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Die Erfindung betrifft eine Verstellgetriebevorrichtung für eine Welle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit der Verstellgetriebevorrichtung mit dem Merkmal des Anspruchs 10.
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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 Nockenwellenversteller 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.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 025 740 A1 beschreibt eine Verstellvorrichtung für die Drehwinkellage der Nockenwelle einer Hubkolben-Verbrennungsmaschine relativ zur Kurbelwelle. Die Verstellvorrichtung weist ein Verstellgetriebe auf, das als Dreiwellengetriebe mit einer kurbelwellenfesten Antriebswelle, einer nockenwellenfesten Abtriebswelle und einer Verstellwelle ausgebildet ist. Die Verstellwelle ist drehfest mit dem Rotor eines Verstellmotors verbunden. Zum Begrenzen des Verdrehwinkels zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle weist die Verstellvorrichtung Anschläge auf.
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Gattungsgemäße Nockenwellenversteller gehen aus
DE 10 2014 214 125 A1 und
DE 10 2004 009 128 A1 hervor. Für den Fall, dass der Antrieb eines Nockenwellenverstellers ausfällt, kann ein Hilfsantrieb vorgesehen sein, der den Nockenwellenversteller in eine definierte Winkellage verstellt, wo er gegebenenfalls verriegelt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstellgetriebevorrichtung für eine Welle vorzuschlagen, welche kostgünstig in der Herstellung ist und zugleich ein sicheres Betriebsverhalten gewährleistet.
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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 zum Verstellen einer Winkellage und/oder Phasenlage einer Welle geeignet und/oder ausgebildet ist. Insbesondere dient die Verstellgetriebevorrichtung zur Verstellung einer Welle in einem Fahrzeug, im Speziellen in dem Motor des Fahrzeugs. Die Welle ist vorzugsweise als eine Nockenwelle, besonders bevorzugt eine Einlassnockenwelle und/oder eine Auslassnockenwelle, oder als eine Kurbelwelle ausgebildet. Insbesondere wird die Phasenlage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle des Motors durch die Verstellgetriebevorrichtung verstellt. Prinzipiell kann die Verstellgetriebevorrichtung als hydraulische Verstellgetriebevorrichtung ausgebildet sein. Erfindungsgemäß jedoch ist die Verstellgetriebevorrichtung als elektrische Verstellgetriebevorrichtung ausgebildet. Vorzugsweise weist die Verstellgetriebevorrichtung hierzu eine Antriebseinrichtung, besonders bevorzugt einen Elektromotor, auf.
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Die Verstellgetriebevorrichtung weist ein Wellgetriebe auf, wobei das Wellgetriebe eine Stirnradeinrichtung und einen Innenrotor aufweist. Insbesondere hat der Innenrotor die Funktion die Phasenlage der Nockenwelle, vorzugsweise einer Einlassnockenwelle und/oder einer Auslassnockenwelle, oder der Kurbelwelle zu verstellen. Besonders bevorzugt ist der Innenrotor drehfest mit der Welle verbunden.
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Insbesondere ist der Innenrotor getriebetechnisch mit der Antriebseinrichtung verbunden. Im Speziellen wird eine Drehbewegung der Antriebseinrichtung und/oder des Außenrotors auf den Innenrotor bzw. auf die Welle übertragen. Optional ergänzend weist das Wellgetriebe einen Wellgenerator auf. Vorzugsweise weist die Stirnradeinrichtung eine Kragenhülsen-Form oder eine Topf-Form oder eine Ringform auf.
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Die Stirnradeinrichtung weist eine Außenverzahnung und der Innenrotor eine Innenverzahnung auf, wobei die Außenverzahnung und die Innenverzahnung bereichsweise ineinander greifen. Die Stirnradeinrichtung ist insbesondere elastisch ausgebildet, sodass diese insbesondere im regulären Betrieb des Wellgetriebes elliptisch oder zumindest oval verformt werden kann. Die Außenverzahnung und die Innenverzahnung kämmen bereichsweise miteinander. Insbesondere kämmen die Außenverzahnung und die Innenverzahnung ausschließlich in zwei Teilbereichen miteinander, welche um 180 Grad um eine Hauptachse der Verstellgetriebevorrichtung versetzt angeordnet sind. In einer anderen Nomenklatur wird das Wellgetriebe als Harmonic Drive bezeichnet, die Stirnradeinrichtung wird als Flex Spline bezeichnet.
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Über den Wellgenerator, der einen optionalen Teil des Wellgetriebes und/oder der Verstellgetriebevorrichtung bildet, können die Eingriffspositionen zwischen der Außenverzahnung und der Innenverzahnung in Umlaufrichtung verändert werden. Die Anzahl der Zähne der Außenverzahnung und der Innenverzahnung sind unterschiedlich ausgebildet, so dass eine Relativrotation zwischen der Stirnradeinrichtung und dem Innenrotor erzeugt wird. Vorzugsweise ist der Innenrotor als ein Hohlrad, besonders bevorzugt als ein Abtriebshohlrad ausgebildet. Der Innenrotor kann einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein.
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Die Verstellgetriebevorrichtung weist einen Außenrotor auf, wobei der Innenrotor relativ zu dem Außenrotor in Umlaufrichtung verdrehbar ist. Prinzipiell hat der Außenrotor die Funktion eine Drehbewegung auf die Welle zu übertragen. Besonders bevorzugt jedoch hat der Außenrotor die Funktion eine Drehbewegung auf die Nockenwelle zu übertragen, so dass ein Öffnen bzw. Schließen von Ventilen gesteuert wird. Der Außenrotor ist hierzu getriebetechnisch mit der Kurbelwelle verbunden, wobei eine Drehbewegung der Kurbelwelle auf den Außenrotor bzw. auf die Nockenwelle übertragen wird, so dass die Nockenwelle angetrieben wird. 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 ist der Außenrotor mit der Stirnradeinrichtung drehfest oder getriebetechnisch verbunden. Der Außenrotor kann einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein. Der Außenrotor kann einen Antrieb oder einen Abtrieb der Verstellgetriebevorrichtung bilden.
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Der Außenrotor weist eine Innenrotoraufnahme zur Aufnahme des Innenrotors auf, wobei der Innenrotor in der Innenrotoraufnahme drehbar gelagert ist. Vorzugsweise ist der Innenrotor in der Innenrotoraufnahme gleitgelagert angeordnet. Die Innenrotoraufnahme ist beispielsweise als ein Zylindervolumen oder als ein Hohlzylindervolumen ausgebildet. 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. Besonders bevorzugt bilden die Innenrotoraufnahme und der Innenrotor ein Gleitlager.
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Die Innenrotoraufnahme bildet einen ersten und der Innenrotor einen zweiten Gleitlagerpartner eines Gleitlagers. Die Innenrotoraufnahme ist in mindestens einer, vorzugsweise in beiden axialen Richtungen durch den Außenrotor begrenzt. Vorzugsweise stützt sich der Innenrotor in mindestens einer axialen Richtung an dem Außenrotor ab. In radialer Richtung wird der Innenrotor ebenfalls durch den Außenrotor gelagert. Insbesondere wird dadurch eine Kopflagerung umgesetzt. Insbesondere kontaktieren der erste und der zweite Gleitlagerpartner mittelbar oder unmittelbar in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung miteinander. Vorzugsweise ist das Gleitlager trockengeschmiert oder durch ein Schmiermittel geschmiert. Beispielsweise ist das Schmiermittel ein Schmieröl oder ein Schmierfett.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Gleitlager eine richtungsabhängige Reibungsfläche zur Erzeugung einer Vorzugsrichtung für den Innenrotor aufweist, so dass eine Reibung zwischen den Gleitlagerpartnern in einer Drehrichtung größer ist als eine Reibung in einer Gegenrichtung. Die Reibungsfläche hat insbesondere die Funktion, dass bei einem Ausfall der Antriebseinrichtung, mindestens einer der beiden Gleitlagerpartner durch die Reibungsfläche aufgrund der Reibung in einer aktuellen Position gehalten wird oder in eine Endposition überführt wird.
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Im Speziellen wird bei einer Anordnung der Verstellgetriebevorrichtung an der Einlassnockenwelle, im Falle des Ausfalls der Antriebseinrichtung, die Einlassnockenwelle in eine Spätposition überführt und in dieser Position gehalten. Dabei ist insbesondere die Reibung in Richtung der Spätposition geringer als in Gegenrichtung, so dass die Einlassnockenwelle, vorzugsweise der Innenrotor, sich eigenständig in Richtung der Spätposition verstellt und/oder eine Verstellung in Gegenrichtung verhindert wird.
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Alternativ oder optional ergänzend wird bei einer Anordnung der Verstellgetriebevorrichtung an der Auslassnockenwelle, im Falle des Ausfalls der Antriebseinrichtung, die Auslassnockenwelle in eine Frühposition überführt und in dieser Position gehalten. Dabei ist insbesondere die Reibung in Richtung der Frühposition geringer als in Gegenrichtung, so dass die Auslassnockenwelle, vorzugsweise der Innenrotor, sich eigenständig in Richtung der Frühposition verstellt und/oder eine Verstellung in Gegenrichtung verhindert wird.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung die Verstellgetriebevorrichtung eine Fail-Safe-Eigenschaft aufweist, welche einen sicheres Betriebsverhalten bei einem Defekt, Ausfall etc. der Antriebseirichtung ermöglicht. Je nach Anordnung der Reibungsfläche kann die Verstellgetriebevorrichtung für verschiedene Einsatzbereiche z.B. an Auslassnockenwelle, Einlassnockenwelle, Kurbelwelle, etc. eingesetzt werden, wobei eine bevorzugte Verstellrichtung der Welle im Fehlerfall durch die Reibungsfläche definiert wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die besonders einfache Ausgestaltung der Reibungsfläche eine kostgünstige und einfache Herstellung der Verstellgetriebevorrichtung realisierbar ist.
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In einer bevorzugten Anordnung der Erfindung weist der erste und/oder der zweite Gleitlagerpartner die richtungsabhängige Reibungsfläche auf. Insbesondere weist der erste und/oder der zweite Gleitlagerpartner die Reibungsfläche an seiner Oberfläche auf. Vorzugsweise weist der erste und/oder der zweite Gleitlagerpartner die Reibungsfläche in einem Kontaktbereich der beiden Gleitlagerpartner auf. Prinzipiell kann sich die Reibungsfläche in Umlaufrichtung und/oder in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung abschnittsweise und/oder gleichmäßig voneinander beabstandet erstrecken. Besonders bevorzugt jedoch erstreckt sich die Reibungsfläche in Umlaufrichtung und/oder in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung vollständig.
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In einer bevorzugten konkreten Umsetzung ist die Reibungsfläche durch eine Strukturierung der Oberfläche gebildet. Insbesondere wird durch die Strukturierung eine richtungsabhängige Reibung generiert. Vorzugsweise weist die Strukturierung hierzu eine Geometrie auf, welche in nur eine Umlaufrichtung orientiert ist. Besonders bevorzugt ist die Reibungsfläche durch die Anwendung des Leimadophys-Prinzip gebildet. Das Leimadophys-Prinzip, manchmal auch Leimadophis-Prinzip geschrieben, kommt von der so benannten Schlangenart, welche besonders geformte Bauchschuppen zur richtungsabhängigen Reibungsbeeinflussung aufweist. Hierzu kann die Reibungsfläche durch eine geschuppte Oberfläche gebildet werden. Insbesondere weisen die Schuppen eine dreieckige oder eine parabelförmige Form auf. Vorzugsweise wird die Reibungsfläche durch Umformen und/oder durch Trennen gebildet. Im Speziellen wird die Reibungsfläche durch Aufprägen oder Einprägen in die Oberfläche eingebracht.
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In einer alternativen oder optional ergänzenden Ausgestaltung ist die Reibungsfläche durch eine Beschichtung gebildet. Insbesondere wird durch die Beschichtung eine richtungsabhängige Reibung generiert. Vorzugsweise weist die Beschichtung hierzu eine Geometrie auf, welche in nur eine Umlaufrichtung orientiert ist. Besonders bevorzugt ist die Beschichtung durch die Anwendung des Leimadophys-Prinzip gebildet. Im Speziellen weist der erste und/oder der zweite Gleitlagerpartner einen Riblet-Lack auf. Beispielsweise kann der erste Gleitlagerpartner die Strukturierung und der zweite Gleitlagerpartner die Beschichtung aufweisen. Alternativ kann jedoch auch der erste und/oder der zweite Gleitlagerpartner die Beschichtung und die Strukturierung aufweisen.
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In einer konkreten Weiterbildung weist der erste und der zweite Gleitlagerpartner jeweils eine radiale Lagerfläche und/oder mindestens eine axiale Lagerfläche auf, wobei mindestens eine der Lagerflächen des ersten und/oder des zweiten Gleitlagerpartners die Reibungsfläche aufweisen. Die axiale Lagerfläche des ersten und/oder des zweiten Gleitlagerpartners kann beispielsweise als eine Kreisringfläche ausgebildet sein. Die radiale Lagerfläche des ersten und/oder des zweiten Gleitlagerpartners kann beispielsweise als eine Mantelfläche ausgebildet sein.
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Insbesondere ist die radiale Lagerfläche des ersten Gleitlagerpartners durch eine Zylindermantelinnenfläche der Innenrotoraufnahme gebildet. Vorzugsweise ist die mindestens eine axiale Lagerfläche, besonders bevorzugt beide axiale Lagerflächen, des ersten Gleitlagerpartners durch eine Kreisringfläche, welche sich in einer Radialebene erstreckt, bzw. durch eine kreisringförmige Grundfläche der Innenrotoraufnahme gebildet.
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Insbesondere ist die radiale Lagerfläche des zweiten Gleitlagerpartners durch eine Zylindermantelaußenfläche des Innenrotors gebildet. Vorzugsweise ist die mindestens eine axiale Lagerfläche, besonders bevorzugt beide axiale Lagerflächen, des zweiten Gleitlagerpartners durch eine Stirnfläche, welche sich in einer Radialebene erstreckt, des Innenrotors gebildet. Dabei kann vorgesehen werden sein, dass der erste Gleitlagerpartner den zweiten Gleitlagerpartner unmittelbar kontaktiert. Insgesamt bildet der erste Gleitlagerpartner einen Anlauf in der ersten und/oder der zweiten axialen Richtung und/oder in der radialen Richtung für den zweiten Gleitlagerpartner.
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In einer weiteren Konkretisierung weist der Außenrotor eine Axiallagerscheibe und einen Grundkörper auf, wobei die Axiallagerscheibe mit dem Grundkörper drehfest verbunden ist und der Grundkörper die Innenrotoraufnahme aufweist. Insbesondere ist die Axiallagerscheibe ein separates Bauteil, welche insbesondere in der Grobform als eine kreisrunde Ringscheibe ausgebildet ist. Der Grundkörper ist vorzugsweise als ein Zahnradkörper ausgebildet, wobei der Zahnradkörper mindestens eine Koppelverzahnung trägt. Die Außenverzahnung, die Innenverzahnung und/oder die Koppelverzahnung sind beispielsweise als eine Geradverzahnung ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Axiallagerscheibe über ein Verbindungsmittel drehfest mit dem Grundkörper verbunden.
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Die Axiallagerscheibe begrenzt die Innenrotoraufnahme in einer axialen Richtung, wobei die Axiallagerscheibe die mindestens eine axiale Lagerfläche aufweist. Der Innenrotor stützt sich in der axialen Richtung an der axialen Lagerfläche der Axiallagerscheibe und/oder in der anderen axialen Richtung über die axiale Lagerfläche der Innenrotoraufnahme ab. Auch hier kann vorgesehen sein, dass der Innenrotor mit der Axiallagerscheibe und/oder der Innenrotoraufnahme unmittelbar kontaktiert. Im Speziellen bildet die Axiallagerscheibe einen Anlauf für den Innenrotor in der axialen Richtung.
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In einer alternativen oder optional ergänzenden Weiterbildung der Erfindung weist das Gleitlager mindestens ein separates Zwischenelement auf, wobei das Zwischenelement zwischen dem ersten und dem zweiten Gleitlagerpartner angeordnet ist. Insbesondere ist das Zwischenelement eine kreisringförmige Scheibe oder eine zylinderförmige Hülse. Vorzugsweise ist das Zwischenelement zwischen den beiden axialen Lagerflächen des ersten und des zweiten Gleitlagerpartners angeordnet. Im Speziellen ist das Zwischenelement in der axialen Richtung zwischen der axialen Lagerfläche der Axiallagerscheibe und der axialen Lagerfläche des Innenrotors angeordnet. Alternativ oder optional ergänzend ist das Zwischenelement in der anderen axialen Richtung zwischen der axialen Lagerscheibe des Innenrotors und der Innenrotoraufnahme angeordnet. Alternativ oder optional ergänzend ist das Zwischenelement zwischen der radialen Lagerfläche des Innenrotors und der radialen Lagerfläche des Außenrotors angeordnet. Das Zwischenelement ist insbesondere aus Metall, z.B. einem Stahlblech, oder aus Kunststoff gebildet. Vorzugsweise weist das Zwischenelement eine Materialdicke von weniger als 2 mm, Im Speziellen weniger als 1 mm auf.
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Das Zwischenelement weist die richtungsabhängige Reibungsfläche auf. Insbesondere ist die Reibungsfläche in Umlaufrichtung angeordnet. Insbesondere weist das Zwischenelement die Beschichtung und/oder die Strukturierung auf. Es kann vorgesehen sein, dass das Zwischenelement beidseitig, insbesondere im Kontaktbereich, die Reibungsfläche aufweist. Alternativ weist das Zwischenelement nur auf einer Seite die Reibungsfläche auf. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass das Zwischenelement auf einer Seite die Beschichtung und auf der anderen Seite die Strukturierung aufweist.
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In einer Konkretisierung der Erfindung ist das Wellgetriebe als ein Minusgetriebe für eine Auslassnockenwelle ausgebildet, wobei durch die Reibungsfläche ein Anfahren und/oder Halten der Auslassnockenwelle in einer Frühposition erfolgt. Insbesondere zeichnet sich das Minusgetriebe durch eine negative Standardübersetzung aus, wobei die Auslassnockenwelle bzw. der Innenrotor und die Antriebseinrichtung bzw. der Wellgenerator und/oder die Stirnradeinrichtung eine gegensätzliche Drehrichtung aufweisen.
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Bei einem Ausfall der Antriebseinrichtung ist eine eigenständige Verstellung der Auslassnockenwelle in die Frühposition nur dann möglich, wenn das Reibmoment der Antriebseinrichtung größer wäre als das mittlere Reibmoment der Auslassnockenwelle. Durch die Beeinflussung der inneren Reibung in dem Gleitlager über die Reibungsflächen ergibt sich somit durch die Wechselmomente der abtriebsseitigen Welle, z.B. der Nockenwelle, eine eigenständige Verstellung der Auslassnockenelle in die Vorzugsrichtung - bei Ausfall der Antriebseinrichtung - in die Frühposition.
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In einer konkreten Ausgestaltung ist die Verstellgetriebevorrichtung zur Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine oder zur Änderung einer Phasenlage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle ausgebildet. Insbesondere ist die Verstellgetriebevorrichtung als ein Nockenwellenversteller oder als ein Kompressionssteller ausgebildet. Insbesondere dient der Nockenwellenversteller dazu, die Phasenlage der Nockenwelle, vorzugsweise eine Einlass- und/oder eine Auslassnockenwelle, relativ zu der Phasenlage der Kurbelwelle des Fahrzeugs zu verstellen. Insbesondere ist der Nockenwellenversteller ein elektrischer oder ein elektromechanischer Nockenwellenversteller. Insbesondere ist der Nockenwellenversteller ein VCT-System.
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Insbesondere dient der Kompressionssteller dazu ein Verdichtungsverhältnis einer Hubkolbenmaschine zu verändern. Insbesondere ist der Kompressionssteller ein elektrischer oder ein elektromechanischer Kompressionssteller. Insbesondere ist der Kompressionssteller ein VCR-System.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bildet ein Fahrzeug mit der Verstellgetriebevorrichtung wie diese zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
- 1 zeigt in einer Längsschnittdarstellung einen Ausschnitt einer Verstellgetriebevorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 zeigt in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung ein Schaubild der Reibrichtungen 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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Die 1 zeigt in einer Längsschnittdarstellung einen Ausschnitt einer Verstellgetriebevorrichtung 1. Die Verstellgetriebevorrichtungen 1 dient dazu, die Phasenlage einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors relativ zu der Phasenlage einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu verstellen. Die Verstellgetriebevorrichtung 1 ist getriebetechnisch seriell zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle angeordnet.
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Die Verstellgetriebevorrichtung 1 weist jeweils einen Antrieb 2 auf, welcher als ein Außenrotor 3 ausgebildet ist, sowie einen Abtrieb 4, welcher als eine Welle, z.B. eine Einlass- oder eine Auslassnockenwelle, ausgebildet ist, die mit einem Innenrotor 5, z.B. ein Abtriebshohlrad, drehfest gekoppelt ist. Der Innenrotor 5 ist hierbei nur stark vereinfacht angedeutet. Beispielsweise ist der Antrieb 2 ist mit der Kurbelwelle getriebetechnisch verbunden, der Abtrieb 4 ist z.B. mit der Nockenwelle getriebetechnisch verbunden oder wird durch die Nockenwelle gebildet. Beispielsweise kann die Nockenwelle koaxial zu dem Abtrieb 4 angeordnet sein.
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Die Verstellgetriebevorrichtung 1 weist ein Wellgetriebe 6 auf, um eine Relativverdrehung zwischen Antrieb 2 und Abtrieb 4 zu erzeugen, um die Phasenlage zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle zu ändern. Das Wellgetriebe 6 wird durch einen Wellgenerator 7, den Innenrotor 5 und eine Stirnradeinrichtung 8 gebildet ist. Das Wellgetriebe 6 wird auch als Harmonicdrive bezeichnet.
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Der Wellgenerator 7 weist in axialer Draufsicht eine elliptische Form auf und kann durch eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung, z.B. ein Elektromotor, in Rotation versetzt werden. Die Stirnradeinrichtung 8 weist eine Außenverzahnung 9 auf und ist in diesem Bereich als eine elastische und/oder flexible Hülse ausgebildet. Beispielsweise weist die Stirnradeinrichtung 8 eine Kragenhülsenform auf. Der Wellgenerator 7 kontaktiert die Stirnradeinrichtung 8 an der radialen Innenseite.
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Der Innenrotor 5 weist eine Innenverzahnung, nicht dargestellt, auf, welcher in zwei Eingriffsbereichen mit der Außenverzahnung 9 in Eingriff steht. Die Anzahl der Zähne der Außenverzahnung 9 und der Innenverzahnung sind unterschiedlich ausgebildet, sodass ein Ablaufen der Eingriffsbereiche in Umlaufrichtung um eine Hauptachse H der Verstellgetriebevorrichtung 1 zu einer Relativverdrehung zwischen Innenrotor 5 und Stirnradeinrichtung 8 führt.
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Der Außenrotor 3 weist eine Axiallagerscheibe 3a und einen Grundkörper 3b, z.B. ein Kettenrad, auf. Die Axiallagerscheibe 3a ist als eine Ringscheibe ausgebildet. Die Axiallagerscheibe 3a und die Stirnradeinrichtung 8 sind z.B. über eine oder mehrere axial ausgerichtete Schrauben, mit dem Grundkörper 3b drehfest verbunden, sodass die Relativverdrehung zwischen Innenrotor 5 und der Stirnradeinrichtung 8 zu einer Relativverdrehung von Antrieb 2 und Abtrieb 4 führt.
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Der Grundkörper 3b weist eine Innenrotoraufnahme 11 auf, welche eine erste axiale Lagerfläche 11a und eine radiale Lagerfläche 11b aufweist. Der Innenrotor 5 ist damit in der Innenrotoraufnahme 11 drehbar gleitgelagert. Die Axiallagerscheibe 3a begrenzt die Innenrotoraufnahme 11 in einer axialen Richtung und die erste axiale Lagerfläche 11a begrenzt die Innenrotoraufnahme 11 in der anderen axialen Richtung in Bezug auf die Hauptachse H. Die Axiallagerscheibe 3a weist an einem radialinneren Randbereich eine zweite axiale Lagerfläche 11c auf, welche als eine Kreisringfläche ausgebildet ist, die in einer Radialebene zu der Hauptachse H angeordnet ist. Die Innenrotoraufnahme 11 ist durch die beiden axialen Lagerflächen 11a, c sowie die radiale Lagerfläche 11b gebildet. Somit bildet die Innenrotoraufnahme 11 einen ersten Gleitlagerpartner und der Innenrotor 5 einen zweiten Gleitlagerpartner eines Gleitlagers.
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Die Innenrotoraufnahme 11 ist beispielsweise als ein Zylindervolumen oder als ein Hohlzylindervolumen ausgebildet, wobei die beiden axialen Lagerflächen 11a, c als kreisringförmige Grundflächen ausgebildet sind, die in einer Radialebene zu der Hauptachse H angeordnet sind und die radiale Lagerfläche 11b als Zylindermantelinnenfläche ausgebildet ist. In der axialen Richtung zu der Hauptachse H stützt sich Innenrotor 5 unmittelbar gegen die zweite axiale Lagerfläche 11c ab. Beispielsweise kann sich der Innenrotor 5 in der anderen axialen Richtung in Bezug auf die Hauptachse H auch unmittelbar gegen die erste axiale Lagerfläche 11a abstützen und/oder in radialer Richtung gegen die radiale Lagerfläche 11b abstützen.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Axiallagerscheibe 3a auf der zweiten axialen Lagerfläche 11c eine richtungsabhängige Reibungsfläche 12 auf. Der Innenrotor 5 läuft an der zweiten axialen Lagerfläche 11c an, wobei durch die Anordnung der Reibungsfläche 12 eine Vorzugsrichtung für den Innenrotor 5 gebildet wird. In Vorzugsrichtung ist dabei eine Reibung zwischen dem Innenrotor 5 und der Axiallagerscheibe 3a geringer als in eine Gegenrichtung. Bei einem Ausfall der Antriebseinrichtung wird beispielsweise der Innenrotor 5 und somit die Welle in der aktuellen Position gehalten oder wird in eine bestimmte Endposition überführt.
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Die Reibungsfläche 12 ist durch eine dreieckig geschuppte Aufprägung gebildet, wobei die Schuppen in die Vorzugsrichtung orientiert sind. Die Reibungsfläche 12 erstreckt sich beispielsweise in Umlaufrichtung über die gesamte zweite axiale Lagerfläche 11c. Beispielsweise können weitere Reibungsflächen an der radialen Lagerfläche 11b und/oder der ersten axialen Lagerfläche 11a angeordnet sein. Alternativ oder optional ergänzend kann ebenfalls der Innenrotor 5 eine oder mehrere Reibungsflächen aufweisen.
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2 zeigt in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung ein Schaubild der Reibrichtungen der Verstellgetriebevorrichtung 1. Dabei ist die Verstellgetriebevorrichtung 1 als ein Minusgetriebe ausgebildet. Die Verstellgetriebevorrichtung 1 ist auf einer Auslassseite eines Motors angeordnet. Die Verstellgetriebevorrichtung 1, insbesondere der Innenrotor 5, ist mit einer Auslassnockenwelle drehfest verbunden, wobei die Verstellgetriebevorrichtung 1 die Auslassnockenwelle verstellt bzw. antreibt. In einem Betrieb der Verstellgetriebevorrichtung 1 weist die Auslassnockenwelle eine Nockenwellendrehrichtung 13 auf. Bei einem Ausfall der Antriebseinrichtung erfolgt als eine sogenannte Fail-Safe-Funktion eine eigenständige Verstellung der Auslassnockenwelle in eine Verstellrichtung 14, wobei die Auslassnockenwelle hierzu in eine Frühposition verstellt wird. Die eigenständige Verstellung in die Frühposition erfolgt in die Verstellrichtung 14, wobei die Verstellrichtung 14 in Nockenwellendrehrichtung 13 orientiert ist.
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Eine eigenständige Verstellung kann dabei nur dann umgesetzt werden, wenn ein Reibmoment der Antriebseinrichtung größer ist als eine mittlere Reibung der Auslassnockenwelle. Das Reibmoment der Antriebseinrichtung weist dabei eine Antriebsreibrichtung 15 in Nockenwellendrehrichtung 13 auf, wobei die mittlere Reibung der Auslassnockenwelle eine Nockenwellenreibrichtung 16 entgegen der Nockenwellendrehrichtung 13 aufweist. Die Reibungsrichtungen 15, 16 werden dabei durch die Anordnung und Ausrichtung der Reibungsfläche 12 im Gleitlager beeinflusst, so dass sich die Verstellrichtung 14 ergibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstellgetriebevorrichtung
- 2
- Antrieb
- 3
- Außenrotor
- 3a
- Axiallagerscheibe
- 3b
- Grundkörper
- 4
- Abtrieb
- 5
- Innenrotor
- 6
- Wellgetriebe
- 7
- Wellgenerator
- 8
- Stirnradeinrichtung
- 9
- Außenverzahnung
- 10
- leer
- 11
- Innenrotoraufnahme
- 11a
- axiale Lagerfläche
- 11b
- radiale Lagerfläche
- 11c
- axiale Lagerfläche
- 12
- Reibungsfläche
- 13
- Nockenwellendrehrichtung
- 14
- Verstellrichtung
- 15
- Antriebsreibrichtung
- 16
- Nockenwellenreibrichtung
- H
- Hauptachse
