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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Nockenwellenversteller zur variablen Einstellung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Ein derartiger Nockenwellenversteller ist aus
DE 10 2004 041 751 A1 bekannt. Dort steht eine von einem Stellaggregat angetriebene Stellwelle unter Zwischenschaltung einer Kupplung mit einem Verstellgetriebe in Antriebsverbindung. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der Umstand aus, dass die Kupplung aus zwei Kupplungshälften aufwendig aufgebaut ist und mit einer Kupplungshälfte über insbesondere ein elastisches Element an einer Verstellgetriebewelle befestigt werden muss, wodurch zudem der radiale Bauraum vergrößert wird. Ein gattungsgemäßes Wellgetriebe für einen Nockenwellenversteller geht aus
DE 10 2008 053 913 A1 hervor.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller der vorgenannten Art hinsichtlich seines Aufbaues zu vereinfachen, bauraumsparend zu gestalten und für die Anwendung in einem Trockenriemenantrieb gegenüber der Umgebung abzudichten.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es wird ein elektrischer Nockenwellenversteller zur variablen Einstellung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit einem elektrischen Antrieb und einem durch diesen über eine Kupplung antreibbaren Getriebe vorgeschlagen. Dabei ist vorgesehen, die Kupplung als Dichtglocke auszubilden, die das Getriebe mit einer zum elektrischen Antrieb hin geschlossenen Form abdeckt und am Außenmantel einen Dichtring trägt und an einem zentralen Befestigungsabschnitt mit einer Antriebswelle des elektrischen Antriebs drehfest verbunden ist. Auf diese Weise wird eine einfach aufgebaute, bauraum- und gewichtsparende Kupplung mit integrierter Dichtfunktion erreicht, die eine stellantriebsseitige Abdichtung des Nockenwellenverstellers gegenüber der Umgebung für die Anwendung in einem Trockenriemenantrieb ermöglicht.
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Der Befestigungsabschnitt wird gemäß der ersten erfindungsgemäßen Ausbildungsform nach Anspruch 1 durch eine zum Getriebe hin geschlossene napfförmige Einbuchtung an der Dichtglocke gebildet, in die das freie Ende der Antriebswelle drehfest verbunden aufgenommen ist. Die Einbuchtung ist, insbesondere in Blech, beispielsweise durch Ziehen, einfach herstellbar.
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Die Dichtglocke kann zur besonders einfachen antriebsseitigen drehfesten Verbindung mit der zentralen Einbuchtung auf die Antriebswelle aufgepresst werden. Hierdurch wird zugleich eine axiale Fixierung der Kupplung erreicht. Alternativ ist auch eine andere drehfeste Verbindung insbesondere durch Formschluss möglich.
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Vorzugsweise bildet die Dichtglocke einen axial vorstehenden zylindrischen Dichtkragen mit einer radialen Dichtfläche, an der der Dichtring angreift.
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Der Dichtring kann in besonders vorteilhafter Weise als Radialwellendichtring ausgeführt sein, der einen Radial- und Axialversatzausgleich ermöglicht.
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In einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist die Dichtglocke topfförmig mit einem planen axialen Deckelabschnitt zur Abdeckung des Getriebes ausgeführt, der radial außen vom zylindrischen Dichtkragen topfförmig begrenzt ist.
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In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 2 bildet die Dichtglocke getriebeseitig vorzugsweise ein an dieser fingerartig axial vorstehendes Eingriffselement, beispielsweise einen axial vorstehenden Fortsatz, zur Übertragung eines Verstellmoments auf das Getriebe. Auf diese Weise wird eine besonders einfach aufgebaute sogenannte Einfinger-Kupplung erreicht. Denkbar ist auch, an der Dichtglocke getriebeseitig mehrere fingerartig axial vorstehende Eingriffselemente zur Übertragung eines Verstellmoments auf das Getriebe vorzusehen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Eingriffselement einteilig mit der Dichtglocke ausgebildet. Dadurch wird eine besonders einfache bauraum- und gewichtssparende einteilig aufgebaute Kupplung ermöglicht.
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Das Eingriffselement ist vorzugsweise am freien axialen Ende des Dichtkragens als axial vorstehender Kupplungsfinger ausgebildet.
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Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn das Eingriffselement direkt ohne Zwischenelemente in ein Getriebeeingangselement, vorzugsweise einen Innenring des Getriebes drehfest eingreift. Bevorzugt ist dabei am Getriebeeingangselement eine korrespondierende Ausnehmung vorgesehen, in die das Eingriffselement eingreift. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kupplung ermöglicht sowohl eine stellantriebsseitige als auch getriebeseitige direkte Anbindung zur Übertragung eines Verstellmoments ohne Zwischen -oder Übertragungselemente.
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Bevorzugt ist dabei ein Radial- und Winkelversatzausgleich zwischen elektrischem Antrieb, Getriebe und Nockenwelle möglich. Hierzu kann die Ausnehmung beispielsweise als radiales Langloch oder als Radialnut ausgeführt sein.
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In besonders vorteilhafter Weise wird das Getriebeeingangselement durch einen Innenring eines Wellgetriebes bzw. eines sogenannten Harmonic-Drive gebildet. Auf diese Weise ist durch das Eingriffselement ein Verstellmoment von der Kupplung ohne Zwischenelemente direkt auf den Innenring des Wellgetriebes übertragbar.
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Die Dichtglocke ist in besonders einfach und kostengünstig aus Blech durch Umformen, spanlos vorzugsweise durch Ziehen hergestellt.
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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 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen elektrischen Nockenwellenverstellers zur variablen Einstellung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine,
- 2 und 3 Einzelansichten einer Kupplung des elektrischen Nockenwellenverstellers.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der in 1 beispielhaft dargestellte erfindungsgemäße elektrische Nockenwellenversteller zur variablen Einstellung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine weist ein Getriebe 1 und ein dieses radial außen umfassendes Gehäuse 2 auf. Das Getriebe 1 steht eingangsseitig über eine Kupplung 3 mit einem Elektromotor als elektrischer Antrieb 4 in Antriebsverbindung. Kupplung 3 und elektrischer Antrieb 4 sind koaxial zum Getriebe 1 angeordnet. Das Getriebe 1 und das Gehäuse 2 sind radial außen von einem mit letzterem drehfest verbundenen Antriebsrad 5 koaxial umfasst, das als Riemenrad mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über einen ebenfalls nicht dargestellten trockenlaufenden Riementriebs antreibbar verbunden ist und zum Antrieb des Nockenwellenverstellers und einer Nockenwelle 6 der Brennkraftmaschine dient.
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Durch den elektrischen Antrieb 4 ist als Stellantrieb 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 übertragbar, wodurch die Steuerzeiten der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine variabel einstellbar sind. Das Getriebe 1 bildet auf diese Weise ein Verstellgetriebe. Ein nockenwellenseitig angeordnetes Abtriebshohlrad 7 des Getriebes 1 ist über eine axiale Klemmverbindung mit einer Zentralschraube 8 mit der Nockenwelle 6 drehfest verbunden.
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Die Kupplung 3 ist topfförmig als einteilig ausgeführte Dichtglocke ausgebildet, die eine das schmierölführende Getriebe 1 an der offenen axialen Seite des Gehäuses 2 mit einer zum elektrischen Antrieb 4 hin geschlossenen Form abdeckt. Sie bildet radial außen an einem nach axial innen zum Getriebe 1 hin vorstehenden zylindrischen Mantelabschnitt einen Dichtkragen 9 mit einer radialen Dichtfläche 10 am Außendurchmesser, an der ein erster Radialwellendichtring 11 aufliegt. Ein axialer Deckelabschnitt 12 der Dichtglocke dient zur axialen Abdeckung des Getriebes 1 und ist radial außen durch den Dichtkragen 9 begrenz und weist radial innen einen zentralen Befestigungsabschnitt 13 auf. Ein radial zwischen dieser und dem Dichtkragen 9 gelegener Teil des Deckelabschnitts 12 ist plan ausgeführt. Der Befestigungsabschnitt 13 wird durch eine zentrale nach axial innen gerichtete napfförmige Einbuchtung gebildet, die eine zum Getriebe 1 hin geschlossene Form bildet. In die napfförmige Einbuchtung ist ein freies Ende einer Antriebswelle 14 des elektrischen Antriebs 4, hier eine Motorwelle eines Elektromotors, drehfest aufgenommen. Die Kupplung 3 ist als Dichtglocke mit der napfförmigen Einbuchtung auf das Ende der Antriebswelle 14 aufgepresst und bildet mit diesem einen Pressverband.
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Der des Dichtkragen 9 weist radial außen an seinem axial inneren Ende ein fingerartig axial vorstehendes Eingriffselement 15 auf, das als axialer Fortsatz einteilig mit dem Dichtkragen 9 ausgeführt ist. Das Eingriffselement 15 bildet auf diese Weise einen Kupplungsfinger, der axial in eine korrespondierende Ausnehmung 16 an einem koaxial angeordneten Innenring 17 des Getriebes 1 drehfest eingreift. Die Ausnehmung 16 wird hier durch ein sich in radialer Richtung erstreckendes Langloch gebildet. Denkbar ist auch eine Ausführung als Radialnut. Durch die radiale Erstreckung der Ausnehmung 16 und wird ein Radialversatzausgleich und ein Winkelversatzausgleich zwischen elektrischem Antrieb 4, Getriebe 1 und der Nockenwelle 6 ermöglicht. Die Kupplung 3 bildet auf diese Weise eine sogenannte Einfinger-Kupplung, die ein vom elektrischen Antrieb 4 erzeugtes Verstellmoment von der Antriebswelle 14 als Antriebselement auf den Innenring 17 des Getriebes 1 überträgt und zugleich dieses stellantriebsseitig als Dichtglocke abdichtet.
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Zur Montage wird das Getriebe 1 in das Gehäuse 2 stellantriebsseitig eingesteckt und mit dem Abtriebshohlrad 7 durch eine Klemmverbindung mit der Zentralschraube 8 an die Nockenwelle 6 drehfest angebunden. Bei der anschließenden Montage des elektrischen Antriebs 4 bzw. des Elektromotors wird die Kupplung 3 bzw. Dichtglocke auf die Antriebswelle 14 aufgepresst und in den Radialwellendichtring 11 eingefügt.
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In besonders vorteilhafter Weise ist ein stellantriebsseitig koaxial zur Kupplung 3 angeordneter vorzugsweise aus Blech hergestellter Frontdeckel 18 vorgesehen, der radial außen gehäusefest angeordnet ist und radial innen einen zylindrischen Dichtkragen 19 aufweist, der die Kupplung 3 bzw. den Dichtkragen 9 radial umfasst. Der Frontdeckel 18 bildet am Innendurchmesser des Dichtkragens 19 eine radiale Dichtfläche 20, an der der Radialwellendichtring 11 mit dem Außendurchmesser angelegt ist. Mit einer nicht dargestellten statischen Dichtung, beispielsweise einem O-Ring, kann der Frontdeckel 18 gegenüber dem Gehäuse 2 abgedichtet werden. Auf diese Weise ist der Nockenwellenversteller und das Getriebe 1 stellantriebsseitig über die Dichtglocke der Kupplung 3, den Radialwellendichtring 11, den Frontdeckel 18 am Gehäuse 2 nach außen abgedichtet.
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Die Kupplung 3 ist als Dichtglocke gewichtssparend aus Blech durch Umformen einfach und kostengünstig hergestellt. Sie kann daher in einer massenträgheitsneutralen Form ausgelegt werden und ist vorzugsweise durch Umformen, insbesondere durch Ziehen, spanlos hergestellt, wodurch auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine sehr gute Oberflächengüte für die Dichtflächen erreicht wird.
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Am Frontdeckel 18 ist im Bereich der Kupplung 3 eine zentrale Öffnung 21 vorgesehen, an der das Eingriffselement 15 zum Eingriff am Innenring 17 hindurchgeführt ist. Dieser ist Teil eines sogenannten Wellgetriebes bzw. sogenannten Harmonic-Drives, das radial außen einen sogenannten Flexring 22 aufweist. Der Flexring 22 ist hier als sogenannte Kragenhülse mit einem Befestigungskragen gehäusefest angeordnet und im Bereich einer Außenverzahnung flexibel ausgebildet steht an dieser mit einer Innenverzahnung des Abtriebshohlrads 7 in Eingriff. Auf diese Weise ist ein Antriebsmoment vom Antriebsrad 5 auf das Gehäuse 2 und den mit diesem drehfest verbundenen Flexring 22 auf das Abtriebshohlrad 7 und über die Klemmverbindung der Zentralschraube 8 auf die Nockenwelle 6 übertragbar.
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Zur Verstellung der Nockenwelle 6 wird durch den elektrischen Antrieb 4 ein Verstellmoment erzeugt und über die Motorwelle 14 auf die mit dieser drehfest verbundene Dichtglocke der Kupplung 3 und durch das einteilig mit der Dichtglocke getriebeseitig ausgebildete Eingriffselement 15 direkt auf den Innenring 17 bzw. den Wellgenerator des Wellgetriebes übertragen. Die Kupplung 3 bildet auf diese Weise eine sogenannte Einfinger-Kupplung.
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Der Innenring 17 ist als Wellgenerator am Außenumfang leicht oval ausgebildet, auf dem über in einem Käfig geführte Wälzkörper, hier Kugeln, ein Außenring wälzgelagert ist, der den Flexring 22 trägt. Der Außenring ist dabei an seiner axialen Außenseite durch den Frontdeckel 18 axial gesichert. Das vom elektrischen Antrieb 4 über die Kupplung 3 übertragene Verstellmoment wird über die Außenverzahnung des Flexrings 22 am Gehäuse 2 abgestützt. Zugleich wird der Flexring 22 durch die leicht ovale Form des Innenrings 17 in die Innenverzahnung des Abtriebshohlrads 7 gedrückt und bei einer Umdrehung des Innenrings 17 eine Drehwinkelverstellung des Abtriebshohlrads 7 gegenüber dem Antriebsrad 5 und damit eine entsprechende Verstellung der Nockenwelle 6 erreicht. Die Baugruppe bestehend aus Innenring 17, Wälzkörper, Käfig, Außenring und Flexring 22 wird auch als Verstellwelle des Getriebes 1 bezeichnet.
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Das Gehäuse 2 bildet an seinem nockenwellenseitigen Ende einen zylindrischen Dichtkragen 23, der das antriebsseitige Ende der Nockenwelle 6 geringfügig radial beabstandet koaxial umschließt. Dabei ist der Dichtkragen 23 seinerseits am Außendurchmesser von einem an einer Motorwand der Brennkraftmaschine gebildeten Ringflansch oder einer an dieser gebildeten Buchse koaxial umfasst. Radial zwischen dem Außendurchmesser des Dichtkragens 23 und dem Innendurchmesser des Ringflanschs bzw. der Buchse an der Motorwand ist ein zweiter Radialwellendichtring 24 zur nockenwellenseitigen bzw. motorseitigen Abdichtung des Gehäuses 2 angeordnet.
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Auf diese Weise ist der Nockenwellenversteller am Gehäuse 2 und das von diesem umfasste ölführende Getriebe 1 durch drei Dichtstellen abgedichtet, nämlich stellantriebsseitig durch einen ersten Radialwellendichtring 11 und die Dichtglocke der Kupplung 3, nockenwellenseitig mit einem zweiten Radialwellendichtring 24 und gehäuseseitig über die nicht dargestellte statische Dichtung am Frontdeckel 18. Dadurch ist das Antriebsrad 5 mit dem trockenlaufenden Riemenantrieb in einem vom ölführenden Getriebe 1 getrennten trockenen Bereich angeordnet.
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Im Pressverband von Gehäuse 2 und Flexring 22 ist ein Axiallager- bzw. Anschlagring 25 gehäusefest angeordnet, der das Abtriebshohlrad 7 in seiner Axiallage begrenzt und zugleich radial innen einen Anschlag für das Abtriebshohlrad 7 zur Begrenzung der Verstellbereichs des Nockenwellenverstellers bildet.
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Elektrischer Antrieb 4, Getriebe 1, Gehäuse 2, Antriebsrad 5, Abtriebshohlrad 7 und Axiallager- bzw. Anschlagring 25 sind koaxial zu einer Mittelachse 26 angeordnet.
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An der Frontseite des Nockenwellenverstellers ist der den elektrischen Antrieb 4 bildende Elektromotor angeordnet, der radial außen einen Elektrostecker als elektrischen Anschluss bildet.
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2 und 3 zeigen jeweils in einer Einzelansicht die als einteilige Dichtglocke ausgeführte Kupplung 3. Diese ist mit einem planen axialen Deckelabschnitt ausgeführt, der radial außen vom zylindrischen Dichtkragen 9 topfförmig begrenzt ist, der am Außendurchmesser die radiale Dichtfläche 10 bildet. Radial innen ist der zentrale Befestigungsabschnitt 13 als napfförmige Einbuchtung zur Aufnahme der Antriebswelle 14 ausgebildet. Der radial zwischen dieser und dem Dichtkragen 9 gelegener Teil des Deckelabschnitts 12 ist plan ausgeführt
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Am getriebeseitigen freien axialen Ende des Dichtkragens 9 ist das Eingriffselement 15 als Kupplungsfinger zum Eingriff am Getriebe 1 axial vorstehend einteilig angeschlossen. Der zentrale Befestigungsabschnitt 13 erstreckt sich als Einbuchtung zur axialen Innenseite der Kupplung 3 hin, die in Einbaulage dem Getriebe 1 zugewandt ist. Sie bildet auf diese Weise eine zum Getriebe hin einseitig geschlossene Zylinderform, die in montiertem Zustand der Kupplung 3 das freie Ende der Antriebswelle 14 drehfest umschließt und zum Getriebe 1 öldicht abschließt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kupplung
- 4
- elektrischer Antrieb
- 5
- Antriebsrad
- 6
- Nockenwelle
- 7
- Abtriebshohlrad
- 8
- Zentralschraube
- 9
- Dichtkragen
- 10
- Dichtfläche
- 11
- Dichtring
- 12
- Deckelabschnitt
- 13
- Befestigungsabschnitt
- 14
- Antriebswelle
- 15
- Eingriffselement
- 16
- Ausnehmung
- 17
- Innenring
- 18
- Frontdeckel
- 19
- Dichtkragen
- 20
- Dichtfläche
- 21
- Öffnung
- 22
- Flexring
- 23
- Dichtkragen
- 24
- Dichtring
- 25
- Axiallager- bzw. Anschlagring
- 26
- Mittelachse
