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Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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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.
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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.
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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 Blende wirkt, um den Schmiermittelstrom einzustellen.
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Gebiet der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwellenverstellvorrichtung vorzuschlagen welche ein verbessertes Schmiermittelmanagement aufweist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das Verstellgetriebe, insbesondere die Eingangswelle und/oder die Ausgangswelle und/oder die Verstellwelle, definieren eine gemeinsame Drehachse des Verstellgetriebes.
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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.
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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.
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Die Schmiermittelversorgung umfasst eine Schmiermittelzuführung, welche eine oder mehrere Auslassöffnungen in einer zum Getriebeinnenraum geöffneten Stirnwand des Getriebeinnenraums aufweist. Über die Auslassöffnungen wird das Schmiermittel von der Schmiermittelzuführung in den Getriebeinnenraum geführt. Insbesondere ist die Stirnwand axial zu der Drehachse ausgerichtet. Die Stirnwand bildet eine Schmiermittelleitfläche zur Führung des Schmiermittels ausgehend von den Auslassöffnungen aufgrund von Fliehkräften in radialer Richtung in Bezug zu der Drehachse. Die Schmiermittelleitfläche erstreckt sich in radialer Richtung ausgehend von den Auslassöffnungen bevorzugt bis zu einer radial äußeren Begrenzung. Insbesondere endet die Schmiermittelleitfläche an einer Endbegrenzung, wie zum Beispiel einer hohlzylindrischen Fläche. Die Stirnwand rotiert im Betrieb gemeinsam mit dem Verstellgetriebe und/oder der Ausgangswelle.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Stirnwand auf der Schmiermittelleitfläche Zusatzstrukturen zur Verteilung und/oder Verwirbelung, insbesondere Vernebelung des Schmiermittels aufweist. Die Zusatzstrukturen sind insbesondere als Erhebungen oder als Vertiefungen in der Stirnwand auf der Schmiermittelleitfläche ausgebildet.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass das durch die Auslassöffnungen in den Getriebeinnenraum eintretende Schmiermittel maßgeblich entlang der Schmiermittelleitfläche bis zum radialen Außenbereich bzw. der radial äußeren Begrenzung der Schmiermittelleitfläche geführt wird und auf diese Weise an reibungsrelevanten Bereichen in dem Verstellgetriebe vorbeigeführt wird. Durch die Zusatzstrukturen wird erreicht, dass das Schmiermittel gleichmäßig auf der Schmiermittelleitfläche verteilt und zugleich verwirbelt, insbesondere vernebelt wird, sodass auch nebenliegende Funktionsflächen neben der Stirnwand, welche beabstandet zu der Stirnwand angeordnet sind, mit Schmiermittel versorgt werden. Insbesondere umfasst die Verwirbelung des Schmiermittels ein Abheben des Schmiermittels von der Schmiermittelleitfläche. Es wird insbesondere darauf abgezielt, dass das Abheben des Schmiermittels von der Schmiermittelleitfläche nicht erst ausschließlich im radialen Außen- oder Endbereich der Schmiermittelleitfläche, sondern in radialer Richtung betrachtet bereits früher erfolgt, um eine verteilte oder homogene Schmiermittelversorgung zu erreichen. Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass durch eine vergleichsweise geringe und kostengünstige, konstruktive Änderung der Stirnwand das Schmiermittelmanagement in dem Verstellgetriebe deutlich verbessert wird. Insbesondere ist die Stirnwand im Bereich der Schmiermittelleitfläche als eine aktive strömungstechnische Komponente ausgebildet, die das Schmiermittel in axialer Richtung von der Stirnwand abhebt.
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Bei einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Zusatzstrukturen Ringstrukturen, die konzentrisch und/oder koaxial zu der Drehachse angeordnet sind sich in Umlaufrichtung erstrecken. Die Ringstrukturen können in Abhängigkeit der Ausgestaltung der Erfindung in Umlaufrichtung unterbrochen oder durchgängig ausgebildet sein. Die Ringstrukturen werden insbesondere durch Höhenunterschiede in radialer Richtung gebildet, sodass in radialer Richtung ein Verlauf mit Höhenprofil gebildet ist. Dabei kann jede Erhöhung im Verlauf des Höhenprofils zu einem Verwirbeln und damit Abheben von Schmiermittel führen, sodass jede Ringstruktur die Verteilung und die Verwirbelung des Schmiermittels unterstützt.
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Bei einer Ergänzung oder einer Alternative umfassen die Zusatzstrukturen Sektorstrukturen, die sich in radialer Richtung zu der Drehachse erstrecken. Auch die Sektorstrukturen können unterbrochen oder durchgängig ausgebildet sein. Die Sektorstrukturen unterteilen die Schmiermittelleitfläche in Sektoren, insbesondere in Kreissektoren. Zum einen wird durch die Sektorstrukturen das Schmiermittel in Umfangsrichtung gleichmäßiger verteilt, zum anderen bilden die Sektorstrukturen ein Höhenprofil in Umlaufrichtung aus, sodass bei einer Rotation der Stirnwand mit der Schmiermittelleitfläche und den Sektorstrukturen das Schmiermittel an jeder Erhöhung verwirbelt und damit von der Schmiermittelleitfläche abgehoben werden kann.
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Konstruktiv betrachtet ist es möglich, dass die Ringstrukturen und/oder die Sektorstrukturen z. B. als Wellen, Nuten, offene Kanäle, Rinnen, Rillen und/oder Stege ausgebildet sind.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Schmiermittelleitfläche mindestens drei Ringstrukturen umfasst, um eine ausreichende Verteilung und/oder Verwirbelung zu erreichen. Alternativ oder ergänzend ist es bevorzugt, dass die Schmiermittelleitfläche mindestens zwei, vorzugsweise mindestens vier Sektorstrukturen umfasst, welche besonders bevorzugt in Umlaufrichtung gleichmäßig verteilt sind, um einer Unwucht in der Stirnwand entgegenzuwirken.
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Bei einer möglichen Weiterbildung oder Alternative der Erfindung können die Zusatzstrukturen auch Flächenmusterstrukturen umfassen, wobei die Flächenmusterstrukturen zum Beispiel als Riffel, Noppen und/oder Waben ausgebildet sind. Diese Flächenmusterstrukturen bilden ebenfalls mit jeder Erhebung eine Möglichkeit zur Verteilung und/oder Verwirbelung des Schmieröls, indem das Schmieröl an der Erhebung abgehoben wird.
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Bei möglichen Weiterbildungen ist eine Mischform aus Ringstrukturen, Sektorstrukturen und/oder Flächenmusterstrukturen vorgesehen. Beispielsweise sind in Umlaufrichtung verlaufende Ringstrukturen durch radial verlaufende Sektorstrukturen durchschnitten. Die Ringstrukturen können bei diesen Weiterbildungen beispielsweise als Wellen, die Sektorstrukturen als Nuten oder Kanäle ausgebildet sein. Optional ergänzend sind Teilflächen oder die gesamte Schmiermittelleitfläche zusätzlich mit Flächenmusterstrukturen versehen.
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Betrachtet man eine Grundform der Schmiermittelleitfläche, so kann diese als eine Radialebenenfläche ausgebildet sein, welche senkrecht zu der Drehachse ausgerichtet ist. Alternativ ist es auch möglich, dass die Grundform der Schmiermittelleitfläche als eine Konusmantelfläche ausgebildet ist, die sich um die Drehachse erstreckt, wobei durch die Trichterform der Konusmantelfläche die Verteilung des Schmiermittels auf der Schmiermittelleitfläche weiter verbessert wird. Die Zusatzstrukturen begründen einen Höhenversatz in axialer Richtung zu der Drehachse gegenüber den beiden alternativen Grundformen der Schmiermittelleitfläche, wobei der Höhenversatz mindestens 0,5 Millimeter, vorzugsweise mindestens 1 Millimeter aufweist. Vorzugsweise bildet jede der Sektorstrukturen und/oder jede der Ringstrukturen einen derartigen Höhenversatz. In dieser Ausgestaltung ist es unterstrichen, dass die Zusatzstrukturen als Grobstrukturen ausgebildet sind, welche ein effektives Abheben des Schmiermittels von der Schmiermittelleitfläche erlauben.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Zusatzstrukturen Abrisskanten für das Schmiermittel bilden, um die Verwirbelung, insbesondere das Abheben, im speziellen die Vernebelung des Schmiermittels zu erreichen. Die Abrisskanten können bei manchen Ausgestaltungen abgerundet sein, wobei ein Stauen des Schmiermittels in radialer Richtung bereits für ein Abheben des Schmiermittels ausreicht. Für den Fall, dass ein stärkeres Abheben des Schmiermittels gewünscht ist, ist es bevorzugt, dass die Abrisskanten oder Abschnitte davon als eine scharfe Kante ohne Kantenrundung ausgebildet sind.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Schmiermittelversorgung eine Schmiermittelabführung zur Abführung des Schmiermittels aus dem Getriebeinnenraum, wobei die Schmiermittelabführung bevorzugt radial außenseitig zu dem Getriebeinnenraum ausgebildet ist. Die Schmiermittelabführung 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 Getriebeinnenraums über die Schmiermittelabführung aus dem Getriebeinnenraum abgeführt, insbesondere ausgeschwemmt werden. Beispielsweise kann die Schmiermittelabführung als eine oder mehrere in radiale Richtung verlaufende Auslassöffnungen und/oder eine oder mehrere in axiale Richtungen verlaufenden Auslassöffnungen jeweils als Öffnungen aus dem Getriebeinnenraum realisiert sein. Es ist besonders bevorzugt, dass das Verstellgetriebe eine Mehrzahl von Auslassöffnungen als Schmiermittelabführungen aufweist, welche in Umfangsrichtung um die Drehachse vorzugsweise regelmäßig verteilt sind. Bevorzugt ist ein Zwischenwinkel zwischen den Auslassöffnungen der Schmiermittelabführung 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 die Schmiermittelabführung 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.
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Die Schmiermittelversorgung ist dabei so dimensioniert, dass ein Volumenstrom QZ des Schmiermittels der Schmiermittelzuführung vorzugsweise im Mittel mittel kleiner oder gleich zu einem Volumenstrom QA der Schmiermittelabführung ausgebildet ist, sodass QA ≥ QZ gilt. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich im Betrieb der Nockenwellenverstellvorrichtung das Schmiermittel im Getriebeinnenraum nicht staut. Bei einer anderen Dimensionierung würde überschüssig zugeführtes Schmiermittel bei der Schmiermittelabführung ungenutzt abfließen, was unnötige hydraulische Verluste zur Folge hat. Zum anderen wird die bewegte Masse des Verstellgetriebes durch das stauende Schmiermittel erhöht, was ebenfalls nachteilig ist. Durch die Ausgestaltung der Schmiermittelleitfläche mit den Zusatzstrukturen zur Verteilung und Verwirbelung des Schmiermittels muss kein Schmierstoffvolumen in dem Getriebeinnenraum aufgebaut werden, da durch die Zusatzstrukturen erreicht wird, dass alle Funktionsflächen ausreichend mit Schmiermittel benetzt werden.
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Das bevorzugte Volumenstromverhältnis kann dadurch erreicht werden, dass die Gesamtfläche der Öffnungen der Schmiermittelabführung aus dem Getriebeinnenraum größer, vorzugsweise mehr als doppelt so groß wie die Gesamtfläche der Auslassöffnungen der Schmierstoffzuführungen ausgelegt sind. Hierbei wird vorzugsweise angenommen, dass die Gesamtflächen jeweils die volumenstrombestimmende Größe der Schmiermittelzuführung beziehungsweise der Schmiermittelabführung sind.
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Konstruktiv betrachtet kann der Schmiermittelzuführung, insbesondere den Auslassöffnungen, ein Radius RZ und der Schmiermittelabführung ein Radius RA in Bezug auf die Drehachse zugeordnet werden. Um die Funktionsweise der Schmiermittelleitfläche zu unterstützen ist es bevorzugt, dass RZ RA gilt. Bei einer Mehrzahl von Öffnungen in Schmiermittelzuführung und der Schmiermittelabführung wird ein gemittelter Radius verwendet, der z. B. nach der folgenden Formel berechnet werden kann. R = 1 / A·∫r·A(r)·dr mit:
- R
- gemittelter Radius, also RZ bzw. RA
- A
- Gesamtfläche der jeweiligen Öffnungen, also AZ, AA
- r
- Radius als Abstand von der Drehachse
- A(r)
- radiusabhängige Fläche der jeweiligen Öffnungen
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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.
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Bei einer besonders bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung ist das Verstellgetriebe als ein Wellgetriebe ausgebildet, wobei das Wellgetriebe ein Lager und eine verformbare Stahlbüchse mit Außenverzahnung aufweist, wobei die Stahlbüchse auf einem unrunden, insbesondere elliptischen Generatorabschnitt der Verstellwelle angeordnet ist. Die Eingangswelle und die Ausgangswelle tragen jeweils eine Innenverzahnung, die mit der Außenverzahnung kämmen. Die eine oder die mehreren Auslassöffnungen der Schmiermittelzuführung sind in der Ausgangswelle angeordnet, wobei die Stirnwand einen Teil der Ausgangswelle bildet und die Schmiermittelleitfläche auf der dem Lager und/oder der Stahlbüchse zugewandten Stirnwand der Ausgangswelle angeordnet ist. In dieser Ausgestaltung wird erreicht, dass der Wechselwirkungsbereich zwischen der Eingangswelle, der Ausgangswelle und der Verstellwelle, nämlich der Bereich der Außenverzahnung und der Innenverzahnungen, und/oder das Lager durch das von den Zusatzstrukturen abgeworfene Schmiermittel geschmiert wird.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Lager als ein Wälzlager mit einem Wälzkörperraum ausgebildet, wobei der Wälzkörperraum in Richtung der Stirnwand und damit in Richtung der Schmiermittelleitfläche geöffnet ist. Vorzugsweise umfasst das Wälzlager einen Käfig für Wälzkörper in dem Wälzlager, wobei der Käfig besonders bevorzugt nur einen Seitenring aufweist, der auf der der Stirnwand abgewandten Seite der Wälzkörper angeordnet ist. Damit ist der Wälzkörperraum in Richtung der Schmiermittelleitfläche geöffnet.
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Wie bereits beschrieben wird durch die Zentrifugalkraft der sich drehenden Ausgangswelle das an den Auslassöffnungen in den Getriebeinnenraum eintretende Schmiermittel nach radial außen auf einen größeren Radius hin abgelenkt. Mit der Verteilung des Schmiermittels auf der Schmiermittelleitfläche wird es durch die Relativgeschwindigkeit je nach Ausbildung der Zusatzstrukturen verwirbelt oder vernebelt, sodass auch nebenliegende Funktionsflächen mit dem Schmiermittel versorgt werden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Übersichtsdarstellung einer Nockenverstellvorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine Schnittdarstellung des Verstellgetriebes der Nockenwellenverstellvorrichtung in der 1;
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3a, b eine dreidimensionale Darstellung sowie eine Schnittdarstellung der Stirnwand in der Nockenwellenverstellvorrichtung in der 2;
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4a, b zwei weitere Alternativen zur der Ausführung in der 3a für die Stirnwand.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Nockenwellenverstellvorrichtung 1 für einen Motor, insbesondere einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs, als ein 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.
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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 6 über eine Motorwelle 13 gekoppelt, der stationär, also nicht-mitdrehend zu dem Verstellgetriebe 5 angeordnet ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Schmiermittelzuführung 11 umfasst eine oder mehrere axial ausgerichtete Auslasslassöffnungen 29, welche auf einer Stirnwand 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 Stirnwand S in dem radialen Bereich zwischen RZ und RG als eine Schmiermittelführungsfläche wirkt. Über die Auslassöffnungen 29 wird das Schmiermittel in den Getriebeinnenraum 25 zugeführt.
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Die Schmiermittelabführung 12 ist als eine oder mehrere radiale Durchgangsöffnungen 30 in einem Abstand RA von der Drehachse D am radial äußeren Rand des Getriebeinnenraums 25 angeordnet.
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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 im Mittel stets kleiner oder gleich zu dem Volumenstrom QA der Schmiermittelabführung 12 ist. Auf diese Weise ist im Betrieb sichergestellt, dass sich kein Schmiermittel in dem Getriebeinnenraum 25 staut. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Gesamtfläche AA aller Durchlassöffnungen 30 größer als die Gesamtfläche AZ aller Auslassöffnungen 29 ausgebildet ist. Z. B. gilt AA < 2,0·AZ.
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Die 3a, b zeigen in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung bzw. Schnittdarstellung die Stirnfläche S der Ausgangswelle 15 in einer ersten Ausführungsform. In der Stirnfläche S sind vier der Auslassöffnungen 29 und eine zentrale Durchgangsöffnung 35 zu erkennen. Durch die Auslassöffnungen 29 tritt das Schmiermittel aus.
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Die Stirnwand S der 3a trägt Ringstrukturen, deren Höhenverlauf in der 3b in einer schematischen Schnittdarstellung dargestellt ist. Die Pfeile in der 3b illustrieren den Weg des Schmiermittels. Ausgehend von der Auslassöffnung 29 wird das Schmiermittel radial nach außen transportiert, wobei es nach einer ersten Rille 32a auf eine erste Welle 33a geführt wird, wo es zum Teil in axialer Richtung abgeworfen und zum Teil radial weitertransportiert wird. Nach einer zweiten Rille 32b wird das Schmiermittel auf eine zweite Welle 33b geführt, wo es wieder zum Teil abgeworfen und zum Teil in radialer Richtung weitergeführt wird. Nach Durchqueren einer dritten Rille 32c kommt das Schmiermittel auf eine dritte Welle 33c, wo das verbleibende Schmiermittel vollständig abgeworfen wird. Ein Paar einer Rille 32a, b, c und einer Welle 33a, b, c bilden jeweils eine der Ringstrukturen.
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Wie sich insbesondere aus dem Längsschnitt erkennen lässt, bildet die Stirnwand in der Grobform eine Radialebenenfläche RE aus, welche senkrecht zu der Drehachse D ausgerichtet ist. Der Höhenunterschied in axialer Richtung zu der Drehachse D zwischen dem Grund der Rillen 32a, b, c und den Spitzen der Wellen 33a, b, c beträgt mindestens 0,5 Millimeter, insbesondere mindestens 1 Millimeter, um ein effektives Abwerfen des Schmiermittels zu erreichen.
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In der 4a ist dagegen eine Stirnwand S mit Sektorstrukturen 34 dargestellt, wobei die Sektorstrukturen 34 als zwölf in radialer Richtung verlaufende Nuten ausgebildet sind, welche kuchenstückartige Segmente als ebene Flächen auf der Stirnwand S übrig lassen. Durch die Sektorstrukturen 34 wird das Schmiermittel in Umlaufrichtung gleichmäßig verteilt. Die scharfen Kanten der Nuten bilden genauso wie die Spitzen der Wellen 33a, b, c Abrisskanten für das Schmiermittel und dienen somit ebenfalls auch zur Verwirbelung des Schmiermittels. Die Tiefe der Nuten als Sektorstrukturen betragen mehr als 1 mm.
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Nicht gezeigt ist eine mögliche Mischform der Ausführungsbeispiele 3a und 4a, wobei die Ringstruktur in der 3a durch die Sektorstrukturen 34 in der 4a durchschnitten sind.
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Die 4b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Stirnwand S, wobei jedoch in diesem Beispiel die Grundform der Stirnwand S als eine Konusmantelfläche ausgebildet ist, welche mit einem geringen Konuswinkel von weniger als 10 Grad, insbesondere weniger als fünf Grad von einer Radialebene abweicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind drei bis fünf umlaufende Stufen 35 als Ringstrukturen eingebracht, welche technisch betrachtet die gleiche Wirkung wie die Ringstrukturen gebildet durch die Rillen 32a, b, c und Wellen 33a, b, c in der 3a umsetzen.
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In der 2 ist ein Pfeil 36 dargestellt, der den Übergang des Schmiermittels von der Stirnwand S mit der Schmiermittelleitfläche in Richtung des Wälzkörperraums des Wälzlagers 18 illustriert. Das Wälzlager 18 ist in Richtung der Stirnwand S geöffnet und diese ist dem Wälzlager 18 zugewandt, so dass eine ausreichende Versorgung des Wälzlagers 18 mit Schmierstoff erreicht ist. Der Wechselwirkungsbereich 28 wird zugleich durch das aus dem Wälzlager 18 ablaufende Schmiermittel und durch Schmiermittel, welches von der Schmiermittelleitfläche abgeworfen wird, geschmiert. Der Gleitlagerabschnitt 24 wird durch abfließendes Schmiermittel versorgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenverstellvorrichtung
- 2
- Nockenwelle
- 3
- Nocken
- 4
- Antriebsrad
- 5
- Verstellgetriebe
- 5
- 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
- Durchlassöffnungen
- 31
- leer
- 32a, b, c
- Rillen
- 33a, b, c
- Wellen
- 34
- Sektorstrukturen, insbesondere Nuten
- 35
- Stufen
- 36
- Pfeil
- D
- Drehachse
- QA, QZ
- Volumenströme
- RA, RZ, RG, RL
- Radien
- AA, AZ
- Gesamtflächen
- S
- Stirnfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005059860 A1 [0004]
- DE 102005018956 A1 [0042]
