4. Der elliptische Ring 24 ist Teil einer Oldham-Kupplung 32. Diese Oldham-Kupplung 32 weist einen Kupplungsmitnehmer 31 und einen Kupplungsdeckel 30 auf. Der Kupplungsmitnehmer 31 und der Kupplungsdeckel 30 sind aus Blech gefertigt und ringförmig. Der Kupplungsmitnehmer 31 ist bewegungsfest mit Mitnahmekörpern 33 verbunden. Der Kupplungsdeckel 30 ist mittels Schrauben 51 mit den Mitnahmekörpern 33 bewegungsfest verbunden. Dabei erstrecken sich die Mitnahmekörper 33 vom Kupplungsmitnehmer 31 in Richtung auf den Kupplungsdeckel 30. Diese Mitnahmekörper 33 greifen in separate Ausschnitte 35 innerhalb des elliptischen Rings 24 ein. Die Mitnahmekörper 33 stützen sich umfangsmäßig dabei an Vorsprüngen 36 ab und lassen einen Toleranzausgleich in einer Richtung zu. In dem Kupplungsmitnehmer 31, dem Kupplungsdeckel 30 und den Mitnahmekörpern 33 sind miteinander fluchtende Ausnehmungen 76 vorgesehen, die einen Toleranzausgleich senkrecht zu der Richtung des vorgenannten Toleranzausgleichs ermöglichen. Dazu greift eine mit dem Rotor 52 des Elektromotors 54 gekoppelte Hohlwelle 37 mit zeichnerisch nicht näher dargestellten Zungen in die Ausnehmungen 76. Diese Hohlwelle 37 ist in 15 näher ersichtlich. Somit sind der elliptische Ring 24 und die Hohlwelle 37 über die Oldham-Kupplung 32 drehfest – aber toleranzgleichend – miteinander gekoppelt.
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Diese Hohlwelle 37 ragt dabei durch eine zentrale Ausnehmung 58 eines Getriebedeckels 38, welcher in eine Ausnehmung 63 des Hohlrades 3 bis auf Anschlag an einen Absatz 39 aufgepresst ist. Der Getriebedeckel 38 ist somit zwischen den Eingriffskörpern 14 und dem Elektromotor 54 angeordnet. Der Nockenwellenflansch 6 sichert die Eingriffskörper 14 auf der einen axialen Seite. Der Getriebedeckel 38 sichert hingegen die Eingriffskörper 14 auf der anderen axialen Seite. Dazu liegen die Eingriffskörper 14 stirnseitig an dem Getriebedeckel 38 an. Mit deren anderer Stirnseite 40 liegen die Eingriffskörper 14 im Grund 41 der Zwischenräume 8 am Nockenwellenflansch 6 an. Damit bilden der Getriebedeckel 38 und der Nockenwellenflansch 6 die Axiallager für die Eingriffskörper 14.
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Der gegenüber dem Hohlrad 3 drehbar gleitgelagerte Nockenwellenflansch 6 liegt andererseits an einem Lagerring 42 stirnseitig an. Der Lagerring 42 ist mittels einer Verschraubung 43 drehfest mit dem Hohlrad 3 verbunden. Der nockenwellenfeste Nockenwellenflansch 6 ist somit gegenüber den antriebsradfesten Teilen gleitgelagert. Das Lagerspiel der Gleitlagerung wird mittels eines Schraubringes 44 hergestellt, der auf einen Zapfen 45 des Nockenwellenflansches 6 geschraubt ist.
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Axial zwischen dem Schraubring 44 und dem Nockenwellenflansch 6 liegt dabei ein sich vom Lagerring 42 radial nach innen erstreckender scheibenförmiger Ansatz 46.
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Aus einer Zusammenschau von 2 bis 4 ist ersichtlich, dass in einem Zwischenraum 8 ein Anschlagzapfen 47 eingesetzt ist, welcher in ein umfangsmäßig umlaufendes Langloch 48 des Hohlrades 3 eingreift. Der Anschlusszapfen 47 weist dabei nicht die Form eines Zahnes 14 auf. Stattdessen ist der Anschlusszapfen 47 in Umfangsrichtung spielfrei an den beiden benachbarten Stegen 9 abgestützt, wie dies insbesondere in 4 ersichtlich ist. Jedoch ist eine begrenzte Verschiebung in Richtung der Rotationsachse 4 möglich. Damit können Toleranzen ausgeglichen werden und ein klemmfreies Verschwenken des Anschlagzapfens 47 im Langloch 48 ist sichergestellt.
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Sowohl der Lagerring 42 als auch der Schraubring 44 weisen Werkzeugangriffe 49, 50 auf, mit denen der Lagerring 42 bzw. der Schraubring 44 eingeschraubt werden können.
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An der Hohlwelle 37 ist ein Rotor 52 eines Elektromotors 54 drehfest angeordnet. Radial ist der Rotor 52 von einem Stator 53 umgeben. Die Verstellung des Nockenwellenverstellers erfolgt, indem eine Spule des Stators 53 bestromt wird. Wird der Rotor 52 gegenüber dem Antriebsrad 1 in die eine Drehrichtung verdreht, so verschwenkt der Nockenwellenversteller die Nockenwelle 55 in Richtung "Früh". Wird der Rotor 52 hingegen gegenüber dem Antriebsrad 1 in die andere Drehrichtung verdreht, so verschwenkt der Nockenwellenversteller die Nockenwelle 55 in Richtung "Spät". Diese Verschwenkung ist in beiden Drehrichtungen durch den Anschlag des Anschlagzapfens 47 an dem einen Ende oder dem anderen Ende des Langlochs 48 begrenzt.
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Der Stator 53 kann bewegungsfest mit einem Gehäuseteil des Verbrennungsmotors verbunden sein. In diesem Fall läuft der Rotor 52 mit Nockenwellendrehzahl mit, sofern nicht verstellt wird. Zur Verstellung in die eine Drehrichtung muss der Rotor 52 vom Stator 53 auf eine Drehzahl gebracht werden, die über der Drehzahl der Nockenwelle 55 liegt. Zur Verstellung in die andere Drehrichtung muss der Rotor 52 vom Stator 53 auf eine niedrige Drehzahl gebracht werden. D.h. der Rotor 52 muss gegenüber der Nockenwellendrehzahl abgebremst werden.
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Der Stator 53 kann alternativ bewegungsfest mit einem Gehäuseteil des Antriebsrades 1 – insbesondere dem Getriebedeckel 38 – verbunden sein. In diesem Fall läuft sowohl der Rotor 52 als auch der Stator mit Nockenwellendrehzahl mit, sofern nicht verstellt wird. Zur Verstellung in die eine Drehrichtung muss der Rotor 52 vom Stator 53 in die eine Richtung verdreht werden. Zur Verstellung in die andere Drehrichtung muss der Rotor 52 vom Stator 53 in die anderer Drehrichtung verdreht werden. Die Spannungsversorgung des Elektromotors von einem zum Verbrennungsmotor festen Teil kann in diesem Fall über Bürsten, Schleifkohlen oder induktiv erfolgen.
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16 zeigt in einer Explosionsdarstellung den Nockenwellenversteller in einer sich in der Ausführung des Elektromotors unterscheidenden alternativen Ausgestaltung, Ansonsten ist der Nockenwellenversteller nahezu gleich dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel ausgeführt.
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Dabei ist eine Antriebswelle 72 des ansonsten nicht näher dargestellten Elektromotors mit einem Kupplungsring 73 verbunden. Dazu ist der Kupplungsring 73 geschlitzt und auf die Antriebswelle 72 radial gespannt. Diese radiale Spannung wird mittels einer Schraube erreicht, die in ein Senkloch 85 eingesteckt und mit einem Gewindeloch verschraubt ist, so dass der Kupplungsring 73. Der Kupplungsring 73 weist zwei axial sich vom Kupplungsring 73 hinfort erstreckende Zungen 75 auf, welche in Ausnehmungen 76 des Kupplungsmitnehmers 31 eingreifen, so dass eine drehfeste aber axial freie Verbindung entsteht. Diese Art der Verbindung erlaubt einen Toleranzausgleich in einer ersten radialen Richtung. Die in 19 näher ersichtlichen Mitnahmekörper 33 ermöglichen einen Toleranzausgleich senkrecht zu dieser radialen Richtung. Damit werden insbesondere Fluchtungsfehler des Elektromotors gegenüber dem Wellengenerator 62 ausgeglichen. Überdies können die Zungen 75 innerhalb der Ausnehmungen 76 axial verschoben werden. Damit erfolgt der Toleranzausgleich in besonders vorteilhafter Weise sowohl in der Ebene des Wellengenerators 62 als auch senkrecht zu dieser Ebene.
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17 zeigt den Nockenwellenversteller gemäß 16 in einer perspektivischen Ansicht.
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18 zeigt den Nockenwellenversteller gemäß 16 in einer geschnitten Darstellung.
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Der Nockenwellenflansch bzw. der unterbrochene Ring muss nicht mittels einer Zentralschraube mit der Nockenwelle verschraubt sein. Es ist beispielsweise auch möglich, den Nockenwellenflansch auf die Nockenwelle aufzupressen oder aufzuschrumpfen.
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Die Nockenwelle muss nicht als Vollwelle ausgeführt sein. Es ist auch möglich, eine gebaute Nockenwelle vorzusehen, die als Rohr mit aufgepressten Nocken ausgeführt ist. In dem Fall, dass diese gebaute Nockenwelle dennoch mit dem Nockenwellenversteller verschraubt werden soll, kann beispielsweise ein Gewindeeinsatz in das Rohr eingepresst sein. Auch ist es möglich, den Nockenwellenflansch direkt auf die Nockenwelle aufzupressen.
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Die Eingriffskörper müssen nicht mit einem Doppelzahn ausgeführt sein. Es ist auch möglich, andere Eingriffskonturen vorzusehen. Beispielsweise kann ein Einzelzahn, ein Dreifachzahn oder ein Vierfachzahn vorgesehen sein.
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Die Krümmungen an den Seitenflächen 10 und den Ausbauchungen 15, 19 können eine beliebige Bogenform haben. Neben Freiformen sind beispielsweise ovale Konturen oder Evolventen möglich. Auch muss die verbindende Schräge 16 keine Gerade sein. Als Übergänge sind beispielsweise auch Bogenformen möglich.
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Der Anschlagzapfen 47 muss nicht in einem Zwischenraum 8 angeordnet sein. Es ist auch möglich, die Begrenzung in den beiden Drehrichtungen mittels eines Anschlags zu verwirklichen, der am Nockenwellenflansch 6 an einer anderen Stelle befestigt ist. Beispielsweise ist es auch möglich, dass sich ein Anschlagzapfen axial vom Steg 9 hinfort erstreckt und in ein bogenförmiges Langloch des Getriebedeckels 38 eingreift.
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Anstelle der Schraubverbindungen am Lagerring 42 und am Schraubring 44 sind auch andere axiale Befestigungen möglich. Beispielsweise stehen als Verbindungsmöglichkeiten das Schweißen, das Biegen, das Bördeln, das Kleben und das Pressen zur Verfügung.
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Anstelle des dargestellten Wellengenerators sind auch andere marktübliche Wellengeneratoren einsetzbar.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist der elliptische Ring nicht Teil einer Oldham-Kupplung. Stattdessen ist der elliptische Ring mit einer Kupplungshälfte einer Oldham-Kupplung drehfest verbunden.
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Im Ausführungsbeispiel ist der nockenwellenfeste Nockenwellenflansch gegenüber den antriebsradfesten Teilen gleitgelagert. Es ist auch möglich, hier eine Wälzlagerung vorzusehen.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsrad
- 2
- Kettenrad
- 3
- Hohlrad
- 4
- Rotationsachse
- 5
- Innenverzahnung
- 6
- Nockenwellenflansch
- 7
- unterbrochener Ring
- 8
- Zwischenraum
- 9
- Steg
- 9a
- rechts benachbarter Steg
- 9b
- links benachbarter Steg
- 10
- Seitenflächen
- 11
- große konkave Krümmung
- 12
- kleine konkave Krümmung
- 13
- untere Ausbauchungsbreite
- 14
- Eingriffskörper
- 15
- radial äußere Ausbauchung
- 16
- Schräge
- 17
- Verengung
- 18
- Teilbereich
- 19
- radial innere Ausbauchung
- 20
- Innenzahnlücke
- 21
- Zahnhöhe
- 22
- Wälzlageraußenring
- 23
- Mantelfläche
- 24
- elliptischer Ring
- 25
- Wälzkörper
- 26
- Käfig
- 27
- Lagerinnenring
- 28
- Innenzahn
- 29
- Zahnflanke
- 30
- Kupplungsdeckel
- 31
- Kupplungsmitnehmer
- 32
- Oldham-Kupplung
- 33
- Mitnahmekörper
- 34
- Ausschnitt
- 35
- Ausschnitt
- 36
- Vorsprung
- 37
- Hohlwelle
- 38
- Getriebedeckel
- 39
- Absatz
- 40
- andere Stirnseite
- 41
- Grund
- 42
- Lagerring
- 43
- Keilwellenverzahnung
- 44
- Schraubring
- 45
- Zapfen
- 46
- scheibenförmiger Ansatz
- 47
- Anschlagzapfen
- 48
- Langloch
- 49
- Werkzeugangriff
- 50
- Werkzeugangriff
- 51
- Schraube
- 52
- Rotor
- 53
- Stator
- 54
- Elektromotor
- 55
- Nockenwelle
- 56
- Zentralschraube
- 57
- Schraubenkopf
- 58
- zentrale Ausnehmung
- 59
- mittiges Loch
- 60
- Doppelzahn
- 61
- Innenzahn
- 62
- Wellengenerator
- 63
- Ausnehmung
- 64
- Schwenkachse
- 65
- Außenverzahnung
- 66
- Innenausschnitt
- 67
- Symmetrieachse
- 68
- Symmetrieachse
- 69
- Uhrzeigerdrehrichtung
- 70
- radial äußere Verdickung
- 71
- radial innere Verdickung
- 72
- Antriebswelle
- 73
- Kupplungsring
- 74
- Gewindeloch
- 75
- Zungen
- 76
- Ausnehmungen
- 77
- radial äußerste konkave Krümmung
- 78
- Verengung
- 79
- obere Ausbauchungsbreite
- 80
- Mündungsbreite
- 81
- radialer Abstand
- 82
- radialer Abstand
- 83
- Spalt
- 84
- Spalt
- 85
- Senkloch
- A
- Schnittpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2004035995 A1 [0002, 0012]
- DE 102009037403 A1 [0003]
- EP 0640778 B1 [0004]
- DE 102004037540 B4 [0005]
- WO 2004/035996 [0058]
