DE102013220220A1

DE102013220220A1 - Nockenwellenverstellvorrichtung

Info

Publication number: DE102013220220A1
Application number: DE102013220220.2A
Authority: DE
Inventors: Mike Kohrs; Jens Schäfer; Marco Hildebrand
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2033-10-09
Also published as: CN105612316A; US9840947B2; US20160251986A1; WO2015051789A1; DE102013220220B4; CN105612316B

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwellenverstellvorrichtung vorzuschlagen, welche ein verbessertes Schmiermittelmanagement aufweist.
Hierzu wird eine Nockenwellenverstellvorrichtung 1 mit einem Verstellgetriebe 5 zur Verstellung einer Winkelstellung einer Nockenwelle 2, wobei das Verstellgetriebe 5 eine Eingangswelle 14, die mit einer Kurbelwelle koppelbar ist, eine Ausgangswelle 15, die mit der Nockenwelle koppelbar ist, und eine Verstellwelle 16, die mit einem Aktuator 13 koppelbar ist, aufweist, wobei das Verstellgetriebe 5 eine Drehachse D definiert, wobei das Verstellgetriebe 5 einen Getriebeinnenraum 25 ausbildet, wobei in dem Getriebeinnenraum 25 die Eingangswelle 14, die Ausgangswelle 15 und die Verstellwelle 16 miteinander in Wirkverbindung stehen, wobei die Nockenwellenverstellvorrichtung 1 eine Schmiermittelversorgung 7 zur Versorgung des Getriebeinnenraums 25 mit einem Schmiermittel aufweist, vorgeschlagen, wobei die Schmiermittelversorgung 7 ausgebildet ist, einen radial außenseitig zu der Drehachse angeordneten Schmiermittelsumpf 32 in dem Getriebeinnenraum 25 auszubilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Nockenwellenverstellvorrichtungen dienen zur relativen Verstellung der Winkelstellung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors. Derartige Nockenwellenversteller weisen üblicherweise ein Antriebsteil, welches mit der Kurbelwelle zum Beispiel über eine Kette oder einen Riemen gekoppelt ist, ein Abtriebsteil, welches üblicherweise drehfest mit der Nockenwelle gekoppelt ist und eine Verstellwelle auf, welche es ermöglicht, eine Winkelstellung des Abtriebsteils relativ zu dem Antriebsteil einzustellen.
Die Antriebswelle, Verstellwelle und Abtriebswelle treten in einem Getriebe miteinander in Wirkverbindung, wobei sich in dem Getriebe aufgrund von Lagerungen und gegenseitigen Eingriffen mechanische Reibung ergibt. Zur Reduzierung der mechanischen Reibung ist es üblich, die Getriebe der Nockenwellenversteller mit Öl zu schmieren.
Beispielsweise offenbart die Druckschrift DE 10 2005 059 860 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, einen Schmiermittelkreislauf eines Nockenwellenverstellers. Bei dem Schmiermittelkreislauf wird ein Schmiermittel über die Nockenwelle dem Nockenwellenversteller zugeführt und über radial außenliegende Austrittsöffnungen wieder abgeleitet. Um die Schmiermittelmenge in dem Nockenwellenversteller zu steuern und eine Überschwemmung des Nockenwellenversteller zu vermeiden wird vorgeschlagen, ein Strömungselement in einem Strömungskanal auszubilden, welcher als eine Drossel oder Blonde wirkt, um den Schmiermittelstrom einzustellen.
Gebiet der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwellenverstellvorrichtung vorzuschlagen, welche ein verbessertes Schmiermittelmanagement aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird eine Nockenwellenverstellvorrichtung vorgeschlagen, welche insbesondere für einen Motor, im Speziellen für einen Verbrennungsmotor, eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Optional umfasst die Nockenwellenverstellvorrichtung eine Nockenwelle, wobei die Nockenwelle zur Steuerung von Ventilen des Motors ausgebildet ist.
Die Nockenwellenverstellvorrichtung weist ein Verstellgetriebe auf, wobei das Verstellgetriebe besonders bevorzugt als ein Dreiwellengetriebe ausgebildet. Das Verstellgetriebe umfasst eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle und eine Verstellwelle. Die Eingangswelle ist zum Beispiel über eine Kette oder einen Riemen mit der Kurbelwelle des Motors koppelbar. Die Ausgangswelle ist bevorzugt drehfest mit der Nockenwelle gekoppelt oder koppelbar. Insbesondere bildet die Eingangswelle ein Antriebsteil und die Ausgangswelle ein Abtriebsteil. Die Verstellwelle ist dagegen mit einem Aktuator koppelbar oder gekoppelt. Der Aktuator kann in Bezug auf den Motor gehäusefest oder mitdrehend angeordnet sein. Der Aktuator kann beispielsweise als ein Motor, insbesondere Elektromotor, oder als eine Bremse realisiert sein. Optional umfasst die Nockenwellenverstellvorrichtung den Aktuator.
Das Verstellgetriebe ist zur Verstellung einer Winkelstellung der Nockenwelle ausgebildet. Insbesondere ist das Verstellgetriebe ausgebildet, die Winkelstellung der Nockenwelle gegenüber der Winkelstellung einer Kurbelwelle des Motors zu verändern. Alternativ oder ergänzend ist das Verstellgetriebe ausgebildet, die Winkelstellung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu verstellen. Durch die Verstellung der Winkelstellung wird es vorzugsweise ermöglicht, die Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte der Ventile des Motors in Richtung „früh” oder „spät” zu verschieben.
Das Verstellgetriebe, insbesondere die Eingangswelle und/oder die Ausgangswelle und/oder die Verstellwelle, definieren eine gemeinsame Drehachse des Verstellgetriebes.
Das Verstellgetriebe bildet einen Getriebeinnenraum aus, wobei in dem Getriebeinnenraum die Eingangswelle, die Ausgangswelle und die Verstellwelle miteinander in Wirkverbindung stehen. Insbesondere ist das Verstellgetriebe als ein Summationsgetriebe ausgebildet, wobei besonders bevorzugt eine Drehbewegung der Verstellwelle auf die Drehbewegung der Eingangswelle aufsummiert wird und auf diese Weise die Winkelstellung verstellt wird.
Die Nockenwellenverstellvorrichtung, insbesondere das Verstellgetriebe weist eine Schmiermittelversorgung zur Versorgung des Getriebeinnenraums mit einem Schmiermittel auf. Insbesondere ist das Schmiermittel als ein Öl, im Speziellen als ein Getriebeöl, ausgebildet. Die Schmiermittelversorgung ist als eine Durchlaufversorgung ausgebildet, so dass dem Getriebeinnenraum stetig Schmiermittel zugeführt und aus diesem abgeführt wird.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Schmiermittelversorgung ausgebildet ist, einen radial außenseitig zu der Drehachse angeordneten Schmiermittelsumpf, insbesondere einen Schmiermittelmantel, im Getriebeinnenraum auszubilden. Anders ausgedrückt wird die Schmiermittelversorgung derart dimensioniert, dass sich in einem Ringraum um die Drehachse der Schmiermittelsumpf aus dem Schmiermittel zur Schmierung des Verstellgetriebes ausbildet. Besonders bevorzugt ist der Schmiermittelsumpf im Betrieb der Nockenwellenstellvorrichtung insbesondere in Bezug auf die radiale Ausdehnung konstant ausgebildet. Insbesondere ist der Schmiermittelsumpf von der radialen Ausdehnung im Normalbetrieb der Nockenwellenstellvorrichtung – also z. B. bei laufendem Motor im Standgas oder bei höheren Betriebsdrehzahlen des Motors – drehzahlunabhängig ausgebildet. Insbesondere nimmt der Schmiermittelsumpf im Betrieb einen konstruktiv vorgegebenen Sollzustand ein, der drehzahlunabhängig ist. Besonders bevorzugt ist das Verstellgetriebe ausgebildet, dass die Eingangswelle, die Ausgangswelle und/oder die Verstellwelle aus dem Schmiermittelsumpf Schmiermittel schöpft und in dem Getriebeinnenraum verteilt.
Im Rahmen der Erfindung wird somit ein anderer Ansatz zur Schmiermittelversorgung des Verstellgetriebes verfolgt, wobei durch die Schmiermittelversorgung im Betrieb sichergestellt ist, dass stets ein radial außenliegender Schmiermittelsumpf vorhanden ist, der eine Unterversorgung und zugleich eine Überversorgung des Verstellgetriebes mit dem Schmiermittel sicherstellt. Besonders bevorzugt ist der Schmiermittelsumpf im Betrieb der Nockenwellenverstellvorrichtung, insbesondere des Verstellgetriebes, gleichbleibend ausgebildet.
Um den erfinderischen Gedanken zu unterstreichen, wird beansprucht, dass der Schmiermittelsumpf aufgrund von Fliehkräften, insbesondere Zentrifugalkräften, die auf das Schmiermittel wirken, gebildet ist. Die Fliehkräfte entstehen durch Rotation des Verstellgetriebes oder Teilen davon. Besonders bevorzugt dreht das Verstellgetriebe im Betrieb durchschnittlich mit einer Winkelgeschwindigkeit, die der Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle und/oder der Ausgangswelle entspricht. Durch die Rotation des Verstellgetriebes mit dieser durchschnittlichen Winkelgeschwindigkeit wird die Fliehkraft erzeugt, die zur Entstehung des Schmiermittelsumpfes führt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Schmiermittelsumpf in radialer Erstreckung so bemessen, dass mindestens eine Gleitlagerstelle und/oder mindestens eine Wälzlagerstelle und/oder mindestens eine Eingriffsstelle zwischen zwei der drei Wellen mit Schmiermittel bedeckt ist, wobei die drei Wellen durch die Eingangswelle, die Ausgangswelle und die Verstellwelle gebildet sind. Diese Ausgestaltung unterstreicht den Aspekt, dass es nicht unbedingt notwendig ist, alle reibungsrelevanten Stellen in dem Verstellgetriebe in dem Schmiermittelsumpf anzuordnen, da durch die Relativbewegung der drei Wellen zueinander Schmiermittel aus dem Schmiermittelsumpf abgeschöpft und in dem Verstellgetriebe, insbesondere in dem Getriebeinnenraum des Verstellgetriebes, verteilt wird. Der Schmiermittelstand und damit die radiale Lage der inneren Oberfläche des Schmiermittelsumpfes ist insbesondere so zu wählen, dass einerseits die Getriebeglieder und Lagerungen ausreichend in den Schmiermittelsumpf eintauchen, andererseits aber unnötige Planschverluste durch einen zu hohen Schmiermittelstand vermieden werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Schmiermittelversorgung eine Schmiermittelzuführung und eine Schmiermittelabführung, wobei die Schmiermittelabführung einen Schmiermittelüberlauf umfasst, der die radiale Ausdehnung des Schmiermittelsumpfs in Richtung der Drehachse bestimmt. Der Schmiermittelüberlauf stellt somit sicher, dass der Getriebeinnenraum durch das Schmiermittel nicht überschwemmt wird. Der Schmiermittelüberlauf kann wahlweise insbesondere als eine oder mehrere Austrittsöffnungen aus dem Getriebeinnenraum, insbesondere als ein Auslassspalt aus dem Getriebeinnenraum ausgebildet sein. Beispielsweise ist der Schmiermittelüberlauf als mindestens eine in axiale Richtung gerichtete Auslassöffnung aus dem Getriebeinnenraum ausgebildet. Der Schmiermittelüberlauf kann beispielsweise bei offenen Systemen, wie sie beispielsweise in Kettentrieben Anwendung finden, in den Kettenkasten führen, so dass das Schmiermittel abfließen und dort in den Ölkreislauf zurückgeführt werden kann. Bei geschlossenen Systemen, beispielsweise bei Riementrieben, können z. B. Rücklaufleitungen in dem Zylinderkopf des Motors vorgesehen sein.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Schmiermittelabführung einen Schmiermittelablauf aufweist, wobei der Schmiermittelablauf radial außenseitig zu dem Schmiermittelsumpf ausgebildet ist. Der Schmiermittelablauf stellt sicher, dass sich zum Beispiel Störpartikel oder andere Verunreinigungen in dem Schmiermittel nicht dauerhaft in dem Getriebeinnenraum ablagern, sondern vom radial außenliegenden Boden des Schmiermittelsumpfs über den Schmiermittelablauf aus dem Getriebeinnenraum abgeführt, insbesondere über den Schmiermittelablauf ausgeschwemmt werden. Beispielsweise kann der Schmiermittelablauf als eine oder mehrere in radiale Richtung verlaufende Auslassöffnungen und/oder eine oder mehrere in axiale Richtungen verlaufenden Auslassöffnungen realisiert sein. Es ist besonders bevorzugt, dass das Verstellgetriebe eine Mehrzahl von Auslassöffnungen als Schmiermittelablauf aufweist, welche in Umfangsrichtung um die Drehachse vorzugsweise regelmäßig verteilt sind. Bevorzugt ist ein Zwischenwinkel zwischen den Auslassöffnungen des Schmiermittelablaufs kleiner als 60 Grad, insbesondere kleiner als 50 Grad, gewählt. Durch die Verteilung in Umlaufrichtung wird erreicht, dass bei einem Stillstand des Verstellgetriebes das Schmiermittel durch den Schmiermittelablauf selbsttätig ablaufen kann. Dies hat zum einen den Vorteil, dass nach einem längeren Stillstand des Verstellgetriebes kein ungekühltes und damit zähes oder klebendes Schmiermittel in dem Verstellgetriebe verbleibt und/oder dass sich das Schmiermittel nicht in einem Winkelsegment des Verstellgetriebes sammelt und auf diese Weise eine Unwucht bei einer Wiederinbetriebnahme des Verstellgetriebes erzeugt.
In der Auslegung der Schmiermittelversorgung ist es bevorzugt, dass der Volumenstrom QZ des Schmiermittels der Schmiermittelzuführung vorzugsweise im Mittel größer als der Volumenstrom QA des Schmiermittelablaufs ausgebildet ist, sodass QZ > QA gilt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich im Betrieb der Nockenwellenverstellvorrichtung das Schmiermittel im Getriebeinnenraum staut und der Schmiermittelsumpf ausgebildet wird. Besonders bevorzugt ist die Schmiermittelversorgung so eingestellt, dass QA ≤ 0,9·QZ gilt. Die Überprüfung der Volumenströme kann z. B. über rein standardisiertes Prüfungsverfahren, wobei z. B. eine Druckdifferenz von 5 bar und eine Ölviskosität von 30cSt eingestellt wird.
Ergänzend ist es jedoch bevorzugt, dass die Summe der Massenströme des Schmiermittelablaufs QA und des Schmiermittelüberlaufs QU vorzugsweise im Mittel größer oder gleich zu dem Volumenstrom der Schmiermittelzuführung QZ ausgebildet ist, sodass QA + QU ≥ QZ gilt. Auf diese Weise ist sowohl die Entstehung des Schmiermittelsumpfes als auch dessen Begrenzung in radialer Richtung nach radial innen in Richtung der Drehachse sichergestellt.
Konstruktiv betrachtet kann der Schmiermittelzuführung ein Radius RZ, dem Schmiermittelablauf ein Radius RA und dem Schmiermittelüberlauf ein Radius RU in Bezug auf die Drehachse zugeordnet werden. Um den Schmiermittelsumpf in der beschriebenen Weise auszubilden ist es bevorzugt, dass gilt: RZ < RU < RA.
Bei einer Mehrzahl von Öffnungen in dem Schmiermittelablauf, Schmiermittelüberlauf und der Schmiermittelzuführung wird ein gemittelter Radius verwendet, der z. B. nach der folgenden Formel berechnet werden kann. R = I / A·∫r·A(r)·dr mit:

R: gemittelter Radius, also RZ, RU oder RA
A: Gesamtfläche der jeweiligen Öffnungen, also AZ, AU, AA
r: Radius als Abstand von der Drehachse
A(r): radiusabhängige Fläche der jeweiligen Öffnungen

Unter Berücksichtigung der eingeführten Bezeichnungen, jedoch unabhängig von der Formel, ist es bevorzugt, dass die Gesamtfläche AZ der Öffnungen der Schmiermittelzuführungen in den Getriebeinnenraum und die Gesamtfläche AA der Öffnungen des Schmiermittelablaufs aus dem Getriebeinnenraum die folgende Relation erfüllen: AA ≤ 0,9·AZ.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Gesamtfläche AZ der Öffnungen der Schmiermittelzuführungen in den Getriebeinnenraum und die Gesamtfläche AU der Öffnungen des Schmiermittelüberlaufs aus dem Getriebeinnenraum die folgende Relation erfüllen: AU ≥ 2,0·AZ.
Hierbei wird vorzugsweise angenommen, dass die Gesamtflächen jeweils die volumenstrombestimmende Größe der Schmiermittelzuführung bzw. des Schmiermittelablaufs bilden.
Prinzipiell kann das Verstellgetriebe als ein Taumelscheibengetriebe, ein Exzentergetriebe, ein Planetengetriebe, ein Kurvenscheibengetriebe, ein Mehrgelenke- beziehungsweise Koppelgetriebe, ein Reibrädergetriebe, ein Schrägverzahner mit Gewindespindel als Übersetzungsstufe oder als eine Kombination einzelner Bauformen bei mehrstufiger Ausführung ausgebildet sein.
Bei einer besonders bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung ist das Verstellgetriebe als ein Wellgetriebe ausgebildet, wobei das Wellgetriebe ein Wälzlager und eine verformbare Stahlbüchse mit Außenverzahnung aufweist, welche auf dem Wälzlager angeordnet ist. Es ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Schmiermittelsumpf so eingestellt ist, dass das Wälzlager mit dem Außenring, nicht jedoch mit dem Innenring, und/oder die Stahlbuchse zumindest abschnittsweise in den Schmiermittelsumpf eintaucht. In dieser bevorzugten Ausgestaltung wird die schnelldrehende Komponente, nämlich der Innenring des Wälzlagers, aus dem Schmiermittelsumpf herausgehalten, sodass der Schmiermittelsumpf nicht durch Planschverluste gestört wird. Dagegen wird durch das Eintauchen des Außenrings oder der Stahlbuchse sichergestellt, dass ausreichend Schmiermittel zu dem Wälzlager und damit auch zu dem Innenring geführt wird.
Insbesondere soll für den Radius des Innenrings Ri in Bezug auf den Radius RU der Öffnungen des Schmiermittelüberlaufs gelten: Ri ≤ 0,9·RU.
In einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schmiermittelzuführung über axial verlaufende Durchgangsöffnungen in der Nockenwelle erfolgt, die in dem Radius RZ in dem Getriebeinnenraum enden. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Schmiermittelablauf als eine Mehrzahl von Auslassöffnungen ausgebildet ist, welche in axialer Richtung verlaufen und welche in Höhe des äußersten Bereichs einer Lagerung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle in dem Getriebeinnenraum angeordnet ist. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Schmiermittelüberlauf als eine Mehrzahl von Auslassöffnungen oder ein umlaufender vorzugsweise ununterbrochener Schmiermittelspalt ausgebildet ist, welche(r) bezogen auf dem Radius RU zwischen dem Innenring und dem Außenring des Wälzlagers angeordnet ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
1 eine schematische Übersichtsdarstellung einer Nockenverstellvorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Schnittdarstellung des Verstellgetriebes der Nockenwellenverstellvorrichtung in der 1;
3 in gleicher Darstellung wie in der 2 das Verstellgetriebe mit Schmiermittelsumpf;
4 eine alternative Ausgestaltung des Verstellgetriebes in der 2,
5 eine Draufsicht auf das Verstellgetriebe in der 4.
Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Nockenwellenverstellvorrichtung 1 für einen Motor, insbesondere einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs, als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Nockenwellenverstellvorrichtung 1 umfasst eine Nockenwelle 2, welche eine Vielzahl von Nocken 3 aufweist, die zur Betätigung von Ventilen des Motors ausgebildet sind.
Der Antrieb der Nockenwelle 2 erfolgt über ein Antriebsrad 4, welches über eine Kette, einen Riemen oder ein Getriebe mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors gekoppelt ist. Zwischen dem Antriebsrad 4 und der Nockenwelle 2 ist ein Verstellgetriebe 5 zwischengeschaltet, welches es ermöglicht, gesteuert eine Winkelverstellung der Nockenwelle 2 relativ zu dem Antriebsrad 4 und somit relativ zu der nicht gezeigten Kurbelwelle umzusetzen. Zur Steuerung des Verstellgetriebes 5 ist dieses mit einem Elektromotor 5 über eine Motorwelle 13 gekoppelt, der stationär, also nicht-mitdrehend zu dem Verstellgetriebe 5 angeordnet ist.
Die Nockenwellenverstellvorrichtung 1 weist eine Schmiermittelversorgung 7 auf, welche ausgehend von einer Ölwanne beziehungsweise einem Öltank 8 über eine Motorölpumpe 9 und optional einem Motorölfilter 10 über einen Öl-Drehübertrager (nicht gezeigt) Getriebeöl als Schmiermittel in die Nockenwelle 2 einbringt. Der Schmiermittel wird über eine Schmiermittelzuführung 11 von der Nockenwelle 2 in das Verstellgetriebe 5 geführt, um das Verstellgetriebe 5 zu schmieren und wird nachfolgend über eine Schmiermittelabführung 12 aus dem Verstellgetriebe 5 wieder abgeführt, sodass die Schmiermittelversorgung 7 als ein Schmiermittelkreislauf ausgebildet ist.
Die 2 zeigt das Verstellgetriebe 5 in einer Schnittdarstellung entlang einer Drehachse D, welche zum Beispiel durch die Nockenwelle 2 oder die Motorwelle 13 (1) definiert ist.
Das Verstellgetriebe 5 ist als ein sogenanntes Wellgetriebe – auch Harmonic-Drive-Getriebe genannt – ausgebildet. Das Wellgetriebe 5 wird auch als Gleitkeilgetriebe, Spannungswellengetriebe oder englisch strain wave gear (SWG) bezeichnet. Das Verstellgetriebe 5 weist eine Eingangswelle 14 auf, welche mit dem Antriebsrad 4 drehfest gekoppelt ist oder durch dieses gebildet wird. Ferner weist das Verstellgetriebe 5 eine Ausgangswelle 15 auf, die drehfest mit der Nockenwelle 2 verbunden ist. Eine Verstellwelle 16 ist dagegen drehfest mit der Motorwelle 13 verbunden. Die Verstellwelle 16 weist einen im Querschnitt senkrecht zu der Drehachse D unrund, insbesondere elliptisch ausgebildeten Generatorabschnitt 17 auf, auf dem ein Wälzlager 18 angeordnet ist, wobei der Innenring 19 des Wälzlagers 18 auf einer Mantelfläche des Generatorabschnitts 17 aufliegt und der Außenring 20 eine verformbare, zylindrische Stahlbüchse 21 mit Außenverzahnung trägt. Die Stahlbüchse 21 wird auch als flex spline bezeichnet. Die Stahlbüchse 21 ist im Querschnitt senkrecht zu der Drehachse D ebenfalls elliptisch ausgeformt.
Die Eingangswelle 14 trägt eine Innenverzahnung 22, welche mit der Außenverzahnung der Stahlbüchse 21 kämmt. Auch die Ausgangswelle 15 trägt eine Innenverzahnung 23, welche ebenfalls mit der Außenverzahnung der Stahlbüchse 21 kämmt. Durch eine Rotation der Verstellwelle 16 mit einer Winkelgeschwindigkeit, die unterschiedlich zu der Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 14 ist, können Eingangswelle 14 und Ausgangswelle 15 hinsichtlich der Winkelstellung zueinander verstellt werden. Ein derartiges Wellgetriebe ist beispielsweise auch in der Druckschrift DE 10 2005 018 956 A1 beschrieben.
Über die Innenverzahnung 22, 23 und die Außenverzahnung der Stahlbüchse 21 treten Eingangswelle 14, Ausgangswelle 15 und Verstellwelle 16 in einem Wechselwirkungsbereich 28 in einem Radius RG in Wirkverbindung. Zudem weist das Verstellgetriebe 5 zwischen einem Träger der Innenverzahnung 23 der Ausgangswelle 15 und der Eingangswelle 14 einen Gleitlagerabschnitt 24 in einem Radius RL auf.
Das Verstellgetriebe 5 bildet einen Getriebeinnenraum 25 aus, welcher durch die Eingangswelle 14, auf der einen Seite durch ein Tragteil 26 und auf der anderen Seite durch eine Abdeckung 27 gebildet ist, wobei in dem Getriebeinnenraum 25 der Gleitlagerabschnitt 24, das Wälzlager 18 und der Wechselwirkungsbereich 28 der Außenverzahnung der Stahlbüchse 21 und der Innenverzahnung 22 und 23 angeordnet sind.
Die Schmiermittelzuführung 11 umfasst eine oder mehrere axial ausgerichtete Auslassöffnungen 29, welche auf einer Stirnseite S der Ausgangswelle 15 in einem Abstand RZ zu der Drehachse D angeordnet sind. Die Auslassöffnungen 29 werden über Kanäle in der Nockenwelle 2 mit Schmiermittel versorgt. Im Betrieb tritt aus den Auslassöffnungen 29 Schmiermittel aus und wird aufgrund der Rotation der Ausgangswelle 15 in dem Getriebeinnenraum verteilt, wobei die Stirnseite S als eine Schmiermittelführungsfläche wirkt. Über die Auslassöffnungen 29 wird das Schmiermittel in den Getriebeinnenraum 25 zugeführt.
Die Schmiermittelabführung 12 teilt sich auf in einen Schmiermittelablauf 30 und in einen Schmiermittelüberlauf 31. Der Schmiermittelablauf 30 ist in einem Abstand RA von der Drehachse D angeordnet. Der Schmiermittelüberlauf 31 ist in einem Abstand RU zu der Drehachse D angeordnet.
Die Auslassöffnungen 29, der Schmiermittelablauf 30 und der Schmiermittelüberlauf 31 sowie die Abstände RA, RZ und RU sind so dimensioniert, dass sich ein Schmiermittelsumpf 32 in dem Getrieberaum 25 ausbildet, wie dieser stark schematisiert in der 3 überlagernd auf der Schnittdarstellung des Verstellgetriebes 5 gezeigt ist. Es ist zu erkennen, dass sich der Schmiermittelsumpf 32 von der radialen Außenseite des Getriebeinnenraums 25 bis zu einer radial äußeren Kante des Schmiermittelüberlaufs 31 erstreckt. In diesem Bereich des Schmiermittelsumpfes 32 ist der Gleitlagerabschnitt 24 sowie der Wechselwirkungsbereich 28 der Innenverzahnung 22, 23 und der Außenverzahnung der Stahlbüchse 21 und der Außenring 20 des Wälzlagers 18 angeordnet. Durch die Erzeugung des Schmiermittelsumpfes 32 wird somit sichergestellt, dass sowohl der Gleitlagerabschnitt 24 als auch der Wechselwirkungsbereich 28 ausreichend mit Schmiermittel versorgt ist. Dagegen ist der Innenring 18 außerhalb von dem Schmiermittelsumpf 32 eingerichtet, um ein unnötiges Planschen des Schmiermittels zu vermeiden.
Betrachtet man die Volumenströme der Schmiermittelversorgung 7, so ist der Volumenstrom QZ der Schmiermittelzuführung 11 durch die Ausgestaltung der Auslassöffnungen 29 und anderer strömungstechnisch relevanten Komponenten so eingestellt, dass dieser stets kleiner oder gleich zu dem Volumenstrom der Schmiermittelabführung 12 ist, die sich aus dem Volumenstrom QA des Schmiermittelablaufs 30 und dem Volumenstrom QU des Schmiermittelüberlaufs 31 zusammensetzt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Volumenstrom QA des Schmiermittelablaufs 30 kleiner ist als der Volumenstrom QZ der Schmiermittelzuführung 11. Auf diese Weise ist im Betrieb sichergestellt, dass zunächst der Schmiermittelsumpf 32 aufgefüllt wird, bis dieser die radial äußere Kante des Schmiermittelüberlaufs 30 erreicht und dann sicher abfließt, sodass ein Überlaufen des Getriebeinnenraums 25 verhindert ist. damit wird erreicht, dass die radiale Ausdehnung des Schmiermittelsumpfes 32 im Betrieb des Verstellgetriebes 5 unabhängig von der Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 14 stets gleich ist.
Die 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verstellgetriebes 5, wobei im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in den vorhergehenden Figuren sich der Schmiermittelablauf 30 in zwei unterschiedliche axiale Ablauföffnungen unterteilt, wobei eine der Ablauföffnungen in dem Tragteil 26 und die andere Ablauföffnung in der Abdeckung 27 angeordnet ist. Mit den Pfeilen ist der Schmiermittelfluss schematisch angedeutet.
In der 5 ist eine Draufsicht auf das Verstellgetriebe 5 gezeigt, um die außenseitigen Öffnungen der Schmierstoffabführung 12 zu illustrieren. In Umfangsrichtung sind die Schmierstoffabläufe 30 zu erkennenden, die als Durchgangsöffnungen von dem Getriebeinnenraum 25 z. B. in einen Kettenkasten des Motors dienen. Zwischen den Durchgangsöffnungen der Schmierstoffabläufe ist jeweils ein Zwischenwinkel beta vorgesehen, so dass der Getriebeinnenraum 25 bei einem Stillstand des Verstellgetriebes 5 leer laufen kann. Der Schmierstoffüberlauf 31 ist dagegen als ein Ringspalt zwischen der Abdeckung 27 und einem kreisrunden Kragen des Generatorabschnitts 17 ausgebildet.
Die Größen des Verstellgetriebes 5 erfüllen vorzugsweise mindestens eine, eine beliebige Auswahl oder alle der nachfolgenden Bedingungen:

• RZ < RU < RA.
• RA ≥ 1,00·RG und/oder RA ≥ 1,00·RL, insbesondere RA ≥ 1,05·RG und/oder RA ≥ 1,05·RL.
• QZ > QA, vorzugsweise 0,9·QZ > QA.
• Die Gesamtfläche AA der Öffnungen des Schmiermittelablaufs 30 ist kleiner als die Gesamtfläche der AZ der Auslassöffnungen 29 der Schmiermittelzuführung 11, insbesondere gilt AA ≤ 0,9·AZ.
• Die Gesamtfläche AU der Öffnungen des Schmierüberlaufs 31 ist größer als die Gesamtfläche der AZ der Auslassöffnungen 29 der Schmiermittelzuführung 11, insbesondere gilt AU ≥ 2,0·AZ.
• QU > QZ – QA, wobei QZ = QA + QU gilt.
• Ri ≤ 1,0·RU, vorzugsweise Ri ≤ 0,9·RU.

Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenverstellvorrichtung
2: Nockenwelle
3: Nocken
4: Antriebsrad
5: Verstellgetriebe
6: Elektromotor
7: Schmiermittelversorgung
8: Öltank
9: Motorölpumpe
10: Motorölfilter
11: Schmiermittelzuführung
12: Schmiermittelabführung
13: Motorwelle
14: Eingangswelle
15: Ausgangswelle
16: Verstellwelle
17: Generatorabschnitt
18: Wälzlager
19: Innenring
20: Außenring
21: Stahlbüchse
22: Innenverzahnung
23: Innenverzahnung
24: Gleitlagerabschnitt
25: Getriebeinnenraum
26: Tragteil
27: Abdeckung
28: Wechselwirkungsbereich
29: axial ausgerichtete Auslassöffnungen
30: Schmiermittelablauf
31: Schmiermittelüberlauf
32: Schmiermittelsumpf
D: Drehachse
QA, QU, QZ: Volumenströme
RA, RZ, RO, RG, RL: Radien
AA, AZ, AU: Gesamtflächen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005059860 A1 [0004]
DE 102005018956 A1 [0041]

Claims

Nockenwellenverstellvorrichtung (1) mit einem Verstellgetriebe (5) zur Verstellung einer Winkelstellung einer Nockenwelle (2), wobei das Verstellgetriebe (5) eine Eingangswelle (14), die mit einer Kurbelwelle koppelbar ist, eine Ausgangswelle (15), die mit der Nockenwelle koppelbar ist, und eine Verstellwelle (16), die mit einem Aktuator (13) koppelbar ist, aufweist, wobei das Verstellgetriebe (5) eine Drehachse (D) definiert, wobei das Verstellgetriebe (5) einen Getriebeinnenraum (25) ausbildet, wobei in dem Getriebeinnenraum (25) die Eingangswelle (14), die Ausgangswelle (15) und die Verstellwelle (16) miteinander in Wirkverbindung stehen, wobei die Nockenwellenverstellvorrichtung (1) eine Schmiermittelversorgung (7) zur Versorgung des Getriebeinnenraums (25) mit einem Schmiermittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelversorgung (7) ausgebildet ist, einen radial außenseitig zu der Drehachse angeordneten Schmiermittelsumpf (32) in dem Getriebeinnenraum (25) auszubilden.
Nockenverstellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelsumpf (32) aufgrund von Fliehkraft, die auf das Schmiermittel wirkt, gebildet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelsumpf (32) mindestens eine Gleitlagerstelle (24) und/oder mindestens eine Wälzlagerstelle (18) und/oder mindestens eine Eingriffsstelle (28) zwischen zwei von drei Wellen bedeckt, wobei die drei Wellen aus der Eingangswelle (14), der Ausgangswelle (15) und der Verstellwelle (16) ausgewählt sind.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelversorgung (7) eine Schmiermittelzuführung (11) und eine Schmiermittelabführung (12) aufweist, wobei die Schmiermittelabführung (12) einen Schmiermittelüberlauf (31) umfasst, wobei die radiale Ausdehnung des Schmiermittelsumpfs (31) radial nach innen durch den Schmiermittelüberlauf (31) bestimmt ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelüberlauf (31) als eine Austrittsöffnung aus dem Getriebeinnenraum (25) ausgebildet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelabführung (12) einen Schmiermittelablauf (30) aufweist, wobei der Schmiermittelablauf (30) radial außenseitig zu dem Schmiermittelsumpf (32) ausgebildet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom (QZ) der Schmiermittelzuführung (11) größer als der Volumenstrom (QA) des Schmiermittelablaufs (30) ist (QZ > QA), so dass der Schmiermittelsumpf (32) ausgebildet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Massenströme (QA + QU) des Schmiermittelablaufs (30) und des Schmiermittelüberlaufs (31) größer gleich zu dem Volumenstrom (QZ) der Schmiermittelzuführung (11) ausgebildet ist (QA + QU >= QZ), so dass der Schmiermittelsumpf (32) in radialer Richtung nach innen durch den Schmiermittelüberlauf (31) begrenzt ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelzuführung (11, 29) ein Radius RZ, dem Schmiermittelablauf (30) ein Radius RA und dem Schmiermittelüberlauf (31) ein Radius RU in Bezug auf die Drehachse zugeordnet ist, wobei gilt: RZ < RÜ < RA
Nockenverstellvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellgetriebe (5) als ein Wellgetriebe ausgebildet ist, wobei das Wellgetriebe ein Wälzlager (18) und eine verformbare Stahlbüchse (21) mit Außenverzahnung aufweist, welche auf dem Wälzlager (18) angeordnet ist, wobei das Wälzlager (18) und/oder die Stahlbüchse (21) zumindest abschnittsweise in den Schmiermittelsumpf (32) eintaucht.