DE102015222831A1

DE102015222831A1 - Verstelleinrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015222831A1
Application number: DE102015222831.2A
Authority: DE
Inventors: Resat Aras; Jürgen Weber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2017-05-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem Dreiwellengetriebe, das ein mit einer Antriebswelle drehfest verbindbares Antriebsteil (1), ein mit einer Abtriebswelle verbindbares Abtriebsteil (2) und ein mit einer Verstellwelle verbindbares Stellglied aufweist, wobei die Verstellwelle von einem Elektromotor angetrieben ist und wobei zwischen zwei der drei Wellen ein mechanischer Anschlag zur Begrenzung eines Verstellwinkels zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle vorgesehen ist, wobei der mechanische Anschlag durch zwei Anschlagflächen (4, 5) gebildet ist, von denen zumindest eine Anschlagfläche (4, 5) eine Freistellung (6) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung einer Brennkraftmaschine mit Dreiwellengetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das ein mit einer Antriebswelle drehfest verbindbares Antriebsteil, ein mit einer Abtriebswelle drehfest verbindbares Abtriebsteil und einem mit ein Verstellwelle drehfest verbindbares Stellglied aufweist.
Dreiwellengetriebe kommen beispielsweise in Verbrennungsmotoren zum Verstellen von Phasenwinkeln, vorrangig zur Verstellung der Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile zum Einsatz (Nockenwellenversteller, Phasenversteller für Aktuatorwellen bei variablen Ventiltrieben). Der Phasenversteller ist dabei als Stellglied in einem 3-Wellen-System angeordnet. Primär wird dem 3-Wellen-System über die Antriebswelle (z.B. Kettenrad) die Antriebsleistung zugeführt, welche über die Abtriebswelle (z.B. Nockenwelle) wieder abgegeben wird. Das Stellglied ist dabei als Bindeglied zwischen der Antriebswelle und der zu treibenden Welle im Leistungsfluss angeordnet. Es erlaubt über eine dritte Welle (Verstellwelle) überlagert zur Antriebsleistung zusätzlich mechanische Leistung in das Wellensystem einzukoppeln oder aus diesem abzuführen. Dadurch kann die von der Antriebswelle vorgegebene Bewegungsfunktion (Phasenwinkel) zur Abtriebswelle verändert werden.
Beispiele für derartige Dreiwellengetriebe sind Taumelscheibengetriebe und Innenexzentergetriebe, welche beispielsweise in der WO 2006/018080 beschrieben sind. Hierzu gehören auch die aus der WO 2005/080757 bekannten Wellgetriebe und die in der US 2007/0051332 A1 und US 2003/0226534 A1 enthaltenen Getriebe.
Verschiedene Phasenversteller sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise sind in DE 10 2004 009 128 A1 , DE 10 2005 059884 A1 und DE 10 2004 038 681 A1 elektromechanische Nockenwellenversteller beschrieben.
Aus der DE 102 48 351 A1 ist ein elektromechanischer Nockenwellenversteller bekannt, bei dem der Verstellmotor mittels einer lösbaren Kupplung mit dem Verstellgetriebe verbunden ist. Durch eine entsprechende Auslegung der Kupplung ist das auf die Verstellwelle übertragbare Drehmoment begrenzbar. Diese wirkt dann als Sicherheitskupplung.
Ein Sonderfall eines Dreiwellengetriebes ist eine Zweiwellen-Anordnung in Verstellantrieben, bei denen die Antriebswelle gehäusefest ist, d. h. es wird nur Leistung zwischen der Verstellwelle und der Abtriebswelle übertragen. Eine solche Vorrichtung dient dazu, eine mit hoher Geschwindigkeit und niedriger Last eingespeiste Antriebsleistung eines Stellers in eine Abtriebsleistung mit geringer Geschwindigkeit und hoher Last zu wandeln und findet Verwendung beispielsweise in Untersetzungsvorrichtungen für Stellantriebe im Automobilbau sowie in Industrieanwendungen, z.B. der Robotik.
Um die Peripherie bei Steuerungsfehlern der Aktuatorik vor unerwünschten Kollisionen von Bauteilen zu schützen, wird der Verstellbereich bzw. Antriebsbereich durch Begrenzung des Drehwinkels einer der drei Wellen relativ zu einer zweiten Welle bzw. relativ zum Gehäuse eingeschränkt. Dazu wird ein mechanischer Anschlag als integraler Bestandteil der Vorrichtung verwendet. Im bekannten Stand der Technik der Nockenwellenversteller ist der Anschlag zwischen der Abtriebswelle und der Antriebswelle vorgesehen, da die Verstellwelle in der Regel einen Winkel von mehr als 360° zurücklegt.
In einer solchen Ausführung wird dann die nicht unmittelbar im Verstellwinkel bzw. Antriebswinkel begrenzte Verstellwelle im Falle des Anschlages über die Getriebekinematik und die Steifigkeit der Getriebeglieder abgebremst, sobald die Abtriebsseite die Grenze des Drehwinkels erreicht. Dabei können sich in Folge der extrem hohen Lasten Getriebeteile so stark verformen, dass sie untereinander kollidieren und das Stellglied zum Verklemmen bringen. Weiterhin können Getriebeteile frühzeitig ermüden bzw. müssen für den Normalbetrieb überdimensioniert werden, um auch die hohen Lasten im Falle des ungebremsten Anschlags zu ertragen.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Einfindung besteht darin, ein Dreiwellengetriebe derart auszubilden, dass die beim Erreichen eines Anschlages im Stellglied auftretenden Impulslasten in den Anschlag nicht beschädigen.
Die Lösung der Aufgabenstellung gelingt durch ein Dreiwellengetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Ein Dreiwellengetriebe umfasst ein mit einer Antriebswelle drehfest verbindbares Antriebsteil, ein mit einer Abtriebswelle verbindbares Abtriebsteil und ein mit einer Verstellwelle eines Stellers verbindbares Stellglied, wobei zwischen zwei der drei Wellen ein mechanischer Anschlag zur Begrenzung eines Verstellwinkels zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle vorgesehen ist. Erfindungsgemäß st der Anschlag durch zwei Anschlagflächen gebildet, von denen zumindest eine Anschlagfläche eine Freistellung aufweist.
Die Anschlagelemente sind damit spannungsoptimiert ausgeführt, indem die beiden Anschlagflächen an den kritischen Stellen im Außendurchmesser freigestellt sind.
In einer Ausbildung der Erfindung sind die Freistellungen an einer Anschlagscheibe angeordnet.
Die Größe der Freistellung kann mittels einer FEA-Simulation ermittelt werden mit dem Ziel, die entstehenden Spannungen zu reduzieren und die Bruchsicherheit zu erhöhen.
Die Freistellung an den beiden Anschlägen kann kostenneutral als Fase, Sinterfacette oder als Sinterfase im Sinterwerkzeug erfolgen.
Alternativ kann eine gebaute Anschlagscheibe als Umformteil beispielsweise als Schmiedeteil hergestellt werden.
Optional können beide Anschlagelemente mit Freistellungen versehen sein.
Alternativ oder zusätzlich kann ein festeres Material verwendet werden, die Anschlageleemnte können gehärtet oder gestrahlt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Nockenwellenversteller beschrieben, ist aber auf andere Dreiwellengetriebe und Zweiwellenanordnungen (gehäusefestes Antriebsteil) übertragbar.
Das elastische Koppelglied wird in einer bevorzugten Ausführungsform in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller verwendet, bei dem der Anschlag zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil vorgesehen ist. Der Anschlag ist durch einen Anschlagring mit einer Anschlagnase auf der Antriebsseite und eine Anschlagscheibe mit einer Kulisse auf der Abtriebsseite gebildet. Die Kulisse und die in der Kulisse geführte Anschlagnase weisen jeweils mindestens eine (im Normalfall zwei) Anschlagflächen auf, die sich im Anschlagfall gegenseitig berühren. Zwischen den Anschlagflächen kann zusätzlich ein Koppelglied vorgesehen sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine erste erfindungsgemäße Verstelleinrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
2 eine Aufsicht der Verstelleinrichtung nach 1 und
3 eine vergrößerte Darstellung des Details X aus 2.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 und 2 zeigen einen Teil einer Verstelleinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem Antriebsteil 1, einem Abtriebsteil 2 und einem nicht dargestellten Stellglied. Das Antriebsteil1 ist als Kettenrad ausgebildet und steht drehfest mit der Kurbelwelle in Verbindung. Das Abtriebsteil 2 ist drehfest mit einer Nockenwelle verbunden. Der nicht dargestellte Elektromotor 2 überträgt über eine Verstellmotorwelle ein Stellmoment auf das Stellglied 3, um eine Relativverdrehung zwischen dem Antriebsteil 1 und dem Abtriebsteil 2 und damit zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle zu bewirken.
Das Antriebsteil 1 weist eine nach innen gerichtete Nase 7 auf, die in einer bogenförmigen Nut 8 einer Anschlagscheibe 9 als Abtriebsteil 2 verläuft. Die Winkelerstreckung der Nut 8 bestimmt den maximal möglichen Verstellwinkel der Vestelleinrichtung.
Aus den 2 und 3 geht hervor, dass die erste Anschlagfläche 4 durch eine radial gerichtete Wand der Nase 7 gebildet ist und dass die zweite Anschlagfläche 5 durch eine ebenfalls radial gerichtete Nutwand der bogenförmigen Nut 8 der Anschlagscheibe 9 gebildet ist. Am radial außen liegenden Ende der Nutwand weist diese eine Freistellung 6 in Form einer Fase auf. Dadurch kann die Maximalbelastung an diesem Bauteil um mehr als 30% reduziert werden.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsteil
2: Abtriebsteil
3: (nicht belegt)
4: Anschlagfläche
5: Anschlagfläche
6: Freistellung
7: Nase
8: bogenförmige Nut
9: Anschlagscheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2006/018080 [0003]
WO 2005/080757 [0003]
US 2007/0051332 A1 [0003]
US 2003/0226534 A1 [0003]
DE 102004009128 A1 [0004]
DE 102005059884 A1 [0004]
DE 102004038681 A1 [0004]
DE 10248351 A1 [0005]

Claims

Verstelleinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem Dreiwellengetriebe, das ein mit einer Antriebswelle drehfest verbindbares Antriebsteil (1), ein mit einer Abtriebswelle verbindbares Abtriebsteil (2) und ein mit einer Verstellwelle verbindbares Stellglied aufweist, wobei die Verstellwelle von einem Elektromotor angetrieben ist und wobei zwischen zwei der drei Wellen ein mechanischer Anschlag zur Begrenzung eines Verstellwinkels zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Anschlag durch zwei Anschlagflächen (4, 5) gebildet ist, von denen zumindest eine Anschlagfläche (4, 5) eine Freistellung (6) aufweist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Freistellung (6) als eine Fase, als eine Sinterfacette oder als eine Sinterfase im Sinterwerkzeug ausgebildet ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Anschlagflächen (4, 5) Freistellungen (6) aufweisen.
Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung Teil eines elektrischen Nockenwellenverstellers oder Teil einer Vorrichtung zur Änderung des Kompressionsverhältnisses der Brennkraftmaschine ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag im Kettenrad eines Nockenwellenverstellers angeordnet ist.