DE102019119334A1

DE102019119334A1 - Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102019119334A1
Application number: DE102019119334.6A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Ovalo GmbH
Current assignee: Ovalo GmbH
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2021-01-21

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller mit einem Verstellmotor und mit einem Spannungswellengetriebe, das einen Wellengenerator aufweist. Der Nockenwellenversteller zeichnet sich dadurch aus, dass der Verstellmotor als Außenläufermotor ausgebildet und räumlich innerhalb des Spannungswellengetriebes angeordnet ist und der Rotor des Verstellmotors den Wellengenerator bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller mit einem Verstellmotor und mit einem Spannungswellengetriebe, das einen Wellengenerator aufweist.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Verbrennungsmotor mit einem solchen Nockenwellenversteller.
Aus DE 10 2010 006 392 B3 ist ein Nockenwellenversteller bekannt, der ein Spannungswellengetriebe beinhaltet. Das Spannungswellengetriebe hat wenigstens zwei Eingänge und einen Ausgang, dessen Bewegung aus der Überlagerung der Bewegungen der Eingänge resultiert, wobei einer der Eingänge zum Ausführen einer Hauptbewegung ausgebildet ist und der andere Eingang zum Ausführen einer Verstellbewegung dient, welche die Phasenlage des Ausgangs relativ gegenüber der Phasenlage des die Hauptbewegung ausführenden Eingangs verstellt. Der die Verstellbewegung ausführende Eingang ist gegen die Kraft wenigstens eines Rückstellelementes des Spannungswellengetriebes bewegbar. Das Rückstellelement ist als Schraubenfeder ausgebildet und radial innerhalb der Hohlräder des Spannungswellengetriebes angeordnet.
Aus EP 2 282 020 B1 ist ein Nockenwellenversteller zum Variieren der Phasenbeziehung zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor bekannt, der eine Harmonic-Drive-Getriebe-Einheit mit einem Circularspline und einem Dynamicspline, einem Flexspline, der in dem Circularspline und dem Dynamicspline angeordnet ist, einem Wellengenerator, der in dem Flexspline angeordnet ist, aufweist. Der Nockenwellenversteller weist außerdem einen Rotationsaktuator auf, der mit dem Wellengenerator verbunden ist. Der Nockenwellenversteller beinhaltet außerdem zumindest eine Feder, die mit dem Circularspline und mit dem Dynamicspline wirkverbunden ist, um den Nockenwellenversteller in eine Standard-Rotationsposition zu bewegen. Der Nockenwellenversteller beinhaltet außerdem ein Zahnrad, das mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors verbindbar ist. Ein Zahnrad-Gehäuse, das das Zahnrad trägt und das an der Harmonic-Drive-Getriebe-Einheit angebracht ist, ist mit einer ersten Lasche mit der Feder verbunden. Eine Nabe, die an der Harmonic-Drive-Getriebe-Einheit angebracht ist und mit einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors verbindbar ist, ist mit einer zweiten Lasche der Feder verbunden. Die Feder ist räumlich zwischen der Harmonic-Drive-Getriebe-Einheit und der Nabe angeordnet, die mit einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors verbindbar ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der besonders kompakt ausgebildet werden kann.
Die Aufgabe wird durch einen Nockenwellenversteller gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Verstellmotor als Außenläufermotor ausgebildet und räumlich innerhalb des Spannungswellengetriebes angeordnet ist und der Rotor des Verstellmotors den Wellengenerator bildet.
Der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller hat den ganz besonderen Vorteil, dass er nur einen kleinen Bauraum innerhalb eines Verbrennungsmotors benötigt. Darüber hinaus hat der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller den weiteren besonderen Vorteil, dass er auf einfache Weise derart ausgebildet werden kann, dass zunächst lediglich das Spannungswellengetriebe samt seinem Wellengenerator an einem Verbrennungsmotor montiert werden kann und der Stator zu einem späteren Zeitpunkt eingesetzt werden kann, was den Herstellprozess insgesamt sehr vereinfacht. Diese Ausführung hat hinsichtlich eines einfachen und kostengünstigen Herstellprozesses außerdem einen ganz besonderen Vorteil, weil eine drehfeste Verbindung zwischen dem Abtrieb des Spannungswellengetriebes und einer Nockenwelle auf einfache und unkomplizierte Weise, beispielsweise unter Verwendung einer Zentralschraube, besonders unkompliziert herstellbar ist, solange der Stator noch nicht in den Verstellmotor eingesetzt ist. Solange der Stator noch nicht in den Verstellmotor eingesetzt ist, steht nämlich genügend Montageraum für das Ankoppeln des Abtriebs des Spannungswellengetriebes an die Nockenwelle zur Verfügung.
Der Verstellmotor und das Spannungswellengetriebe sind bei einer, insbesondere axial, besonders kompakt ausbildbaren Ausführung in einer gemeinsamen, zur Drehachse senkrechten Axialebene angeordnet. Insbesondere wenn das Spannungswellengetriebe als Ringgetriebe mit einem Circularspline und einem Dynamicspline ausgebildet ist, kann auf diese Weise eine ganz besonders kurze axiale Baugröße des Nockenwellenverstellers erreicht werden. Insbesondere können der Verstellmotor und das Spannungswellengetriebe koaxial zueinander angeordnet sein.
Beispielsweise kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Dynamicspline dazu ausgebildet ist, drehfest mit einer Nockenwelle verbunden zu werden, während der Circularspline dazu ausgebildet ist mit einem Kettenrad für eine Steuerkette des Verbrennungsmotors verbunden zu werden oder ein Kettenrad für die Steuerkette des Verbrennungsmotors aufweist. Natürlich ist es auch umgekehrt möglich, dass der Circularspline dazu ausgebildet ist, drehfest mit einer Nockenwelle verbunden zu werden, während der Dynamicspline dazu ausgebildet ist mit einem Kettenrad für eine Steuerkette des Verbrennungsmotors verbunden zu werden oder ein Kettenrad für die Steuerkette des Verbrennungsmotors aufweist.
Alternativ kann das Spannungswellengetriebe auch als Topfgetriebe ausgebildet sein. Eine solche Ausführung des Nockenwellenverstellers ist zwar in axiale Richtung nicht ganz so kompakt ausgebildet wie die eine Ausführung mit einem Ringgetriebe, jedoch kann bei gleicher radialer Baugröße ein größeres Drehmoment übertragen werden, als bei einem Ringgetriebe. Außerdem kann der Verstellmotor vorteilhaft räumlich innerhalb eines Flextopfes angeordnet sein. Eine solche Ausführung ist zum Erzielen einer besonderen Kompaktheit besonders vorteilhaft, weil der bei einem Topfgetriebe zumeist leere Bauraum innerhalb des Flexsplines ausgenutzt wird. Außerdem hat eine solche Ausführung den besonderen Vorteil, dass der Verstellmotor besonders gut vor äußeren Einflüssen geschützt ist. In ähnlicher Weise kann das Spannungswellengetriebe vorteilhaft auch als Hutgetriebe ausgebildet sein.
Das Spannungswellengetriebe des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers kann vorteilhaft ein Gehäuse aufweisen.
Insbesondere wenn das Spannungswellengetriebe als Ringgetriebe ausgebildet ist, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Gehäuse wenigstens ein Gehäusebauteil aufweist, das drehfest mit einem Circularspline oder einem Dynamicspline des Spannungswellengetriebes verbunden ist oder das gemeinsam einstückig mit einem Circularspline oder einem Dynamicspline des Spannungswellengetriebes hergestellt ist. Beispielsweise kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Dynamicspline ein innenverzahntes Hohlrad, das mit dem ringförmigen Flexspline in Zahneingriff steht, und ein drehfest mit dem Hohlrad verbundenes oder einstückig mit den Hohlrad hergestelltes, kreisscheibenförmiges Deckelteil aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Circularspline ein innenverzahntes Hohlrad, das mit dem ringförmigen Flexspline in Zahneingriff steht, und ein drehfest mit dem Hohlrad verbundenes oder einstückig mit den Hohlrad hergestelltes, kreisscheibenförmiges Deckelteil aufweist. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass sowohl der Dynamicspline, als auch der Circularspline jeweils ein innenverzahntes Hohlrad, das mit dem ringförmigen Flexspline in Zahneingriff steht, und jeweils ein drehfest mit dem Hohlrad verbundenes oder einstückig mit den Hohlrad hergestelltes, kreisscheibenförmiges Deckelteil aufweist. Auf diese Weise kann vorteilhafte eine Einhausung auf zwei Seiten erreicht werden.
Wenn das Spannungswellengetriebe als Topfgetriebe ausgebildet ist, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Gehäuse wenigstens ein Gehäusebauteil aufweist, das drehfest mit einem Circularspline des Spannungswellengetriebes verbunden ist oder das gemeinsam einstückig mit einem Circularspline des Spannungswellengetriebes hergestellt ist. Insbesondere kann auch der Flextopf als ein Gehäusebauteil des Gehäuses fungieren.
Das Deckelteil bildet wenigstens einen Teil des Gehäuses des Spannungswellengetriebes. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Deckelteil ein Teil des Abtriebs des Spannungswellengetriebes ist. Hierzu kann das Deckelteil vorteilhaft eine Ankoppelvorrichtung zum Ankoppeln der Nockenwelle aufweisen oder als Teil einer solchen Ankoppelvorrichtung ausgebildet sein.
Der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller kann vorteilhaft derart ausgebildet sein, dass er an einen Ölkreislauf, insbesondere den Ölkreislauf eines Verbrennungsmotors, angeschlossen werden kann. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Verstellmotor von Öl umspült ist. Eine solche Ausführung hat den besonderen Vorteil, dass die Spulen des elektrischen Verstellmotors zusätzlich durch das Öl gekühlt werden und so eine Effizienzsteigerung erreicht werden kann.
Hierzu kann das Gehäuse vorteilhaft wenigstens eine Öldurchlassöffnung aufweisen. Die Öldurchlassöffnung kann dazu ausgebildet sein, sowohl Öl einzulassen, als auch Öl wieder aus dem Nockenwellenversteller heraus zu lassen. Es ist jedoch auch möglich, dass mehrere Öldurchlassöffnungen vorhanden sind, wobei eine der Durchlassöffnungen als Öleinlassöffnung und eine andere der Öldurchlassöffnungen als Ölauslassöffnung fungiert.
An wenigstens einer der Öldurchlassöffnungen, insbesondere jeweils an allen Öldurchlassöffnungen, kann vorteilhaft wenigstens ein Reinigungsmagnet angeordnet sein. Der Reinigungsmagnet ist ein Permanentmagnet, der metallische Partikel aus dem vorbeiströmenden Öl anzieht und festhält und auf diese Weise dem Ölkreislauf entzieht. Eine solche Ausführung hat den besonderen Vorteil, dass diese metallischen Partikel nicht zwischen sich relativ zueinander bewegende Bauteile des Verstellmotor oder des Spannungswellengetriebes gelangen können. Insbesondere können diese metallischen Partikel nicht in den Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator des Verstellmotors gelangen, so dass die Gefahr eines Blockierens vermieden ist. Der Reinigungsmagnet kann insbesondere in Form eines Hohlrings ausgebildet sein, durch die das Öl strömt. Allerdings sollte dieser Hohlring einen ausreichend großen Durchmesser aufweisen, um Partikel aufnehmen zu können, ohne dass eine Verstopfung verursacht wird.
Bei einer besonderen Ausführung ist der Wellengenerator schwimmend und/oder selbstzentrierend gelagert. Eine solche Ausführung hat den besonderen Vorteil, dass ein Axialversatz und/oder axiale Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden kann. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Wellengenerator - zumindest radial - ausschließlich über den Flexspline des Spannungswellengetriebes gelagert ist.
Besonders robust ist eine alternative Ausführung, bei der wenigstens ein Wellengeneratorlager, insbesondere ein als Radiallager ausgebildetes Wellengeneratorlager, vorhanden ist, mittels dem der Wellengenerator, insbesondere unmittelbar, rotierbar gelagert ist. Bei einer solchen Ausführung kann sich der Wellengenerator über das wenigstens eine Wellengeneratorlager an dem Circularspline und/oder an dem Dynamicspline abstützen. Insbesondere kann der Wellengenerator mittels mehrerer axial voneinander beabstandeter Wellengeneratorlager rotierbar gelagert sein. Bei einer besonderen Ausführung, bei der das Spannungswellengetriebe als Ringgetriebe ausgebildet ist, stützt sich der Wellengenerator über ein erstes Wellengeneratorlager an dem Circularspline und über ein zweites Wellengeneratorlager an dem Dynamicspline ab. Das Wellengeneratorlager kann mehrreihig ausgebildet sein.
Das Wellengeneratorlager kann vorteilhaft insbesondere dazu ausgebildet und angeordnet sein, den Wellengenerator radial abzustützen. Es ist insbesondere auch möglich, dass das Wellengeneratorlager den Wellengenerator sowohl radial, als auch axial abstützt.
Der Wellengenerator ist relativ zum Flexspline mittels eines radialflexiblen Wälzlagers rotierbar gelagert. Das radialflexible Wälzlager kann einreihig oder auch mehrreihig, insbesondere zweireihig, ausgebildet sein. Alternativ ist auch eine Gleitlagerung möglich.
Der Stator des Verstellmotors kann vorteilhaft innen hohl ausgebildet sein und/oder eine zentrale Hohlwelle aufweisen. Eine solche Ausführung hat den besonderen Vorteil, dass die elektrischen Zuleitungen zu den Windungen des Stators zentral durch den hohlen Teil bzw. die Hohlwelle, beispielsweise zu einem Steuergerät, verlaufen können. Auf diese Weise ist es insbesondere auch möglich, die elektrischen Leitungen von dem Teil des Nockenwellenverstellers fern zu halten, der mit Öl gefüllt ist.
Die Hohlwelle kann an beiden Enden jeweils eine Öffnung aufweisen. Es ist auch möglich, dass die Hohlwelle nur an einem Ende eine Öffnung aufweist. Insbesondere können, vorzugsweise zerstörungsfrei wieder lösbare, Verschlussdeckel vorhanden sein, die die Öffnungen der Hohlwelle verschließen. Ganz besonders vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der die Hohlwelle als einstückiges, einseitig geschlossenes Bauteil hergestellt ist. Diese Ausführung hat den ganz besonderen Vorteil, dass die geschlossene Seite eine Abschirmung gegenüber dem ölgefüllten Bereich des Nockenwellenverstellers bilden kann.
Wenn der Stator innen hohl ausgebildet ist und/oder eine zentrale Hohlwelle aufweist, kann der Verstellmotor vorteilhaft insbesondere in der Weise ausgeführt werden, dass keine zusätzlichen Dichtungen von Nöten sind, um die elektrischen Leitungen von dem Teil des Nockenwellenverstellers fern zu halten, der mit Öl gefüllt ist.
Die Außenseite des Wellengenerators ist vorzugsweise in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse oval, insbesondere elliptisch, ausgebildet. Dies bewirkt, dass der Flexspline dieselbe ovale Form annimmt und an zwei gegenüberliegenden Stellen mit dem Circularspline und/oder dem Dynamicspline in Zahneingriff gelangt. Es ist allerdings auch möglich den Wellengenerator so auszubilden, dass ein Zahneingriff an drei Stellen oder mehr Stellen vorliegt.
Die Innenseite des Wellengenerators ist vorzugsweise kreiszylinderförmig ausgebildet. In den von dem als Rotor ausgebildeten Wellengenerator umgebenen Raum ist der Stator eingefügt. Der Stator weist vorzugsweise mehrere Statorzähne mit Wickelspulen auf. Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Statorzähne drei oder ein Vielfaches von drei.
Der Verstellmotor kann vorteilhaft als Permanentmagnetmotor ausgebildet sein. Insbesondere kann der Wellengenerator mehrere Permanentmagnete aufweisen. Die Permanentmagnete können beispielsweise in ein Trägerbauteil des Wellengenerators eingebettet sein. Alternativ ist es auch möglich, dass die Permanentmagnete an der Innenseite eines Trägerbauteils des Wellengenerators verteilt angeordnet sind. Hierzu kann der Wellengenerator beispielsweise Taschen aufweisen, in die die Permanentmagnete eingesteckt sind. Auch andere Ausführungen einer formschlüssigen Verbindung sind möglich. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Permanentmagnete durch einen Stoffschluss, zum Beispiel kleben, oder durch einen Kraftschluss, beispielsweise durch eine Pressfügung, an der Innenseite des Trägerbauteils befestigt sind.
Das Trägerbauteil kann beispielsweise aus Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff hergestellt sein. Insbesondere ist es auch möglich, dass das Trägerbauteil durch Spritzgießen hergestellt wird. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Permanentmagnete durch Umspritzen in das Trägerbauteil räumlich integriert werden.
Der Verstellbereich des Nockenwellenverstellers ist bei einer besonderen Ausführung, insbesondere mechanisch, begrenzt. Dies hat den besonderen Vorteil, dass Einstellungen vermieden sind, die zu einer Beschädigung des Verbrennungsmotors führen könnten. Insbesondere kann der Verstellbereich in beide Verstellrichtungen, beispielsweise mittels mechanischen Anschlägen, begrenzt sein.
Bei einer besonders sicheren Ausführung schlagen zwei ansonsten zueinander bewegliche, insbesondere rotierbare, Getriebebauteile bei Erreichen der vorbestimmten Einstellung aneinander an. Vorzugsweise ist wenigstens ein Anschlagdämpfer vorhanden, um eine Überlastung der Bauteile des Nockenwellenverstellers, insbesondere des Spannungswellengetriebes, beim Anschlagen zu vermeiden. Insbesondere wird durch den Anschlagdämpfer vermieden, dass es zu einem Überspringen der Verzahnungen der miteinander in Zahneingriff stehenden Bauteile des Spannungswellengetriebes kommt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung ist eine Rückstellvorrichtung vorhanden, die einen mechanischen Energiespeicher beinhaltet und die bei einem Ausfall und/oder nach einem Abschalten des Verstellmotors eine vorbestimmte Einstellung des Spannungswellengetriebes einstellt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass es zu keiner Einstellung der Nockenwelle kommt, die zu einer völligen Funktionsunfähigkeit des Verbrennungsmotors führt. Vielmehr wird vorzugsweise eine konstante Notstellung des Nockenwellenverstellers eingestellt, die einen Notbetrieb des Verbrennungsmotors zulässt. Aufgrund der besonderen Bauweise des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers ist die Implementierung einer Rückstellvorrichtung sehr platzsparend möglich.
Der mechanische Energiespeicher kann beispielsweise eine Feder aufweisen. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der mechanische Energiespeicher eine Spiralfeder aufweist, oder dass der mechanische Energiespeicher eine Flachspiralfeder aufweist, oder dass der mechanische Energiespeicher eine Flachspiralfeder mit einer Windungszahl zwischen 1 und 50, insbesondere 10 bis 40 oder 20 bis 30, aufweist, oder dass der mechanische Energiespeicher eine Feder aufweist, die aus einem Material mit rechteckigem Materialquerschnitt hergestellt ist, oder dass der mechanische Energiespeicher eine Feder aufweist, die aus einem Material mit kreisrundem Materialquerschnitt hergestellt ist, oder dass der mechanische Energiespeicher als Gasdruckfeder ausgebildet ist.
Der mechanische Energiespeicher kann beispielsweise derart angeordnet sein, dass er sich einerseits am Wellengenerator und andererseits am Dynamicspline oder am Circularspline abstützt. Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, dass sich der mechanische Energiespeicher einerseits am Dynamicspline und andererseits am Circularspline abstützt. Auch bei dieser Ausführung kann die Feder als Spiralfeder ausgebildet sein, wobei jedoch wesentlich weniger Windungen erforderlich sind, als bei einer Ausführung, bei der sich die Feder einerseits am Wellengenerator und andererseits am Dynamicspline oder am Circularspline abstützt.
Von besonderem Vorteil ist ein Verbrennungsmotor, der einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller aufweist.
Der Verbrennungsmotor kann insbesondere ein Ventiltriebsantriebsgehäuse aufweisen, in dem der Nockenwellenversteller angeordnet ist. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Ventiltriebsantriebsgehäuse eine Öffnung aufweist, die mit einem Deckel verschließbar ist, wobei der Nockenwellenversteller oder wenigstens ein Teil des Nockenwellenverstellers durch die Öffnung erreichbar und/oder entnehmbar ist.
Bei einer besonders robusten Ausführung stützt sich der Stator über das Ventiltriebsantriebsgehäuse direkt oder indirekt an einem Motorblock des Verbrennungsmotors ab.
Um eine ganz besonders einfache Montierbarkeit zu realisieren, kann der Stator des Verstellmotors vorteilhaft drehfest mit dem Deckel verbunden sein. Es ist beispielsweise auch möglich, dass der Deckel als ein Teil des Stators ausgebildet ist. Bei diesen Ausführungen ist es möglich, zunächst den Abtrieb des Spannungswellengetriebes an die innerhalb des Verbrennungsmotors fertig montierte Nockenwelle drehfest anzukoppeln sowie das Ventiltriebsantriebsgehäuse zu montieren und erst danach den an dem Deckel drehfest befestigten Stator einzusetzen, wobei der Deckel drehfest mit dem Ventiltriebsantriebsgehäuse verbunden wird, so dass der Stator über das Ventiltriebsantriebsgehäuse relativ zum Motorblock direkt oder indirekt drehfest gehalten ist.
Von besonderem Vorteil ist ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller oder mit einem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor. Ein solches Fahrzeug hat den besonderen Vorteil, dass weniger Bauraum für den Nockenwellenversteller bzw. für den gesamten Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellt sein muss und daher mehr Raum für andere Zwecke zur Verfügung steht oder das Fahrzeug kleiner ausgebildet werden kann.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft und schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers,
2 das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers zeitlich vor dem Einsetzen des Stators,
3 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers,
4 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers,
5 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers,
6 schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers,
7 schematisch ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers,
8 schematisch ein siebentes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, und
9 schematisch ein achtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers.

1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1, der mittels einer Zentralschraube 2 an eine (nicht dargestellte) Nockenwelle ankoppelbar ist. Der Nockenwellenversteller 1 weist einen elektrischen Verstellmotor 3 und ein Spannungswellengetriebe 4 auf. Das Spannungswellengetriebe 4 beinhaltet einen Wellengenerator 5. Der Wellengenerator 5 ist relativ zum Flexspline 17 mittels eines radialflexiblen Wälzlagers 28 rotierbar gelagert.
Der Verstellmotor 3 ist als Außenläufermotor ausgebildet und räumlich innerhalb des Spannungswellengetriebes 4 angeordnet, wobei der Rotor des Verstellmotors gleichzeitig den Wellengenerator 5 bildet. Innerhalb des Rotors ist ein Stator 6 mit mehreren Statorzähnen 7, die Wickelspulen tragen, angeordnet.
Der Wellengenerator 5 beinhaltet für seine Funktion als Rotor des Verstellmotors 3 mehrere Permanentmagnete 27.
Der Stator 6 ist mittels einer Haltewelle 8 drehfest mit einem Deckel 9 für die Öffnung eines (schematisch und unvollständig dargestellten) Ventiltriebsantriebsgehäuses 10 eines (nicht dargestellten) Verbrennungsmotors verbunden. Der Stator 6 stützt sich über den Deckel 9 und das Ventiltriebsantriebsgehäuse 10 direkt oder indirekt an einem (nicht dargestellten) Motorblock des (nicht dargestellten) Verbrennungsmotors ab.
Das Ventiltriebsantriebsgehäuse 10 weist eine Öffnung auf, die mit dem Deckel 9 verschließbar ist. Der Deckel 9 kann von dem Ventiltriebsantriebsgehäuse 10 gelöst und anschließend abgenommen werden. Hierbei ist es möglich, den Stator 6 aus dem Nockenwellenversteller 1 zu entnehmen und durch die Öffnung zu entfernen. Die übrigen Teile des Nockenwellenverstellers 1 sind nach dem Abnehmen des Deckels 9 durch die Öffnung erreichbar. Insbesondere besteht ein direkter Zugang zu der Zentralschraube 2, so dass der Nockenwellenversteller einfach durch Herausdrehen der Zentralschraube 2 von der (nicht dargestellten) Nockenwelle gelöst werden kann. Diese Situation ist in 2 dargestellt.
Das in den 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass der Nockenwellenversteller 1 zunächst ohne den Stator 6 montiert werden kann, wobei eine Ankopplung an die Nockenwelle über die leicht zugängliche Zentralschraube 2 einfach möglich ist. Anschließend kann der Stator 6 eingefügt und der Deckel 9 drehfest mit dem Ventiltriebsantriebsgehäuse 10 verbunden werden, wodurch der Stator 6 drehfest abgestützt ist.
Bei dieser Ausführung sind das Spannungswellengetriebe 4 und der Verstellmotor 3 in einer gemeinsamen Axialebene 11 angeordnet.
Dass Spannungswellengetriebe 4 ist als Ringgetriebe mit einem Circularspline 12 und einem Dynamicspline 13 ausbildet.
Der Dynamicspline 13 ist dazu ausgebildet, drehfest mit einer (nicht dargestellten) Nockenwelle verbunden zu werden, während der Circularspline 12 ein Kettenrad 14 für eine (nicht dargestellte) Steuerkette des Verbrennungsmotors aufweist.
Das Spannungswellengetriebe 4 weist ein Gehäuse auf, wobei ein Gehäusebauteil des Gehäuses durch ein kreisscheibenförmiges Deckelteil 15 gebildet ist. Der Dynamicspline 13 weist ein erstes innenverzahntes Hohlrad 16 auf, das mit einem ringförmigen Flexspline 17 in Zahneingriff steht. Das Deckelteil 15 ist gemeinsam einstückig mit dem ersten innenverzahnten Hohlrad 16 hergestellt.
Das Deckelteil 15 ist außerdem ein Teil des Abtriebs des Spannungswellengetriebes 4, wobei das Deckelteil 15 eine Ankoppelvorrichtung zum Ankoppeln einer (nicht dargestellten) Nockenwelle unter Verwendung der Zentralschraube 2 aufweist.
Ein weiteres Gehäusebauteil des Gehäuses des Spannungswellengetriebes 4 ist durch ein weiteres kreisscheibenförmiges Deckelteil 18 gebildet. Der Circularspline 12 weist ein zweites innenverzahntes Hohlrad 19 auf, das mit dem Flexspline 17 in Zahneingriff steht. Das weitere Deckelteil 18 ist drehfest mit dem zweiten innenverzahnten Hohlrad 19 verbunden. Das weitere Deckelteil 18 weist eine Öldurchlassöffnung 20 auf. Der Innendurchmesser der Öffnung des weitere Deckelteils 18 ist vorteilhaft so gewählt, dass der Stator 6 in den Rotor (Wellengenerator 5) eingefügt und wieder entnommen werden kann und dass das weitere Deckelteil 18 als Axialanschlag für den Wellengenerator 5 und den Flexspline 17 fungiert. Hierbei kann das Material des weiteren Deckelteils 18 vorzugeweise derart gewählt sein, dass es nicht zu Beschädigungen durch die axial fixierten Bauteile kommt. Insbesondere kann das weitere Deckelteil 18 aus einem härteren und/oder höher vergüteten Material hergestellt sein, als der Wellengenerator und/oder der Flexspline.
In vorteilhafter Weise kann durch Öffnung des weiteren Deckelteils 18 auch die Zentralschraube 2 erreicht werden.
3 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1.
Bei dieser Ausführung ist im Unterschied zu der Ausführung, die in den 1 und 2 dargestellt ist, die Haltewelle 8 als Hohlwelle ausgebildet. Durch die Haltestelle 8 können bei dieser Ausführung die (in dieser Figur nicht dargestellten) elektrischen Zuleitungen 30 zu den Windungen des Stators 6 verlaufen.
4 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1. Diese Ausführung unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten Ausführung dadurch, dass der Wellengenerator 5 mit zwei axial voneinander beabstandeten Wellengeneratorlagern 21, 22 rotierbar gelagert ist. Bei dieser Ausführung stützt sich der Wellengenerator 5 über ein erstes Wellengeneratorlager 21 an dem Deckelteil 15 des Circularsplines 12 und über ein zweites Wellengeneratorlager 22 an dem weiteren Deckelteil 18 des Dynamicsplines 13 ab.
5 zeigt schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1. Diese Ausführung unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten Ausführung dadurch, dass der Wellengenerator 5 mit einem zweireihigen Wellengeneratorlager 23 rotierbar gelagert ist. Bei dieser Ausführung stützt sich der Wellengenerator 5 über das zweireihige Wellengeneratorlager 23 an dem Deckelteil 15 des Circularsplines 12 ab.
6 zeigt schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1. Diese Ausführung unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten Ausführung dadurch, dass eine Rückstellvorrichtung 24 vorhanden ist, die einen mechanischen Energiespeicher, nämlich eine Spiralfeder 25 beinhaltet und die bei einem Ausfall und/oder nach einem Abschalten des Verstellmotors eine vorbestimmte Einstellung des Spannungswellengetriebes 4 einstellt.
Die Spiralfeder 25 stützt sich einerseits am Wellengenerator 5 und andererseits am Dynamicspline 13 ab.
7 zeigt schematisch ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1. Diese Ausführung unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten Ausführung dadurch, dass Rückstellvorrichtung 24 vorhanden, die einen mechanischen Energiespeicher, nämlich eine Spiralfeder 25 beinhaltet und die bei einem Ausfall und/oder nach einem Abschalten des Verstellmotors eine vorbestimmte Einstellung des Spannungswellengetriebes 4 einstellt.
Die Spiralfeder 25 stützt sich einerseits am Circularspline 12 und andererseits am Dynamicspline 13 ab.
8 zeigt schematisch ein siebentes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1. Diese Ausführung unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten Ausführung dadurch, dass am Rand der Öldurchlassöffnung 20 ein ringförmig ausgebildeter Reinigungsmagnet 26 angeordnet ist. Der Reinigungsmagnet 26 ist ein Permanentmagnet, der metallische Partikel aus dem vorbeiströmenden Öl anzieht, festhält und auf diese Weise dem Ölkreislauf entzieht.
9 zeigt schematisch ein achtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1. Diese Ausführung unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten Ausführung dadurch, dass an dem Deckel 9 ein elektrisches Steuergerät 29 angeordnet ist, das über elektrische Zuleitungen 30 mit dem Stator 6, die durch die als Hohlwelle ausgebildete Haltewelle 8 verlaufen, verbunden ist.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2: Zentralschraube
3: Verstellmotor
4: Spannungswellengetriebe
5: Wellengenerator
6: Stator
7: Statorzähne
8: Haltewelle
9: Deckel
10: Ventiltriebsantriebsgehäuse
11: gemeinsame Axialebene
12: Circularspline
13: Dynamicspline
14: Kettenrad
15: kreisscheibenförmiges Deckelteil
16: erstes innenverzahntes Hohlrad
17: Flexspline
18: Deckelteil
19: zweites innenverzahntes Hohlrad
20: Öldurchlassöffnung
21: erstes Wellengeneratorlager
22: zweites Wellengeneratorlager
23: zweireihiges Wellengeneratorlager
24: Rückstellvorrichtung
25: Spiralfeder
26: Reinigungsmagnet
27: Permanentmagnet
28: Radialflexibles Wälzlager
29: Steuergerät
30: Zuleitungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010006392 B3 [0003]
EP 2282020 B1 [0004]

Claims

Nockenwellenversteller mit einem Verstellmotor und mit einem Spannungswellengetriebe, das einen Wellengenerator aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmotor als Außenläufermotor ausgebildet und räumlich innerhalb des Spannungswellengetriebes angeordnet ist und der Rotor des Verstellmotors den Wellengenerator bildet.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmotor und das Spannungswellengetriebe in einer gemeinsamen Axialebene angeordnet sind.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungswellengetriebe als Ringgetriebe mit einem Circularspline und einem Dynamicspline ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmotor räumlich innerhalb eines Flexrings des Ringgetriebes angeordnet ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungswellengetriebe als Topfgetriebe ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmotor räumlich innerhalb eines Flextopfes des Topfgetriebes angeordnet ist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungswellengetriebe ein Gehäuse aufweist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse wenigstens ein Gehäusebauteil aufweist, das drehfest mit einem Circularspline oder einem Dynamicspline oder einem Flextopf des Spannungswellengetriebes verbunden ist oder das gemeinsam einstückig mit einem Circularspline oder einem Dynamicspline oder einem Flextopf des Spannungswellengetriebes hergestellt ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse wenigstens eine Öldurchlassöffnung aufweist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Öldurchlassöffnung wenigstens ein Reinigungsmagnet angeordnet ist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller dazu ausgebildet ist an den Ölkreislauf eines Verbrennungsmotors angeschlossen zu werden.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellengenerator schwimmend und/oder selbstzentrierend gelagert ist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellengenerator ausschließlich über den Flexspline des Spannungswellengetriebes gelagert ist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wellengeneratorlager, insbesondere ein als Radiallager ausgebildetes Wellengeneratorlager vorhanden ist, mittels dem der Wellengenerator, insbesondere unmittelbar, rotierbar gelagert ist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator des Verstellmotors innen hohl ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator eine Hohlwelle aufweist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Hohlwelle wenigstens an einem Ende eine Öffnung aufweist, oder dass b. die Hohlwelle wenigstens an einem Ende eine Öffnung aufweist, die mit einem, vorzugsweise zerstörungsfrei wieder lösbaren, Verschlussdeckel verschlossen ist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite des Wellengenerators in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse oval, insbesondere elliptisch, ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite des Wellengenerators kreiszylinderförmig ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellengengenerator mehrere Permanentmagnete aufweist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet dass die Permanentmagnete in ein Trägerbauteil des Wellengenerators eingebettet sind oder dass die Permanentmagnete an der Innenseite eines Trägerbauteils Wellengenerators verteilt angeordnet sind.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellvorrichtung vorhanden ist, die einen mechanischen Energiespeicher beinhaltet und die bei einem Ausfall und/oder nach einem Abschalten des Verstellmotors eine vorbestimmte Einstellung des Spannungswellengetriebes einstellt.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Energiespeicher eine Feder aufweist, oder dass der mechanische Energiespeicher eine Spiralfeder aufweist, oder dass der mechanische Energiespeicher eine Flachspiralfeder aufweist, oder dass der mechanische Energiespeicher eine Flachspiralfeder mit einer Windungszahl zwischen 1 und 50, insbesondere 10 bis 40 oder 20 bis 30, aufweist, oder dass der mechanische Energiespeicher eine Feder aufweist, die aus einem Material mit rechteckigem Materialquerschnitt hergestellt ist, oder dass der mechanische Energiespeicher eine Feder aufweist, die aus einem Material mit kreisrundem Materialquerschnitt hergestellt ist, oder dass der mechanische Energiespeicher als Gasdruckfeder ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet dass zwei ansonsten zueinander bewegliche, insbesondere rotierbare, Getriebebauteile bei Erreichen der vorbestimmten Einstellung aneinander anschlagen.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlagdämpfer vorhanden ist.
Verbrennungsmotor mit einem Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 25.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor ein Ventiltriebsantriebsgehäuse aufweist, in dem der Nockenwellenversteller angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Ventiltriebsantriebsgehäuse eine Öffnung aufweist, die mit einem Deckel verschließbar ist, oder dass b. das Ventiltriebsantriebsgehäuse eine Öffnung aufweist, die mit einem Deckel verschließbar ist, wobei der Nockenwellenversteller durch die Öffnung erreichbar und/oder entnehmbar ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Stator des Verstellmotors drehfest mit dem Deckel verbunden ist oder verbindbar ist, oder dass b. der Deckel als ein Teil des Stator ausgebildet ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator drehfest mit dem Ventiltriebsantriebsgehäuse verbunden oder verbindbar ist.
Fahrzeug mit einem mit einem Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 25 oder mit einem Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 26 bis 30.