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Die Erfindung betrifft einen Exzenter mit zwei Exzenterelementen, einer Drehachse, um die eines der Exzenterelemente rotiert, wobei sich die Mittelachse des jeweils anderen Exzenterelements auf einem Kreisbogen um die Drehachse bewegt.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Phasenverschiebung eines Drehwinkels eines Antriebsteils zu einem Abtriebsteil mit einer ersten Zahnradpaarung, welche ein außenverzahntes erstes Zahnrad und ein innenverzahntes erstes Hohlrad umfasst, wobei das Antriebsteil mit dem außenverzahnten ersten Zahnrad oder mit dem innenverzahnten ersten Hohlrad verbunden ist, einer zweiten Zahnradpaarung, welche ein außenverzahntes zweites Zahnrad und ein innenverzahntes zweites Hohlrad umfasst, wobei das Abtriebsteil mit dem außenverzahnten zweiten Zahnrad oder mit dem innenverzahnten zweiten Hohlrad verbunden ist, und wobei das Übersetzungsverhältnis der zweiten Zahnradpaarung sich von dem Übersetzungsverhältnis der ersten Zahnradpaarung unterscheidet, und einem Exzenter.
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Derartige Exzenter und Vorrichtungen sind insbesondere zur Phasenverschiebung zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle bekannt. Die Phasenverschiebung dient zur Steuerung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlass- und Auslassventile, wodurch der Ladungswechselprozess verbessert wird. Für die Phasenverschiebung zwischen der Kurbelwelle und Nockenwelle werden häufig Exzentergetriebe eingesetzt, welche mit einem Innenexzenter oder einem Außenexzenter ausführbar sind. Dabei werden zwei fest miteinander verbundene Zahnräder bzw. Hohlräder auf dem Exzenter gelagert, die jeweils mit einem Antriebszahnrad und einem Abtriebszahnrad in Eingriff stehen. Zusätzlich wird der Exzenter über einen Aktor angetrieben, wobei durch die Exzenterdrehgeschwindigkeit die Höhe der Phasenverschiebung und die Richtung der Phasenverschiebung bestimmt werden.
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Eine Vorrichtung zur Phasenverschiebung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle mit einem derartigen Exzenter ist aus der
DE 41 10 195 A1 bekannt. Die Vorrichtung weist ein durch die Kurbelwelle angetriebenes Antriebsteil, ein mit der Nockenwelle fest verbundenes Abtriebsteil und ein Exzentergetriebe auf. Das Exzentergetriebe umfasst einen Innenexzenter, der sich aus einer durch einen Aktor angetriebene Welle und einer mit der Welle fest verbundenen Exzenterhülse zusammensetzt. Die Exzenterhülse weist dabei eine zylindrische Außenfläche und eine zylindrische Innenfläche auf, wobei die Mittelachse der Innenfläche radial versetzt zur Mittelachse der Außenfläche angeordnet ist und wobei die Welle über die Innenfläche mit der Exzenterhülse verbunden ist. Auf der Außenfläche sind zwei außenverzahnte Zahnräder über ein Rollenlager drehbar gelagert. Die außenverzahnten Zahnräder sind mit jeweils einem innenverzahnten Hohlrad in Eingriff, wobei das innenverzahnte Hohlrad mit dem Antriebsteil und ein innenverzahntes Hohlrad mit dem Abtriebsteil fest verbunden sind.
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Nachteilig an einer derartigen Ausführung des Exzenters ist die aufwendige und kostenintensive Herstellung der Exzenterhülse. Außerdem weist der in der
DE 41 10 195 A1 beschriebene Innenexzenter aufgrund seiner Ausgestaltung ein hohes Gewicht auf.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Exzenter bereitzustellen, der auf eine kostengünstige und einfache Weise herstellbar ist und der ein niedriges Gewicht aufweist. Außerdem soll eine Vorrichtung zur Phasenverschiebung des Drehwinkels eines Antriebsteils zu einem Abtriebsteil bereitgestellt werden, die einen derartigen Exzenter beinhaltet.
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Diese Aufgabe wird durch einen Exzenter mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Dadurch, dass eines der Exzenterelemente radial innerhalb des jeweils anderen Exzenterelements befestigt ist und dass eines der Exzenterelemente durch eine resultierende radiale Kraft mit einem Abschnitt einer Außenfläche gegen einen Abschnitt einer Innenfläche des jeweils anderen Exzenterelements verspannt ist, wird ein Exzenter geschaffen, der die exzentrische Lagerung der Zahn- bzw. der Hohlräder ermöglicht, wobei der Exzenter auf eine kostengünstige Weise hergestellt wird, indem der Exzenter aus zwei einfach herstellbaren Exzenterelementen zusammengesetzt wird. Außerdem weist eine derartige Ausführung des Exzenters ein geringes Gewicht auf, indem die Exzenterelemente dünnwandig ausgeführt werden können.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Exzenterelemente ringförmig und weisen eine konstante Ausdehnung in radialer Richtung auf. Dadurch können die Exzenterelemente kostengünstig hergestellt werden. Außerdem weisen die Exzenterelemente dadurch ein geringes Gewicht auf.
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Vorzugsweise ist zwischen einem der Exzenterelemente und dem jeweils anderen Exzenterelement ein Federelement angeordnet, welches das eine Exzenterelement und das jeweils andere Exzenterelement gegeneinander verspannt. Das Federelement bewirkt die exzentrische Anordnung eines Exzenterelements in dem jeweils anderen Exzenterelement und ermöglicht die drehfeste Verbindung der beiden Exzenterelemente miteinander. Außerdem können die am Exzenter angeordneten Zahn- bzw. Hohlräder federnd gelagert werden, so dass das Lagerspiel der Zahn- bzw. Hohlradlager und das Spiel zwischen den Zahn- und Hohlräder ausgeglichen werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eines der Exzenterelemente ortsfest drehbar gelagert und weist Aufnahmemittel zur Kopplung eines Aktors auf. So werden keine zusätzlichen Bauteile benötigt, um den Aktor mit dem Exzenterelement zu verbinden.
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Vorzugsweise rotiert ein erstes Exzenterelement um die Drehachse und die Mittelachse eines zweiten Exzenterelements bewegt sich auf einer Kreisbahn um die Drehachse, wobei das erste Exzenterelement radial innerhalb des zweiten Exzenterelements befestigt ist. Auf diese Weise wird ein Innenexzenter geschaffen.
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Alternativ rotiert ein erstes Exzenterelement um die Drehachse und die Mittelachse eines zweiten Exzenterelements bewegt sich auf einer Kreisbahn um die Drehachse, wobei das zweite Exzenterelement radial innerhalb des ersten Exzenterelements befestigt ist. Dadurch wird ein Außenexzenter geschaffen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Phasenverschiebung eines Drehwinkels eines Antriebsteils zu einem Abtriebsteil sieht vor, dass auf einer Außenfläche des zweiten Exzenterelements eines Exzenters das außenverzahnte erste Zahnrad und das außenverzahnte zweite Zahnrad drehbar gelagert sind. Auf diese Weise wird eine Vorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Exzenter geschaffen, auf dem die außenverzahnten Zahnräder angeordnet sind und durch den in Abhängigkeit von der Exzenterdrehgeschwindigkeit die Phasenverschiebung bewirkt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind das außenverzahnte erste Zahnrad über ein erstes Lager und das außenverzahnte zweite Zahnrad über ein zweites Lager auf dem zweiten Exzenterelement gelagert. Dadurch werden die aus den Zahnradpaarungen entstehenden Belastungen auf zwei Lager verteilt und dadurch eine lange Lebensdauer der Vorrichtung bei hohen zu übertragenden Drehmomenten ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Phasenverschiebung eines Drehwinkels eines Antriebsteils zu einem Abtriebsteil sieht vor, dass auf einer Innenfläche des zweiten Exzenterelements eines Exzenters das innenverzahnte erste Hohlrad und das innenverzahnte zweite Hohlrad drehbar gelagert sind. Dadurch wird eine Vorrichtung mit einem Außenexzenter geschaffen, auf dem die Hohlräder gelagert sind.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind das innenverzahnte erste Hohlrad über ein erstes Lager und das innenverzahnte zweite Hohlrad über ein zweites Lager auf dem zweiten Exzenterelement gelagert. Auf diese Weise werden die aus den Zahnradpaarungen entstehenden Belastungen auf zwei Lager verteilt, wodurch die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Exzenter über ein drittes Lager und ein viertes Lager am Antriebsteil gelagert. Alternativ ist der Exzenter über ein drittes Lager und ein viertes Lager am Abtriebsteil gelagert. Auf diese Weise kann der axiale Bauraum reduziert werden.
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Es wird somit ein Exzenter geschaffen, welcher die exzentrische Lagerung der Zahn- bzw. Hohlräder ermöglicht, wobei der Exzenter kostengünstig und einfach herstellbar ist und das Gewicht des Exzenters reduziert wird. Außerdem wird eine kompakte Vorrichtung zur Phasenverschiebung zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle geschaffen.
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- Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung eines Exzenters in Frontansicht.
- Die 2 zeigt eine Vorrichtung zur Phasenverschiebung des Drehwinkels eines Antriebsteils zu einem Abtriebsteil mit einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Exzenters in Seitenansicht und geschnittener Darstellung.
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Der in der 1 dargestellte Exzenter ist ein Außenexzenter 28 und umfasst ein erstes Exzenterelement 34 und ein zweites Exzenterelement 36, wobei das zweite Exzenterelement 36 exzentrisch im ersten Exzenterelement 34 gelagert ist. Zwischen dem ersten Exzenterelement 34 und dem zweiten Exzenterelement 36 ist ein Federelement 38 angeordnet, welches beispielsweise eine Bandfeder ist und das zweite Exzenterelement 36 gegen das erste Exzenterelement 34 in radiale Richtung belastet. Dabei ist dieses Federelement 38 nicht über den gesamten Umfang zwischen den Exzenterelementen 34, 36 angeordnet, so dass ein Abschnitt der Außenfläche des zweiten Exzenterelements 36 an der Innenfläche des ersten Exzenterelements 34 anliegt. Für die axiale Sicherung des Federelements 38 weisen die beiden Exzenterelemente 34, 36 jeweils an den zum Federelement 38 gerichteten Umfangsflächen umlaufende Nuten auf, in denen das Federelement 38 angeordnet ist.
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Die in der 2 dargestellte Vorrichtung zur Phasenverschiebung eines Antriebsteils 2 zu einem Abtriebsteil 4 umfasst ein an einer Nockenwelle 6 gelagertes Antriebsteil 2, an dem ein Kettenrad 8 angeordnet ist. An das Kettenrad 8 greift ein nicht dargestellter Kettentrieb an, der die Drehbewegung einer nicht dargestellten Kurbelwelle an das Antriebsteil 2 überträgt. Das Antriebsteil 2 setzt sich aus einer ringförmigen Außenwand 10 und einer radial erstreckenden Wand 12 zusammen, wobei die radial erstreckende Wand 12 an einem axialen Ende der ringförmigen Außenwand 10 angeordnet ist und einen der Nockenwelle 6 entgegengerichteten ringförmigen Vorsprung 14 aufweist. An das äußere radiale Ende der radial erstreckenden Wand 12 schließt ein als Antriebszahnrad dienendes außenverzahntes erstes Zahnrad 16 axial an, welches beispielsweise formschlüssig mit der radial erstreckenden Wand 12 verbunden ist. Dieses außenverzahnte erste Zahnrad 16 greift in ein innenverzahntes erstes Hohlrad 18, welches zusammen mit einem innenverzahnten zweiten Hohlrad 22 auf einem Außenexzenter 28 drehbar gelagert ist.
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Die Lagerung der beiden Hohlräder 18, 22 im Außenexzenter 28 erfolgt über ein erstes Lager 30 und ein zweites Lager 32, welche beispielsweise als Rillenkugellager ausgeführt sind und radial zwischen den beiden Hohlrädern 18, 22 und dem zweiten Exzenterelement 36 des Außenexzenters 28 angeordnet sind. Hierbei weisen die beiden miteinander verbundenen Hohlräder 18, 22 an jeweils einem axialen Ende einen Absatz auf, durch die das erste Lager 30 und das zweite Lager 32 aufgenommen werden, sodass das erste Lager 30 an einem axialen Ende und das zweite Lager 32 an dem entgegengesetzten axialen Ende der verbundenen Hohlräder 18, 22 angeordnet sind. Auf diese Weise sind die Verzahnungen der beiden Hohlräder 18, 22 axial zwischen den beiden Lagern 30, 32 angeordnet. Zusätzlich wird durch die Absätze der radiale Bauraum verringert, indem die Lager 30, 32 in die Hohlräder 18, 22 zumindest teilweise integriert werden. Der Außenexzenter 28 wird über ein drittes Lager 40 und über ein viertes Lager 42 im Antriebsteil 2 gelagert, so dass die beiden Lager 40, 42 radial zwischen dem ersten Exzenterelement 34 und der ringförmigen Außenwand 10 des Antriebsteils 2 angeordnet sind. Dabei liegt das dritte Lager 40 nahezu in einer Radialebene mit dem ersten Lager 30. In gleicher Weise liegt das vierte Lager 42 in nahezu einer Radialebene mit dem zweiten Lager 42.
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Die Lager 30, 32, 40, 42 werden über das zwischen dem ersten Exzenterelement 34 und dem zweiten Exzenterelement 36 angeordnete Federelement 38 radial belastet und vorgespannt. Zusätzlich bewirkt das Federelement 38 eine Vorspannung und Dämpfung der Verzahnungen zwischen dem innenverzahnten ersten Hohlrad 18 und dem außenverzahnten ersten Zahnrad 16 sowie zwischen dem innenverzahnten zweiten Hohlrad 22 und einem außenverzahnten zweiten Zahnrad 24, welches mit dem innenverzahnten zweiten Hohlrad 22 in Eingriff steht und am Abtriebsteil 4 ausgebildet ist.
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Das Abtriebsteil 4 ist über eine Schraube 44 mit der Nockenwelle 6 fest verbunden. Die Nockenwelle 6 weist zur Lagerung des Antriebsteils 2 einen axial erstreckenden ringförmigen Vorsprung 46 auf, auf dessen Außenfläche eine erste Gleitfläche 48 anliegt, die durch die Innenfläche des ringförmigen Vorsprungs 14 gebildet wird. Eine zusätzliche Lagerung des Antriebsteils 2 erfolgt über eine zweite Gleitfläche 50, welche durch das der ringförmigen Außenwand 10 entgegengesetzte radiale Ende der radial erstreckenden Wand 12 gebildet wird und am Abtriebsteil 4 anliegt.
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Im Betrieb wird das Kettenrad 8 über einen Kettentrieb angetrieben, wodurch das Antriebsteil 2 gedreht wird. Gleichzeitig wird der Außenexzenter 28 durch einen Aktor, der über am ersten Exzenterelement 34 ausgebildete Aufnahmemittel 52 mit dem ersten Exzenterelement 34 verbunden ist, gedreht. Entspricht die Geschwindigkeit des Außenexzenters 28 der Geschwindigkeit des Antriebsteils 2, so dreht sich die gesamte Vorrichtung als Ganzes. Dabei drehen sich der Außenexzenter 28, die beiden außenverzahnten Zahnräder 16, 24, die beiden innenverzahnten Hohlräder 18, 22, das Antriebsteil 2 und das Abtriebsteil 4 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit. Bei einer Phasenverschiebung weicht die Winkelgeschwindigkeit des Aktors von der Winkelgeschwindigkeit des Antriebsteils 2 ab. Dabei führen die beiden innenverzahnten Hohlräder 18, 22 aufgrund der exzentrischen Lagerung eine Bewegung relativ zu den beiden außenverzahnten Zahnräder 16, 24 aus, wodurch die Winkelgeschwindigkeit des Abtriebsteils 4 verändert wird. Auf diese Weise kann die Phasenverschiebung abhängig von der Außenexzentergeschwindigkeit in zwei unterschiedliche Drehrichtungen erfolgen, sodass beispielsweise der Einlasszeitpunkt zu einem späteren oder zu einem früheren Zeitpunkt verschoben wird.
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Der erfindungsgemäße Exzenter zeichnet sich durch eine kostengünstige und einfache Herstellung aus, indem die beiden ringförmigen Exzenterelemente durch kostengünstige Herstellungsverfahren hergestellt werden und im Folgeschritt zusammengesetzt werden. Außerdem zeichnet sich der Exzenter durch sein geringes Gewicht aus.
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Es sollte deutlich sein, dass auch andere konstruktive Ausführungsformen im Vergleich zur beschriebenen Ausführungsform möglich sind, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen. Es können beispielsweise die beiden Exzenterelemente, das Federelement oder die Verbindung zwischen den beiden Exzenterelementen anders ausgeführt sein. Auch kann die Ausführung der Vorrichtung variieren, indem beispielsweise die Ausgestaltung des Antriebs- oder Abtriebsteils oder die Lager-Bauform variieren. So sind Vorrichtungen für die Phasenverstellung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle auch mit einem Innenexzenter möglich, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen.