-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Planetenradanordnungen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine federvorgespannte Planetenradanordnung.
-
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
-
Variable Nockenverstellung bzw. VCT ist ein Verfahren, das sich auf das Steuern und falls gewünscht Variieren der Winkelbeziehung (der "Phase") zwischen der Antriebswelle und einer oder mehreren Nockenwellen bezieht, welche die Einlass- und Auslassventile des Motors steuern. In einem Regelkreis-VCT-System misst das System die Winkelverschiebung oder den Phasenwinkel einer Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle, mit der sie wirkverbunden ist, und verändert dann den Phasenwinkel, um verschiedene Motoreigenschaften in Ansprechen auf den Bedarf entweder nach einer Erhöhung oder einer Verringerung der Leistung einzustellen. Typischerweise gibt es eine Rückkopplungsschleife, in der die gewünschten Werte solcher Motoreigenschaften mit den bestehenden Werten verglichen werden, und in Ansprechen auf jegliche Abweichungen Veränderungen im Inneren des Motors bewirkt werden. Um dies zu erreichen, weisen moderne Kraftfahrzeuge üblicherweise eine oder mehrere elektronische Motorsteuerungseinheiten (ECU) auf, welche ständig Daten analysieren, die von verschiedenen Teilen des Motors oder von anderen Teilen des Fahrzeugs, wie beispielsweise etwa Abgassensoren, Drucksensoren und Temperatursensoren, an sie zugeführt werden. Dann wird ein Steuersignal in Antwort auf solche Daten ausgegeben. Zum Beispiel wird, im Hinblick auf VCT-Systeme, die Winkelverschiebung zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle entsprechend eingestellt, wenn Veränderungen im Motor oder den äußeren Bedingungen auftreten.
-
Ein VCT-System umfasst eine Nockenverstell-Steuervorrichtung, die manchmal als Phasenverschiebungsvorrichtung oder Versteller bezeichnet wird, Steuerventile, Steuerventil-Stellglieder und Steuerungsschaltungen. Eine elektrische Phasenverschiebungsvorrichtung (E-Versteller) wird durch einen Elektromotor angetrieben, um die Winkelbeziehung zwischen der Antriebswelle und einer oder mehreren Nockenwellen zu steuern und zu variieren. In Ansprechen auf Eingangssignale stellt die elektrische Phasenverschiebungsvorrichtung die Nockenwelle so ein, dass sie die Motorzeitsteuerung entweder vorverschiebt oder verzögert.
-
Diese Systeme können einen Getriebezug mit einem hohen Übersetzungsverhältnis aufweisen und können die Phase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle mittels eines Motors verschieben, der sich mit derselben Drehzahl wie die Nockenwelle dreht. Wenn der Motor rascher dreht als die Nockenwelle, verstellt die elektrische Phasenverschiebungsvorrichtung die Phase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle in einer Richtung, und wenn der Motor langsamer wird, verschiebt sich die Phase zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle in die entgegengesetzte Richtung.
-
Die veröffentlichte US-Patentanmeldung Nr. 2007/0179011 an Choi et al. mit dem Titel “Lenkvorrichtung mit variabler Übersetzung für Automobile“, die am 2. August 2007 veröffentlicht wurde, offenbart eine Lenkvorrichtung mit variabler Übersetzung, die eine mit einem Lenkrad verbundene Eingangswelle, ein koaxial mit der Eingangswelle ausgebildetes und diese umschließendes Sonnenrad, ein erstes Paar von Planetenrädern, die mit dem Sonnenrad außenverzahnt sind, ein zweites Paar von Planetenrädern, die mit dem Sonnenrad außenverzahnt sind, einen ersten Träger, der mit der Eingangswelle gekoppelt ist, während er mit dem ersten Paar von Planetenrädern verbunden ist, einen zweiten Träger, der dazu geeignet ist, sich relativ zur Eingangswelle zu drehen, während er mit dem zweiten Paar von Planetenrädern verbunden ist, ein Hohlrad, das mit den ersten und zweiten Paaren von Planetenrädern innenverzahnt ist, sowie eine mit dem Hohlrad verbundene Eingangswelle umfasst. Der zweite Träger ist in den ersten Träger eingesetzt, während er durch ein Kompressionsmittel gehalten wird, so dass der zweite Träger sich relativ zu der Eingangswelle drehen kann, um das Zahnspiel zu verringern.
-
WO 2014/092963 an Showalter mit dem Titel "Planeten-Nockenphasenverschiebungsvorrichtung mit geteiltem Hohlrad", veröffentlicht am 19. Juni 2014, offenbart eine Nockenphasenverschiebungsvorrichtung zur dynamischen Einstellung einer Drehbeziehung einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors in Bezug auf eine Motorkurbelwelle. Die Nockenphasenverschiebungsvorrichtung kann ein Planetenradsystem mit einem geteilten Hohlrad umfassen, das ein Kettenhohlrad umfasst, das durch die Motorkurbelwelle über eine Regelkreis-Leistungsgetriebeelement angetrieben wird, sowie ein Nockenwellenhohlrad, das zur Drehung mit der Nockenwelle verbindbar ist. Ein Sonnenrad kann konzentrisch mit dem geteilten Hohlrad angeordnet sein, und eine Anzahl von Planetenrädern kann in verzahntem Eingriff zwischen dem Sonnenrad und dem geteilten Hohlrad stehen. Das Nockenwellenhohlrad kann eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen, größer oder kleiner, als das Kettenhohlrad aufweisen, und zwar um einen Wert, der einem Vielfachen der Anzahl von Planetenrädern entspricht, um die Zahnausrichtung an einer Eingriffsstellung eines jeden der Planetenräder bereitzustellen.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Offenbart wird ein Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad für einen Motor oder zur Verwendung mit einer elektrischen Phasenverschiebungsvorrichtung. Der Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad umfasst ein Sonnenrad, eine Vielzahl von Planetenrädern, ein Kettenhohlrad, ein Nockenwellenhohlrad und zumindest eine Feder. Das Sonnenrad wird angetrieben, um sich um eine Sonnenachse zu drehen, wobei das Sonnenrad aus einer Vielzahl von Sonnenradzähnen besteht. Die Vielzahl von Planetenrädern ist um das Sonnenrad herum angeordnet, wobei jedes Planetenrad aus einer Vielzahl von Planetenzähnen besteht, die das Planetenrad in verzahntem Eingriff mit den Sonnenradzähnen halten. Das Kettenhohlrad wird von einer Kurbelwelle angetrieben und besteht aus einer Vielzahl von Kettenhohlradzähnen, die das Kettenhohlrad in verzahntem Eingriff mit den Planetenradzähnen eines jeden der Planetenräder halten. Das Nockenwellenhohlrad ist mit einer Nockenwelle drehbar und besteht aus einer Vielzahl von Nockenwellenhohlradzähnen, die das Nockenwellenhohlrad in verzahntem Eingriff mit den Planetenradzähnen eines jeden der Planetenräder halten. Die Feder spannt die Vielzahl von Planetenzähnen in verzahnten Eingriff mit den Kettenhohlradzähnen und den Nockenwellenhohlradzähnen vor.
-
In einer Ausführungsform kann die Feder als ein Planetenträger dienen und koppelt die Vielzahl von Planetenrädern durch Eingriff der zumindest einen Feder mit Zapfen, an denen sich die Vielzahl von Planetenrädern drehen, miteinander.
-
In einer alternativen Ausführungsform kann der Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad einen starren Planetenradträger umfassen, der die Vielzahl von Planetenrädern durch Zapfen koppelt, wobei jedes der Planetenräder um einen Zapfen drehbar ist. Der Planetenradträger umfasst radial verlaufende Schlitze zur Aufnahme von Zapfen, wobei die Zapfen radial innerhalb der Schlitze beweglich sind. In dieser Ausführungsform kann die Feder zwischen dem Planetenträger und der Vielzahl von Planetenrädern vorhanden sein. Alternativ ist die Feder nur benachbart zu dem Planetenträger.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist der Antrieb mit geteiltem Hohlrad ein Antrieb mit einzelnem Hohlrad.
-
Der Antrieb mit geteiltem Hohlrad und der Antrieb mit einzelnem Hohlrad können mit einer elektrischen Phasenverschiebungsvorrichtung mit einem Elektromotor verwendet werden. Die elektrische Phasenverschiebungsvorrichtung kann dynamisch eine Drehbeziehung einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors in Bezug auf eine Motorkurbelwelle einstellen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt eine Vorderansicht eines Planetenträgers mit Schlitzen, Planetenrädern, Sonnenrad und Feder benachbart zu dem Planetenträger nach einer ersten Ausführungsform.
-
2 zeigt eine schematische Ansicht einer elektrischen Phasenverschiebungsvorrichtung und umfasst eine schematische Querschnittsansicht des Planetenantriebssystems von 1 entlang der Linie 2-2.
-
3 zeigt eine Schnittansicht der ersten Ausführungsform des Planetenträgers mit Schlitzen, Planetenrädern, Sonnenrad und Feder.
-
4 zeigt eine Vorderansicht eines Planetenträgers mit Schlitzen, Planetenrädern, Sonnenrad und Feder zwischen dem Planetenträger und den Planetenrädern nach einer zweiten Ausführungsform.
-
5 zeigt eine schematische Ansicht einer elektrischen Phasenverschiebungsvorrichtung und umfasst eine schematische Querschnittsansicht des Planetenantriebssystems von 4 entlang der Linie 5-5.
-
6 zeigt eine Schnittansicht der zweiten Ausführungsform des Planetenträgers mit Schlitzen, Planetenrädern, Sonnenrad und Feder.
-
7 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Planetenantriebssystems nach einer dritten Ausführungsform.
-
8 zeigt eine schematische Ansicht einer elektrischen Phasenverschiebungsvorrichtung und umfasst eine schematische Querschnittsansicht des Planetenantriebssystems von 7 entlang der Linie 8-8.
-
9 zeigt das Verhindern der Drehung einer Feder durch Kerben.
-
10 zeigt das Verhindern der Drehung einer Feder durch derartiges Ausrichten der Enden der Feder, dass sie gegen einen Zapfen anliegen.
-
11 zeigt das Verhindern der Drehung einer Feder durch den Eingriff eines Hakenendes der Feder mit einem zusätzlichen Zapfen.
-
12 zeigt eine schematische Darstellung eines Planetenantriebs mit einem einzelnen Hohlrad und federvorgespannten Planeten nach einer vierten Ausführungsform.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Eine elektrische Phasenverschiebungsvorrichtung stellt dynamisch die Drehbeziehung der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors in Bezug auf die Motorkurbelwelle ein. Die elektrische Phasenverschiebungsvorrichtung umfasst ein Planetenantriebssystem, das durch einen Elektromotor angetrieben wird. Das Planetenantriebssystem kann ein Planetenantriebssystem mit geteiltem Hohlrad sein, mit einem Kettenhohlrad, das durch die Motorkurbelwelle angetrieben wird, und einem Nockenwellenhohlrad, das konzentrisch mit dem Sonnenrad ist und mit der Nockenwelle verbunden ist. Das Planetenantriebssystem kann auch ein zentral angeordnetes Sonnenrad und eine Vielzahl von Planetenrädern umfassen, die mit dem Sonnenrad in Eingriff stehen. In einer Ausführungsform kann ein starrer Planetenträger vorhanden sein, um die Planetenräder miteinander zu verbinden. In anderen Ausführungsformen kann ein nicht starrer Träger verwendet werden, um die Planetenräder miteinander zu verbinden. Die Planetenräder sind in Bezug auf einander vorgespannt, um das Zahnspiel in dem Planetenantriebssystem zu verringern. Der Elektromotor ist vorzugsweise ein bürstenloser DC-Motor.
-
Obwohl das Zahnspiel und die Schwingungs- und Geräuschbildung (NVH) durch Verwendung hoch präzise geschliffener Zahnräder beträchtlich verringert werden kann, macht dies die Herstellung der Zahnräder untragbar teuer. Die Zahnradvorspannung wird hierin verwendet, um das Zahnspiel und NVH mit weniger präzisen Zahnrädern zu verringern, die wesentlich günstiger herzustellen sind.
-
Einer der Hauptunterschiede zwischen einem Planetensystem mit einzelnem Hohlrad und einen Planetensystem mit geteiltem Hohlrad ist die Bedeutung des Zahnspiels zwischen den Ringen und den Planeten in einem Planetensystem mit geteiltem Hohlrad. Eine echte umlaufende Vorspannung ist in der Lage, das gesamte Zahnspiel in einem Planetenantrieb mit einzelnem Hohlrad völlig herauszunehmen, mit Ausnahme des Lagerspiels zwischen der Planetenwelle und dem Planetenrad. Im Gegensatz dazu ist die echte umlaufende Vorspannung in der Lage, in einem Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad zwar den Großteil des Zahnspiels herauszunehmen, jedoch nicht das gesamte, da die Zahnbreiten zwischen den beiden Hohlrädern nicht perfekt abgestimmt sind.
-
Es besteht ein Unterschied in der Anzahl der Zähne zwischen dem Nockenwellenhohlrad und dem Kettenhohlrad. Das Nockenwellenhohlrad bewegt sich mit geringfügig unterschiedlicher Drehzahl als das Kettenhohlrad auf Grund der Zahndifferenz, wenn das Sonnenrad sich mit einer anderen Drehzahl als die Nockenwelle dreht.
-
In einigen Ausführungsformen ist ein Elektromotor mit dem Sonnenrad verbunden, um das Sonnenrad relativ zu den Planetenrädern anzutreiben. Wenn der Elektromotor das Sonnenrad mit derselben Drehzahl wie das Kettenhohlrad dreht, wird eine konstante Phasenstellung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle aufrecht erhalten. Bei diesen Bedingungen dreht sich die Planetenradanordnung als eine Einheit ohne Relativbewegung zwischen dem Sonnenrad und den Planetenrädern oder zwischen den Planetenrädern und den Hohlrädern, was die Reibungsverluste minimiert. Das Einstellen der Elektromotordrehzahl in Bezug auf Kettenhohlrad/Nockenwellenhohlrad/Nockenwelle stellt die Phase der Nockenwelle in Bezug auf die Kurbelwelle ein. Wenn der Elektromotor das Sonnenrad mit einer schnelleren Drehzahl als der Drehzahl der Nockenwelle dreht, bewegt sich die Phasenverschiebungsvorrichtung in die Verzögerungsrichtung. Wenn der Elektromotor das Sonnenrad mit einer langsameren Drehzahl als der Drehzahl der Nockenwelle dreht, bewegt sich die Phasenverschiebungsvorrichtung in die Vorverschiebungsrichtung.
-
Das Kettenhohlrad, das Nockenwellenhohlrad, die Planetenräder und das Sonnenrad sind in einer Planetengetriebeverbindung angeordnet, vorzugsweise mit einer hohen numerischen Übersetzung, um eine genaue Phasenwinkelverstellung mit einem relativ niedrigen Antriebsdrehmomenterfordernis für den Elektromotor zu erlauben. Das Kettenhohlrad wird vorzugsweise über die Motorkurbelwelle durch ein Kettenrad und eine Endlosantriebskette angetrieben, und das Nockenwellenhohlrad ist vorzugsweise so verbunden, dass es sich mit der Nockenwelle dreht.
-
Die Planetenräder können in einer beliebigen Reihe von unterschiedlichen Wegen in Bezug auf einander vorgespannt sein, um das Zahnspiel in dem Planetenantriebssystem zu verringern.
-
Eine Lösung zur Verringerung des Zahnspiels zwischen dem Hohlrad und den Planetenrädern besteht darin, Federn hinzuzufügen, die auf die Planetenräder oder die Planetenzapfen in der Radialrichtung wirken. Die Feder(n) kann/können die Form von großen Schnappringen oder Sprengringen annehmen, die beim Einbau komprimiert werden und eine nach außen gerichtete Kraft auf die Planetenräder ausüben. Die Planetenräder können über Zapfen mit einem Planetenträger gekoppelt sein. Die Zapfen können in radialen Schlitzen in einem starren Planetenträger angeordnet sein. Alternativ können die Federn selbst als die Träger wirken, um die Planetenräder miteinander zu koppeln. Jede Unrundheit der Hohlräder und Planetenräder wird einfach dazu führen, dass der Spalt zwischen den beiden übereinstimmenden Zahnrädern leicht variiert, ohne stecken zu bleiben. Die Federrate kann so eingestellt werden, dass Schleppverluste minimiert werden können und dennoch eine effektive Lösung zur Zahnspiel- und Geräuschminderung bereitgestellt wird.
-
1 zeigt einen Planetenantrieb 10 mit geteiltem Hohlrad, der Planetenräder 12, 14, 16 mit Planetenradzähnen 18, 20, 22, ein zentral angeordnetes Sonnenrad 24 mit Sonnenradzähnen 26, und ein geteiltes Hohlrad mit einem Kettenhohlrad 30 und einem Nockenwellenhohlrad 32 umfasst. Die Hohlräder 30, 32 haben unterschiedliche Anzahlen von Zähnen 34, 36, wobei die Differenz in der Anzahl von Zähnen ein Vielfaches der Anzahl von Planetenrädern 12, 14, 16 ist. Die Hohlradzähne 34, 36 haben Profile, die den Hohlrädern 30, 32 erlauben, korrekt mit den Planetenrädern 12, 14, 16 zu verzahnen. Die Planetenräder 12, 14, 16 werden durch einen Planetenträger 38 in einer fixierten Beziehung zueinander gehalten. Der Planetenträger 38 weist Schlitze 151, 153, 155 auf, die Zapfen 11, 13, 15 aufnehmen, die die Planetenräder 12, 14, 16 mit dem Planetenträger 38 koppeln. Die Planetenräder 12, 14, 16 drehen sich an den Zapfen 11, 13, 15. Die Zapfen 11, 13, 15 sind in einer Radialrichtung 46 innerhalb der Schlitze 151, 153, 155 beweglich.
-
Zumindest eine Feder 44 spannt den Zapfen 11, 13, 15 innerhalb der Schlitze 151, 153, 155 in einer Radialrichtung 46 innerhalb der Schlitze 151, 153, 155 vor, so dass die Zähne 18, 20, 22 der Planetenräder 12, 14, 16 zu den Zähnen der Hohlräder 34, 36 hin vorgespannt werden, was das Zahnspiel zwischen den Planetenrädern 12, 14, 16 und dem Kettenhohlrad 30 sowie zwischen den Planetenrädern 12, 14, 16 und dem Nockenwellenhohlrad 32 verringert.
-
Die Feder 44 ist vorzugsweise C-förmig. Der äußere Umfang 47 der Feder 44 steht mit allen drei Planetenrädern 12, 14, 16 durch Zapfen 11, 13, 15, an denen sich die Planetenräder 12, 14, 16 drehen, in Kontakt, und spannt sie vor.
-
Eine zweite Feder 144 kann wie in 3 dargestellt vorhanden sein, so dass die Vorspannkraft einer Feder 44, 144 an beiden Enden der Zapfen 11, 13, 15 vorliegt, die die Planetenräder 12, 14, 16 mit dem Planetenträger 38 koppeln. Die Federn 44, 144 sind benachbart zu einer Außenfläche des Planetenträgers 38. Der äußere Umfang 47, 147 der Federn 44, 144 steht mit allen drei Planetenrädern 12, 14, 16 durch Zapfen 11, 13, 15, an denen sich die Planetenräder 12, 14, 16 drehen, in Kontakt, und spannt sie vor. Der äußere Umfang 47, 147 der Federn 44, 144 kann in Kerben 9 der Zapfen 11, 13, 15 aufgenommen sein.
-
Unter Bezugnahme auf 2 steht eine Motorkurbelwelle 50 drehend über eine Steuerkette 52 mit dem Kettenhohlrad 30 über ein Kettenrad 54 in Eingriff, und die Motornockenwelle 56 steht drehend mit dem Nockenwellenhohlrad 32 in Eingriff. Ein Elektromotor 58 steht drehend mit dem Sonnenrad 24 über eine Ausgangswelle 60 in Eingriff. Wird das Sonnenrad 24 durch den Elektromotor 58 um seine Achse 62 mit derselben Drehzahl wie eines der Hohlräder 30, 32 gedreht, wird eine konstante Nockenphasenstellung beibehalten, da beide Hohlräder 30, 32 sich gleichlaufend drehen. Wird das Sonnenrad 24 durch den Elektromotor 58 mit einer von den Hohlrädern 30, 32 verschiedenen Drehzahl gedreht, verursacht eine geringfügig unterschiedliche Drehzahl eines Hohlrads gegenüber dem anderen Hohlrad eine Nockenphasenverschiebungsfunktion. Auf diese Weise wird ein sehr hohes Zahlenverhältnis erhalten, und die Nockenwelle 56 wird gegenüber der nominellen Drehbeziehung der Kurbelwelle 50 zur Nockenwelle 56 entweder vor- oder nachgestellt.
-
Die Nockenphasenverschiebungsvorrichtung wird vorzugsweise verwendet, um die Drehbeziehung der Nockenwelle 56 zu der Motorkurbelwelle 50 dynamisch einzustellen, um die Kraftstoffeffizienz des Motors zu verbessern. Vorzugsweise werden Sensoren 64, 65, einer an der Kurbelwelle 50 und einer an der Nockenwelle 56, als Rückkopplung an ein Motorsteuergerät 66 verwendet, um die aktuelle Stellung der Nockenwelle 56 relativ zu der Kurbelwelle 50 zu messen, um zu bestimmen, welche Einstellung, falls überhaupt, zu einem beliebigen Zeitpunkt gewünscht ist, um eine optimale Motoreffizienz zu erreichen.
-
4 bis 6 zeigen eine alternative Positionierung der zumindest einen Feder 44. In 4 bis 6 ist zumindest eine Feder 44 zwischen dem Planetenträger 38 und den Planetenrädern 12, 14, 16 vorhanden, anstatt nur benachbart zu dem Planetenträger 38 zu sein. Der Planetenträger 38 weist Schlitze 151, 153, 155 auf, die Zapfen 11, 13, 15 aufnehmen, die die Planetenräder 12, 14, 16 mit dem Planetenträger 138 koppeln. Die Zapfen 11, 13, 15 sind in einer Radialrichtung 48 innerhalb der Schlitze 151, 153, 155 beweglich. Die Planetenräder 12, 14, 16 drehen sich an den Zapfen 11, 13, 15. Zumindest eine Feder 44 spannt den Zapfen 11, 13, 15 innerhalb der Schlitze 151, 153, 155 in einer Umfangsrichtung 48 innerhalb der Schlitze 151, 153, 155 vor, so dass die Zähne 18, 20, 22 der Planetenräder 12, 14, 16 zu den Zähnen der Hohlräder 34, 36 hin vorgespannt werden, was das Zahnspiel zwischen den Planetenrädern 12, 14, 16 und den Hohlrädern 30, 32 beseitigt. Eine zweite Feder 144 kann wie in 6 dargestellt vorhanden sein, so dass die Vorspannkraft einer Feder 44, 144 an beiden Enden der Zapfen 11, 13, 15 vorliegt, die die Planetenräder 12, 14, 16 mit dem Planetenträger 38 koppeln. Der äußere Umfang 47, 147 der Federn 44, 144 steht mit allen drei Planetenrädern 12, 14, 16 durch Zapfen 11, 13, 15 in Kontakt, an denen sich die Planetenräder 12, 14, 16 drehen, in Kontakt, und spannt sie vor.
-
Unter Bezugnahme auf 5 steht eine Motorkurbelwelle 50 drehend über eine Steuerkette 52 mit dem Kettenhohlrad 30 über ein Kettenrad 54 in Eingriff, und die Motornockenwelle 56 steht drehend mit dem Nockenwellenhohlrad 32 in Eingriff. Ein Elektromotor 58 steht drehend mit dem Sonnenrad 24 über eine Ausgangswelle 60 in Eingriff. Wird das Sonnenrad 24 durch den Elektromotor 58 um seine Achse 62 mit derselben Drehzahl wie eines der Hohlräder 30, 32 gedreht, wird eine konstante Nockenphasenstellung beibehalten, da beide Hohlräder 30, 32 sich gleichlaufend drehen. Wird das Sonnenrad 24 durch den Elektromotor 58 mit einer von den Hohlrädern 30, 32 verschiedenen Drehzahl gedreht, verursacht eine geringfügig unterschiedliche Drehzahl eines Hohlrads gegenüber dem anderen Hohlrad eine Nockenphasenverschiebungsfunktion. Auf diese Weise wird ein sehr hohes Zahlenverhältnis erhalten, und die Nockenwelle 56 wird gegenüber der nominellen Drehbeziehung der Kurbelwelle 50 zur Nockenwelle 56 entweder vor- oder nachgestellt.
-
Die Nockenphasenverschiebungsvorrichtung wird vorzugsweise verwendet, um die Drehbeziehung der Nockenwelle 56 zu der Motorkurbelwelle 50 dynamisch einzustellen, um die Kraftstoffeffizienz des Motors zu verbessern. Vorzugsweise werden Sensoren 64, 65, einer an der Kurbelwelle 50 und einer an der Nockenwelle 56, als Rückkopplung an ein Motorsteuergerät 66 verwendet, um die aktuelle Stellung der Nockenwelle 56 relativ zu der Kurbelwelle 50 zu messen, um zu bestimmen, welche Einstellung, falls überhaupt, zu einem beliebigen Zeitpunkt gewünscht ist, um eine optimale Motoreffizienz zu erreichen.
-
7 und 8 zeigen einen alternativen Planetenantrieb 310 mit geteiltem Hohlrad, der Planetenräder 12, 14, 16 mit Planetenradzähnen 18, 20, 22, ein zentral angeordnetes Sonnenrad 24 mit Sonnenradzähnen 26, und ein geteiltes Hohlrad mit einem Kettenhohlrad 30 und einem Nockenwellenhohlrad 32 umfasst. Die Hohlräder 30, 32 haben unterschiedliche Anzahlen von Zähnen 34, 36, wobei die Differenz in der Anzahl von Zähnen ein Vielfaches der Anzahl von Planetenrädern 12, 14, 16 ist. Die Hohlradzähne 34, 36 haben Profile, die den Hohlrädern 30, 32 erlauben, korrekt mit den Planetenrädern 12, 14, 16 zu verzahnen. Die Planetenräder 12, 14, 16 werden durch zumindest eine erste Feder 344 in einer fixierten Beziehung zueinander gehalten. Die erste Feder 344 ist vorzugsweise C-förmig und kann ein Schnappring oder Sprengring sein. Der äußere Umfang 347 der Feder 344 steht mit allen drei Planetenrädern 12, 14, 16 durch Zapfen 11, 13, 15, an denen sich die Planetenräder 12, 14, 16 drehen, in Kontakt, und spannt sie vor. Eine zweite Feder 345 kann an der Rückseite des Planetenantriebs vorgesehen und mit der ersten Feder 344 ausgerichtet sein, um die Beibehaltung der Beziehung zwischen den Planetenrädern 12, 14, 16 zu unterstützen.
-
Zumindest eine Feder 44 ist vorhanden, um die Planetenräder 12, 14, 16 in einer Umfangsrichtung 48 und zum Teil in einer Radialrichtung 46 vorzuspannen, so dass die Zähne 18, 20, 22 der Planetenräder 12, 14, 16 zu den Zähnen der Hohlräder 34, 36 vorgespannt werden, um so das Zahnspiel zwischen den Planetenrädern und dem Sonnenrad 24 zu beseitigen. Die Zapfen 11, 13, 15 können Endkappen 70 aufweisen, die eine Oberfläche bereitstellen, an der die erste Feder 344 und/oder die zweite Feder 345 mit den Zapfen in Eingriff gelangen können.
-
Unter Bezugnahme auf 8 steht eine Motorkurbelwelle 50 drehend über eine Steuerkette 52 mit dem Kettenhohlrad 30 über ein Kettenrad 54 in Eingriff, und die Motornockenwelle 56 steht drehend mit dem Nockenwellenhohlrad 32 in Eingriff. Ein Elektromotor 58 steht drehend mit dem Sonnenrad 24 über eine Ausgangswelle 60 in Eingriff. Wird das Sonnenrad 24 durch den Elektromotor 58 um seine Achse 62 mit derselben Drehzahl wie eines der Hohlräder 30, 32 gedreht, wird eine konstante Nockenphasenstellung beibehalten, da beide Hohlräder 30, 32 sich gleichlaufend drehen. Wird das Sonnenrad 24 durch den Elektromotor 58 mit einer von den Hohlrädern 30, 32 verschiedenen Drehzahl gedreht, verursacht eine geringfügig unterschiedliche Drehzahl eines Hohlrads gegenüber dem anderen Hohlrad eine Nockenphasenverschiebungsfunktion. Auf diese Weise wird ein sehr hohes Zahlenverhältnis erhalten, und die Nockenwelle 56 wird gegenüber der nominellen Drehbeziehung der Kurbelwelle 50 zur Nockenwelle 56 entweder vor- oder nachgestellt.
-
Die Nockenphasenverschiebungsvorrichtung wird vorzugsweise verwendet, um die Drehbeziehung der Nockenwelle 56 zu der Motorkurbelwelle 50 dynamisch einzustellen, um die Kraftstoffeffizienz des Motors zu verbessern. Vorzugsweise werden Sensoren 64, 65, einer an der Kurbelwelle 50 und einer an der Nockenwelle 56, als Rückkopplung an ein Motorsteuergerät 66 verwendet, um die aktuelle Stellung der Nockenwelle 56 relativ zu der Kurbelwelle 50 zu messen, um zu bestimmen, welche Einstellung, falls überhaupt, zu einem beliebigen Zeitpunkt gewünscht ist, um eine optimale Motoreffizienz zu erreichen.
-
12 zeigt einen Planetenantrieb mit einzelnem Hohlrad, der Planetenräder 12, 14, 16 mit Planetenradzähnen 18, 20, 22, ein zentral angeordnetes Sonnenrad 24 mit Sonnenradzähnen 26, und ein einzelnes Hohlrad 430 umfasst. Das Hohlrad 430 weist eine Vielzahl von Hohlradzähnen 434 auf, die das Hohlrad in verzahntem Eingriff mit den Planetenradzähnen 18, 20, 22 eines jeden der Planetenräder 12, 14, 16 halten.
-
Die Planetenräder 12, 14, 16 werden durch zumindest eine erste Feder 444 in einer Beziehung zueinander gehalten. Die erste Feder 444 spannt die Planetenradzähne 18, 20, 22 der Planetenräder 12, 14, 16 in verzahnten Eingriff mit den Hohlradzähnen 434 des Hohlrads 430 vor. Die erste Feder 444 ist vorzugsweise C-förmig und kann ein Schnappring oder Sprengring sein. Der äußere Umfang 447 der Feder 444 steht mit allen drei Planetenrädern 12, 14, 16 durch Zapfen 11, 13, 15, an denen sich die Planetenräder 12, 14, 16 drehen, in Kontakt, und spannt sie vor. Eine zweite Feder (nicht dargestellt) kann an der Rückseite des Planetenantriebs vorgesehen und mit der ersten Feder 444 ausgerichtet sein, um die Beibehaltung der Beziehung zwischen den Planetenrädern 12, 14, 16 zu unterstützen. Wird das Sonnenrad 24 gedreht, werden die Planetenräder 12, 14, 16 relativ zu dem Hohlrad 430 gedreht. Die Feder 444 verringert das Zahnradspiel zwischen den Planetenradzähnen 18, 20, 22 und den Hohlradzähnen 434.
-
In beliebigen der obigen Ausführungsformen kann die Feder 44, 144, 344, 345, 445 durch Drehungsverhinderungsmechanismen an der Drehung gehindert werden. Der Drehungsverhinderungsmechanismus kann eine Kerbe 80 sein, die nahe einem Ende der C-förmigen Feder ausgebildet ist und die einen mit einem Planetenrad 12 gekoppelten Zapfen aufnimmt, wie in 9 dargestellt. Die anderen Zapfen 13, 15, die mit den anderen Planeten 14, 16 gekoppelt sind, werden verwendet, um die Feder in Position zu halten.
-
In einer alternativen Ausführungsform können die Enden 81, 82 der C-förmigen Feder 44, 144, 344, 345, 445, wie in 10 dargestellt, an entgegengesetzten Seiten eines Zapfens 11 platziert sein, der mit einem Planetenrad 12 gekoppelt ist, was die Drehung der Feder relativ zu den Zapfen 13, 15 begrenzt. Die anderen Zapfen 13, 15, die mit den anderen Planeten 14, 16 des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad gekoppelt sind, können verwendet werden, um die Feder in Position zu halten.
-
In noch einer weiteren Ausführungsform kann, wie in 11 dargestellt, zumindest ein Ende 83 der Feder 44, 144, 344, 345, 445 hakenförmig sein. Ein zusätzlicher Zapfen 90 kann relativ zu dem hakenförmigen Ende 83 angeordnet sein, um die Drehung der Feder zu verhindern. Während der Zapfen 11 als der Zapfen verwendet wurde, der durch die Kerbe 80 aufgenommen und zwischen die Enden 83, 84 der Feder platziert wurde, können die anderen Zapfen 13, 15 anstelle des Zapfens 11 verwendet werden.
-
Es sollte angemerkt werden, dass eine Sprengringfeder oder ein Schnappring einfach an dem Planetenradantrieb mit geteiltem Ring oder mit einzelnem Ring zu installieren ist, da die Feder zusammengedrückt, wo erforderlich eingebaut und dann in ihrer Stellung freigegeben werden kann.
-
Dementsprechend ist klar, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung rein der Veranschaulichung der Anwendung von Prinzipien der Erfindung dienen. Die Bezugnahme hierin auf Details der veranschaulichten Ausführungsformen soll den Umfang der Ansprüche keinesfalls beschränken, die ihrerseits jene Merkmale anführen, die als wesentlich für die Erfindung betrachtet werden.
-
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
-
