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Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Nockenwellenversteller, welcher ein als Dreiwellengetriebe ausgebildetes Stellgetriebe, insbesondere in Form eines Wellgetriebes, umfasst, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Nockenwellenversteller ist beispielsweise aus der
DE 10 2017 121 024 A1 bekannt. Der Nockenwellenversteller weist ein als Ganzes drehbares Gehäuse auf, welchem ein Kettenrad zuzurechnen ist, das von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angetrieben wird. Das Gehäuse ist koaxial zur zu verstellenden Nockenwelle angeordnet. Ein weiteres, ebenfalls durch das Gehäuse gebildetes Kettenrad ist zum Antrieb einer weiteren Nockenwelle des Verbrennungsmotors vorgesehen.
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Ein in der
DE 10 2016 219 943 A1 offenbarter Nockenwellenversteller weist ebenfalls ein als zweispuriges Kettenrad ausgebildetes Gehäuse auf. In diesem Fall ist eine Schwingungsdämpfung zwischen dem Antriebsrad, das heißt Kettenrad, und dem zugehörigen Abtriebsrad vorgesehen.
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Ein weiterer gattungsgemäßer Nockenwellenversteller ist aus der
DE 10 2016 122 826 A1 bekannt. In diesem Fall ist mindestens ein Getriebeteil als wasserdampfbehandelndes Sinterteil ausgebildet. Hierbei kann es sich um ein antriebs- oder abtriebsseitiges Getriebeteil des Stellgetriebes des Nockenwellenverstellers handeln. Sowohl auf der Antriebsseite als auch auf der Abtriebsseite des Stellgetriebes sind jeweils mehrere Getriebeteile drehfest zur Übertragung eines Drehmoments miteinander verbunden.
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In jedem der drei genannten Fälle ist das Stellgetriebe des jeweiligen Nockenwellenverstellers als Wellgetriebe ausgebildet. Ein Wellgetriebe arbeitet prinzipbedingt mit einem verformbaren Getriebeelement. In den drei genannten Fällen liegt dieses in Form einer Kragenhülse, das heißt in Form eines hülsenförmigen Bauteils mit radial nach außen gerichtetem Kragen, vor.
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Weiterhin sind Bauformen von Wellgetrieben bekannt, bei denen das flexible Getriebeelement als Flexring, das heißt als simples zylindrisches, hülsenförmiges Bauteil ohne jeglichen Flansch, Kragen oder Boden, ausgebildet ist. Beispielhaft wird auf die Dokumente
DE 10 2016 219 076 A1 und
DE 10 2016 207 930 B3 verwiesen. In beiden Fällen sind durch das Gehäuse des jeweiligen Getriebes zwei Kettenräder gebildet. Im letztgenannten Fall ist ein Abtriebselement des Wellgetriebes in ein Abtriebsinnenteil und ein Abtriebsaußenteil geteilt, womit eine Überlastsicherung gebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen Nockenwellenversteller gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten weiterzuentwickeln, wobei zugleich ein kompakter Aufbau gegeben sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Nockenwellenversteller umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption ein als Dreiwellengetriebe ausgebildetes Stellgetriebe, welches ein als Ganzes drehbares Gehäuse aufweist, durch das ein erstes Kettenrad als Antriebselement sowie ein zusätzliches, zweites Kettenrad gebildet ist.
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Erfindungsgemäß sind die beiden Kettenräder des Stellgetriebes durch separate Gehäuseelemente gebildet. Jedes Kettenrad ist Teil eines Umschlingungsgetriebes, nämlich Kettengetriebes. Als Zugmittel kann statt einer Kette mit gleicher Funktion auch ein Antriebsriemen verwendet werden. Dementsprechend sind im vorliegenden Fall auch eventuelle Riemenräder, welche als Elemente von Umschlingungsgetrieben entweder ein Drehmoment in das Gehäuse des Stellgetriebes einleiten oder in umgekehrter Weise durch das Gehäuse mit einem Drehmoment beaufschlagt werden, als Kettenräder zu verstehen.
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Das erste Kettenrad wird auch als Primär-Kettenrad, das zweite Kettenrad auch als Sekundär-Kettenrad bezeichnet. In typischen Anwendungen handelt es sich bei der zu verstellenden, zum Gehäuse des Stellgetriebes koaxialen Nockenwelle um eine Einlassnockenwelle eines Verbrennungsmotors. Die zugehörige Auslassnockenwelle wird über das Sekundär-Kettenrad angetrieben. Die Kettenspuren des primären Kettentriebs, welchem das erste Kettenrad zuzurechnen ist, und des sekundären Kettentriebs, das heißt des die Auslassnockenwelle antreibenden Kettentriebs, sind parallel zueinander angeordnet.
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Durch das zweite Gehäuseelement, das heißt dasjenige Gehäuseelement, welches als Sekundär-Kettenrad ausgebildet ist, ist vorzugsweise eine Gleitlagerfläche gegenüber der zu verstellenden Nockenwelle, in der Regel Einlassnockenwelle, gebildet.
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Die beiden Gehäuseelemente des Stellgetriebes können beispielsweise durch Verschraubung miteinander verbunden sein. Dies gilt sowohl für Bauformen, in welchen eine Trennebene existiert, wobei jedes Gehäuseelement auf genau einer Seite dieser Trennebene angeordnet ist, als auch für Bauformen, bei welchen sich die beiden Gehäuseelemente in Axialrichtung des Gehäuses überlappen. Im erstgenannten Fall, das heißt bei überlappungsfreiem Aneinandersetzten von Primär-Kettenrad und Sekundär-Kettenrad, ist eine geometrisch besonders einfache Gestaltung der jeweils als Kettenrad ausgebildeten Gehäuseelemente möglich. Dagegen zeichnet sich die zweite Bauform durch erweiterte Möglichkeiten der Kraft- und Drehmomentübertragung zwischen den Gehäuseelementen aus.
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Das Dreiwellengetriebe, welches als Stellgetriebe des Nockenwellenverstellers zum Einsatz kommt, ist vorzugsweise als Wellgetriebe ausgeführt. Als Abtriebselement des Wellgetriebes ist vorzugsweise ein innenverzahntes Hohlrad vorgesehen.
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Erfindungsgemäß ist ein als Abtriebselement ausgebildetes Hohlrad in axialer Richtung unmittelbar am zweiten Gehäuseelement gleitgelagert. Zusätzich ist eine Gleitlagerung des Hohlrades in radialer Richtung entweder durch das zweite Gehäuseelement oder durch das erste Gehäuseelement gebildet.
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Hinsichtlich der möglichen Lagerung eines Elementes eines Wellgetriebes auf einer mittels des Wellgetriebes zu verstellenden Nockenwelle wird auf das Dokument
DE 10 2016 217 051 A1 hingewiesen.
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Das flexible Getriebeelement des Wellgetriebes ist vorzugsweise als Kragenhülse gestaltet, welche in das als Abtriebselement fungierende Hohlrad eingreift. Zugleich ist in vorteilhafter Ausgestaltung zwischen dem Hohlrad und dem ersten Gehäuseelement eine Verdrehwinkelbegrenzung des Stellgetriebes gebildet. Hierbei greifen in bevorzugter Ausgestaltung Konturen, die am offenen Rand des insgesamt topfförmigen Hohlrades gebildet sind, in Gegenkonturen des ersten Gehäuseelementes, welche korrespondierende Anschlagflächen bereitstellen, ein. Die Verdrehwinkelbegrenzung befindet sich damit an der von der zu verstellenden Nockenwelle abgewandten Stirnseite des als Hohlrad fungierenden Abtriebselementes.
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Beide Gehäuseelemente sind rationell beispielsweise als Sinterteile herstellbar. Hierbei ist im Bereich des jeweiligen Kettenrades eine Verzahnungsdichte ohne Nachverdichten von mindestens 7,0 Gramm pro cm3 erzielbar. Eine spanabhebende Nachbearbeitung der Gehäuseelemente kann vorgesehen sein. Im Vergleich zu herkömmlichen Gehäusen von Wellgetrieben zeichnet sich das mehrteilige Gehäuse des Nockenwellenverstellers durch eine geringe Komplexität der einzelnen Gehäuseelemente und durch eine vergleichsweise geringe Beanspruchung der zur Herstellung dieser Elemente eingesetzten Werkzeuge aus. Aufgrund der geringen Bauteilhöhe der einzelnen Teile, das heißt Gehäuseelemente, ist eine im Vergleich zu komplexer geformten Teilen stärkere Verdichtung realisierbar.
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Stellgetriebes eines Nockenwellenverstellers in einer Schnittdarstellung,
- 2 in perspektivischer Darstellung ein erstes Gehäuseelement des Stellgetriebes nach 1,
- 3 ein zweites Gehäuseelement des Stellgetriebes nach 1,
- 4 in einer Darstellung analog 1 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Stellgetriebes eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers,
- 5 ein erstes Gehäuseelement des Stellgetriebes nach 4,
- 6 und 7 ein zweites Gehäuseelement des Stellgetriebes nach 4.
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Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Stellgetriebe ist Teil eines in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommenden elektrischen Nockenwellenverstellers, hinsichtlich dessen prinzipieller Funktion auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird.
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Das Stellgetriebe 1 ist als Dreiwellengetriebe, in vorliegendem Fall in Form eines Wellgetriebes, ausgebildet. Hierbei stellt ein als Ganzes drehbares Gehäuse 2 eine erste Welle dar. Das Gehäuse 2 ist aus einem ersten Gehäuseelement 5 und einem zweiten Gehäuseelement 8 zusammengesetzt, wobei die Gehäuseelemente 5, 8 durch Schrauben 6 miteinander verbunden sind. Ein erstes Kettenrad 3 ist integraler Bestandteil des ersten Gehäuseelementes 5; ein zweites Kettenrad 4 integraler Bestandteil des zweiten Gehäuseelementes 8. Das erste Kettenrad 3 wird auch als Primär-Kettenrad, das zweite Kettenrad 4 auch als Sekundär-Kettenrad bezeichnet. Die beiden Kettenräder 3, 4 sind koaxial zueinander sowie zur zu verstellenden Nockenwelle des Verbrennungsmotors angeordnet. Bei der zu verstellenden Nockenwelle handelt es sich um eine Einlass-Nockenwelle. Das Primär-Kettenrad 3 wird durch die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben und rotiert in an sich bekannter Weise mit halber Kurbelwellendrehzahl. Das erste Gehäuseelement 5 stellt somit ein Antriebselement des Stellgetriebes 1 dar.
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Das Sekundär-Kettenrad 4 treibt über eine weitere, ebenfalls nicht dargestellte Kette eine Auslassnockenwelle des Verbrennungsmotors an. Die Kette, welche das Primär-Kettenrad 3 antreibt, sowie die zweite Kette, welche vom Sekundär-Kettenrad 4 angetrieben wird, laufen in zueinander parallelen Ebenen.
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Als Abtriebselement des Wellgetriebes 1 ist ein Hohlrad 7 vorgesehen, welches fest mit der zu verstellenden Nockenwelle, das heißt Einlass-Nockenwelle, verbunden ist. Das Abtriebselement 7 weist eine Anschlagkontur 9 auf, welche in Zusammenwirkung mit Umfangsanschlägen 26 des ersten Gehäuseelementes 5 den Verstellbereich des Wellgetriebes 1 begrenzt. Die Anschlagkontur 9 ist an einem zylindrischen Abschnitt 10 des insgesamt topfförmigen Abtriebselementes 7 gebildet. Die gesamte Verdrehwinkelbegrenzung 9, 26 befindet sich damit an der sogenannten vorderen Seite, das heißt an der von der zu verstellenden Nockenwelle abgewandten Seite, des Gehäuses 2.
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Das Wellgetriebe 1 ist durch einen nicht dargestellten Elektromotor betätigbar und weist einen Wellgenerator 16 mit einem Wälzlager 22, nämlich einem Rillenkugellager, auf, welches einen Innenring 21, einen Außenring 25 und zwischen den Lagerringen 21, 25 abrollende Wälzkörper 23, nämlich Kugeln, umfasst. Die Kugeln 23 sind in einem aus Kunststoff gefertigten Käfig 24 geführt, bei welchem es sich um einen wälzkörpergeführten Käfig handelt.
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Der Innenring 21 ist über eine Ausgleichskupplung 17, nämlich eine Oldham-Kupplung, durch den genannten Elektromotor antreibbar. Eine Oldhamscheibe der Ausgleichskupplung 17 ist mit 18 bezeichnet. Die Oldhamscheibe 18 ist mit Hilfe von Stiften 19 mit dem Wälzlager 22 gekoppelt. Hierbei sind die Stifte 19 starr mit dem Innenring 21 verbunden, während sie mit Spiel in einer definierten Richtung jeweils in einer Hülse 20, welche in die Oldhamscheibe 18 eingesetzt ist, geführt sind. In hierzu orthogonaler Richtung ist ein nicht dargestelltes zweiflügeliges Element, welches fest mit der Motorwelle des Elektromotors verbunden ist, beschränkt relativ zur Oldhamscheibe 18 verlagerbar. Damit ist in an sich bekannter Weise ein beschränkter Achsversatz zwischen der Motorwelle des Elektromotors und der Rotationsachse des Wälzlagers 22, welche mit der Mittelachse des gesamten Wellgetriebes 1 sowie mit der Rotationsachse der zu verstellenden Nockenwelle identisch ist, kompensierbar.
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Der Innenring 21 weist, wie bei Wellgeneratoren gängig, eine nicht kreisrunde, elliptische Außenkontur auf und ist als in sich starres Teil ausgebildet. Innerhalb des als Dreiwellengetriebe aufgebauten Stellgetriebes 1 hat der Innenring 21 die Funktion einer der drei Wellen. Im Gegensatz zum Innenring 21 ist der Außenring 25 nachgiebig, so dass er sich permanent der unrunden Form des Innenrings 21 anpasst. Der Außenring 25 ist unmittelbar umgeben von einem flexiblen Getriebeelement 13, welches als Kragenhülse gestaltet ist.
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Der nach außen gerichtete, mit 15 bezeichnete Flansch, das heißt Kragen, der Kragenhülse 13 ist mit Hilfe der Schrauben 6 am Gehäuse 2 des Wellgetriebes 1 befestigt. Der Kragenhülse 13 ist ein Deckelelement 29 vorgesetzt, welches ebenfalls eine Kragenform beschreibt und mit Hilfe der Schrauben 6 am ersten Gehäuseelement 5 befestigt ist. Durch das Deckelelement 29 ist der Außenring 25 und damit der gesamte Wellgenerator 16 in einer Axialrichtung gesichert. In der entgegengesetzten Axialrichtung ist eine Sicherung des Außenrings 25 durch den mit 11 bezeichneten Boden des Abtriebselementes 7 gegeben. Die zweite Seite, das heißt Außenseite, des Bodens 11 ist in Axialrichtung gegenüber dem Gehäuse 2 durch eine Gleitlagerfläche 30 gesichert, welche durch das zweite Gehäuseelement 8 gebildet ist.
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Ein an den Kragen 15 des flexiblen Getriebeelements 13 anschließender, im mechanisch unbelasteten Zustand zylindrischer Bereich 14 der Kragenhülse 13 ist mit einer Außenverzahnung 27 versehen, welche zur Zusammenwirkung mit einer Innenverzahnung 28 vorgesehen ist, die durch das Hohlrad 7 gebildet ist. Das Hohlrad 7, das heißt Abtriebselement, fungiert als weitere Welle des als Dreiwellengetriebe konzipierten Wellgetriebes 1. In der Mitte des nicht geschlossenen Bodens 11 des Hohlrades 7 befindet sich ein Zapfen 12, welche eine mittige Öffnung des Bodens 11 begrenzt. Durch diese Öffnung ist eine nicht dargestellte Zentralschraube durchgesteckt, mit welcher das Abtriebselement 7 an der zu verstellenden Nockenwelle befestigt ist.
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Eine Gleitlagerung des Abtriebselementes 7 gegenüber dem als zweispuriges Kettenrad 3, 4 ausgebildeten Gehäuse 2 in radialer Richtung ist im Ausführungsbeispiel nach 1 durch das erste Gehäuseelement 5 und im Ausführungsbeispiel nach 4 durch das zweite Gehäuseelement 8 gegeben. Auch im Fall von 1 könnte in leicht modifizierter Ausführung das zweite Gehäuseelement 8 als Gleitlagerelement zur Lagerung des Abtriebselementes 7 fungieren.
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Im Ausführungsbeispiel nach 1 schließt der Boden 11 bündig mit einer dem zweiten Gehäuseelement 8 zugewandten Stirnseite des ersten Gehäuseelementes 5 ab. Die mit 31 bezeichnete Radial-Gleitlagerfläche des ersten Gehäuseelementes 5 deckt die gesamte in Axialrichtung gemessene Breite des zylindrischen Abschnittes 10 des Hohlrades 7 ab. Das zweite Gehäuseelement 8 ist im Ausführungsbeispiel nach 1 - gemessen in Axialrichtung der Gehäuseelemente 5, 8 und damit des gesamten Wellgetriebes 1 - deutlich schmaler als das erste Gehäuseelement 5.
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Im Ausführungsbeispiel nach 4 ist eine Überlappung zwischen den beiden Gehäuseelementen 5, 8 in Axialrichtung des Gehäuses 2 gegeben. Eine Radial-Gleitlagerfläche 32 gegenüber dem Hohlrad 7 ist in diesem Fall durch das zweite Gehäuseelement 8 gebildet. Zusätzlich ist durch das zweite Gehäuseelement 8 eine Radial-Gleitlagerfläche 33 gegenüber der zu verstellenden Nockenwelle gegeben. Somit werden durch das zweite Gehäuseelement 8 zwei Radial-Gleitlagerfläche 32, 33 und eine Axial-Gleitlagerfläche 30 bereitgestellt. Durch die Bildung dieser Gleitlagerflächen 30, 32, 33 an ein und demselben Gehäuseelement 8 ist auf einfache Weise eine hochpräzise Konzentrizität der in Radialrichtung wirksamen Gleitlagerflächen 32, 33, auch unter Bedingungen der Serienfertigung, erzielbar.
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In beiden Ausführungsbeispielen sind die Gehäuseelemente 5, 8 als Sinterteile hergestellt. Bei beiden Kettenrädern 3, 4 ist eine ohne Nachverdichten erzielte Verzahnungsdichte von mindestens 7,0 Gramm pro cm3 gegeben. Durch den schmalen Aufbau des Gehäuses 2, insbesondere die geringen bis fehlenden axialen Abstände zwischen der Radial-Gleitlagerfläche 33 und den Kettenrädern 3, 4, treten beim Betrieb des Wellgetriebes 1 lediglich geringe Kippmomente auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stellgetriebe, Dreiwellengetriebe, Wellgetriebe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Primär-Kettenrad
- 4
- Sekundär-Kettenrad
- 5
- erstes Gehäuseelement
- 6
- Schraube
- 7
- Abtriebselement, Hohlrad
- 8
- zweites Gehäuseelement
- 9
- Anschlagkontur
- 10
- zylindrischer Abschnitt
- 11
- Boden
- 12
- Zapfen
- 13
- flexibles Getriebeelement, Kragenhülse
- 14
- zylindrischer Bereich
- 15
- Flansch, Kragen
- 16
- Wellgenerator
- 17
- Ausgleichskupplung
- 18
- Oldhamscheibe
- 19
- Stift
- 20
- Hülse
- 21
- Innenring
- 22
- Wälzlager, Radiallager
- 23
- Kugel, Wälzkörper
- 24
- Käfig
- 25
- Außenring
- 26
- Umfangsanschlag
- 27
- Außenverzahnung
- 28
- Innenverzahnung
- 29
- Deckelelement
- 30
- Axial-Gleitlagerfläche
- 31
- Radial-Gleitlagerfläche des ersten Gehäuseelementes
- 32
- Radial-Gleitlagerfläche des zweiten Gehäuseelementes
- 33
- Radial-Gleitlagerfläche gegenüber der Nockenwelle
