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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Aus
DE 10 2004 062 037 A1 ist ein Nockenwellenversteller zum Verstellen der relativen Drehwinkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit einem elektrischen Stellaggregat und einem Verstellgetriebe bekannt, das an den Motorölkreislauf angeschlossen ist und ein über Dichtelemente abgedichtetes Gehäuse aufweist. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung die erforderliche Vielzahl der Dichtstellen und aufwendige Anordnung der Dichtelemente aus.
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Beispielsweise ist weiterhin aus
DE 10 2015 112 032 A1 ein Spannungswellengetriebe mit einem Hohlrad bekannt, dessen Innenverzahnung mit der Außenverzahnung eines Flexplines in Eingriff steht. Dabei ist das Hohlrad in ein Getriebegehäuse eingepresst und dadurch relativ zum Getriebegehäuse drehfest gehalten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller der vorgenannten Art hinsichtlich der Abdichtung seines Getriebes zu vereinfachen und kostengünstig zu gestalten.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Es wird ein Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Getriebe, einem dieses zumindest abschnittsweise umfassenden Gehäuse und einem mit diesem drehfest verbundenen Antriebsrad vorgeschlagen, wobei durch einen Stellantrieb mit einem Elektromotor und einer Kupplung ein Verstellmoment auf das Getriebe übertragbar ist. Erfindungsgemäß ist am Nockenwellenversteller zumindest ein Dichtkragen zur Abdichtung des Getriebes vorgesehen, so dass am Antriebsrad des Nockenwellenverstellers ein Antrieb mit einem trocken laufenden Zahnriemen ermöglicht wird. Zugleich ist ein Antriebsmoment vom Antriebsrad über das Gehäuse direkt auf das Getriebe übertragbar. Vorzugsweise ist das Getriebe durch insgesamt zwei Dichtkragen am Nockenwellenversteller für zwei Radialwellendichtringe abgedichtet. Dabei ist nockenwellenseitig am Gehäuse ein erster Dichtkragen mit einem ersten Radialwellendichtring vorgesehen, während ein zweiter Dichtkragen stellantriebsseitig an der Frontseite des Nockenwellenverstellers für einen Radialwellendichtring am Elektromotor ausgebildet ist. Auf diese Weise wird durch eine Kombination aus zwei Dichtstellen für Radialwellendichtringe am Nockenwellenversteller eine einfache Abdichtung des ölführenden Raums des Getriebes gegenüber dem Antriebsrad erreicht, wodurch in besonders vorteilhafter Weise ein trocken laufender Riementrieb zum Antrieb des Nockenwellenverstellers einsetzbar ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Die einzige Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine in einer Schnittdarstellung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der beispielhaft dargestellte erfindungsgemäße elektrische Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine weist ein Getriebe 1 mit einem Gehäuse 2 auf. Das Getriebe 1 steht eingangsseitig über eine Kupplung 3 mit einem Elektromotor 4 als Stellantrieb in Antriebsverbindung. Kupplung 3 und Elektromotor 4 sind koaxial zum Getriebe 1 angeordnet. In einem zwischen seinen axialen Enden gelegenen mittleren Abschnitt ist das Gehäuse 2 von einem Antriebsrad 5 radial außen koaxial umfasst und mit diesem drehfest verbunden. Das Antriebsrad 5 ist von einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschiene antreibbar. Es ist als Riemenscheibe für einen angedeuteten Zahnriemen eines nicht weiter dargestellten trocken laufenden Riemenantriebs ausgeführt, der das Antriebsrad mit der Kurbelwelle verbindet und zum Antrieb des Nockenwellenverstellers und einer Nockenwelle 6 der Brennkraftmaschine dient. Stellantriebsseitig ist durch den Elektromotor 4 über die Kupplung 3 ein Verstellmoment in das Getriebe 1 einleitbar und getriebeausgangsseitig auf die Nockenwelle 6 zum Verstellen der relativen Phasenlage dieser gegenüber der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine übertragbar.
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Das Gehäuse 2 bildet an einem antriebsseitigen Ende einen Flansch 7, der über eine angedeutete axiale Schraubenverbindung 8 mit dem Antriebsrad 5 zur Übertragung eines Antriebsmoments verbunden ist. Über das Gehäuse 2 ist ein Drehmoment vom Antriebsrad 5 über das Getriebe 1 auf die Nockenwelle 6 übertragbar.
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Das Gehäuse 2 bildet an seinem nockenwellenseitigen Ende einen ersten Dichtkragen 9, der als Wellenbund das antriebsseitige Ende der Nockenwelle 6 geringfügig radial beabstandet koaxial umschließt. Dabei ist der erste Dichtkragen 9 seinerseits am Außendurchmesser von einem an einer Motorwand 10 der Brennkraftmaschine gebildeten Ringflansch oder einer an dieser gebildeten Buchse koaxial umfasst. Radial zwischen dem Außendurchmesser des ersten Dichtkragens 9 und dem Innendurchmesser des Ringflanschs bzw. der Buchse an der Motorwand 10 ist ein erster Radialwellendichtring 11 zur nockenwellenseitigen bzw. motorseitigen Abdichtung des Gehäuses 2 angeordnet.
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An der Frontseite des Nockenwellenverstellers ist am antriebsseitigen Ende des Gehäuses 2 ein Ringelement 12 angeordnet, das mit einem am Flansch 7 des Gehäuses 2 axial anliegenden Befestigungsflansch 13 über die Schraubenverbindung 8 am Antriebsrad 5 befestigt ist. Das Ringelement 12 bildet einen am antriebsseitigen Ende des Gehäuses 2 axial vorstehenden zweiten Dichtkragen 14, der einen zylindrischen Abschnitt eines Motorgehäuses 15 des Elektromotors 4 radial außen umfasst. Radial zwischen dem Innendurchmesser des zweiten Dichtkragens 14 und dem Außendurchmesser des Motorgehäuses 15 ist ein zweiter Radialwellendichtring 16 zur stellantriebsseitigen Abdichtung des Gehäuses 2 angeordnet. Auf diese Weise ist das Gehäuse 2 und das von diesem umfasste ölführende Getriebe 1 durch zwei Dichtstellen mit zwei Radialwellendichtringen 11, 16 abdichtbar.
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Erster und zweiter Dichtkragen 9, 14 bilden am Außen- bzw. am Innendurchmesser jeweils eine Dichtfläche 18, 19, an der erster bzw. zweiter Radialwellendichtring 11, 16 angelegt sind. Die Dichtflächen 18, 19 sind vorzugsweise durch Umformen, insbesondere durch Ziehen, spanlos hergestellt, wodurch auf kostengünstige Weise eine sehr gute Oberflächengüte erreicht wird. Alternativ können die Dichtflächen 18, 19 durch Schmieden, Sintern oder Schleifen hergestellt werden.
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Das Motorgehäuse 15 des Elektromotors 4 ist an seinem getriebeseitigen Ende stirnseitig nach radial innen eingezogen und bildet radial innen eine zentrale axiale Öffnung an der eine Motorwelle 17 des Elektromotors 4 hindurchgeführt ist. Alternativ kann der zweite Radialwellendichtring auch direkt zwischen einem entsprechend angepasst ausgebildeten zweiten Ringkragen am Ringelement 12 und dem Außendurchmesser der Kupplung 3 oder zwischen ersterem und dem Außendurchmesser der Motorwelle 17 angeordnet werden. Eine weitere Alternative besteht darin, das Motorgehäuse 15 des Elektromotors 4 mit einem Dichtkragen an seinem getriebeseitigen Ende entsprechend zu modifizieren und den zweiten Radialwellendichtring zwischen dem Dichtkragen am Motorgehäuse 15 und dem Außendurchmesser der Kupplung 3 oder zwischen dem Dichtkragen am Motorgehäuse 15 und dem Außendurchmesser der Motorwelle 17 anzuordnen.
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Das Getriebe 1 ist in das antriebsseitige Ende des Gehäuses 2 eingesteckt und eingangsseitig über die Kupplung 3 vom Elektromotor 4 mit einem Verstellmoment antreibbar. Das Getriebe 1 weist einen sogenannten Flexring 20 eines Wellgetriebes bzw. eines sogenannten Harmonic-Drive auf. Der Flexring 20 steht mit einer Außenverzahnung mit einem ersten Abschnitt mit einer Innenverzahnung eines Antriebshohlrads 21 und mit einem zweiten Abschnitt mit einer Innenverzahnung eines Abtriebshohlrads 22 in Eingriff, das über eine Zentralschraube 23 axial am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle 6 befestigt ist.
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Das Antriebshohlrad 21 ist mit dem Außendurchmesser durch spielfreien Formschluss mit dem Innendurchmesser des Gehäuses 2 und dadurch mit dem Antriebsrad 5 drehfest verbunden. Zur drehfesten Verbindung kann das Antriebshohlrad 21 auch mit dem Außendurchmesser am Innendurchmesser des Gehäuses 2 eingepresst sein. Auf diese Weise ist ein Antriebsmoment vom Antriebsrad 5 über die Schraubenverbindung 9 direkt auf das Gehäuse 2 und von diesem direkt auf das Antriebshohlrad 21 und weiter über den Flexring 20 auf das Abtriebshohlrad 22 und über die Klemmverbindung der Zentralschraube 23 auf die Nockenwelle 6 übertragbar.
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Im Bereich der Kupplung 3 ist das Getriebe 1 durch einen koaxial angeordneten Deckel 24 zum Elektromotor 4 hin begrenzt. Der Deckel 24 ist radial mit seinem Außendurchmesser am Innendurchmesser des Ringelements 12 und zugleich axial am Flansch 7 des Gehäuses 2 abgestützt. Der Deckel 24 umfasst mit einer zentralen Öffnung den Außendurchmesser der Kupplung 3 mit radialem Spiel. Ein zwischen Deckel 24, Ringelement 12 und Flansch 7 angeordnetes Dichtelement, hier ein O-Ring dichtet dabei die Schraubenverbindung 8 zusätzlich nach außen ab. Der Deckel 24 sichert an seiner dem Getriebe 1 zugewandten Innenseite den Flexring 20 und den diesen tragenden Außenring des Wellgetriebes gegen axiales Auswandern aus dem Gehäuse 2.
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Zur Verstellung der Nockenwelle 6 wird durch den Elektromotor 4 ein Verstellmoment erzeugt und über ein auf der Motorwelle 17 angeordnetes Antriebselement 25, ein sogenanntes Drive-Element, auf die Kupplung 3 übertragen. Diese treibt einen Innenring des Wellgetriebes direkt an, der am Außenumfang leicht oval ausgebildet ist, auf dem der Außenring mit dem Flexring 20 über in einem Käfig geführte Wälzkörper, hier Kugeln, wälzgelagert ist. Dabei wird das Verstellmoment über die Außenverzahnung des Flexrings 20 am Antriebshohlrad 21 abgestützt. Zugleich wird der Flexring 20 durch die leicht ovale Form des Innenrings in die Innenverzahnung des Abtriebshohlrads 22 gedrückt und bei einer Umdrehung des Innenrings eine Drehwinkelverstellung des Abtriebshohlrads 22 gegenüber dem Antriebshohlrad 21 und damit eine entsprechende Verstellung der Nockenwelle 6 erreicht. Die Baugruppe bestehend aus Innenring, Wälzkörper, Käfig, Außenring und Flexring wird auch als Verstellwelle des Getriebes 1 bezeichnet.
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Die Kupplung 3 weist eine sogenannte Oldham-Kupplungsscheibe auf, die einen Axial- und Radialversatzausgleich zwischen Motorwelle 17 und Getriebe 1 ermöglicht. Die Oldham-Kupplungsscheibe ist mit dem Antriebselement 25 und mit dem Innenring des Wellgetriebes drehfest verbunden. Dabei ist sie durch den Innenring axial fixiert und ist zugleich durch radiales Spiel gegenüber diesem geringfügig beweglich. Sie kann in Kunststoff ausgeführt sein.
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Zur Begrenzung des Verstellbereichs des Abtriebshohlrads 22 ist ein Anschlagring 26 vorgesehen, der mit einem Vorsprung am Innendurchmesser in eine korrespondierende Vertiefung am Außendurchmesser einer Anschlagscheibe 27 eingreift. Anschlagring 26 und Anschlagscheibe 27 sind koaxial zum Abtriebshohlrad 22 an der der Nockenwelle 6 zugewandten Seite desselben angeordnet. Der Anschlagring 26 ist dabei drehfest mit dem Gehäuse 2, beispielsweise durch Einpressen verbunden, während die Anschlagscheibe 27 im Pressverband der Zentralschraube 23 angeordnet ist. Anschlagring 26 und Anschlagscheibe 27 sind mit einem Spiel von ca. 30° relativ zueinander beweglich. An der im Pressverband am Abtriebshohlrad 22 axial anliegenden Seite der Anschlagscheibe 27 ist ein Ölkanal zur Schmiermittelversorgung des Getriebes 1 ausgebildet.
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Das Gehäuse 2 ist in Blech ausgeführt. Denkbar ist auch eine massive Ausführung z.B. in Guss, wobei das Antriebshohlrad 21 bzw. dessen Innenverzahnung und der Anschlagring 26 bzw. dessen Innenverzahnung direkt am Gehäuse 2 ausgebildet werden können, so dass Antriebshohlrad 21 und Anschlagring 26 als separate Bauteile entfallen können.
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Die Nockenwelle 6 ist über ein Radialkugellager direkt am Ringflansch der Motorwand 10 der Brennkraftmaschine abgestützt. Das Radialkugellager und der erste Radialwellendichtring 11 sind auf diese Weise koaxial hintereinander im Ringflansch der Motorwand 10 angeordnet.
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Das Gehäuse 2, das Antriebsrad 5 und den Elektromotor 4 sind radial außen zumindest abschnittsweise von einer von der Motorwand 10 der Brennkraftmaschine im Bereich des Ringflansches ausgehenden Motorabdeckung 28 umfasst. Der auf diese Weise von der Motorabdeckung 28 umschlossene Raum, in dem das Antriebsrad 5 angeordnet ist, ist gegenüber dem ölführenden Getriebe 1 durch das Gehäuse 2 mit den zwei Dichtstellen an den Dichtkragen 9, 14 mit den Radialwellendichtringen 11, 16 abgedichtet.
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Die Motorabdeckung 28 ist an ihrem von der Motorwand der Brennkraftmaschine bzw. vom Ringflansch 10 abgewandten Ende nach radial innen eingezogen und über ein Dichtelement am Außendurchmesser des Motorgehäuses 15 des Elektromotors 4 angeschlossen. Dieser ist mit einem Befestigungsflansch über eine angedeutete Schraubenverbindung an der Motorabdeckung 28 axial befestigt und weist radial außen an der Frontseite einen Elektrostecker zum elektrischen Anschluss auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kupplung
- 4
- Elektromotor
- 5
- Antriebsrad
- 6
- Nockenwelle
- 7
- Flansch
- 8
- Schraubenverbindung
- 9
- Dichtkragen
- 10
- Motorwand
- 11
- Radialwellendichtring
- 12
- Ringelement
- 13
- Befestigungsflansch
- 14
- Dichtkragen
- 15
- Motorgehäuse
- 16
- Radialwellendichtring
- 17
- Motorwelle
- 18
- Dichtfläche
- 19
- Dichtfläche
- 20
- Flexring
- 21
- Antriebshohlrad
- 22
- Abtriebshohlrad
- 23
- Zentralschraube
- 24
- Deckel
- 25
- Antriebselement
- 26
- Anschlagring
- 27
- Anschlagscheibe
- 28
- Motorabdeckung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004062037 A1 [0002]
- DE 102015112032 A1 [0003]
