DE102019106541A1

DE102019106541A1 - Electromechanical camshaft adjuster

Info

Publication number: DE102019106541A1
Application number: DE102019106541.0A
Authority: DE
Inventors: Florian Dörrfuß
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2020-09-17

Abstract

Ein elektromechanischer Nockenwellenversteller eines Verbrennungsmotors weist ein als Dreiwellengetriebe ausgebildetes Stellgetriebe (2) auf, bei welchem es sich um ein Galaxiegetriebe handelt.An electromechanical camshaft adjuster of an internal combustion engine has an adjusting gear (2) which is designed as a three-shaft gear and which is a galaxy gear.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Nockenwellenversteller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electromechanical camshaft adjuster according to the preamble of claim 1.

Ein derartiger Nockenwellenversteller ist beispielsweise aus der DE 10 2018 104 388 B3 bekannt. Der bekannte Nockenwellenversteller arbeitet mit einem als Dreiwellengetriebe ausgeführten Stellgetriebe, welches als Wellgetriebe ausgebildet ist.Such a camshaft adjuster is for example from DE 10 2018 104 388 B3 known. The known camshaft adjuster works with an adjusting gear designed as a three-shaft gear, which is designed as a harmonic gear.

Alternativ zu einem Wellgetriebe kann in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller beispielsweise ein Taumelscheibengetriebe als Überlagerungsgetriebe zum Einsatz kommen. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die DE 10 2006 007 651 A1 hingewiesen.As an alternative to a harmonic drive, a swash plate drive, for example, can be used as a superposition drive in an electromechanical camshaft adjuster. In this context, the DE 10 2006 007 651 A1 pointed out.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickelten elektromechanischen Nockenwellenversteller anzugeben, welcher sich durch ein besonders günstiges Verhältnis zwischen übertragbaren Momenten und beanspruchtem Bauraum auszeichnet.The invention is based on the object of specifying an electromechanical camshaft adjuster which has been further developed compared to the prior art mentioned and which is characterized by a particularly favorable ratio between transmittable torques and required installation space.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen elektromechanischen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Anspruchs 1. In an sich bekannter Grundkonzeption umfasst der Nockenwellenversteller ein als Dreiwellengetriebe ausgebildetes Stellgetriebe. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Stellgetriebe um ein Galaxiegetriebe.According to the invention, this object is achieved by an electromechanical camshaft adjuster with the features of claim 1. In a basic concept known per se, the camshaft adjuster comprises an actuating gear designed as a three-shaft gear. According to the invention, the adjusting gear is a galaxy gear.

Galaxiegetriebe sind beispielsweise aus den Dokumenten WO 2008/028540 A1 und DE 10 2016 209 398 A1 bekannt. Zusätzlich zu ihrem kompakten Aufbau zeichnen sich Galaxiegetriebe durch eine große Verdrehsteifigkeit und einen Wirkungsgrad, welcher mehr als 90 % betragen kann, aus.Galaxy gears, for example, are from the documents WO 2008/028540 A1 and DE 10 2016 209 398 A1 known. In addition to their compact design, Galaxie gears are characterized by great torsional rigidity and an efficiency that can be more than 90%.

Im Fall des elektromechanischen Nockenwellenverstellers ist das Gehäuse des Galaxiegetriebes vorzugsweise als Ganzes drehbar. Das Gehäuse wird hierbei mechanisch, insbesondere über einen Ketten- oder Riementrieb, angetrieben. Zugleich stellt das Gehäuse ein innenverzahntes Antriebselement des Galaxiegetriebes dar, wobei das Gehäuse ein- oder mehrteilig aufgebaut sein kann.In the case of the electromechanical camshaft adjuster, the housing of the galaxy gear is preferably rotatable as a whole. The housing is mechanically driven, in particular via a chain or belt drive. At the same time, the housing represents an internally toothed drive element of the galaxy gear, whereby the housing can be constructed in one or more parts.

Zusätzlich zu dem als Galaxiegetriebe gestalteten Stellgetriebe umfasst der elektromechanische Nockenwellenversteller vorzugsweise einen Elektromotor, welcher drehfest mit einem eine nicht kreisrunde Außenumfangsfläche aufweisenden Verstellelement des Galaxiegetriebes gekoppelt ist, wobei das Verstellelement mit Stiften zusammenwirkt, die selektiv in die Innenverzahnung des Antriebselementes eingreifen.In addition to the actuating gear designed as a galaxy gear, the electromechanical camshaft adjuster preferably includes an electric motor which is non-rotatably coupled to an adjusting element of the galaxy gear that has a non-circular outer peripheral surface, the adjusting element cooperating with pins that selectively engage the internal toothing of the drive element.

Die Stifte, welche durch das Verstellelement beim Betrieb des Galaxiegetriebes permanent in dessen Radialrichtung verlagert werden, sind vorzugsweise in einem Abtriebselement des Galaxiegetriebes geführt, wobei das Abtriebselement mit der zu verstellenden Nockenwelle drehfest verbunden ist.The pins, which are permanently displaced in the radial direction by the adjusting element when the galaxy gear is in operation, are preferably guided in an output element of the galaxy gear, the output element being non-rotatably connected to the camshaft to be adjusted.

Das Galaxiegetriebe eignet sich nicht nur Verwendung in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller, sondern auch zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die DE 10 2017 121 320 B3 hingewiesen.The Galaxie gear is not only suitable for use in an electromechanical camshaft adjuster, but also for use in a device for varying the compression ratio of a reciprocating piston engine. In this context, the DE 10 2017 121 320 B3 pointed out.

Darüber hinaus ist das Galaxiegetriebe auch zur Verwendung in einem Wankstabilisator eines Kraftfahrzeugs geeignet. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die DE 10 2017 119 659 A1 hingewiesen.In addition, the Galaxy transmission is also suitable for use in a roll stabilizer of a motor vehicle. In this context, the DE 10 2017 119 659 A1 pointed out.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen jeweils in schematisierter Darstellung:

1 einen elektromechanischen Nockenwellenversteller in einer Schnittdarstellung,
2 ein Detail des Nockenwellenverstellers nach 1.

An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to a drawing. In each case show in a schematic representation:

1 an electromechanical camshaft adjuster in a sectional view,
2 a detail of the camshaft adjuster according to 1 .

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter elektromechanischer Nockenwellenversteller umfasst ein Galaxiegetriebe als Stellgetriebe 2 sowie einen Elektromotor 3. Der Nockenwellenversteller 1 dient der Verstellung einer Nockenwelle 4, bei welcher es sich um eine Einlassnockenwelle oder eine Auslassnockenwelle eines Verbrennungsmotors handeln kann.A total of the reference number 1 The marked electromechanical camshaft adjuster comprises a galaxy gear as an adjusting gear 2 as well as an electric motor 3 . The camshaft adjuster 1 is used to adjust a camshaft 4th , which can be an intake camshaft or an exhaust camshaft of an internal combustion engine.

Ein mit 5 bezeichnetes Gehäuse des Stellgetriebes 2 ist als Ganzes drehbar und im Ausführungsbeispiel einstückig mit einem Kettenrad 6 ausgebildet. Das Kettenrad 6 wird über die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben, wobei es in an sich bekannter Weise mit halber Kurbelwellendrehzahl rotiert.A designated 5 housing of the actuator 2 is rotatable as a whole and in the exemplary embodiment in one piece with a chain wheel 6th educated. The sprocket 6th is driven via the crankshaft of the internal combustion engine, rotating in a manner known per se at half the crankshaft speed.

Ein Abtriebselement 7 des Galaxiegetriebes 2 ist im Gehäuse 5 drehbar gelagert und weist einen ringförmigen Führungsabschnitt 8 sowie einen an diesen anschließenden Boden 9 auf. Der Boden 9 ist mittels einer Zentralschraube 10 fest mit der Nockenwelle 4 verbunden. Die mit M bezeichnete Mittelachse des Stellgetriebes 2 ist mit der Rotationsachse der Nockenwelle 4 identisch.An output element 7th of the galaxy gear 2 is in the housing 5 rotatably mounted and has an annular guide section 8th as well as a floor adjoining this 9 on. The floor 9 is by means of a central screw 10 firmly to the camshaft 4th connected. The center axis of the actuator, marked M 2 is with the axis of rotation of the camshaft 4th identical.

Im Führungsabschnitt 8, welcher eine zylindrische Grundform aufweist, sind zahlreiche Stifte 11 geführt. Die in Radialrichtung verschiebbaren Stifte 11 laufen nach außen spitz zu, wobei sie in eine Innenverzahnung 12 des Gehäuses 5 eingreifen können. Zur Verlagerung der Stifte 11 ist ein Verstellelement 13 vorgesehen, welches eine nicht kreisrunde Außenkontur aufweist. Aufgrund dieser Kontur greifen die Stifte 11 nur in einzelnen Abschnitten des Umfangs in die Innenverzahnung 12 ein. Die Gesamtheit der Stifte 11 stellt eine Verzahnung dar, deren Teilung nicht exakt mit der Teilung der Innenverzahnung 12 übereinstimmt. Mit dem wanderden Eingriffsbereich zwischen den Stiften 11 einerseits und der Innenverzahnung 12 andererseits kommt es somit zu einer Verschwenkung zwischen dem Abtriebselement 7 und dem als Antriebselement fungierenden Gehäuse 5. Das Stellgetriebe 2 fungiert damit als Untersetzungsgetriebe mit hohem Untersetzungsverhältnis. In the leadership section 8th , which has a cylindrical basic shape, are numerous pins 11 guided. The pins that can be moved in the radial direction 11 run to a point on the outside, whereby they are in an internal toothing 12 of the housing 5 can intervene. To relocate the pins 11 is an adjustment element 13 provided, which has a non-circular outer contour. Because of this contour, the pins grip 11 only in individual sections of the circumference into the internal teeth 12 a. The entirety of the pens 11 represents a toothing whose pitch does not exactly match the pitch of the internal toothing 12 matches. With the wandering engagement area between the pins 11 on the one hand and the internal teeth 12 on the other hand, there is thus a pivoting between the output element 7th and the housing acting as a drive element 5 . The actuator 2 acts as a reduction gear with a high reduction ratio.

Das Verstellelement 13 stellt eine von drei Wellen des als Dreiwellengetriebe konzipierten Galaxiegetriebes 2 dar. Die anderen beiden Wellen sind in Form des Gehäuses 5 sowie des Abtriebselementes 7 gegeben. Solange das Verstellelement 13 mit der Drehzahl des Gehäuses 5 rotiert, dreht sich auch das Abtriebselement 7 mit dieser Drehzahl. Um eine Verstellung der Winkellage der Nockenwelle 4 in Relation zum Gehäuse 5, das heißt eine Nockenwellenverstellung, zu bewirken, ist eine Herabsetzung oder Erhöhung der Drehzahl des Verstellelementes 13 gegenüber dem Gehäuse 5 erforderlich. Der maximale Verstellbereich des Nockenwellenverstellers 1 kann durch Anschläge am Abtriebselement 7 und am Gehäuse 5 begrenzt sein.The adjustment element 13 represents one of three shafts of the three-shaft galaxy gearbox 2 The other two shafts are in the shape of the housing 5 as well as the output element 7th given. As long as the adjustment element 13 with the speed of the housing 5 rotates, the output element also rotates 7th with this speed. To adjust the angular position of the camshaft 4th in relation to the housing 5 , that is, to effect a camshaft adjustment, is to reduce or increase the speed of the adjusting element 13 opposite the housing 5 required. The maximum adjustment range of the camshaft adjuster 1 can by means of stops on the output element 7th and on the housing 5 be limited.

Das Verstellelement 13 ist über eine Kupplung 14 drehfest mit der mit 15 bezeichneten Welle des Elektromotors 3 gekoppelt. Eine mögliche Ausgestaltung der Kupplung 14 ist in der DE 10 2017 121 135 A1 beschrieben.The adjustment element 13 is about a clutch 14th non-rotatably with the designated 15 shaft of the electric motor 3 coupled. One possible design of the coupling 14th is in the DE 10 2017 121 135 A1 described.

Das Galaxiegetriebe 2 ist als nicht selbsthemmendes Getriebe ausgelegt. Ein optionales Federelement, welches zwischen dem Abtriebselement 7 und dem Antriebselement 5 wirkt, ist somit in der Lage, das Stellgetriebe 2 bei einem Ausfall des Elektromotors 3 in eine Basisposition zu verfahren. Der reibungsarme Betrieb des Galaxiegetriebes 2 wird unter anderem durch nicht dargestellte Wälzlagerungen innerhalb des Galaxiegetriebes 2 ermöglicht. In einer abgewandelten, nicht dargestellten Ausführungsform ist das Verstellelement 13 ohne eigene Lagerung fest mit der Welle 15 verbunden oder als Teil des Rotors des Elektromotors 3 ausgebildet.The galaxy gear 2 is designed as a non-self-locking gear. An optional spring element, which is between the output element 7th and the drive element 5 acts, is thus able to control the actuator 2 if the electric motor fails 3 to move to a base position. The low-friction operation of the galaxy gear 2 is among other things by rolling bearings (not shown) within the galaxy gear 2 enables. In a modified, not shown embodiment, the adjusting element 13 fixed to the shaft without its own bearing 15th connected to or as part of the rotor of the electric motor 3 educated.

Im Unterschied zu einem Wellgetriebe, bei welchem typischerweise in zwei Umfangsbereichen ein Eingriff zwischen einer Außenverzahnung eines flexiblen Getriebeelementes und einer Innenverzahnung eines in sich starren Getriebeelementes gegeben ist, ist beim Galaxiegetriebe 2 im Ausführungsbeispiel in drei Umfangsabschnitten ein drehmomentübertragender Eingriff von Zähnen 11 in die Innenverzahnung 12 gegeben. Zusammen mit der stabilen, praktisch verkippungsfreien Führung der Zähne 11 im Führungsabschnitt 8 des Abtriebselementes 7 trägt dies zur hohen Drehmomentübertragungskapazität des Galaxiegetriebes 2 bei.In contrast to a harmonic drive, in which there is typically an engagement between an external toothing of a flexible gear element and an internal toothing of an inherently rigid gear element in two circumferential areas, this is the case with the galaxy gear 2 In the exemplary embodiment, a torque-transmitting engagement of teeth in three circumferential sections 11 into the internal teeth 12 given. Together with the stable, practically tilt-free guidance of the teeth 11 in the guide section 8th of the output element 7th this contributes to the high torque transmission capacity of the Galaxie transmission 2 at.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: NockenwellenverstellerCamshaft adjuster
22: Stellgetriebe, GalaxiegetriebeActuating gear, galaxy gear
33: ElektromotorElectric motor
44th: Nockenwellecamshaft
55: Gehäuse, AntriebselementHousing, drive element
66th: KettenradSprocket
77th: AbtriebselementOutput element
88th: FührungsabschnittGuide section
99: Bodenground
1010: ZentralschraubeCentral screw
1111: Stiftpen
1212: InnenverzahnungInternal gearing
1313: VerstellelementAdjustment element
1414th: Kupplungcoupling
1515th: Welle wave
MM.: MittelachseCentral axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102018104388 B3 [0002]
DE 102006007651 A1 [0003]
WO 2008/028540 A1 [0006]
DE 102016209398 A1 [0006]
DE 102017121320 B3 [0010]
DE 102017119659 A1 [0011]
DE 102017121135 A1 [0018]

Claims

Electromechanical camshaft adjuster, with an adjusting gear (2) designed as a three-shaft gear, characterized in that a galaxy gear is provided as the adjusting gear (2).

Camshaft adjuster after Claim 1 , characterized in that a housing (5) rotatable as a whole is designed as an internally toothed drive element of the galaxy gear (2).

Camshaft adjuster after Claim 2 , characterized by an electric motor (3) which is non-rotatably coupled to an adjusting element (13) of the galaxy gear (2) having a non-circular outer circumferential surface, the adjusting element (13) cooperating with pins (11) which selectively engage in the internal toothing (12 ) of the drive element (5) engage.

Camshaft adjuster after Claim 3 , characterized in that the pins (11) are guided in an output element (7) of the galaxy gear (2) to be connected to a camshaft (4) to be adjusted.