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Die Erfindung betrifft eine Verstellgetriebevorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit der Verstellgetriebevorrichtung.
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Nockenwellenversteller kommen bei Verbrennungsmotoren zum Einsatz um die Steuerzeiten der Ventilsteuerung zu verändern. Durch die Anpassung der Ventilöffnungszeiten können z.B. eine Effizienzsteigerung des Motors, Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Emissionen etc. realisiert werden. In seiner üblichen Bauform weist der Nockenwellenverstelle einen Rotor und einen Stator auf, wobei der Rotor mit einer Nockenwelle und der Stator über einen Steuertrieb mit einer Kurbelwelle verbunden ist. Der Stator und der Rotor sind zueinander verdrehbar, so dass sich insbesondere der Drehwinkel der Nockenwelle verändert. Zur Begrenzung des Drehwinkels weist der Rotor und der Stator jeweils einen Anschlag auf, so dass eine Verdrehung des Rotors auf einen bestimmten Drehwinkel begrenzt ist. Zur Dämpfung eines Aufpralls im Anschlagfall sind elastische Koppelglieder bekannt, welche zur Dämpfung des Aufpralls zwischen den beiden Anschlägen eingesetzt werden.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 004 069 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart ein 3-Wellen-Verstellgetriebe, umfassend ein mit einer Antriebswelle drehfest verbindbares Antriebsteil, ein mit einer Abtriebswelle verbindbares Abtriebsteil und ein mit einer Verstellwelle verbindbares Stellglied. Zwischen zwei der drei Wellen ist ein mechanischer Anschlag zur Begrenzung eines Verstellwinkels zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle vorgesehen. Erfindungsgemäß weist der Anschlag ein elastisches Koppelglied zur Dämpfung eines Aufpralls im Anschlagfall auf. Das elastische Koppelglied ist zwischen Anschlagflächen eines Anschlagringes und Anschlagflächen einer Anschlagscheibe vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstellgetriebevorrichtung für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welche eine kostengünstige Herstellung der Verstellgetriebevorrichtung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verstellgetriebevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Fahrzeug mit der Verstellgetriebevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Verstellgetriebevorrichtung, welche für ein Fahrzeug ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere hat die Verstellgetriebevorrichtung die Funktion, die Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu der Phasenlage einer Kurbelwelle des Fahrzeugs zu verstellen. Vorzugsweise ist die Verstellgetriebevorrichtung zur Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle und/oder der Kurbelwelle ausgebildet und/oder geeignet. Besonders bevorzugt ist die Nockenwelle eine Einlass- und/oder eine Auslassnockenwelle. Prinzipiell kann die Verstellgetriebevorrichtung als hydraulische Verstellgetriebevorrichtung ausgebildet sein. Besonders bevorzugt jedoch ist die Verstellgetriebevorrichtung als elektrische Verstellgetriebevorrichtung ausgebildet. Vorzugsweise weist die Verstellgetriebevorrichtung hierzu eine Aktorik zur Verstellung der Phasenlage auf.
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Die Verstellgetriebevorrichtung weist einen Außenrotor auf, wobei der Außenrotor eine Hauptachse definiert. Insbesondere hat der Außenrotor die Funktion eine Drehbewegung auf die Nockenwelle zu übertragen, so dass ein Öffnen bzw. Schließen von Ventilen gesteuert wird. Vorzugsweise ist der Außenrotor getriebetechnisch mit einer Kurbelwelle verbunden. Besonders bevorzugt wird eine Drehbewegung der Kurbelwelle auf den Außenrotor bzw. auf die Nockenwelle übertragen, so dass die Nockenwelle angetrieben wird.
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Prinzipiell kann der Außenrotor über einen Zahnriemen und/oder über Stirnräder mit der Kurbelwelle verbunden sein. Besonders bevorzugt jedoch ist der Außenrotor über eine Kette mit der Kurbelwelle verbunden, wobei der Außenrotor als ein Kettenrad ausgebildet ist. Insbesondere definiert der Außenrotor mit seiner Rotationsachse die Hauptachse.
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Der Außenrotor weist mindestens eine Anschlagkontur auf, wobei die Anschlagkontur eine erste und eine zweite Anschlagfläche aufweist. Vorzugsweise erstrecken sich die Anschlagflächen jeweils in einer Längsschnittebene entlang der Hauptachse. Insbesondere weist der Außenrotor koaxial und/oder konzentrisch in Bezug auf die Hauptachse eine Innenrotoraufnahme auf. Vorzugsweise ist die Innenrotoraufnahme als eine Öffnung und/oder eine Aussparung und/oder eine Vertiefung und/oder ein Ausschnitt ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Innenrotoraufnahme zylinderförmig. Insbesondere ist die Anschlagkontur an einer radialen Innenseite der Innenrotoraufnahme angeordnet.
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Insbesondere ist die Anschlagkontur als eine Nase und/oder als ein Steg und/oder als ein Vorsprung ausgebildet. Im Speziellen erstreckt sich die Anschlagkontur vollständig in axialer Richtung über die radiale Innenseite der Innenrotoraufnahme. Alternativ erstreckt sich die Anschlagkontur teilweise in axialer Richtung über die radiale Innenseite, wobei die Erstreckung insbesondere mehr als 10% und/oder weniger als 90% der gesamten axialen Länge der Innenrotoraufnahme entspricht. Alternativ oder optional ergänzend erstreckt sich die Anschlagkontur teilweise in Umlaufrichtung über die radiale Innenseite, wobei die Erstreckung insbesondere mehr als 10%, vorzugsweise mehr als 20%, im Speziellen mehr als 30% des Gesamtumfangs der Innenrotoraufnahme entspricht. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Anschlagfläche die beiden Seitenflächen der Anschlagkontur, welche in Umlaufrichtung orientiert sind.
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Die Verstellgetriebevorrichtung weist einen Innenrotor auf, wobei der Innenrotor relativ zu dem Außenrotor in Umlaufrichtung in Bezug auf die Hauptachse verdrehbar ist. Insbesondere hat der Innenrotor die Funktion die Phasenlage der Nockenwelle zu verstellen, so dass Öffnungs- bzw. Schließzeiten der Ventile gesteuert werden. Vorzugsweise ist der Innenrotor getriebetechnisch mit der Aktorik und mit dem Außenrotor verbunden. Besonders bevorzugt ist der Innenrotor drehfest mit der Nockenwelle verbunden. Im Speziellen wird eine Drehbewegung der Aktorik und/oder des Außenrotors auf den Innenrotor bzw. auf die Nockenwelle übertragen, so dass die Phasenlage der Nockenwelle verstellt bzw. die Nockenwelle angetrieben wird.
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Insbesondere ist der Innenrotor als eine Anschlagscheibe ausgebildet. Vorzugsweise ist der Innenrotor koaxial und/oder konzentrisch in Bezug auf die Hauptachse zu dem Außenrotor angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Innenrotoraufnahme zur Aufnahme des Innenrotors ausgebildet und/oder geeignet. Im Speziellen weist der Innenrotor eine insbesondere ähnliche Form wie die Innenrotoraufnahme auf, so dass der Innenrotor passgenau oder mit einem geringen Spiel in der Innenrotoraufnahme angeordnet und/oder anordbar ist.
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Der Innenrotor weist eine erste und eine zweite Kontaktfläche auf, wobei die Anschlagkontur zwischen den beiden Kontaktflächen angeordnet ist, so dass ein Endanschlag in Umlaufrichtung für den Innenrotor gebildet wird. Insbesondere liegt bei einer Verdrehung des Innenrotors in Umlaufrichtung relativ zu dem Außenrotor, die erste oder die zweite Kontaktfläche an der Anschlagkontur an, so dass der Innenrotor und/oder der Außenrotor in Umlaufrichtung begrenzt verdrehbar bzw. blockiert ist. Vorzugsweise liegt bei einem ersten Endanschlag die erste Kontaktfläche an der ersten Anschlagfläche und bei einem zweiten Endanschlag die zweite Kontaktfläche an der zweiten Anschlagfläche an.
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Insbesondere weist der Innenrotor an seiner radialen Außenseite eine Kulisse auf. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Kontaktfläche die beiden Gegenflächen der Kulisse, welche in Umlaufrichtung orientiert sind. Besonders bevorzugt begrenzen die beiden Kontaktflächen die Kulisse in Umlaufrichtung. Beispielsweise ist die Kulisse als eine Aussparung oder eine Umfangsnut oder eine Winkelbegrenzungsnut oder eine Ausnehmung oder ein Ausschnitt ausgebildet. Insbesondere ist die Anschlagkontur in der Kulisse geführt und relativ zu dem Innenrotor beweglich. Insbesondere erstreckt sich die Kulisse in Umlaufrichtung weiter als die Anschlagkontur, so dass die Anschlagkontur zwischen den beiden Kontaktflächen mit einer Toleranz aufgenommen ist. Insbesondere beträgt die Toleranz mehr als 5 mm, vorzugsweise mehr 20 mm, im Speziellen mehr als 50 mm. Alternativ oder optional ergänzend beträgt die Toleranz weniger als 80 mm, vorzugsweise weniger als 30 mm, im Speziellen weniger als 15 mm.
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Optional ergänzend weist der Außenrotor mindestens eine weitere Anschlagkontur und der Innenrotor mindestens eine weitere Kulisse auf. Insbesondere weisen der Außenrotor und der Innenrotor mindestens mehr als zwei, vorzugsweise mehr als vier, im Speziellen mehr als sechs weitere Anschlagkonturen bzw. Kulissen auf. Die weitere Anschlagkontur und die weitere Kulisse oder die weiteren Anschlagkonturen und die weiteren Kulissen sind vorzugsweise ausgebildet wie die beschriebene Anschlagkontur und Kulisse.
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Die Verstellgetriebevorrichtung weist einen ersten und einen zweiten Anlageabschnitt zur Beeinflussung eines Anschlagverhaltens des Endanschlags auf, wobei der erste Anlageabschnitt zwischen der ersten Anschlagfläche und der ersten Kontaktfläche und der zweite Anlageabschnitt zwischen der zweiten Anschlagfläche und der zweiten Kontaktfläche angeordnet ist. Insbesondere dienen der erste und der zweite Anlageabschnitt dazu, eine Aufpralllast zu reduzieren, welche zwischen der Anschlagkontur und der Kulisse, vorzugsweise an den Anschlagflächen und/oder den Kontaktflächen, bei einem Aufprall wirkt. Alternativ oder optional ergänzend dienen die beiden Anlageabschnitte dazu die Phasenlage, insbesondere einen maximalen und/oder einen minimalen Phasenwinkel, der Nockenwelle einzustellen. Insbesondere sind der erste und/oder der zweite Anlageabschnitt als ein plattenförmiges und/oder scheibenförmiges Bauteil ausgebildet. Vorzugsweise weist der erste und/oder der zweite Anlageabschnitt eine gleiche oder eine ähnliche Kontur wie die beiden Anschlagflächen und/oder die beiden Kontaktflächen auf.
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Im Rahmen der Erfindung sind der erste und der zweite Anlageabschnitt über mindestens einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden, so dass die beiden Anlageabschnitte und der Verbindungsabschnitt zusammen ein Einlegelement bilden. Insbesondere ist das Einlegelement als ein separates Bauteil ausgebildet. Insbesondere dient der Verbindungsabschnitt dazu die beiden Anlageabschnitte unmittelbar miteinander zu verbinden, so dass die beiden Anlageabschnitte verliersicher in der Verstellgetriebevorrichtung anordbar sind. Vorzugsweise verbindet der Verbindungsabschnitt die beiden Anlageabschnitte in Umlaufrichtung miteinander. Besonders bevorzugt erstreckt sich der Verbindungsabschnitt in einer Radialebene zu der Hauptachse. Im Speziellen ist der Verbindungsabschnitt als mindestens ein Verbindungssteg oder eine Verbindungswand ausgebildet. Insbesondere ist der erste und der zweite Anlageabschnitt und/oder der Verbindungsabschnitt elastisch oder starr. Vorzugsweise ist das Einlegelement einteilig, beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren, Umformverfahren, etc. ausgebildet. Besonders bevorzugt weist der Verbindungsabschnitt eine rechteckige Grundfläche auf oder bildet einen Kreisringsektor.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Anordnung der beiden Anlageabschnitte zwischen den kollidierenden Flächen eine Schonung der Bauteile gewährleistet wird, wodurch insbesondere Lasten, welche auf den Außenrotor und den Innenrotor wirken, reduziert werden. Durch die einfache Ausgestaltung des Einlegelements, ist eine kostengünstige und leichte Herstellung des Einlegelements möglich. Durch den Verbindungsabschnitt werden die beiden Anlageabschnitte miteinander verbunden, so dass das Einlegelement beispielsweise auf die Anschlagkontur aufgesteckt werden kann, so dass das Einlegelement verliersicher gehalten ist. Dadurch wird eine besonders schnelle und einfache Montage des Einlegelements ermöglicht. Zusätzlich ist das Einlegelement je nach Bedarf mit einem geringen Aufwand unterschiedlich gestaltbar ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich das Einlegelement besonders leicht austauschen lässt, so dass beispielsweise unterschiedliche Einlegelement mit unterschiedlichen Stärken oder Eigenschaften in die Verstellgetriebevorrichtung eingesetzt werden können. Dadurch lassen sich insbesondere unterschiedliche Verstellbereiche zur Einstellung des maximalen bzw. minimalen Phasenwinkels der Nockenwelle einstellen.
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In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung bildet das Einlegelement einen U-förmigen Querschnitt, wobei der Verbindungsabschnitt einen Grundschenkel und die beiden Anlageabschnitte jeweils einen Seitenschenkel bilden. Insbesondere ist das Einlegelement U-förmig oder zumindest annähernd U-förmig, wobei unter annähernd U-förmig eine Winkelabweichung zwischen dem Grundschenkel und den beiden Seitenschenkeln von mehr als 5°, im Speziellen mehr als 15° verstanden wird. Alternativ oder optional ergänzend beträgt die Winkelabweichung insbesondere weniger als 20°, im Speziellen weniger als 10°.
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Insbesondere wird die U-Form des Einlegelements durch Umformen oder durch Urformen oder durch Fügen gebildet. Besonders bevorzugt ist das Einlegelement an der Anschlagkontur anordbar, so dass die beiden Anlageabschnitte die Anschlagkontur beidseitig umgreifen. Alternativ ist das Einlegelement in der Kulisse anordbar, so dass die beiden Anlageabschnitte und/oder der Verbindungsabschnitt zwischen den beiden Kontaktflächen eingespreizt und/oder eingepresst und/oder eingelegt sind. Beispielsweise sind die beiden Anlageabschnitte und/oder der Verbindungsabschnitt federelastisch, so dass das Einlegelement über eine Anpresskraftkraft an der Anschlagkontur oder in der Kulisse gehalten ist.
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In einer alternativen Ausgestaltung weist das Einlegelement einen weiteren Verbindungsabschnitt auf, wobei der weitere Verbindungabschnitt parallel zu dem Verbindungsabschnitt angeordnet ist und ebenfalls die beiden Anlageabschnitte miteinander verbindet, so dass das Einlegelement einen eckigen Querschnitt bildet. Insbesondere ist der eckige Querschnitt rechteckförmig oder trapezförmig. Vorzugsweise ist das Einlegelement trichterförmig und/oder kastenförmig. Beispielsweise werden die Rechteckform oder die Trapezform bzw. die Trichterform und/oder die Kastenform des Einlegelements durch Umformen oder durch Urformen oder durch Fügen gebildet. Besonders bevorzugt ist das Einlegelement an der Anschlagkontur anordbar, so dass die beiden Anlageabschnitte und die beiden Verbindungsabschnitte die Anschlagkontur vollständig umgreifen.
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In einer bevorzugten Umsetzung ist das Einlegelement durch den ersten und/oder den zweiten Anlageabschnitt in Umlaufrichtung und durch den Verbindungsabschnitt und/oder den weiteren Verbindungsabschnitt in axialer und/oder in radialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse gesichert ist. Insbesondere ist das Einlegelement mit der Kulisse und/oder der Anschlagkontur formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder reibschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise umgreifen die beiden Anlageabschnitte die Anschlagkontur beidseitig, wobei der erste und/oder der zweite Anlageabschnitt in axialer und/oder radialer Richtung an der Anschlagkontur anliegen. Alternativ liegen die beiden Anlageabschnitte an den beiden Kontaktflächen an, wobei der erste und/oder der zweite Anlageabschnitt in axialer und/oder radialer Richtung an der Kulisse anliegen
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In einer konkreten Umsetzung sind der Verbindungsabschnitt und/oder der weitere Verbindungsabschnitt und/oder der erste und/oder der zweite Anlageabschnitt aus einem Mehrkomponentenverbund gebildet. Insbesondere ist ein Material in mindestens ein weiteres Material eingebettet, so dass das Material das weitere Material vollständig umschließt. Besonders bevorzugt ist der Mehrkomponentenverbund durch einen Durchdringungsverbund und/oder einen Faserverbund gebildet.
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Alternativ oder optional ergänzend ist das Material auf oder zwischen dem weiteren Material angeordnet, so dass mindestens zwei unterschiedliche Materialschichten gebildet werden. Besonders bevorzugt ist der Mehrkomponentenverbund durch einen Schichtverbund und/oder einen Sandwichverbund gebildet. Besonders bevorzugt weisen die beiden Materialien unterschiedliche Stoffeigenschaften auf.
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In einer weiteren Konkretisierung ist der Mehrkomponentenverbund aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien gebildet ist, wobei ein erstes Material ein erstes E-Modul und ein und ein zweites Material ein zweites E-Modul aufweist, wobei das erste und das zweite E-Modul unterschiedlich sind. Insbesondere ist der Mehrkomponentenverbund eine Kombination aus einem weichen Kunststoff und/oder einem harten Kunststoff und/oder einem Gummi und/oder einem weichen Metall, z.B. eine Aluminiumlegierung, und/oder einem harten Metall. Insbesondere wird durch den Mehrkomponentenverbund eine Dämpfung des Aufpralls, vorzugsweise beim Erreichen des Endanschlags, ermöglicht. Insbesondere weist der Kunststoff dämpfende Eigenschaften auf. Durch das Metall wird insbesondere eine hohe Belastbarkeit, Steifigkeit etc. und durch den Kunststoff eine hohe Dämpfung, gute Verarbeitung etc. des Einlegelements bzw. der beiden Anlageabschnitte gewährleistet.
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In einer alternativen oder optional ergänzenden konkreten Umsetzung weist der erste und/oder der zweite Anlageabschnitt jeweils eine Innenfläche und eine Außenfläche auf, wobei die Innenfläche und/oder die Außenfläche konkav sind. Insbesondere wird durch die konkave Außenfläche und/oder Innenfläche eine Federung des Aufpralls, vorzugsweise beim Erreichen des Endanschlags, ermöglicht. Vorzugsweise bildet die Außenfläche bei einer Anordnung des Einlegelements an der Anschlagkontur eine Aufprallseite, wobei die erste oder die zweite Kontaktfläche bei Erreichen des Endanschlags die Aufprallseite kontaktiert. Alternativ bildet die Innenfläche bei einer Anordnung des Einlegelements in der Kulisse die Aufprallseite, wobei die erste oder die zweite Anschlagfläche bei Erreichen des Endanschlags die Aufprallseite kontaktiert.
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In einer weiteren Umsetzung liegt der erste Anlageabschnitt in Umlaufrichtung in Bezug auf die Hauptachse an der ersten Anschlagfläche oder der ersten Kontaktfläche an und der zweite Anlageabschnitt an der zweiten Anschlagfläche oder zweiten Kontaktfläche an. Insbesondere ist bei einer Anordnung des Einlegelements an der Anschlagkontur, der erste bzw. der zweite Anlageabschnitt, vorzugsweise die beiden Innenflächen, in Umlaufrichtung in Bezug auf die Hauptachse mit der ersten bzw. der zweiten Anschlagfläche formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder reibschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Alternativ ist bei einer Anordnung des Einlegelements in der Kulisse der erste bzw. der zweite Anlageabschnitt, vorzugsweise die beiden Außenflächen, in Umlaufrichtung in Bezug auf die Hauptachse mit der ersten bzw. der zweiten Kontaktfläche formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder reibschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Wandstärke des ersten und/oder des zweiten Anlageabschnitts derart ausgebildet, so dass der erste Anlageabschnitt an der ersten Anschlagfläche und der ersten Kontaktfläche und/oder der zweite Anlageabschnitt an der zweiten Anschlagfläche und der zweiten Kontaktfläche anliegt und somit eine Verdrehung des Innenrotors relativ zu dem Außenrotor blockiert ist. Dadurch lässt sich beispielsweise ein Nockenwellengetriebe mit starren Außenrotor und Innenrotor ohne Verstellung bilden. Insbesondere ist die Kulisse komplett ausgefüllt, wodurch ein Verdrehen des Innenrotors relativ zum Außenrotor verhindert wird und somit eine Verstellung des Innenrotors zum Außenrotor blockiert ist.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bildet ein Fahrzeug mit der Verstellgetriebevorrichtung zur Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine oder zur Änderung einer Phasenlage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle, wobei die Verstellgetriebevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist beziehungsweise wie diese zuvor beschrieben wurde. Die Verstellgetriebevorrichtung ist insbesondere ein Nockenwellenversteller, z.B. ein VCT-System, oder ein Kompressionssteller, z.B. ein VCR-System.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
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1 zeigt einen Schnitt durch eine Verstellgetriebevorrichtung in einer Explosionsdarstellung mit einem Außenrotor, einem Innenrotor und einem Einlegelement als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung den Außenrotor mit dem Einlegelement;
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3 zeigt einen Längsschnitt entlang einer Hauptachse durch die Verstellgetriebevorrichtung;
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4 zeigt in einer Rückansicht einen Teilausschnitt der Verstellgetriebevorrichtung;
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5a zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung das Einlegelement als eine erste alternative Ausgestaltung der Erfindung;
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5b zeigt in gleicher Darstellung wie 5a das Einlegelement als eine zweite alternative Ausgestaltung der Erfindung;
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6 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung den Innenrotor mit dem Einlegelement in einer ersten alternativen Ausführungsform;
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7a zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung das Einlegelement als eine zweite alternative Ausführungsform;
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7b zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung den Außenrotor mit dem Einlegelement als die zweite alternative Ausführungsform;
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8 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Ausschnitts der Verstellgetriebevorrichtung.
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Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Schnitt durch eine Verstellgetriebevorrichtung 1 in einer Explosionsdarstellung mit einem Außenrotor 2, einem Innenrotor 3 und einem Einlegelement 4. Beispielsweise ist die Verstellgetriebevorrichtung 1 ein elektrischer Nockenwellenversteller zur Verstellung eines Phasenwinkels einer Nockenwelle. Der Außenrotor 2 ist als ein Kettenrad z.B. zur Aufnahme einer Steuerkette ausgebildet, wobei z.B. der Außenrotor 2 über die Steuerkette mit einer Kurbelwelle verbindbar ist. Der Innenrotor 3 ist als eine Anschlagscheibe ausgebildet, wobei der Innenrotor 2 z.B. getriebetechnisch einerseits mit einer Aktorik und andererseits drehfest mit der Nockenwelle verbindbar ist. Beispielsweise treibt der Außenrotor 2 über den Innenrotor 3 die Nockenwelle an, so dass die Ventile eines Motors geöffnet und geschlossen werden. Beispielsweise verdreht die Aktorik den Innenrotor 3, so dass der Phasenwinkel der Nockenwelle verstellt wird.
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Der Außenrotor 2 weist eine Innenrotoraufnahme 5 zur Aufnahme des Innenrotors 3 auf, wobei die Innenrotoraufnahme 5 als eine zylinderförmige Öffnung ausgebildet ist. Der Außenrotor 2 definiert z.B. mit seiner Rotationsachse und/oder Symmetrieachse eine Hauptachse H. Der Innenrotor 3 ist koaxial und/oder konzentrisch zu der Hauptachse H in der Innenrotoraufnahme 5 aufgenommen und/oder aufnehmbar.
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Der Außenrotor 2 weist eine Anschlagkontur 6 auf, wobei die Anschlagkontur 6 an einer radialen Innenseite der Innenrotoraufnahme 5 angeordnet ist und sich radial in Richtung der Hauptachse H erstreckt. Die Anschlagkontur 6 ist dabei als ein Steg ausgebildet, welcher sich teilweise in Umlaufrichtung in Bezug auf die Hauptachse H erstreckt. Die Anschlagkontur 6 ist einteilig, z.B. aus einem Guss oder pulvermetallurgisch gefertigt, mit dem Außenrotor 2 verbunden. Beispielsweise ist die Anschlagkontur 6 in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H im Bereich einer Stirnfläche des Außenrotors 2 angeordnet. Alternativ kann sich die Anschlagkontur 6 z.B. auch über die gesamte axiale Baulänge des Außenrotors 2 erstrecken oder mittig angeordnet sein.
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Die Anschlagkontur 6 weist eine erste und eine zweite Anschlagfläche 6a, b auf. Die beiden Anschlagflächen 6a, b begrenzen die Anschlagkontur 6 in Umlaufrichtung in Bezug auf die Hauptachse H und sind insbesondere durch die beiden Seitenflächen der Anschlagkontur 6 gebildet, welche in Umlaufrichtung orientiert sind.
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Der Innenrotor 3 weist eine Kulisse 7 auf, wobei die Kulisse 7 an einer radialen Außenseite des Innenrotors 3 angeordnet ist. Die Kulisse 7 ist z.B. als eine Winkelbegrenzungsnut ausgebildet, welche sich teilweise in Umlaufrichtung in Bezug auf die Hauptachse H erstreckt. Die Kulisse 7 erstreckt sich in Umlaufrichtung in Bezug auf die Hauptachse H weiter als die Anschlagkontur 6, so dass die Anschlagkontur 6 in der Kulisse geführt und relativ zu der Kulisse 7 bzw. dem Innenrotor 7 innerhalb eines Spielraums beweglich ist.
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Die Kulisse 7 weist eine erste und eine zweite Kontaktfläche 7a, b auf. Die beiden Kontaktflächen 7a, b begrenzen die Kulisse 7 in Umlaufrichtung in Bezug auf die Hauptachse H. Die Kontaktflächen 7a, b sind durch die beiden Gegenflächen der Kulisse 7 gebildet, welche in Umlaufrichtung orientiert sind. Das Einlegelement 4 ist in axialer Richtung und in Umlaufrichtung in Bezug auf die Hauptachse H zwischen dem Außenrotor 2 und dem Innenrotor 3, insbesondere zwischen der Anschlagkontur 6 und der Kulisse 7, anordbar.
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Das Einlegelement 4 weist einen ersten und einen zweiten Anlageabschnitt 8a, b sowie einen Verbindungsabschnitt 9 auf. Der Verbindungsabschnitt 9 verbindet den ersten und den zweiten Anlageabschnitt 8a, b unmittelbar miteinander. Beispielsweise erstrecken sich die beiden Anlageabschnitte 8a, b jeweils in einer Axialebene zu der Hauptachse H, wobei die Axialebene durch mindestens zwei Punkte definiert wird, welche auf der Hauptachse H liegen. Beispielsweise erstreckt sich der Verbindungsabschnitt 9 in einer Radialebne zu der Hauptachse H. Das Einlegelement weist eine U-Form und/oder eine Klammerform auf, wobei der Verbindungsabschnitt 9 einen Grundschenkel und die beiden Anlageabschnitte 6a, b jeweils einen Seitenschenkel bilden. Beispielsweise sind die beiden Anlageabschnitte 6a, b rechtwinklig und gleichgerichtet zu dem Verbindungsabschnitt 9 angeordnet. Das Einlegelement 4 ist einteilig z.B. aus einem Kunststoffspritzguss, umgeformtes Blechformteil etc. gefertigt.
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2 zeigt den Außenrotor 2 und das Einlegelement 4, aus 1, in einer dreidimensionalen Ansicht. Bei einer Montage des Einlegelements 4 wird das Einlegelement 4 z.B. axial in Bezug auf die Hauptachse H in Richtung der Anschlagkontur 6 aufgesteckt, aufgeschoben etc. Das Einlegelement 4 ist an der Anschlagkontur 6 derart angeordnet, so dass die beiden Anlageabschnitte 8a, b die Anschlagkontur 6 beidseitig umgreifen. Beispielsweise ist das Einlegelement 4 aus einem federelastischen Material gebildet, so dass die beiden Anlageabschnitte 8a, b die Anschlagkontur 6 mit einer Anpresskraft beaufschlagen und das Einlegelement 4 somit verliersicher an der Anschlagkontur 6 gehalten ist.
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Das Einlegelement 4 bildet somit einen Formschluss und/oder einen Kraftschluss in Umlaufrichtung in Bezug auf die Hauptachse H mit der Anschlagkontur 6. Der erste Anlageabschnitt 8a liegt dabei an der ersten Anschlagfläche 6a und der zweite Anlageabschnitt 8b an der zweiten Anschlagfläche 6b an. Ferner liegt der Verbindungsabschnitt 9 in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H an der Anschlagkontur 6 an.
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3 zeigt die Verstellgetriebevorrichtung 1, aus 1, in einem Längsschnitt entlang der Hauptachse H. Der Innenrotor 3 ist in der Innenrotoraufnahme 5 aufgenommen, so dass der Innenrotor 3 koaxial und/oder konzentrisch zu Außenrotor 2 angeordnet ist. Insbesondere ist der Innenrotor 3 mit einer geringen Toleranz, z.B. weniger als 1 mm, in der Innenrotoraufnahme 5 aufgenommen.
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Der Verbindungsabschnitt 9 ist in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H zwischen der Anschlagkontur 6 und dem Innenrotor 3 angeordnet. Beispielsweise liegt der Verbindungsabschnitt 9 formschlüssig in axialer Richtung an der Anschlagkontur 6 an. Alternativ oder optional ergänzend kann der Verbindungsabschnitt 9 auch stoffschlüssig, z.B. geklebt, in axialer Richtung an der Anschlagkontur 6 anliegen. Die Anschlagkontur 6 ist zusammen mit dem Einlegelement 4 in der Kulisse 7 mit einer geringen Toleranz, z.B. weniger als 1 mm, aufgenommen. Beispielsweise dient der Verbindungsabschnitt 9 als Anlauffläche für den Innenrotor 3 bzw. die Kulisse 7.
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4 zeigt in einer Rückansicht einen Teilausschnitt der Verstellgetriebevorrichtung 1. Der Außenrotor 2 und der Innenrotor 3 sind z.B. während eines Motorbetriebs, relativ zueinander verdrehbar. Beispielsweise rotiert der Außenrotor 2 und/oder der Innenrotor 3 um die Hauptachse H. Die Anschlagkontur 6 ist zwischen den beiden Kontaktflächen 7a, b angeordnet, wobei die beiden Anschlagflächen 6a, b bzw. die beiden Anlageabschnitte 8a, b einen Endanschlag in einer ersten und einer zweiten Drehrichtung R1, R2 definieren. Ein erster Endanschlag ist erreicht, wenn die erste Kontaktfläche 7a den ersten Anlageabschnitt 8a kontaktiert, wobei der Innenrotor 3 in der ersten Drehrichtung R1 bzw. der Außenrotor 2 in der zweiten Drehrichtung R2 blockiert ist. Ein zweiter Endanschlag ist erreicht, wenn die zweite Kontaktfläche 7b den zweiten Anlageabschnitt 8b kontaktiert, wobei der Innenrotor 3 in der zweiten Drehrichtung R2 bzw. der Außenrotor 2 in der ersten Drehrichtung R1 blockiert ist.
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5a zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung das Einlegelement 4 als eine erste alternative Ausgestaltung der Erfindung. Die beiden Anlageabschnitte 8a, b weisen jeweils eine Innenfläche 10 und jeweils eine Außenfläche 11 auf. Die beiden Außenflächen 11 sind dabei die beiden gegenüberliegenden Seitenflächen des Einlegelements 4, welche zueinander abgewandt sind. Die beiden Innenflächen 10 sind dabei die beiden gegenüberliegenden Seitenflächen des Einlegelements 4, welche zueinander zugewandt sind.
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Das Einlegelement 4 ist aus einem Mehrkomponentenverbund gebildet, wobei die beiden Anlageabschnitte 8a, b jeweils ein erstes Material 12 und ein zweites Material 13 aufweisen. Beispielsweise wirkt das Einlegelement 4, insbesondere die beiden Anlageabschnitte 8a, b, durch den Mehrkomponentenverbund dämpfend, so dass z.B. bei Erreichen des ersten oder des zweiten Endanschlags ein Aufprall abgedämpft wird. Beispielsweise weist das erste und/oder das zweite Material 12, 13 dämpfende Stoffeigenschaften auf.
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Beispielsweise ist das erste Material 12 ein Metall und das zweite Material 13 ein Kunststoff. Alternativ können das erste Material 12 der Kunststoff und das zweite Material 13 das Metall sein. Das erste Material 12 ist zwischen dem zweiten Material 13, z.B. durch einen Sandwichverbund, angeordnet, so dass das zweite Material 13 sowohl die Innenfläche 10 und als auch die Außenfläche 11 bildet. Der Verbindungsabschnitt 9 ist ebenfalls aus dem zweiten Material 13 gebildet und schließt sich unmittelbar an die beiden Anlageabschnitte 8a, b an, insbesondere an die beiden Innenflächen 10, an. Beispielsweise sind die beiden Innenflächen 10 sowie der Verbindungsabschnitt 9 einteilig, z.B. aus einem Kunststoffspritzguss oder einem umgeformten Blechformteil, gefertigt.
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5b zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung das Einlegelement 4 als eine zweite alternative Ausgestaltung der Erfindung. Die Außenfläche 11 der beiden Anlageabschnitte 8a, b ist, beispielsweise über die gesamte Fläche, konkav ausgebildet. Zum Beispiel wirkt das Einlegelement 4, insbesondere die beiden Anlageabschnitte 8a, b, durch die konkave Außenfläche federnd, so dass z.B. bei Erreichen des ersten oder des zweiten Endanschlags der Aufprall abgefedert wird. Alternativ oder optional ergänzend kann z.B. auch die Innenfläche 10 der beiden Anlageabschnitte 8a, b konkav ausgebildet sein.
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6 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung den Innenrotor 3, aus 1, und das Einlegelement 4 in einer ersten alternativen Ausführungsform. Das Einlegelement 4 ist in der Kulisse 7 angeordnet, wobei der erste Anlageabschnitt 8a mit seiner Außenfläche 11 an der ersten Kontaktfläche 7a und der zweite Anlageabschnitt 8b mit seiner Außenfläche 11 an der zweiten Kontaktfläche 7b anliegt. Beispielsweise ist das Einlegelement 4 in die Kulisse 7 eingepresst, eingeklebt etc. Bei einer Verdrehung des Innenrotors 3, wie in 4 gezeigt, kontaktiert die Anschlagkontur 6 bei Erreichen des Endanschlags entweder die Innenfläche 10 des ersten oder des zweiten Anlageabschnitts 8a, b. Beispielsweise ist das Einlegelement 4 einstückig, z.B. durch Kunststoffspritzguss oder als ein Blechformteil, gefertigt. Alternativ kann das Einlegelement aber auch gemäß den 5a oder 5b ausgebildet sein.
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7a zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung das Einlegelement 4 in einer zweiten alternativen Ausführungsform. Das Einlegelement 4 weist einen weiteren Verbindungsabschnitt 14 auf. Der weitere Verbindungsabschnitt 14 ist parallel zu dem Verbindungsabschnitt 9 angeordnet und verbindet ebenfalls die beiden Anlageabschnitte 8a, b an der gegenüberliegenden Seite. Die beiden Verbindungsabschnitte 9, 14 sind weisen z.B. eine identische und/oder symmetrische Form auf. Das Einlegelement 4 weist somit einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Die Innenkontur des Einlegelements 4 entspricht der Außenkontur der Anschlagkontur 6, so dass das Einlegelement 4 z.B. passgenau an der Anschlagkontur 6 anordbar ist. Beispielsweise ist das Einlegelement 4 aus einem elastischen Kunststoff, z.B. Gummi etc., oder einem federelastischen Metall gebildet. Alternativ oder optional ergänzend ist das Einlegelement 4, insbesondere die beiden Anlageabschnitte 8a, b, durch den Mehrkomponentenverbund gefertigt oder weist die konkaven Innen- und/oder Außenflächen 10, 11 auf.
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7b zeigt das Einlegelement 4, aus 7a, in einem montierten Zustand mit dem Außenrotor 2. Das Einlegelement 4 ist an der Anschlagkontur 6 angeordnet, so dass die beiden Anlageabschnitte 8a, b und die beiden Verbindungsabschnitte 9, 14 die Anschlagkontur 6 vollständig umgreifen. Beispielsweise ist das Einlegelement 4 formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder reibschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Anschlagkontur 6 verbunden. Beispielsweise ist das Einlegelement 4 als eine Art Überzieher ausgebildet, so dass das Einlegelement 4 auf die Anschlagkontur 6 übergezogen bzw. aufgesteckt werden kann.
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Die beiden Anlageabschnitte 8a, b liegen in Umlaufrichtung in Bezug auf die Hauptachse H an den beiden Anschlagflächen 6a, b und die beiden Verbindungsabschnitte 9, 14 in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H an der Anschlagkontur 6 an.
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8 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung einen Ausschnitt der Verstellgetriebevorrichtung 1. Die Verstellgetriebevorrichtung 1 ist getriebetechnisch seriell zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle angeordnet.
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Die Verstellgetriebevorrichtung 1 weist einen Antrieb 15 auf, welcher als der Außenrotor 2 ausgebildet ist, sowie einen Abtrieb 16, welcher als eine Welle ausgebildet ist, die mit einem Hohlrad 17 drehfest gekoppelt ist. Der Antrieb 15 ist mit der Kurbelwelle getriebetechnisch verbunden, der Abtrieb 16 ist mit der Nockenwelle getriebetechnisch verbunden oder wird durch die Nockenwelle gebildet. Beispielsweise kann die Nockenwelle koaxial zu dem Abtrieb 16 angeordnet sein.
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Die Verstellgetriebevorrichtung 1 weist ein Wellgetriebe 18 auf, um eine Relativverdrehung zwischen Antrieb 15 und Abtrieb 16 zu erzeugen, um die Phasenlage zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle zu ändern. Das Wellgetriebe 18 wird durch einen Wellgenerator 19, das Hohlrad 17 und eine Stirnradeinrichtung 20 gebildet ist. Das Wellgetriebe wird auch als Harmonicdrive bezeichnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstellgetriebevorrichtung
- 2
- Außenrotor
- 3
- Innenrotor
- 4
- Einlegelement
- 5
- Innenrotoraufnahme
- 6
- Anschlagkontur
- 6a
- erste Anschlagfläche
- 6b
- zweite Anschlagfläche
- 7
- Kulisse
- 7a
- erste Kontaktfläche
- 7b
- zweite Kontaktfläche
- 8a
- erster Anlageabschnitt
- 8b
- zweiter Anlageabschnitt
- 9
- Verbindungsabschnitt
- 10
- Innenfläche
- 11
- Außenfläche
- 12
- erstes Material
- 13
- zweites Material
- 14
- weiterer Verbindungsabschnitt
- 15
- Antrieb
- 16
- Abtrieb
- 17
- Hohlrad
- 18
- Wellgetriebe
- 19
- Wellgenerator
- 20
- Stirnradeinrichtung
- H
- Hauptachse
- R1
- erste Drehrichtung
- R2
- zweite Drehrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011004069 A1 [0003]