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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Aktorik zur variablen Einstellung der Kompression in einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Aus
DE 10 2009 000 772 A1 ist eine Einstellvorrichtung zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit variabler Verdichtung bekannt. Die Einstellvorrichtung weist eine Exzenterwelle auf, wobei die wirksame Pleuellänge der Hubkolbenbrennkraftmaschine durch Verdrehen der Exzenterwelle veränderbar ist. Problematisch ist die Übertragung der Drehbewegung vom Antrieb der Einstellvorrichtung durch einen Linearmotor mit einer Zahnstange auf die Exzenterwelle. Hierzu ist eine aufwendige drehfeste Anordnung eines Zahnrads auf der Exzenterwelle erforderlich.
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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 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 den Zeichnungen.
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Es wird eine Aktorik zur variablen Einstellung der Kompression in einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Aktorik weist eine antreibbaren Verstellwelle zur Übertragung einer Stellbewegung auf. Erfindungsgemäß ist an einem antriebsseitigen Ende der Verstellwelle ein Außengewinde vorgesehen, an dem eine Befestigungsmutter mit einem Innengewinde aufgeschraubt ist, die in einem Klemmverband mit der Verstellwelle zumindest ein Antriebselement zur Übertragung eines Drehmoments drehfest an der Verstellwelle anbindet. Auf diese Weise wird eine einfach aufgebaute und montierbare drehfeste Anbindung des Antriebselements an die Verstellwelle erreicht. Zusätzliche Befestigungselemente, wie beispielsweise eine Zentralschraube und eine Unterlegscheibe, können vermieden werden.
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Bevorzugt liegt dabei die Befestigungsmutter mit einem axialen Ende stirnseitig unmittelbar am Antriebselement plan an. Vorzugsweise ist sie dabei am anderen freien axialen Ende mit einem Gewindeabschnitt auf die Verstellwelle aufgeschraubt.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Befestigungsmutter am Innendurchmesser einen Passungsbereich bildet mit dem sie zentriert auf dem Außendurchmesser der Verstellwelle abgestützt ist. Hierdurch kann insbesondere ein notwendiges Spiel am Gewindeabschnitt zwischen Befestigungsmutter und Verstellwelle ausgeglichen werden.
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Eine besonders einfache Ausgestaltung der Erfindung wird erreicht, wenn die Befestigungsmutter am Innendurchmesser einen eingezogenen Gewindeabschnitt mit dem Innengewinde bildet, mit dem sie auf das Außengewinde eines am antriebsseitigen Ende der Verstellwelle abgesetzten Wellenzapfens aufgeschraubt ist.
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Die Befestigungsmutter ist mit dem abgesetzten Gewindeabschnitt vorzugsweise durch einen geringfügigen axialen Luftspalt beabstandet zur Verstellwelle angeordnet ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die gesamte Vorspannkraft aus der Klemmverbindung zur Befestigung des Antriebselements an der Verstellwelle aufgebracht wird.
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Es ist auch vorteilhaft, wenn die Befestigungsmutter am freien axialen Ende eine Mitnahmekontur, zum Beispiel eine Mitnehmerbohrung oder ein Außensechskantprofil, zum Angriff eines Werkzeugs zum Aufschrauben der Befestigungsmutter auf der Verstellwelle bildet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist am Außendurchmesser der Befestigungsmutter ein Abstützelement radial innen abgestützt und bildet dabei radial außen eine Axiallagerfläche, an der zumindest ein Getriebeelement gelagert ist, das zur Übertragung eines Drehmoments auf das Antriebselement dient. Das Abstützelement kann hierbei einfache Weise zur Befestigung direkt auf dem Außendurchmesser der Befestigungsmutter zur Befestigung aufgepresst werden.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Antriebselement als flexibler Zahnring ausgeführt und auf einem sogenannten Wellgenerator eines Wellgetriebes angeordnet ist. Vorzugsweise ist dabei der Wellgenerator am Abstützelement axial gelagert.
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Eine besonders einfache Anordnung sieht vor, das Antriebselement als flexiblen Zahnring auszubilden und mit einem axialen Ende am Wellgenerator überstehend mit einem Abschnitt topfartig nach radial innen eingezogen im Klemmverband der Befestigungsmutter mit der Verstellwelle anzuordnen.
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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 geschnittene Teilansicht einer Aktorik zur variablen Einstellung der Kompression in einer Brennkraftmaschine,
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist beispielhaft eine erfindungsgemäße Aktorik zur variablen Einstellung der Kompression in einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Aktorik weist eine von einem nicht dargestellten elektrischen Stellantrieb über ein Getriebe 1 antreibbare Verstellwelle 2 zur Erzeugung einer Stellbewegung auf. Die Verstellwelle 2 ist an ihrem antreibbaren Ende mit einem Antriebselement 3 des Getriebes 1 drehfest zur Übertragung einer Drehbewegung bzw. -moments verbunden. Das Antriebselement 3 ist als flexibler Zahnring, als sogenannter Flexring, mit einer Außenverzahnung am Außendurchmesser ausgeführt und am Innendurchmesser auf einem sogenannten Wellgenerator 4 eines Wellgetriebes angeordnet. Das Getriebe 1 ist auf diese Weise als Wellgetriebe ausgebildet. Das Antriebselement 3 umfasst radial außen das antriebsseitige Ende der Verstellwelle 2 und ist mit einem am Wellgenerator 4 axial überstehend Ende topfartig nach radial innen eingezogenen Abschnitt 5 in einem axialen Klemmverband mit einer zentralen Befestigungsmutter 6 an der Verstellwelle 2 befestigt. 2 zeigt hierzu einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 im Bereich des antriebsseitigen Endes der Verstellwelle 2. Diese ist am antriebsseitigen Ende mit einen Wellenzapfen 7 abgesetzt. Dieser ist mit einem Außengewinde 8 ausgeführt, an dem die Befestigungsmutter 6 mit einem Innengewinde 9 aufgeschraubt ist. Dabei liegen die Befestigungsmutter 6 und das Antriebselement 3 jeweils axial stirnseitig mit einer ringförmigen Klemmfläche 10, 11 plan unmittelbar aneinander an und sind koaxial hintereinander angeordnet. Auf diese Weise ist das Antriebselement 3 im Klemmverband mit der Befestigungsmutter 6 an einem ersten Wellenabsatz 12 der Verstellwelle 2 axial abgestützt und mit dieser drehfest verbunden. Hierbei ist das Antriebselement 3 im Bereich der Klemmfläche 11 mit erhöhter Wandstärke ausgeführt.
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Die Befestigungsmutter 6 bildet einen am Innendurchmesser korrespondierend zum Wellenzapfen 7 nach radial innen abgesetzten Gewindeabschnitt 13 mit dem Innengewinde 9, mit dem dieser am Außengewinde 8 des Wellenzapfen 7 aufgeschraubt ist. Der Gewindeabschnitt 13 ist mit dem am Innendurchmesser gebildeten Absatz durch einen geringfügigen axialen Luftspalt 14 beabstandet zu dem durch den Wellenzapfen 7 gebildeten zweiten Wellenabsatz 15 der Verstellwelle 2 angeordnet. Dadurch wird gewährleistet, dass die Vorspannung des Klemmverbands vollständig im Klemmbereich am ersten Wellenabsatz 12 der Verstellwelle 2 und den Klemmflächen 10, 11 der Befestigungsmutter 6 und des Antriebselements 3 aufgebracht wird.
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Das Antriebselement 3 und die Befestigungsmutter 6 sind jeweils mit dem Innendurchmesser auf dem Außendurchmesser des durch den ersten und zweiten Wellenabsatz 12, 15 axial begrenzten Wellenabschnitts 16 der Verstellwelle 2 abgestützt, der am Außendurchmesser ein Passungsbereich zur Zentrierung der Befestigungsmutter 6 und des Antriebselements 3 bildet. Zugleich ist am Innendurchmesser der Befestigungsmutter 6 ein Passungsbereich 17 vorgesehen mit dem diese auf der Verstellwelle 2 zentriert ist. Dabei wird das Antriebselement 3 im Klemmverband mit der Befestigungsmutter 6 auf der Verstellwelle 2 zentriert.
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Ein Abstützelement 18 ist koaxial zum Antriebselement 3 am Außendurchmesser der Befestigungsmutter 6 mit einer Presspassung aufgepresst. Das Abstützelement 18 ist über die Befestigungsmutter 6 durch den Passungsbereich 17 auf der Verstellwelle 2 zentriert. Es bildet radial außen an seinem dem Wellgenerator 4 zugewandten axialen stirnseitigen Ende eine Axiallagerfläche 19, an der ein Außenring 20 des Wellgenerators 4 axial stirnseitig gelagert ist. An seinem vom Getriebe 1 abgewandten Ende ist Abstützelement 18 topfartig nach radial innen eingezogen und bildet eine zentrale Öffnung mit einem axial vorstehenden Ringkragen 21, mit dem es am Außendurchmesser der Befestigungsmutter 6 radial abgestützt ist. Durch einen am Außendurchmesser der Befestigungsmutter 6 radial abstehenden Ringkragen 22 ist es zugleich axial abgestützt. Radial außen ist das Abstützelement 18 vom Antriebselement 3 beabstandet umfasst. Abstützelement 18 und Antriebselement 3 sind auf diese Weise topfartig ineinandergesteckt bauraumsparend angeordnet.
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Die Befestigungsmutter 6 bildet am freien axialen Ende eine Mitnahmekontur 23, beispielsweise Mitnehmerbohrungen oder ein Außensechskantprofil, zum Angriff eines Werkzeugs zum Aufschrauben der Befestigungsmutter 6 auf dem Wellenzapfen 7 der Verstellwelle 2.
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Der Wellgenerator 4 besteht aus einem Innenring 24, der am Außenumfang leicht unrund oval, insbesondere elliptisch, ausgebildet ist, auf dem über eine Wälzlagerung mit in einem Käfig geführte Wälzkörpern, hier Kugeln, der flexible Außenring 20 angeordnet ist. Dieser bildet am Innenumfang eine Lauffläche für die Wälzkörper. Auf diese Weise wird der Wellgenerator 4 über die Wälzlagerung mit dem Außenring 20 axial am Abstützelement 18 gelagert. Zum Teil wird auch nur der Innenring 24 als Wellgenerator und die übrigen Teile des Wälzlagers und der flexible Zahnring als Wellgetriebe bezeichnet. Der Innenring 24 ist mit einer Innenverzahnung mit einer nicht dargestellten Motorwelle eines Elektromotors des elektrischen Stellantriebs zur Übertragung eines Drehmoments verbindbar.
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Ein vom elektrischen Stellantrieb übertragenes Verstellmoment wird über den Wellgenerator 4 und das Antriebselement 3 auf die Verstellwelle 2 übertragen und diese dadurch verdreht. Dabei wird das Antriebselement 3 mit der Außenverzahnung 25 durch die leicht unrunde ovale, insbesondere elliptische Form des Wellgenerators 4 in eine ortsfeste Innenverzahnung, insbesondere eines gehäusefesten Hohlrads, gedrückt und bei einer Umdrehung des Innenrings 24 des Wellgenerators 4 eine Drehwinkelverstellung gegenüber der ortsfesten Innenverzahnung und damit eine entsprechende Verstellung der Verstellwelle erreicht. Durch die unterschiedliche Zähnezahl zwischen Außenverzahnung 25 und Innenverzahnung wird zugleich eine Übersetzung erreicht. Auf diese Weise ist durch den elektrischen Stellantrieb in das Getriebe 1 ein Verstellmoment einleitbar und getriebeausgangsseitig über das Antriebselement 3 auf die Verstellwelle 2 übertragbar, wodurch die Kompression bzw. das Verdichtungsverhältniss der Brennkraftmaschine variabel einstellbar ist. Das Getriebe 1 bildet auf diese Weise ein Verstellgetriebe. Dabei sind der elektrische Stellantrieb, das Getriebe 1 und die Verstellwelle 2 koaxial zu einer Mittelachse 26 angeordnet, die zugleich die Drehachse bildet.
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Die Verstellwelle 2 ist hier als Exzenterwelle ausgeführt, an der ein Verstellpleuel exzentrisch angreift, über den eine Stellbewegung zur variablen Einstellung der Kompression auf die Brennkraftmaschine übertragbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 2
- Verstellwelle
- 3
- Antriebselement
- 4
- Getriebeelement, Wellgenerator
- 5
- Abschnitt
- 6
- Befestigungsmutter
- 7
- Wellenzapfen
- 8
- Außengewinde
- 9
- Innengewinde
- 10
- Klemmfläche
- 11
- Klemmfläche
- 12
- Wellenabsatz
- 13
- Gewindeabschnitt
- 14
- Luftspalt
- 15
- Wellenabsatz
- 16
- Wellenabschnitt
- 17
- Passungsbereich
- 18
- Abstützelement
- 19
- Axiallagerfläche
- 20
- Außenring
- 21
- Ringkragen
- 22
- Ringkragen
- 23
- Mitnahmekontur
- 24
- Innenring
- 25
- Außenverzahnung
- 26
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009000772 A1 [0002]
