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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Aus
DE 10 2016 216 594 B3 ist ein elektrischer Nockenwellenversteller mit einem Stellgetriebe mit einem An- und einem Abtriebselement bekannt. Das Abtriebselement ist über ein koaxial angeordnetes Hohlrad axial gesichert, das über Schraubenverbindungen mit dem Antriebselement axial verbunden ist. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der aufwendige Aufbau und der erforderliche große axiale Bauraum aus. Bei begrenzt zur Verfügung stehendem Bauraum lässt diese Ausgestaltung die Anordnung zusätzlicher axialen Bauraum beanspruchender Bauteile abtriebs- bzw. nockenwellenseitig am Nockenwellenversteller nicht zu.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Nockenwellenversteller der vorgenannten Art hinsichtlich seines Aufbaus zu vereinfachen und bauraumsparend 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 ein elektrischer Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Der Nockenwellenversteller umfasst ein Antriebsrad das mit einem Drehmoment antreibbar ist und ein Abtriebsrad zur Übertragung eines Drehmoments auf eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine. Hierbei ist das Antriebsrad mit dem Innendurchmesser über eine radiale Gleitlagerung auf dem Außendurchmesser des Abtriebsrads gelagert. Da erfindungsgemäß eine axiale Lagerung von An- und Abtriebsrad in die radiale Gleitlagerung integriert ist, kann der axiale Bauraum reduziert werden. Dadurch ist es insbesondere möglich, abtriebs- bzw. nockenwellenseitig am Nockenwellenversteller zusätzlichen Bauraum zu schaffen, der die Anordnung zusätzlicher axialen Bauraum beanspruchender Bauteile erlaubt, insbesondere wird eine Integration von zwischen An- und Abtriebsrad wirkend angeordneten Rückstellfedermitteln ermöglicht.
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Zur axialen Lagerung von An- und Abtriebsrad ist im Bereich der Gleitlagerung zumindest abschnittsweise eine radiale Nut am Außendurchmesser des Abtriebsrads ausgebildet, in die zumindest ein am Innendurchmesser des Antriebsrads radial vorstehend angeordnetes Lagerelement eingreift, an dem das Abtriebsrad in der Nut axial gelagert ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Lagerelemente am Innendurchmesser des Antriebsrads angeordnet, die in eine ringförmig am Außendurchmesser des Abtriebsrads umlaufende Nut eingreifen. Vorzugsweise sind dabei die Lagerelemente über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet, wodurch eine gleichmäßige Krafteinleitung in der Nut erreicht wird. Die Anzahl der Lagerelemente ist variabel und wird entsprechend der Einsatzbedingungen, insbesondere in Abhängigkeit der auftretenden Axiallast bzw. Verkippung des Antriebsrads, angepasst.
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Eine besonders einfache Montage der Lagerelemente wird ermöglicht, wenn diese in zwischen Außen- und Innendurchmesser des Antriebsrads verlaufenden radialen Durchgangsbohrungen angeordnet sind.
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Hierbei können die Lagerelemente in die Durchgangsbohrungen am Antriebsrad einfach eingepresst werden.
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Die Lagerelemente sind bevorzugt als Standardbauteile, vorzugsweise als Nadelrollen, ausgeführt, die einfach und kostengünstig gut sortiert und genau toleriert verfügbar sind. Denkbar ist auch, andere in die Durchgangsbohrungen einfach einsteckbare Lagerelemente, insbesondere Stifte oder Bolzen zu verwenden.
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Die Nut am Abtriebsrad bildet vorzugsweise axiale Gleitlagerflächen, mit denen das Abtriebsrad an dem oder den Lagerelementen axial gelagert ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Antriebsrad am Außendurchmesser eine Außenverzahnung zur Übertragung eines Drehmoments auf. Vorzugsweise sind hierbei die Außenverzahnung am Außendurchmesser des Antriebsrads und die Nut am Außendurchmesser des Abtriebsrads koaxial hintereinander angeordnet. Dadurch wird eine Anordnung der Nut in der Hauptbelastungszone der radialen Gleitlagerung von An- und Abtriebsrad vermieden.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn abtriebs- bzw. nockenwellenseitig am Nockenwellenversteller zwischen An- und Abtriebsrad wirkende Rückstellfedermittel integriert sind. Bevorzugt sind dabei die Rückstellfedermittel an der jeweiligen axialen Stirnseite von An- und Abtriebsrad angeordnet. Hierdurch wird eine Anordnung des Nockenwellenverstellers mit integrierten Rückstellfedermittel an einer Auslassnockenwelle der Brennkraftmaschine ermöglicht. Durch die Rückstellfedermittel sind An- und Abtriebsrad in eine definierte gesicherte Position, beispielsweise an einem Endanschlag, vorgespannt. Dadurch gelangt der Nockenwellenversteller im Störfall automatisch in die gesicherte Position als sogenannte Fail-Safe-Bedingung.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Antriebsrad einteilig ausgeführt. Vorzugsweise ist am Außendurchmesser des Antriebsrads eine Außenverzahnung und am Innendurchmesser eine Innenverzahnung zur Übertragung eines Drehmoments vorgesehen.
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In weiterhin besonders vorteilhafter Weise ist das Antriebsrad über einen koaxial angeordneten flexiblen Zahnring eines Wellgetriebes mit dem Abtriebsrad zur Übertragung eines Drehmoments verbunden. Vorzugsweise greift dabei das Antriebsrad am Innendurchmesser mit einer Innenverzahnung antriebsseitig in eine Außenverzahnung des flexiblen Zahnrings ein. Bevorzugt kämmt dieser abtriebsseitig an der Außenverzahnung mit einer Innenverzahnung des Abtriebsrads. Bevorzugt ist dabei das Abtriebsrad als Hohlrad ausgeführt. Auf einfache Weise ist hierbei von einem elektrischen Stellantrieb ein Verstellmoment über einen Wellgenerator des Wellgetriebes auf den flexiblen Zahnring einleitbar und über diesen mit der Außenverzahnung hoch untersetzend auf das Abtriebsrad zur Einstellung eines Verstellwinkels der Nockenwelle übertragbar.
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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 erfindungsgemäßen elektrischen Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine in einer Schnittdarstellung,
- 2 eine antriebsseitige Ansicht des Nockenwellenverstellers in perspektivischer Darstellung,
- 3 eine abtriebsseitige Ansicht des Nockenwellenverstellers in perspektivischer Darstellung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der in 1 bis 3 beispielhaft dargestellte erfindungsgemäße elektrische Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine weist ein Antriebsrad 1 mit einer Außenverzahnung 2 am Außendurchmesser auf. Über diese ist das Antriebsrad 1 von einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mit einem Drehmoment antreibbar. Das Antriebsrad 1 bildet mit der Außenverzahnung 2 ein Kettenrad, das über einen Kettentrieb zum Antrieb mit der Kurbelwelle verbindbar ist. Denkbar ist auch, das Antriebsrad 1 mit der Außenverzahnung 2 als Riemenrad auszuführen, das über einen, insbesondere trockenlaufenden Riementrieb antreibbar ist. Das Antriebsrad 1 ist einteilig ausgeführt und weist am Innendurchmesser eine Innenverzahnung 3 auf, mit der es über ein koaxial angeordnetes Getriebe 4 mit einem koaxial angeordneten Abtriebsrad 5 antriebsverbunden ist. Dieses ist zur Übertragung eines Drehmoments mit einer nicht dargestellten Nockenwelle der Brennkraftmaschine drehfest verbindbar.
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Das Antriebsrad 1 ist im Bereich der Außenverzahnung 2 mit dem Innendurchmesser über eine radiale Gleitlagerung 6 auf dem Außendurchmesser des Abtriebsrads 5 gelagert. Die Gleitlagerung 6 wird durch eine radiale Lagerfläche 7 am Innendurchmesser des Antriebsrads 1 und eine radiale Lagerfläche 8 am Außendurchmesser des Abtriebsrads 5 gebildet. Im Bereich der Gleitlagerung 6 ist am Außendurchmesser des Abtriebsrads 5 an der radiale Lagerfläche 8 eine umlaufende radiale Nut 9 ausgebildet, in die mehrere am Innendurchmesser des Antriebsrads 1 radial vorstehend über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Lagerelemente 10 eingreifen. Dabei sind die Nut 9 am Außendurchmesser des Abtriebsrads 5 und die Außenverzahnung 2 am Außendurchmesser des Antriebsrads 1 koaxial hintereinander beabstandet zueinander angeordnet. Das Abtriebsrad 1 ist über die Lagerelemente 10 an in der Nut 9 gebildeten gegenüberliegenden ringförmigen axialen Gleitlagerflächen 11 mit geringfügigem Spiel gelagert. Auf diese Weise ist eine gegenseitige axiale Lagerung von An- und Abtriebsrad 1, 5 in die radiale Gleitlagerung 6 integriert. Im Betrieb ist eine Selbstzentrierung der Verzahnungsbauteile des Getriebes 4 des Nockenwellenverstellers möglich.
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Zwischen Außen- und Innendurchmesser des Antriebsrads 1 verlaufen mehrere radiale Durchgangsbohrungen 12, die über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind und am Innendurchmesser des Antriebsrads 1 mit der Nut 9 am Außendurchmesser des Abtriebsrads 5 korrespondieren. Die Lagerelemente 10 sind als Nadelrollen ausgeführt und in die Durchgangsbohrungen 12 eingepresst. Die Anzahl der Nadelrollen ist variabel und wird entsprechend der Einsatzbedingungen, insbesondere in Abhängigkeit der auftretenden Axiallast bzw. Verkippung des Antriebsrads 1, angepasst.
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Das Antriebsrad 1 umfasst gehäuseartig das Getriebe 4 und das Abtriebsrad 5 radial außen. Das Abtriebsrad 5 ist an seinem abtriebs- bzw. nockenwellenseitigen Ende an der Stirnseite zur Verbindung mit der Nockenwelle nach radial innen eingezogen und bildet dort einen zentralen nabenförmigen Abschnitt 13. Es schließt stirnseitig radial außen bündig mit der axialen Stirnseite des abtriebs- bzw. nockenwellenseitigen Ende des Antriebsrads 1 ab. An den axialen Stirnseiten des nockenwellenseitigen Endes des Abtriebsrads 5 und des nockenwellenseitigen Endes des Antriebsrads 1 ist durch gestrichelte Linien ein ringförmiger radial äußerer Bereich angedeutet, in dem am Nockenwellenversteller Rückstellfedermittel 14, beispielsweise eine Spiralfeder, anordenbar ist, die An- und Abtriebsrad 1, 5 in eine definierte gesicherte Position vorspannt. Dadurch gelangt der Nockenwellenversteller im Störfall automatisch in die gesicherte Position als sogenannte Fail-Safe-Bedingung.
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Am nockenwellenseitigen Ende des Abtriebsrads 5 ist am Außendurchmesser ein radialer Vorsprung 15 vorgesehen, der sich kreisbogenförmig in Umfangs- bzw. Drehrichtung als sogenannte Anschlagnase erstreckt (1 und 3). Der Vorsprung 15 greift radial in eine korrespondierende kulissenartige Ausnehmung 16 am nockenwellenseitigen Ende des Abtriebsrads 1 ein. Die Ausnehmung 16 ist in beiden Umfangsrichtungen durch Anschlagflächen 17, 18 begrenzt, an denen der Vorsprung 15 mit Anschlagflächen 19, 20 an seinen in Umfangs- bzw. Drehrichtung ausgerichteten Enden zur Begrenzung des Verstellbereichs des Nockenwellenverstellers bzw. zu Begrenzung der Drehwinkelverstellung zwischen An- und Abtriebsrad 1, 5 anlegbar ist.
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Das Getriebe 4 weist einen flexiblen Zahnring 21 mit einer Außenverzahnung 22 als sogenannten Flexring eines Wellgetriebes auf (1). Die Außenverzahnung 22 kämmt antriebsseitig mit der Innenverzahnung 3 des Antriebsrads 1 und abtriebsseitig mit einer Innenverzahnung 23 am Innendurchmesser des Abtriebsrads 5, das als Abtriebshohlrad ausgeführt ist. Mit seinem Innenumfang ist der flexible Zahnring 21 auf einem sogenannten Wellgenerator 24 des Wellgetriebes angeordnet, der antriebsseitig über einen Sicherungsring 25 am Antriebsrad 1 axial gesichert ist. Der Wellgenerator 24 besteht aus einem unrund ovalen, vorzugsweise elliptischen Innenring 26 und einem über Wälzkörper, hier Kugeln, auf diesem gelagerten flexiblen Außenring 27, der am Außenumfang den flexiblen Zahnring 21 trägt. Hierbei ist der Wellgenerator 24 antriebsseitig mit der vom Abtriebsrad 5 abgewandten axialen Stirnseite des Außenrings 27 am Sicherungsring 25 axial gesichert, der in einer Sicherungsnut am Innendurchmesser des antriebsseitigen Endes des Antriebsrads 1 angeordnet ist. Alternativ kann zur axialen Sicherung des Wellgenerators 24 auch ein radialer Absatz am Innendurchmesser des Antriebsrads 1 vorgesehen sein.
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Der Innenring 26 ist über eine durch zwei axiale Kupplungsstifte angedeutet Kupplung 28 mit einem nicht dargestellten elektrischen Stellantrieb zur Übertragung eines Verstellmoments verbindbar (1 und 2). Die Kupplung 28 ist vorzugsweise als sogenannte Oldham-Kupplung ausgebildet, die einen Achsversatzausgleich ermöglicht. Durch den elektrischen Stellantrieb ist über die Kupplung 28 und den Innenring 26 ein Verstellmoment auf den Wellgenerator 24 des Wellgetriebes übertragbar. Zugleich wird der Zahnring 21 am biegeelastischen Verzahnungsabschnitt der Außenverzahnung 22 durch die leicht unrund ovale, insbesondere elliptische Form des rotierenden Innenrings 26 an diskreten, insbesondere an zwei gegenüberliegenden Eingriffsstellen mit wenigen Zähnen in die Innenverzahnung 23 des Abtriebsrads 5 elastisch gedrückt. Dabei wird bei einer Umdrehung des Innenrings 26 eine Drehwinkelverstellung des Abtriebsrads 5 gegenüber dem Antriebsrad 1 und damit eine entsprechende Verstellung der Nockenwelle mit großer Untersetzung erreicht. Das Verstellmoment wird über die Innenverzahnung 3 des Antriebsrads 1 abgestützt und über die Außenverzahnung 22 des Zahnrings 21 mit großer Untersetzung auf das Abtriebsrads 5 übertragen. Hierdurch wird eine Drehwinkelverstellung des Abtriebsrads 5 gegenüber der Kurbelwelle und damit eine entsprechende Phasenlage der mit dem Abtriebsrad 5 drehfest verbindbaren Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle erreicht. Auf diese Weise können die Steuerzeiten der durch die Nockenwelle ansteuerbaren Gaswechselventile der Brennkraftmaschine variabel eingestellt werden. Das Wellgetriebe dient dabei als Verstellgetriebe des elektrischen Nockenwellenverstellers. Hierbei sind die Kupplung 28, das Getriebe 4 mit dem Zahnring 21, das Antriebsrad 1, das Abtriebsrad 5 und die Nockenwelle koaxial zu einer Mittelachse 29 angeordnet, die zugleich eine Drehachse bildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsrad
- 2
- Außenverzahnung
- 3
- Innenverzahnung
- 4
- Getriebe
- 5
- Abtriebsrad
- 6
- Gleitlagerung
- 7
- Lagerfläche
- 8
- Lagerfläche
- 9
- Nut
- 10
- Lagerelement
- 11
- Gleitlagerfläche
- 12
- Durchgangsbohrungen
- 13
- Abschnitt
- 14
- Rückstellfedermittel
- 15
- Vorsprung
- 16
- Ausnehmung
- 17
- Anschlagfläche
- 18
- Anschlagfläche
- 19
- Anschlagfläche
- 20
- Anschlagfläche
- 21
- Zahnring
- 22
- Außenverzahnung
- 23
- Innenverzahnung
- 24
- Wellgenerator
- 25
- Sicherungsring
- 26
- Innenring
- 27
- Außenring
- 28
- Kupplung
- 29
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016216594 B3 [0002]
