-
Die Erfindung betrifft einen eine Kühlvorrichtung umfassenden elektrischen Nockenwellenversteller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Ein derartiger elektrischer Nockenwellenversteller ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 014 865 A1 bekannt. Dieser bekannte Nockenwellenversteller arbeitet mit einem Scheibenläufermotor, welcher einen Deckel aufweist, an dem sich Kühlrippen befinden. Wärmesensitive Bauteile des Nockenwellenverstellers sind entweder direkt an dem Deckel angebracht oder über Wärmeleitpfade mit dem Deckel verbunden. Zusätzlich oder alternativ zu Kühlrippen des Deckels kann vorgesehen sein, den Deckel mittels eines ventilatorähnlichen Bauteils mit Luft zu beschaufeln. Weiterhin wird die Verwendung von Wärmeleitpasten vorgeschlagen.
-
Eine weitere Bauform eines elektrischen Nockenwellenverstellers ist in der
DE 10 2013 216 182 A1 offenbart. Dieser Nockenwellenversteller arbeitet beispielsweise mit einem Planetengetriebe oder einem Wellgetriebe als Stellgetriebe. Im Stellgetriebe kann eine Wärmeleitbrücke durch einen Metallring hergestellt sein, bei welchem es sich um ein nicht rotierendes Teil handelt.
-
Aus der
DE 198 29 049 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller bekannt, welcher Kühlrippen aufweist. Die Kühlrippen haben die Funktion, die Wärmeübertragung von einem Arbeitsöl über einen inneren Rotor zu einer Sychronriemenscheibe zu erleichtern.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Nockenwellenversteller mit einer Kühlvorrichtung gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei ein besonders robuster sowie montagefreundlicher Aufbau gegeben sein soll.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen elektrischen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der elektrische Nockenwellenversteller weist in prinzipiell bekanntem Grundaufbau ein als Dreiwellengetriebe ausgebildetes Stellgetriebe auf, bei welchem es sich insbesondere um ein Wellgetriebe handeln kann. Eine der drei Wellen des Stellgetriebes liegt als Gehäuseanordnung vor, welche als Ganzes rotierbar ist. Der Begriff „Gehäuseanordnung“ impliziert nicht zwangsläufig, dass es sich hierbei um ein geschlossenes Gehäuse handelt. Die Gehäuseanordnung des Stellgetriebes ist typischerweise mittels eines Umschlingungsgetriebes, alternativ über ein Zahnradgetriebe, von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors antreibbar. Zur Betätigung des Stellgetriebes, das heißt zur Realisierung der Verstellfunktion, ist ein Elektromotor vorgesehen, dessen Motorwelle mit der zweiten Welle des Dreiwellengetriebes gekoppelt oder identisch ist. Bei der dritten Welle des Dreiwellengetriebes handelt es sich um die ausgangsseitige Welle, welche mit der zu verstellenden Welle, das heißt Nockenwelle, drehfest verbunden oder identisch ist. Als Kühlvorrichtung des elektrischen Nockenwellenverstellers fungiert erfindungsgemäß mindestens ein durch die Gehäuseanordnung gebildetes Luftkühlungselement.
-
Mit dem Luftkühlungselement wird auf einfachste Weise die Eigenschaft der Gehäuseanordnung als rotierende Komponente des Stellgetriebes ausgenutzt. Eine Ergänzung durch ein zusätzliches Ventilatorelement ist nicht erforderlich. Ebenso ist in bevorzugter Ausgestaltung keine Flüssigkeitskühlung vorhanden.
-
Als Luftkühlungselement des Nockenwellenverstellers ist beispielsweise eine Gehäuseschale verwendbar. Zusätzlich oder alternativ können Kühlflächen an einem Deckelelement, einem Ketten- oder Riemenrad, oder an sonstigen Teilen des Stellgetriebes, des Elektromotors oder einer das Stellgetriebe mit dem Elektromotor verbindenden Kupplung platziert sein, solange es sich um Flächen an Teilen handelt, die mit dem Gehäuse des Stellgetriebes rotieren. Dank der Rotation der Gehäuseanordnung ist eine ständige Luftverwirbelung gegeben, die die Kühlwirkung begünstigt.
-
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Luftkühlungselement um ein zumindest näherungsweise rotationssymmetrisches Teil mit radialen Vor- und Rücksprüngen, welche als rotierende Kühlrippen zu verstehen sind. Im Bereich der Rücksprünge des Luftkühlungselementes können Befestigungskonturen vorgesehen sein, welche zur Verbindung des Luftkühlungselementes mit einem weiteren Element oder mehreren weiteren Elementen des Stellgetriebes nutzbar sind.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung fungiert das Luftkühlungselement als Gleitlagerteil, in welchem ein weiteres Teil des Stellgetriebes, insbesondere ein innenverzahntes Hohlrad, das fest mit der zu verstellenden Nockenwelle verbunden ist, gelagert ist. Die durch das Luftkühlungselement bereitgestellte Gleitlagerfläche kann sich hierbei über den vollen Umfang des im Wesentlichen rotationssymmetrischen Luftkühlungselementes erstrecken oder lediglich in Form einzelner Gleitlagersegmente vorliegen. Insgesamt weist das als Luftkühlungselement ausgebildete Element des Stellgetriebes vorzugsweise eine Topfform auf.
-
Zur Herstellung des Luftkühlungselementes sind beispielsweise umformende Verfahren nutzbar. Kühlrippen des Luftkühlungselementes können in vorteilhafter Weise zur Materialaufnahme beim Umformen des genannten Elementes genutzt werden. Ebenso sind spanabhebende Verfahren zur Herstellung des Luftkühlungselementes geeignet. Derartige Verfahren können auch ergänzend zu umformenden Verfahren eingesetzt werden. Ferner sind urformende Verfahren wie Sintern, Gießen und Spritzen als geeignete Verfahren zur Herstellung des Luftkühlungselementes zu nennen. Auch diese Verfahren sind mit anderen an sich bekannten Bearbeitungsverfahren wie Fräsen oder Schleifen kombinierbar. Vorzugsweise ist das Luftkühlungselement als einstückiges Metallteil, insbesondere Blechteil, ausgebildet.
-
Das als Luftkühlungselement ausgebildete Element des Nockenwellenverstellers ist auf einfache Weise praktisch ohne zusätzlichen Raumbedarf in eine herkömmliche Getriebekonstruktion einfügbar. Das Stellgetriebe, bei welchem es sich alternativ zu einem Wellgetriebe beispielsweise auch um ein Planetengetriebe oder ein Taumelscheibengetriebe handeln kann, ist in jedem Fall als Untersetzungsgetriebe ausgelegt.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 einen elektrischen Nockenwellenversteller in einer Schnittdarstellung,
- 2 und 3 ein als Luftkühlungselement gestaltetes Getriebeelement des Nockenwellenverstellers in perspektivischen Ansichten.
-
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter elektrischer Nockenwellenversteller umfasst ein Stellgetriebe 2, nämlich Wellgetriebe, sowie einen Elektromotor 3, nämlich bürstenlosen Gleichstrommotor, wobei sich das Stellgetriebe 2 vollständig und der Elektromotor 3 teilweise in einem Umgebungsgehäuse 4 befindet. Ein Steckergehäuse 5, welches dem Elektromotor 3 zuzurechnen ist, befindet sich vollständig außerhalb des Umgebungsgehäuses 4.
-
Bei dem Stellgetriebe 2 handelt es sich um ein Dreiwellengetriebe, wobei eine insgesamt mit 6 bezeichnete Gehäuseanordnung des Stellgetriebes 2 als eine der drei Wellen fungiert. Eine weitere Welle des Stellgetriebes 2 ist durch die mit 7 bezeichnete Motorwelle des Elektromotors 3 gebildet, welche zusammen mit einer Ausgleichskupplung 8 eine Verbindung zu einem Wellgenerator 9 des Stellgetriebes 2 herstellt.
-
Ausgangsseitig weist das Stellgetriebe 2 ein Hohlrad 10 auf, welches mit Hilfe einer Zentralschraube 11 fest mit der zu verstellenden Welle 12, das heißt Nockenwelle, verbunden ist. Die Nockenwelle 12 ist unter anderem mit Hilfe eines in 1 erkennbaren Wälzlagers 13, nämlich Kugellagers, das in das Umgebungsgehäuse 4 eingesetzt ist, drehbar gelagert.
-
Die Gehäuseanordnung 6 umfasst ein Riemenrad 14, welches mit Hilfe eines in 1 andeutungsweise dargestellten Riemens 15 in an sich bekannter Weise von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angetrieben wird und mit halber Kurbelwellendrehzahl rotiert.
-
Mit dem Riemenrad 14 sind mit Hilfe von Schrauben 16 eine Gehäuseschale 17 sowie ein weiteres Gehäuseteil 18 verbunden. Die Gehäuseschale 17, welche in den 2 und 3 isoliert dargestellt ist, hat eine Topfform und erstreckt sich, ausgehend von einer Nabe 19 des Riemenrads 14, zu derjenigen Stirnseite des Stellgetriebes 2 hin, welche der Nockenwelle 12 zugewandt ist. Dagegen erstreckt sich das Gehäuseteil 18, ebenfalls ausgehend von der Nabe 19, mit einer zylindrischen Form in Richtung zum Elektromotor 3. Zwischen das rotierende Gehäuseteil 18 und das mit 20 bezeichnete Motorgehäuse des Elektromotors 3 ist eine Dichtung 21 eingesetzt. Eine zwischen die Gehäuseschale 17 und das Umgebungsgehäuse 4 eingesetzte Dichtung ist mit 22 bezeichnet und dem Wälzlager 13 benachbart.
-
Angrenzend an den mit 23 bezeichneten Boden der Gehäuseschale 17 befindet sich eine Anschlagscheibe 24, welche den Verdrehwinkel zwischen dem Hohlrad 10 und der Nockenwelle 12 einerseits und der Gehäuseschale 17 andererseits, das heißt den Verstellbereich des Nockenwellenverstellers 1, begrenzt. Die Phasenrelation zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle 12 bleibt unverändert, solange die elektrisch angetriebene Welle 7 mit der Drehzahl der Gehäuseanordnung 6 rotiert. In diesem Fall rotiert auch ein mit 25 bezeichneter Innenring des Wellgenerators 9 mit derselben Drehzahl, das heißt mit Nockenwellendrehzahl. Der Innenring 25 weist eine nicht kreisrunde, elliptische Außenumfangsfläche auf, welche als Wälzkörperlaufbahn für Kugeln fungiert. Ein zugehöriger Außenring 26 ist im Gegensatz zum Innenring 25 nachgiebig gestaltet und passt sich permanent dessen unrunder Form an. Auf diese Weise wird eine Außenverzahnung eines Flexrings 27, allgemein als nachgiebiges Getriebeelement bezeichnet, partiell in Eingriff mit Innenverzahnungen des Hohlrades 10 sowie eines weiteren innenverzahnten Getriebeelementes 28 gebracht. Durch unterschiedliche Zähnezahlen der Verzahnungen der verschiedenen Getriebeelemente 10, 27, 28 wird in grundsätzlich bekannter Weise dafür gesorgt, dass eine volle Umdrehung des Innenrings 25 in eine geringfügige Verdrehung des Hohlrades 10 gegenüber dem Getriebeelement 28 umgesetzt wird, wobei das Getriebeelement 28 fest mit der Gehäuseanordnung 6 verbunden ist.
-
Unabhängig davon, ob die Nockenwelle 12 verstellt wird, oder eine Betriebsphase des Verbrennungsmotors vorliegt, in welcher die Phasenrelation zwischen der Nockenwelle 12 und der Kurbelwelle unverändert bleibt, befindet sich die Gehäuseschale 17 in Rotation. Die Gehäuseschale 17 stellt zusätzlich ein Luftkühlungselement und ein Gleitlagerteil des Stellgetriebes 2 dar. Zur Luftkühlungsfunktion tragen insbesondere Vorsprünge 29 und Rücksprünge 30 bei, welche unmittelbar durch einen insgesamt im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt der Gehäuseschale 17 gebildet sind und die Funktion von Kühlrippen übernehmen. Ein mit 31 bezeichneter Anschlussstutzen der Gehäuseschale 17 dient der Verbindung der Gehäuseschale 17 mit der Nockenwelle 12 und kontaktiert die Dichtung 22.
-
Innerhalb eines radial nach außen weisenden Flansches 32 der Gehäuseschale 17 sind Anschlussöffnungen 33 - allgemein als Befestigungskonturen bezeichnet - erkennbar, durch welche jeweils eine Schraube 16 gesteckt ist. In Umfangsrichtung der Gehäuseschale 17 betrachtet, liegen die Anschlussöffnungen 33 jeweils im Bereich eines Rücksprungs 30.
-
Am Innenumfang der Gehäuseschale 17 zeichnen sich, wie insbesondere aus 3 hervorgeht, die Rücksprünge 30 ab, wobei durch jeden Rücksprung 30 eine Gleitlagerfläche 34 gebildet ist, welche das Hohlrad 10 kontaktiert. Insgesamt ist damit zwischen der Gehäuseschale 17, welche auch als Luftkühlungselement fungiert, und dem Hohlrad 10 eine segmentierte Gleitlagerung gegeben.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Stellgetriebe
- 3
- Elektromotor
- 4
- Umgebungsgehäuse
- 5
- Steckergehäuse
- 6
- Gehäuseanordnung
- 7
- Motorwelle
- 8
- Ausgleichskupplung
- 9
- Wellgenerator
- 10
- Hohlrad
- 11
- Zentralschraube
- 12
- Nockenwelle
- 13
- Wälzlager
- 14
- Riemenrad
- 15
- Riemen
- 16
- Schraube
- 17
- Gehäuseschale, Luftkühlungselement
- 18
- Gehäuseteil
- 19
- Nabe
- 20
- Motorgehäuse
- 21
- Dichtung
- 22
- Dichtung
- 23
- Boden
- 24
- Anschlagscheibe
- 25
- Innenring
- 26
- Außenring
- 27
- Flexring
- 28
- Getriebeelement
- 29
- Vorsprung
- 30
- Rücksprung
- 31
- Anschlussstutzen
- 32
- Flansch
- 33
- Anschlussöffnung
- 34
- Gleitlagerfläche
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004014865 A1 [0002]
- DE 102013216182 A1 [0003]
- DE 19829049 A1 [0004]
