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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Aktorik zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine und eine Aktorik zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1, 9 bzw. 10 näher definierten Art.
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Beispielsweise befassen sich
US 8 726 858 B2 ,
EP 2 787 196 B1 und
DE 10 2008 060 932 A1 mit der Gestaltung von Verstellvorrichtungen zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine. In den vorgenannten Vorrichtungen müssen zunächst an eine Verstellwelle mehrere Verbindungselemente, ein Getriebe und anschließend ein Elektromotor als Antrieb angebracht werden. Da mehrere Bauteile an der Brennkraftmaschine montiert werden müssen, bedingt dies eine aufwendige Montage der Verstellvorrichtung. Zudem entstehen an den zu montierenden Bauteilen zahlreiche Dichtstellen, insbesondere zwischen dem ölgeschmierten Getriebe und der Umgebung. Dies erhöht die Zahl der Bauteile und die Gefahr einer Leckage. Diese Ausgestaltungen erfordern daher eine große Zahl von Bauteilen und benötigen einen großen Bauraum. Außerdem ist die Anbindung der Verstellvorrichtung, insbesondere des Getriebes, an die Verstellwelle aufwendig ausgestaltet, wodurch Herstellung und Montage aufwendig und kostenintensiv sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Aktorik der vorgenannten Art hinsichtlich ihres Aufbaues und ihrer Montage zu vereinfachen und kostengünstig zu gestalten.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale der Patentansprüche 9 oder 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es wird eine Aktorik mit einer Stellwelle zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine mit einem elektrischen Antrieb und einem Getriebe zur Übersetzung und Übertragung einer vom elektrischen Antrieb erzeugten Drehbewegung vorgeschlagen. Hierbei ist zur Verbindung eines Abtriebsrads des Getriebes mit der Stellwelle eine koaxial angeordnete Scheibe vorgesehen, die zumindest eine axiale Stufe aufweist, mit der die Scheibe zur Vormontage und Transportsicherung in eine zentrale Durchgangsöffnung des Abtriebsrads verpresst eingreift. Auf diese Weise wird durch eine einfache Pressverbindung der Scheibe mit dem Abtriebsrad eine einfache Vormontage der Scheibe und eine gleichzeitige Transport- bzw. Verliersicherung derselben am Abtriebsrad ohne zusätzliche Bauteile in einem Arbeitsschritt erreicht. Hierdurch werden die Anbindung und die Montage an der Stellwelle vereinfacht, wodurch zusätzliche Bauteile und Arbeitsschritte vermieden werden. Zur Montage kann die Scheibe mit der Stufe in die Durchgangsöffnung des Abtriebsrads einfach eingepresst bzw. das Abtriebsrad mit der Durchgangsöffnung an der Stufe einfach aufgepresst werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an der Scheibe eine ringförmige Stufe ausgebildet, die ringförmig in die Durchgangsöffnung des Abtriebsrads eingreift. Hierbei bildet vorzugsweise die Stufe mit dem Innendurchmesser der Durchgangsöffnung eine Presspassung, die besonders einfach herstellbar ist. Die Verbindung zwischen Abtriebsrad und Scheibe ist auf diese Weise in einem Arbeitsschritt montierbar.
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Vorzugsweise ist die Durchgangsöffnung am Abtriebsrad durch Stanzen hergestellt, wobei der Passungsdurchmesser an der Durchgangsöffnung mit dem Stanzen in einem Herstellungsschritt angebracht werden kann.
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Die Stufe ist an der Scheibe durch Drehen einfach herstellbar.
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Es ist von Vorteil, wenn die Scheibe eine zentrale Bohrung aufweist, in die die Stellwelle zur Befestigung aufgenommen ist. In besonders vorteilhafter Weise ist in die Bohrung ein an einem Wellenabsatz der Stellwelle eingezogenes freies Ende derselben aufgenommen. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Wellenabsatz, das Abtriebsrad und die Scheibe koaxial hintereinander angeordnet und über eine mit dem stirnseitigen Ende der Stellwelle axial verbundene Zentralschraube axial verspannt sind, wobei die Scheibe und das Abtriebsrad einen Pressverband mit der Stellwelle zur drehfesten Verbindung bilden.
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Bevorzugt ist die Stufe an der Scheibe derart ausgebildet, dass sie gegenüber dem von der Scheibe abgewandten Ende der Durchgangsöffnung geringfügig zurückgesetzt angeordnet ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Abtriebsrads an einem topfförmigen abtriebsseitigen Abschnitt nach radial innen eingezogen und bildet dort die zentrale Durchgangsöffnung. Hierbei ist das Abtriebsrad topfförmig insbesondere durch Tiefziehen besonders einfach herstellbar.
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Bevorzugt greift dabei das Abtriebsrads an einem antriebsseitigen Abschnitt mit einer Außenverzahnung in ein feststehendes Hohlrad mit einer Innenverzahnung des Getriebes ein und ist am Innendurchmesser von einem zentralen Antriebselement des Getriebes antreibbar.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Abtriebsrad im Bereich seiner Außenverzahnung elastisch verformbar ausgebildet und am Innendurchmesser von einem zentralen Antriebselement des Getriebes mit einer elliptischen Außenkontur antreibbar. Das Antriebselement greift dabei am Innendurchmesser des Abtriebsrads an. Da dieses im Bereich seiner Verzahnung elastisch verformbar ausgeführt ist, gelangt das Abtriebsrad mit seiner Außenverzahnung nur abschnittsweise in Eingriff mit der Innenverzahnung des Hohlrads. Das Getriebe ist auf diese Weise mit flexiblem Verzahnungseingriff, insbesondere als sogenanntes Wellgetriebe, ausgeführt, wobei das zentrale Antriebselement als sogenannter Wellgenerator und das Abtriebsrad als sogenannter Flexring dienen. Das Abtriebsrad bildet dabei ein hochübersetzendes elastisches Übertragungselement, das bauraumsparend einerseits direkt mit dem Antriebselement und andererseits mit dem Hohlrad zusammenwirkt und die an einer Antriebswelle des elektrischen Antriebs erzeugte Drehbewegung als Stellbewegung auf die Stellwelle überträgt. Das Wellgetriebe zeichnet sich durch eine hohe Übersetzung und Steifigkeit sowie geringen Bauraum aus. Das Abtriebsrad ist topfförmig in Blech, insbesondere durch Tiefziehen, besonders einfach herstellbar. Das Antriebselement greift am Innendurchmesser des Abtriebsrads an. Je nach Einsatz- und Betriebsbedingungen kann das zentrale Antriebselement als Wellgenerator über eine Wälzlagerung mit einem elastischen Laufring oder direkt am Flexring angreifen, wobei durch letztere Ausgestaltung der radiale Bauraum weiter verringert wird.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch eine Aktorik zur Verstellung einer Stellwelle zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine oder durch eine Aktorik zur Verstellung einer Nockenwelle zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine gelöst, wobei die Aktorik einen elektrischen Antrieb und ein Getriebe zur Übersetzung und Übertragung einer vom elektrischen Antrieb erzeugten Drehbewegung aufweist. Erfindungsgemäß ist zur Verbindung eines Abtriebsrads des Getriebes mit der Stellwelle eine Scheibe vorgesehen ist, die eine zentrale Bohrung aufweist, in die ein an einem Wellenabsatz eingezogenes freies Ende der Stellwelle aufgenommen ist und der Wellenabsatz, das Abtriebsrad und die Scheibe koaxial hintereinander angeordnet und über eine mit dem stirnseitigen Ende der Stellwelle axial verbundene Zentralschraube verspannt sind, wobei die Scheibe und das Abtriebsrad einen Pressverband mit der Stellwelle zur drehfesten Verbindung bilden. Auf diese Weise wird eine einfach aufgebaute und bauraumsparende drehfeste und zugleich spielfreie Anbindung des Abtriebsrads an die Stellwelle über eine Zentralschraube erreicht, die einfach zu montieren ist. Hierbei ist die erfindungsgemäße Aktorik neben einer Verwendung zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine auch zur Verstellung einer Nockenwelle zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine verwendbar.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin durch eine Aktorik zur Verstellung einer Stellwelle zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine oder durch eine Aktorik zur Verstellung einer Nockenwelle zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine gelöst, wobei die Aktorik einen elektrischen Antrieb und ein Getriebe zur Übersetzung und Übertragung einer vom elektrischen Antrieb erzeugten Drehbewegung aufweist. Erfindungsgemäß ist zur Verbindung eines Abtriebsrads des Getriebes mit der Stellwelle eine koaxial angeordnete Scheibe vorgesehen, die zumindest eine axiale Stufe aufweist, mit der die Scheibe zur Vormontage und Transportsicherung in eine zentrale Durchgangsöffnung des Abtriebsrads verpresst eingreift. Hierbei ist die erfindungsgemäße Aktorik neben einer Verwendung zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine auch zur Verstellung einer Nockenwelle zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine verwendbar.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Aktorik zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine,
- 2 eine geschnittene Darstellung einer Scheibe und eines Abtriebsrads der Aktorik,
- 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus 2,
- 4 eine perspektivische Einzelansicht der Scheibe.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist beispielhaft eine erfindungsgemäße Aktorik zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Aktorik weist einen nicht dargestellten elektrischen Antrieb und ein Getriebe 1 zur Übersetzung einer vom elektrischen Antrieb erzeugten Antriebsbewegung und Übertragung dieser auf eine Stellwelle 2 auf. Die Stellwelle 2 ist insbesondere als Kontroll- oder Exzenterwelle zur Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine ausgeführt. Das Getriebe 1 weist ein Abtriebsrad 3 mit einer Scheibe 4 auf, wobei Abtriebsrad 3 und Scheibe 4 koaxial zur Stellwelle 2 angeordnet sind. Abtriebsrad 3 und Scheibe 4 umfassen die Stellwelle 2 an einem durch einen Wellenabsatz 9 eingezogenen Endabschnitt konzentrisch. Dabei ist die Scheibe 4 über eine Zentralschraube 5 mit der Stellwelle 2 axial verbunden. Das Abtriebsrad 3 ist in Blech ausgeführt an einem abtriebsseitigen Abschnitt topförmig nach radial innen eingezogen und bildet dort eine zentrale kreisrunde Durchgangsöffnung 6, an der die Stellwelle 2 hindurchgeführt ist.
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Die Scheibe 4 ist an ihrer abtriebsseitigen axialen Seite mit einer einteilig an dieser und korrespondierend zur Durchgangsöffnung 6 ausgebildeten ringförmigen axialen Stufe 7 ausgeführt und greift mit dieser am Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 6 ringförmig verpresst ein (2 und 3). Hierzu kann das Abtriebsrad 3 mit der Durchgangsöffnung 5 auf die ringförmige Stufe 7 der Scheibe 4 einfach aufgepresst bzw. die Scheibe 4 mit der ringförmigen Stufe 7 in die Durchgangsöffnung 6 einfach eingepresst werden. Dabei bildet die ringförmige Stufe 7 am Außendurchmesser mit dem Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 6 des Abtriebsrads 3 eine Presspassung. Auf diese Weise können Abtriebsrads 3 und Scheibe 4 vormontiert und bis zum Verschrauben an der Stellwelle 2 transport- und verliergesichert miteinander verbunden werden.
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Die Stufe 7 steht abtriebsseitig an der axialen Seite der Scheibe 4 koaxial zur zentralen Durchgangsöffnung 6 des Abtriebsrads 3 ringförmig vor. (4). Die Scheibe 4 weist eine zentrale Bohrung 8 auf, an der die ringförmige Stufe 7 an der Scheibe abtriebsseitig hohlzylindrisch vorsteht. Sie schließt dabei mit ihrem Innendurchmesser bündig am Innendurchmesser der Bohrung 8 an. Radial außen bildet die Stufe 7 eine mit der Durchgangsöffnung 6 korrespondierende ringförmige radiale Anlagefläche zur Anlage am Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 6. An der Stufe 7 liegt das Abtriebsrad 3 mit dem Innendurchmesser seiner zentralen Durchgangsöffnung 6 ringförmig radial an (2 und 3). In die Bohrung 8 der Scheibe 4 ist die Stellwelle 2 mit einem an einem Wellenabsatz 9 eingezogenen freien Ende zur Befestigung aufgenommen (1). Dabei liegt das Abtriebsrad 3 im Bereich der Durchgangsöffnung 6 mit der Außenseite seines eingezogenen abtriebsseitigen Abschnitts einerseits am Wellenabsatz 9 der Stellwelle 2 und andererseits an der Scheibe 4 axial an. Radial innen ist das Abtriebsrad 3 mit dem Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 6 auf der in diese eingreifende Stufe 7 der Scheibe 4 radial abgestützt. Im Bereich der Durchgangsöffnung 6 kann das Abtriebsrad 3 zur Erhöhung der Festigkeit mit vergrößerter Wandstärke ausgeführt sein.
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Die Scheibe 4 ist über die Zentralschraube 5 mit dem stirnseitigen Ende der Stellwelle 2 axial verbunden. Die Zentralschraube 5 ist in eine zentrale Gewindebohrung an der Stellwelle 2 eingeschraubt. Hierbei sind Wellenabsatz 9, Abtriebsrad 3 und Scheibe 4 koaxial hintereinander angeordnet (1). Die Scheibe 4 liegt einerseits am Kopf der Zentralschraube 5 und andererseits am Abtriebsrad 3 und dieses am Wellenabsatz 9 der Stellwelle 2 axial an. Dabei ist die in die Durchgangsöffnung 6 axial eingreifende Stufe 7 gegenüber dem von der Scheibe 4 abgewandten Ende der Durchgangsöffnung 6 geringfügig zurückversetzt angeordnet. Hierbei sind die Scheibe 4, das Abtriebsrad 3 und die die Stellwelle 2 bzw. der Wellenabsatz 9 durch die Zentralschraube 5 miteinander axial verspannt und bilden einen Pressverband, durch den das Abtriebsrad 3 und die Scheibe 4 mit der Stellwelle 2 zur Übertragung eines Drehmoments drehfest verbunden sind.
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Das Abtriebsrad 3 ist an einem antriebsseitigen Abschnitt mit einer Außenverzahnung 10 ausgebildet und greift in ein feststehendes Hohlrad 11 des Getriebes 1 mit einer Innenverzahnung ein. Am Innendurchmesser ist das Abtriebsrad 3 von einem zentralen Antriebselement 12 des Getriebes 1 antreibbar.
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Das Abtriebsrad 3 ist als flexibles Verzahnungselement im Bereich seiner Außenverzahnung 10 elastisch verformbar ausgeführt. Das zentrale Antriebselement 12 weist eine elliptische Außenkontur auf, mit der es über ein Wälzlager mit flexiblem bzw. elastischem Laufring am Innendurchmesser des Abtriebsrads 3 angreift. Das Getriebe 1 bildet so ein Wellgetriebe mit dem zentralen Antriebselement 12 als sogenannten Wellgenerator und mit dem Abtriebsrad 3 als sogenannten Flexring. Das zentrale Antriebselement 12 verformt durch seine elliptische Außenkontur das Abtriebsrad 3. Dadurch gelangen im Bereich der großen Ellipsenachse die Außenverzahnung 10 des Abtriebsrads 3 und die Innenverzahnung des Hohlrads 11 nur abschnittsweise in Eingriff. Durch die unterschiedliche Zähnezahl von Flexring und Hohlrad 11 wird eine Übersetzung generiert. Das Abtriebsrad 3 bildet auf diese Weise ein hochübersetzendes elastisch verformbares Übertragungselement, das einerseits am Innendurchmesser durch das zentrale Antriebselement 12 antreibbar und andererseits mit seiner Außenverzahnung 10 in die Innenverzahnung des Hohlrads 11 eingreift und dabei die vom elektrischen Antrieb, beispielsweise einem Elektromotor, an einer nicht dargestellten Antriebswelle erzeugte Drehbewegung als Stellbewegung direkt auf die Stellwelle 2 überträgt. Die Antriebswelle greift entlang der angedeuteten Zentralachse 13 in das Getriebe 1 ein. Auf dieser ist das zentrale Antriebselement 12 über eine nicht dargestellte Kupplung angeordnet. Das zentrale Antriebselement 12 ist drehbar und konzentrisch mit der Außenverzahnung 10 des Abtriebsrads 3 und dem abtriebsseitigen Hohlrad 11 angeordnet. Stellwelle 2, Getriebe 1 und elektrischer Antrieb sind auf diese Weise koaxial angeordnet.
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Zur axialen Lagerung des zentralen Antriebselements 12 somit des Wellgenerators ist ein koaxial angeordneter Ring 14 vorgesehen. Dieser ist abtriebsseitig topfförmig nach radial innen eingezogen und an der Scheibe 4 axial und radial gelagert. Hierzu ist die Scheibe 4 abtriebsseitig mit einem am Außendurchmesser radial außen abstehenden Flansch 15 aufgeweitet. Dabei ist der Ring 14 mit seinem topfförmig eingezogenen abtriebsseitigen Abschnitt axial am Flansch 15 und radial auf dem Außendurchmesser der Scheibe 4 abgestützt (1).
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Das Hohlrad 11 bildet zugleich das Gehäuse des Getriebes 1 und weist am Außendurchmesser einen ringförmig nach radial außen abstehenden Befestigungsflansch 16 mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten axialen Befestigungsöffnungen 17 auf. Der Befestigungsflansch 16 ist an einer korrespondierenden Befestigungsfläche an der nicht dargestellten Brennkraftmaschine anlegbar und über eine Schraubenverbindung befestigbar ist. Auf diese Weise ist die Aktorik am Getriebe 1 mit dem Befestigungsflansch 16 des Hohlrads 11 in einem Montageschritt an der Brennkraftmaschine befestigbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 2
- Stellwelle
- 3
- Abtriebsrad
- 4
- Scheibe
- 5
- Zentralschraube
- 6
- Durchgangsöffnung
- 7
- Stufe
- 8
- Bohrung
- 9
- Wellenabsatz
- 10
- Außenverzahnung
- 11
- Hohlrad
- 12
- Antriebselement
- 13
- Zentralachse
- 14
- Ring
- 15
- Flansch
- 16
- Befestigungsflansch
- 17
- Befestigungsöffnung
