DE102016204426A1

DE102016204426A1 - Electric shaft adjuster

Info

Publication number: DE102016204426A1
Application number: DE102016204426.5A
Authority: DE
Inventors: Mike Kohrs; Jens Schäfer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-03-17
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2017-09-21

Abstract

Ein elektrischer Wellenversteller, insbesondere Nockenwellenversteller, umfasst ein eine Stellwelle (9) aufweisendes Wellgetriebe (3), sowie einen zum Antrieb der Stellwelle (9) vorgesehenen Elektromotor (2), wobei die Stellwelle (9) zu einer zu verstellenden Welle (4), insbesondere Nockenwelle, konzentrisch ist. Die Stellwelle (9) ist als Hohlwelle ausgebildet, auf der zu verstellenden Welle (4) gelagert, sowie als Rotorträger des Elektromotors (2) ausgebildet.An electric shaft adjuster, in particular a camshaft adjuster, comprises a corrugated transmission (3) having an actuating shaft (9) and an electric motor (2) provided for driving the actuating shaft (9), the actuating shaft (9) being connected to a shaft (4) to be adjusted, in particular camshaft, is concentric. The actuating shaft (9) is designed as a hollow shaft, mounted on the shaft to be adjusted (4), and designed as a rotor carrier of the electric motor (2).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Wellenversteller, welcher insbesondere in einem Kraftfahrzeug als elektrischer Nockenwellenversteller oder als Versteller zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors verwendbar ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electric shaft adjuster, which can be used in particular in a motor vehicle as an electric camshaft adjuster or as adjuster for varying the compression ratio of a reciprocating piston engine, according to the preamble of claim 1.

Elektrische Wellenversteller sind beispielsweise aus der DE 10 2009 037 403 A1 sowie aus der DE 10 2013 220 220 A1 bekannt. In beiden Fällen ist ein Wellgetriebe als Stellgetriebe vorgesehen.Electric wave adjusters are for example from the DE 10 2009 037 403 A1 as well as from the DE 10 2013 220 220 A1 known. In both cases, a wave gear is provided as a control gear.

Weitere Bauformen von elektrischen Nockenwellenverstellern sind zum Beispiel in der DE 10 2006 007 584 A1 , in der DE 10 2006 007 651 A1 , sowie in der DE 41 10 195 C2 offenbart. Im letztgenannten Fall ist ein Planetenträger eines Stellgetriebes elektrisch angetrieben. Der Planetenträger ist sowohl auf seiner Innenseite als auch an seinem Außenumfang durch jeweils ein Wälzlager auf einem beziehungsweise in einem Bauteil rotierbar gelagert, welches fest mit einer Nockenwelle verbunden ist. Other types of electric camshaft adjusters are for example in the DE 10 2006 007 584 A1 , in the DE 10 2006 007 651 A1 , as well as in the DE 41 10 195 C2 disclosed. In the latter case, a planet carrier of a setting gear is electrically driven. The planet carrier is rotatably mounted both on its inside and on its outer circumference by a respective rolling bearing on or in a component which is fixedly connected to a camshaft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickelten elektrischen Wellenversteller anzugeben, welcher sich durch ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Fertigungsaufwand, Bauraumbedarf und mechanischer Präzision auszeichnet.The invention has for its object to provide a comparison with the cited prior art further developed electric shaft adjuster, which is characterized by a particularly favorable ratio between manufacturing costs, space requirements and mechanical precision.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen elektrischen Wellenverstellers mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hauptkomponenten des elektrischen Wellenverstellers sind ein Stellgetriebe, nämlich ein Wellgetriebe, sowie ein Elektromotor, welcher eine Stellwelle des Wellgetriebes antreibt. Hierbei ist die Stellwelle konzentrisch zu der mittels des Wellenverstellers zu verstellenden Welle, beispielsweise Exzenterwelle oder Nockenwelle, angeordnet. Erfindungsgemäß ist die Stellwelle als Hohlwelle ausgebildet, welche die zu verstellende Welle oder eine mit dieser drehfest verbundene Welle konzentrisch umgibt. Mittels einer Lagerung, nämlich einer Wälz- oder Gleitlagerung, ist die Stellwelle auf der zu verstellenden Welle beziehungsweise auf der mit dieser drehfest verbundenen Welle gelagert. Zudem ist die Stellwelle als Rotorträger des Elektromotors ausgebildet. Dies impliziert, dass der Rotorträger als hohle Welle gestaltet ist. Der Rotor des Elektromotors umgibt die hohle Stellwelle, womit der Elektromotor als Hohlwellenmotor ausgebildet ist. This object is achieved by an electric Wellenverstellers with the features of claim 1. Main components of the electric shaft adjuster are a control gear, namely a wave gear, and an electric motor which drives a control shaft of the wave gear. Here, the control shaft is concentric with the means of the shaft adjuster to be adjusted shaft, such as eccentric shaft or camshaft arranged. According to the invention, the control shaft is designed as a hollow shaft which concentrically surrounds the shaft to be adjusted or a shaft rotatably connected thereto. By means of a bearing, namely a rolling or plain bearing, the control shaft is mounted on the shaft to be adjusted or on the rotatably connected thereto shaft. In addition, the control shaft is designed as a rotor carrier of the electric motor. This implies that the rotor carrier is designed as a hollow shaft. The rotor of the electric motor surrounds the hollow control shaft, whereby the electric motor is designed as a hollow shaft motor.

Durch die Lagerung einer einzigen Hohlwelle, welche zugleich als Motorwelle des elektrischen Stellmotors und als Stellwelle des als Stellgetriebe vorgesehenen Wellgetriebes ausgebildet ist, auf der zu verstellenden Welle ist sowohl ein kompakter Aufbau des elektrischen Wellenverstellers realisierbar, als auch eine sehr einfache und zugleich präzise Montage möglich, wobei Fluchtungs- oder Winkelfehler zwischen der Motorwelle und der Stellwelle prinzipiell ausgeschlossen sind.By the storage of a single hollow shaft, which is also designed as a motor shaft of the electric servomotor and as a control shaft of the actuating gear provided as a wave gear, on the shaft to be adjusted both a compact design of the electric shaft adjuster can be realized, as well as a very simple and precise installation possible , wherein alignment or angle error between the motor shaft and the actuating shaft are excluded in principle.

Ist die Lagerung, mit welcher die Stellwelle auf der zu verstellenden Welle gelagert ist, als Wälzlagerung, insbesondere Nadellagerung, ausgeführt, so kann die Oberfläche der zu verstellenden Welle, insbesondere Nockenwelle, direkt als Lauffläche der Wälzkörper, insbesondere Nadeln, verwendet werden. Alternativ kann die zu verstellende Welle von mindestens einem gesonderten Bauteil umgeben sein, welches eine Lauffläche oder mehrere Laufflächen für Wälzkörper bereitstellt. Bei einem solchen gesonderten Bauteil kann es sich beispielsweise um eine dünne Hülse handeln, welche auf die zu verstellende Welle aufgeschoben ist. Ebenso kann ein einzelner Lagerring oder eine Mehrzahl an Lagerringen auf die zu verstellende Welle aufgeschoben sein. Unabhängig davon, welche Geometrie mindestens ein die zu verstellende Welle umgebendes, Wälzkörper kontaktierendes Bauteil hat, kann dieses mit einer reibungsund/oder verschleißmindernden Beschichtung versehen sein. Die Beschichtung eines die zu verstellende Welle umgebenden Bauteils kommt auch dann in Betracht, wenn dieses als Gleitlagerbauteil fungiert.If the bearing with which the actuating shaft is mounted on the shaft to be adjusted, designed as rolling bearing, in particular needle bearing, so the surface of the shaft to be adjusted, in particular camshaft, directly as a running surface of the rolling elements, in particular needles, are used. Alternatively, the shaft to be adjusted may be surrounded by at least one separate component which provides one or more treads for rolling elements. In such a separate component may be, for example, a thin sleeve, which is pushed onto the shaft to be adjusted. Likewise, a single bearing ring or a plurality of bearing rings may be pushed onto the shaft to be adjusted. Regardless of which geometry has at least one surrounding the shaft to be adjusted, rolling element contacting component, this can be provided with a friction and / or wear-reducing coating. The coating of a surrounding the shaft to be adjusted component also comes into consideration when it acts as a sliding bearing component.

Die als Motorwelle und zugleich als Stellwelle fungierende Hohlwelle ist vorzugsweise als einstückiges Bauteil gestaltet, welches rationell beispielsweise als Blechteil durch umformende Verfahren herstellbar ist. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist eine lösbare Verbindung zwischen demjenigen Abschnitt der Hohlwelle, welcher als Stellwelle fungiert, und demjenigen Abschnitt der Hohlwelle, welcher als Rotorträger des Elektromotors fungiert, vorgesehen, was abhängig vom gesamten Aufbau des Wellenverstellers montagetechnische Vorteil mit sich bringen kann. Gemäß einer Modifikation dieser Ausgestaltung ist die Kupplung zwischen den beiden Abschnitten der Hohlwelle als versatzausgleichende Kupplung gestaltet, welche Koaxialitätsfehler ausgleicht. Die gesamte Kupplung umgibt hierbei als Bestandteil der mehrteiligen Hohlwelle konzentrisch die zu verstellende Welle. The hollow shaft, which acts as a motor shaft and at the same time as an actuating shaft, is preferably designed as a one-piece component, which can be produced in a rational manner, for example as a sheet-metal part, by forming processes. According to an alternative embodiment, a releasable connection between that portion of the hollow shaft, which acts as a control shaft, and that portion of the hollow shaft, which acts as a rotor carrier of the electric motor, is provided, which depending on the overall structure of the Wellenverstellers assembly technical advantage can bring. According to a modification of this embodiment, the coupling between the two sections of the hollow shaft is designed as an offset-compensating coupling, which compensates Koaxialitätsfehler. The entire clutch concentrically surrounds the shaft to be adjusted as part of the multi-part hollow shaft.

Unabhängig von der Geometrie und dem Aufbau der Hohlwelle ist bei der Montage des Wellenverstellers die Verwendung einer Zentrierhilfe von Vorteil, welche auf einfache Weise die Koaxialität der zu montierenden Komponenten herstellt und ringförmig um die zu verstellende Welle gelegt wird. Außer zu Montagezwecken kann eine solche Zentrierhilfe auch als Transportsicherung verwendet werden.Regardless of the geometry and the structure of the hollow shaft, the use of a centering aid is advantageous in the assembly of the shaft adjuster, which produces the coaxiality of the components to be mounted in a simple manner and is placed in a ring around the shaft to be adjusted. Except for assembly purposes, such a centering can also be used as a transport lock.

Bei einem Wellgetriebe, wie es beim elektrischen Wellenversteller zum Einsatz kommt, handelt es sich typischerweise um ein selbsthemmendes Getriebe. Aufgrund dieser Eigenschaft ist ein Drehen des Rotors des Elektromotors unterbunden, sobald der Elektromotor nicht bestromt wird. Das stromlose Halten einer bestimmten Einstellung der zu verstellenden Welle kann außerdem durch eine Lagerung der Stellwelle mit erhöhter Reibung, insbesondere reduzierter Lagerluft, unterstützt werden. Sofern die Lagerung der Stellwelle als Wälzlagerung ausgebildet ist, kann zudem eine Rastierung der Wälzkörper vorgesehen sein, welche mit bestimmten Vorzugsstellungen der zu verstellenden Welle korrespondiert. In a wave gear, as used in the electric shaft adjuster, it is typically a self-locking gear. Due to this property, a rotation of the rotor of the electric motor is prevented as soon as the electric motor is not energized. The currentless holding a certain setting of the shaft to be adjusted can also be supported by a storage of the control shaft with increased friction, in particular reduced bearing clearance. If the bearing of the control shaft is designed as a rolling bearing, a locking of the rolling elements may also be provided, which corresponds with certain preferred positions of the shaft to be adjusted.

Der elektrische Wellenversteller ist beispielsweise als Nockenwellenversteller zur Veränderung der Phasenrelation zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verwendbar. Ebenso eignet sich der elektrische Wellenversteller als Versteller zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors. The electric shaft adjuster can be used for example as a camshaft adjuster for changing the phase relation between the camshaft and the crankshaft of an internal combustion engine. Likewise, the electric shaft adjuster is suitable as adjuster for varying the compression ratio of a reciprocating engine.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:Two embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Herein show:

1 in einer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines elektrischen Wellenverstellers, 1 in a sectional view, a first embodiment of an electric shaft adjuster,

2 den Wellenversteller nach 1 mit Zentrierhilfe, 2 the shaft adjuster 1 with centering aid,

3 ein Detail des Wellenverstellers nach 1, 3 a detail of the shaft adjuster behind 1 .

4 eine zweite Ausführungsform eines elektrischen Wellenverstellers. 4 a second embodiment of an electric shaft adjuster.

Die 1 bis 4 zeigen verschiedene Gestaltungen eines elektrischen Wellenverstellers 1, nämlich Nockenwellenstellers, hinsichtlich dessen prinzipieller Funktion auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird. Die folgenden Ausführungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Fällen mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.The 1 to 4 show different designs of an electric shaft adjuster 1 , namely camshaft actuator, with respect to its principal function is referred to the cited prior art. The following statements relate, unless otherwise stated, to both embodiments. Corresponding or basically equivalent parts are indicated in all cases with the same reference numerals.

Der elektrische Wellenversteller 1, das heißt Nockenwellensteller, weist als Hauptkomponenten einen Elektromotor 2 sowie ein Stellgetriebe 3, nämlich Wellgetriebe, auf. Eine mittels des Wellenverstellers 1 zu verstellende Welle, nämlich Nockenwelle, ist mit 4 gekennzeichnet. Die mit R bezeichnete Rotationsachse der Welle 4 ist mit der Symmetrieachse des Elektromotors 2 sowie des Stellgetriebes 3 identisch. The electric shaft adjuster 1 , that is camshaft actuator, has as main components an electric motor 2 and a control gear 3 , namely, wave gear, on. One by means of the shaft adjuster 1 To be adjusted shaft, namely camshaft, is with 4 characterized. The rotation axis of the shaft marked R 4 is with the symmetry axis of the electric motor 2 as well as the adjusting gear 3 identical.

Das Wellgetriebe 3 arbeitet in an sich bekanntem Grundaufbau mit einem Wellgenerator 5, der ein flexibles Getriebebauteil 6 permanent verformt, durch das ein Abtriebsrad 7 verdrehbar ist, welches fest mit der zu verstellenden Welle 4 verbunden ist. Ein Innenring 8 des Wellgenerators 5 ist fest verbunden mit einer Stellwelle 9, die als Hohlwelle ausgebildet ist und die zu verstellende Welle 4 konzentrisch umgibt. The wave gear 3 works in a known per se basic structure with a wave generator 5 , which is a flexible transmission component 6 permanently deformed, through which a driven wheel 7 is rotatable, which is fixed to the shaft to be adjusted 4 connected is. An inner ring 8th of the wave generator 5 is firmly connected to a control shaft 9 , which is designed as a hollow shaft and the shaft to be adjusted 4 concentrically surrounds.

Die Stellwelle 9 ragt stirnseitig aus dem Stellgetriebe 3 heraus und stellt zugleich die Motorwelle des Elektromotors 2 dar. Hierbei bildet die Stellwelle 9 einen Rotorträger, auf welchem der mit 10 bezeichnete Rotor des Elektromotors 2 befestigt ist. Der zugehörige Stator des Elektromotors 2 ist mit 11 bezeichnet, wobei zwischen Rotor 10 und Stator 11 ein Luftspalt gebildet ist, wie insbesondere aus 3 hervorgeht. The control shaft 9 protrudes from the front of the actuating gear 3 out and at the same time represents the motor shaft of the electric motor 2 dar. Here forms the control shaft 9 a rotor carrier on which the with 10 designated rotor of the electric motor 2 is attached. The associated stator of the electric motor 2 is with 11 designated, between rotor 10 and stator 11 an air gap is formed, in particular from 3 evident.

Die Stellwelle 9 des Wellenverstellers 1 ist mittels einer Wälzlagerung 12, nämlich Nadellagerung, auf der Welle 4 gelagert. Bei der Montage des elektrischen Wellenverstellers 1 wird eine Zentrierhilfe 13 verwendet, welche an der äußeren, das heißt dem Stellgetriebe 3 abgewandten, Stirnseite des Elektromotors 2 auf die Welle 4 aufgesetzt wird und die nicht rotierenden Komponenten des Elektromotors 2 abstützt. Diese Zentrierhilfe 13 kann auch als Transportsicherung verwendet werden.The control shaft 9 of the shaft adjuster 1 is by means of a rolling bearing 12 , namely needle bearing, on the shaft 4 stored. When mounting the electric shaft adjuster 1 becomes a centering aid 13 used, which on the outer, that is the actuating gear 3 facing away, front side of the electric motor 2 on the wave 4 is placed and the non-rotating components of the electric motor 2 supported. This centering aid 13 can also be used as a transport lock.

Im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 ist die Wälzlagerung 12 als zweireihige Nadellagerung mit einer ersten Wälzkörperreihe 14 und einer zweiten Wälzkörperreihe 15 ausgebildet. Hierbei befindet sich die erste Wälzkörperreihe 14 innerhalb des Elektromotors 2 und die zweite Wälzkörperreihe 15 innerhalb des Stellgetriebes 3, wobei letztgenannte Wälzkörperreihe 15 in Axialrichtung gegenüber dem Innenring 8 des Wellgenerators 5 zur Mitte der Stellwelle 9 hin versetzt ist. In the embodiment of the 1 and 2 is the rolling bearing 12 as a double-row needle bearing with a first row of rolling elements 14 and a second row of rolling elements 15 educated. Here is the first row of rolling elements 14 inside the electric motor 2 and the second row of rolling elements 15 within the control gear 3 , the last-mentioned row of rolling elements 15 in the axial direction relative to the inner ring 8th of the wave generator 5 to the middle of the control shaft 9 is offset.

Im Unterschied hierzu kommt im Ausführungsbeispiel nach 4 eine einreihige Wälzlagerung 12 mit einer einzigen Wälzkörperreihe 14 zum Einsatz. Die Wälzkörper, das heißt Nadeln, der Wälzkörperreihe 14 rollen hierbei nicht direkt auf der zu verstellenden Welle 4, sondern auf einer Lagerbüchse 16 ab, welche auf die Welle 4 aufgesetzt ist. Eine Nadelhülse 17, welche zugleich als Stellwelle 9 des Wellgetriebes 3 fungiert, in welcher die Nadeln der Wälzkörperreihe 14 abrollen, übernimmt zusätzlich zu ihrer Wälzlagerfunktion auch eine Gleitlagerfunktion in axialer Richtung der Symmetrieachse R des Wellenverstellers 1.In contrast to this comes in the exemplary embodiment 4 a single-row rolling bearing 12 with a single row of rolling elements 14 for use. The rolling elements, that is needles, the rolling element row 14 do not roll directly on the shaft to be adjusted 4 but on a bearing bush 16 off, which on the shaft 4 is attached. A needle sleeve 17 , which at the same time as a control shaft 9 of the corrugated transmission 3 acts in which the needles of the rolling element row 14 Rolling takes over, in addition to its rolling bearing function and a sliding bearing function in the axial direction of the axis of symmetry R of the shaft adjuster 1 ,

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: elektrischer Wellenversteller electric shaft adjuster
22: Elektromotor electric motor
33: Stellgetriebe, Wellgetriebe Actuating gear, wave gear
44: Welle wave
55: Wellgenerator wave generator
66: flexibles Getriebebauteil flexible transmission component
77: Abtriebsrad output gear
88th: Innenring inner ring
99: Stellwelle actuating shaft
1010: Rotor rotor
1111: Stator stator
1212: Wälzlagerung roller bearing
1313: Zentrierhilfe centering
1414: Wälzkörperreihe rolling body row
1515: Wälzkörperreihe rolling body row
1616: Lagerbüchse bearing bush
1717: Nadelhülse needle sleeve
RR: Symmetrieachse, Rotationsachse Symmetry axis, rotation axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009037403 A1 [0002]
DE 102013220220 A1 [0002]
DE 102006007584 A1 [0003]
DE 102006007651 A1 [0003]
DE 4110195 C2 [0003]

Claims

Electric shaft adjuster, with an adjusting shaft ( 9 ) having wave gear ( 3 ), as well as one for driving the control shaft ( 9 ) provided electric motor ( 2 ), wherein the actuating shaft ( 9 ) to a shaft to be adjusted ( 4 ) is concentric, characterized in that the actuating shaft ( 9 ) formed as a hollow shaft, on the shaft to be adjusted ( 4 ), and as a rotor carrier of the electric motor ( 2 ) is trained.

Shaft adjuster according to claim 1, characterized in that the actuating shaft ( 9 ) by means of a roller bearing ( 12 ), in particular a needle bearing, on the shaft to be adjusted ( 4 ) is stored.

Shaft adjuster according to claim 2, characterized in that the roller bearing ( 12 ) is designed as a double-row needle bearing, wherein a first row of rolling elements ( 14 ) in the electric motor ( 2 ) and a second row of rolling elements ( 15 ) in the wave gear ( 3 ) is located.

Shaft adjuster according to claim 2, characterized in that the roller bearing ( 12 ) is designed as a single-row bearing, in particular needle bearing, wherein rolling elements of the bearing ( 12 ) exclusively in the electric motor ( 2 ) are located.