DE112016002919T5

DE112016002919T5 - Wegbegrenzungsanschlag für Planetenräder eines elektrischen Nockenwellenverstellers

Info

Publication number: DE112016002919T5
Application number: DE112016002919.5T
Authority: DE
Inventors: Mark M. Wigsten; Daniel Brown
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2018-03-08
Also published as: CN107923272A; JP2018523774A; US20180216503A1; WO2017019585A1

Abstract

Elektrischer Nockenwellenversteller zum dynamischen Einstellen der Phase einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle, der einen Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad aufweist. Der Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad umfasst: ein Sonnenrad, das von einem Motor angetrieben wird, mehrere Planetenräder mit Anschlagzähnen, ein erstes Hohlrad, das von der Kurbelwelle angetrieben wird, und ein zweites Hohlrad, das mit der Nockenwelle drehbar ist. Das erste oder das zweite Hohlrad weist jeweils einen ersten und einen zweiten Anschlag auf. Wenn die Anschlagzähne der Planetenräder mit dem ersten Anschlag oder dem zweiten Anschlag an entweder dem ersten oder dem zweiten Hohlrad in Wechselwirkung sind, wird das Weiterdrehen des Verstellers in die erste Richtung oder die zweite Richtung, auf den ersten oder den zweiten Anschlag zu, angehalten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Versteller. Insbesondere betrifft die Erfindung Wegbegrenzungsanschläge für Planetenräder eines elektrischen Nockenwellenverstellers.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Die variable Nockenwellenverstellung oder „VCT“ ist ein Prozess, der sich auf ein Steuern und Verändern, wenn dies wünschenswert ist, der Winkelbeziehung (der „Phase“) zwischen der Antriebswelle und einer oder mehreren Nockenwellen, welche die Ansaug- und Auslassventile der Kraftmaschine steuern, bezieht. In einem VCT-Regelungssystem misst das System den Dreh- oder Phasenwinkel einer Nockenwelle in Bezug auf die Kurbelwelle, mit der sie wirkverbunden ist, und ändert dann in Reaktion auf einen Bedarf an entweder einer Erhöhung oder einer Verringerung der Leistung den Phasenwinkel, um verschiedene Kennwerte der Kraftmaschine einzustellen. Üblicherweise handelt es sich dabei um einen geschlossenen Regelkreis, in dem die Sollwerte solcher Kennwerte der Kraftmaschine gegen ihre Istwerte gemessen werden und in Reaktion auf Abweichungen Änderungen in der Kraftmaschine vorgenommen werden. Dafür verfügen moderne Automobile üblicherweise über eine oder mehrere elektronische Steuereinheiten (ECU: Electronic Control Units), die fortwährend Daten analysieren, die aus verschiedenen Teilen der Kraftmaschine oder aus anderen Teilen des Automobils, wie beispielsweise von Abgassensoren, Drucksensoren und Temperaturfühlern, eingegeben werden. In Reaktion auf derartige Daten wird dann ein Stellsignal ausgesendet. Bei VCT-Systemen, beispielsweise, wird, wenn sich die Bedingungen in der Kraftmaschine oder in der Umgebung verändern, der Dreh- oder Phasenwinkel zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle dementsprechend eingestellt.
Ein VCT-System umfasst eine Nocken-Winkelverstellvorrichtung, mitunter als „Versteller“ bezeichnet, Steuerventile, Steuerventil-Stellantriebe und Steuerschaltungen. Ein elektrischer Nockenwellenversteller (E-Phaser) wird von einem Elektromotor angetrieben, um die Winkelbeziehung zwischen der Antriebswelle und einer oder mehreren Nockenwellen zu steuern und zu verändern. In Reaktion auf Eingangssignale stellt der elektrische Nockenwellenversteller die Nockenwelle ein, um die Ventilsteuerzeiten der Kraftmaschine entweder nach früh oder nach spät zu verstellen.
Diese Systeme weisen einen Getriebezug mit hohem Übersetzungsverhältnis auf und können den Drehwinkel bzw. die Phasenlage der Nockenwelle mittels eines Motors, der die gleiche Drehzahl wie die Nockenwelle hat, relativ zur Kurbelwelle verstellen. Wenn der Motor schneller als die Nockenwelle dreht, wird der Versteller die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle in eine Richtung verstellen, und wenn der Motor langsamer wird, wird die Winkelbeziehung bzw. Phase zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle in die entgegengesetzte Richtung verstellt.
Um die Winkelbeziehung zwischen der Antriebswelle und einer oder mehreren Nockenwellen zu verändern, ist es erforderlich, die Bewegung des Verstellers zu begrenzen; jedoch kann ein Stoppen eines der Hohlräder relativ zu dem anderen zur Folge haben, dass die Planetenräder geringfügig weiterdrehen, wodurch die Planetenradzahnung mit der Hohlradzahnung verklemmen kann oder sich die Zahnung des Planetenrades zwischen den zwei Hohlrädern verkeilen kann. Der Motor, der zum Antreiben des Sonnenrades verwendet wird, bringt möglicherweise nicht immer genug Drehmoment auf, um das Verklemmen der Planetenradzahnung mit den Hohlrädern aufzuheben. Außerdem erweist sich ein Begrenzen der Bewegung des Trägers, um die Bewegung des Verstellers an spezifischen Haltepositionen zu stoppen, ebenfalls als problematisch, da sich der Träger während der Bewegung des Verstellers mehr als einmal dreht.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein elektrischer Nockenwellenversteller zum dynamischen Einstellen der Phase einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle offenbart, der einen Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad aufweist Der Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad umfasst: ein Sonnenrad, das von einem Motor angetrieben wird, mehrere Planetenräder mit Anschlagzähnen, ein erstes Hohlrad, das von der Kurbelwelle angetrieben wird, und ein zweites Hohlrad, das mit der Nockenwelle drehbar ist. Das erste oder das zweite Hohlrad weist jeweils einen ersten und einen zweiten Anschlag auf. Wenn die Anschlagzähne der Planetenräder mit dem ersten Anschlag oder dem zweiten Anschlag an entweder dem ersten oder dem zweiten Hohlrad in Wechselwirkung sind, wird das Weiterdrehen des Verstellers in die erste Richtung oder die zweite Richtung, auf den ersten oder den zweiten Anschlag zu, angehalten.
In einer anderen Ausführungsform wird ein elektrischer Nockenwellenversteller zum dynamischen Einstellen einer Rotationsbeziehung einer Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine bezüglich einer Kraftmaschinenkurbelwelle offenbart. Der elektrische Nockenwellenversteller umfasst: einen Elektromotor und einen Planetenantrieb mit einem geteilten Hohlrad oder einem Hohlrad. Der Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad umfasst: einen Träger, der zur Drehung angetrieben wird; ein Planetenrad, das um den Träger herum angeordnet ist und eine Vielzahl von Planetenradzähnen sowie mindestens einen Anschlagzahn umfasst; ein zweites Hohlrad, das von einer zweiten Welle angetrieben wird, wobei das zweite Hohlrad eine Vielzahl von zweiten Hohlradzähnen umfasst, die das zweite Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung des Planetenrades halten; ein erstes Hohlrad, das mit einer ersten Welle drehbar ist, wobei das erste Hohlrad eine Vielzahl von ersten Hohlradzähnen umfasst, die das erste Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung des Planetenrades halten; und einen Anschlag am ersten Hohlrad oder am zweiten Hohlrad. Wenn der Elektromotor den Träger mit einer Drehzahl antreibt, die niedriger als die Drehzahl der Kraftmaschinenkurbelwelle ist, dreht der Träger das Planetenrad, wodurch der am Kettenrad ausgebildete Zahnkranz und das Nockenwellen-Hohlrad unterschiedlich schnell gedreht werden, sodass die Rotationsbeziehung zwischen der Nockenwelle und der Kraftmaschinenkurbelwelle eingestellt wird, bis der Anschlagzahn des Planetenrades mit dem Anschlag in Wechselwirkung ist, wodurch das Drehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in eine erste Richtung angehalten wird und ein Weiterdrehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die erste Richtung verhindert wird. Wenn der Elektromotor den Träger mit einer Drehzahl antreibt, die höher als die Drehzahl der Kraftmaschinenkurbelwelle ist, dreht der Träger das Planetenrad, wodurch der am Kettenrad ausgebildete Zahnkranz und das Nockenwellen-Hohlrad unterschiedlich schnell gedreht werden, sodass die Rotationsbeziehung zwischen der Nockenwelle und der Kraftmaschinenkurbelwelle eingestellt wird, bis der Anschlagzahn des Planetenrades mit dem Anschlag in Wechselwirkung ist, wodurch das Drehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in eine zweite Richtung angehalten wird und ein Weiterdrehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die zweite Richtung verhindert wird.
In einer anderen Ausführungsform wird ein elektrischer Nockenwellenversteller zum dynamischen Einstellen einer Rotationsbeziehung einer Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine bezüglich einer Kraftmaschinenkurbelwelle offenbart. Der elektrische Nockenwellenversteller umfasst: einen Elektromotor; und einen Planetenantrieb. Der Planetenantrieb umfasst: einen Träger, der zur Drehung angetrieben wird; ein Planetenrad, das um den Träger herum angeordnet ist und eine Vielzahl von Planetenradzähnen sowie mindestens einen Anschlagzahn umfasst und an die Kurbelwelle oder die Nockenwelle gekuppelt ist; ein Hohlrad, das von der anderen der Kurbelwelle oder der Nockenwelle angetrieben wird, wobei das Hohlrad eine Vielzahl von Hohlradzähnen umfasst, die das Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung des Planetenrades halten; und einen Anschlag am Hohlrad. Wenn der Elektromotor den Träger mit einer Drehzahl antreibt, die niedriger als die Drehzahl der Kraftmaschinenkurbelwelle ist, dreht der Träger das Planetenrad, wodurch das Hohlrad und das Planetenrad unterschiedlich schnell gedreht werden, sodass die Rotationsbeziehung zwischen der Nockenwelle und der Kraftmaschinenkurbelwelle eingestellt wird, bis der Anschlagzahn des Planetenrades mit dem Anschlag in Wechselwirkung ist, wodurch das Drehen des Planetenantriebs in eine erste Richtung angehalten wird und ein Weiterdrehen des Planetenantriebs in die erste Richtung verhindert wird. Wenn der Elektromotor den Träger mit einer Drehzahl antreibt, die höher als die Drehzahl der Kraftmaschinenkurbelwelle ist, dreht der Träger das Planetenrad, wodurch das Hohlrad und das Planetenrad unterschiedlich schnell gedreht werden, sodass die Rotationsbeziehung zwischen der Nockenwelle und der Kraftmaschinenkurbelwelle eingestellt wird, bis der Anschlagzahn des Planetenrades mit dem Anschlag in Wechselwirkung ist, wodurch das Drehen des Planetenantriebs in eine zweite Richtung angehalten wird und ein Weiterdrehen des Planetenantriebs in die zweite Richtung verhindert wird.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Planetenantrieb zum Einstellen relativer Phasen einer ersten Welle und einer zweite Welle offenbart. Der Planetenantrieb umfasst: einen Träger, der zur Drehung angetrieben wird; ein Planetenrad, das um den Träger herum angeordnet ist und eine Vielzahl von Planetenradzähnen sowie mindestens einen Anschlagzahn umfasst und an die erste Welle oder die zweite Welle gekuppelt ist; ein Hohlrad, das von der anderen der ersten Welle oder der zweiten Welle angetrieben wird, wobei das Hohlrad eine Vielzahl von Hohlradzähnen umfasst, die das Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung des Planetenrades halten; und einen Anschlag am Hohlrad. Wenn der Anschlagzahn des Planetenrades mit dem Anschlag in der ersten Richtung in Wechselwirkung ist, wird ein Drehen des Planetenantriebs in die erste Richtung angehalten, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die erste Richtung verhindert wird. Wenn der Anschlagzahn des Planetenrades mit dem Anschlag in einer zweiten Richtung in Wechselwirkung ist, wird das Drehen des Planetenantriebs in die zweite Richtung, entgegengesetzt zur ersten Richtung, angehalten, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs in die zweite Richtung verhindert wird.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad zum Einstellen relativer Phasen einer ersten Welle und einer zweiten Welle offenbart. Der Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad umfasst: einen Träger, der zur Drehung angetrieben wird; ein Planetenrad, das um den Träger herum angeordnet ist und eine Vielzahl von Planetenradzähnen sowie mindestens einen Anschlagzahn umfasst; ein zweites Hohlrad, das von einer zweiten Welle angetrieben wird, wobei das zweite Hohlrad eine Vielzahl von zweiten Hohlradzähnen umfasst, die das zweite Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung des Planetenrades halten; ein erstes Hohlrad, das mit einer ersten Welle drehbar ist, wobei das erste Hohlrad eine Vielzahl von ersten Hohlradzähnen umfasst, die das erste Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung des Planetenrades halten; und einen Anschlag am ersten Hohlrad oder am zweiten Hohlrad. Wenn der Anschlagzahn des Planetenrades mit dem Anschlag in der ersten Richtung in Wechselwirkung ist, wird ein Drehen des Planetenantriebs in die erste Richtung angehalten, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die erste Richtung verhindert wird. Wenn der Anschlagzahn des Planetenrades mit dem Anschlag in einer zweiten Richtung in Wechselwirkung ist, wird das Drehen des Planetenantriebs in die zweite Richtung, entgegengesetzt zur ersten Richtung, angehalten, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs in die zweite Richtung verhindert wird.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad zum Einstellen relativer Phasen einer ersten Welle und einer zweiten Welle offenbart. Der Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad umfasst: einen Träger, der zur Drehung angetrieben wird; ein Planetenrad, das um den Träger herum angeordnet ist und eine Vielzahl von Planetenradzähnen sowie mindestens einen Anschlagzahn umfasst, wobei das zweite Hohlrad eine Vielzahl von zweiten Hohlradzähnen umfasst, die das zweite Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung des Planetenrades halten; ein erstes Hohlrad, das mit einer ersten Welle drehbar ist, wobei das erste Hohlrad eine Vielzahl von ersten Hohlradzähnen umfasst, die das erste Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung des Planetenrades halten; und einen Anschlag am ersten Hohlrad oder am zweiten Hohlrad. Wenn der Anschlagzahn des Planetenrades mit dem Anschlag in der ersten Richtung in Wechselwirkung ist, wird ein Drehen des Planetenantriebs in die erste Richtung angehalten, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs mit geteiltem Zahnrad in die erste Richtung verhindert wird. Wenn der Anschlagzahn des Planetenrades mit dem Anschlag in einer zweiten Richtung in Wechselwirkung ist, wird das Drehen des Planetenantriebs in die zweite Richtung, entgegengesetzt zur ersten Richtung, angehalten, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs in die zweite Richtung verhindert wird. Das Planetenrad kann ein gemeinsames Planetenrad sein oder kann ein mehrteiliges Planetenrad sein.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Planetenantrieb zum Einstellen relativer Phasen einer ersten Welle und einer zweite Welle offenbart. Der Planetenantrieb umfasst: mindestens ein Planetenrad, das eine Vielzahl von Planetenradzähnen sowie mindestens einen Anschlagzahn, aufweist und mittels einer Kupplung an die erste Welle oder die zweite Welle gekuppelt ist; ein Hohlrad, das von der anderen der ersten Welle oder der zweiten Welle angetrieben wird, wobei das Hohlrad eine Vielzahl von Hohlradzähnen umfasst, die das Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung mindestens eines Abschnitts des Planetenrades halten; einen Anschlag am Hohlrad. Wenn der Anschlagzahn des Planetenrades mit dem Anschlag in der ersten Richtung in Wechselwirkung ist, wird ein Drehen des Planetenantriebs in die erste Richtung angehalten, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die erste Richtung verhindert wird, und wenn der Anschlagzahn des Planetenrades mit dem Anschlag in einer zweiten Richtung in Wechselwirkung ist, wird das Drehen des Planetenantriebs in die zweite Richtung, entgegengesetzt zur ersten Richtung, angehalten, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs in die zweite Richtung verhindert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Nockenwellenverstellers, wobei eines der Planetenräder mit einem ersten Anschlag des Hohlrades in Kontakt ist, wodurch die Bewegung des Verstellers an einer ersten Halteposition begrenzt wird.
2 zeigt eine schematische Darstellung des elektrischen Nockenwellenverstellers nach einer ersten Umdrehung des Sonnenrades.
3 zeigt eine schematische Darstellung des elektrischen Nockenwellenverstellers nach einer zweiten Umdrehung des Sonnenrades.
4 zeigt eine schematische Darstellung des elektrischen Nockenwellenverstellers, wobei ein anderes der Planetenräder mit einem zweiten Anschlag des Hohlrades in Kontakt ist, wodurch die Bewegung des Verstellers an einer zweiten Halteposition begrenzt wird.
5 zeigt eine Draufsicht auf ein Planetenrad mit einem Anschlagzahn.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Planetenrades mit einem Anschlagzahn.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer Bahn eines Punkts am Planetenrad bezüglich des Hohlrades.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Nockenwellenverstellers einschließlich einer Querschnittansicht des Planetenantriebssystems von 1 längs der Linie 8-8.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Nockenwellenverstellers einer anderen Ausführungsform, wobei ein Drehen des Planetenrades zwischen Haltepositionen erfolgt.
10 zeigt eine schematische Darstellung des elektrischen Nockenwellenverstellers einer anderen Ausführungsform, wobei das Planetenrad mit einem Anschlag in Kontakt ist, wodurch die Bewegung des Verstellers begrenzt wird.
11 zeigt eine grafische Darstellung der Bahn eines Umlaufradanschlags während einer Phasenverstellung nach früh und nach spät.
12 zeigt eine schematische Darstellung einer Anschlagplatzierung bei einem Planetenradsystem einer alternativen Ausführungsform.
13 zeigt eine schematische Darstellung einer Anschlagplatzierung bei einem alternativen Planetenradsystem einer anderen alternativen Ausführungsform.
14 zeigt eine schematische Darstellung einer Anschlagplatzierung bei einem anderen Planetenradsystem einer anderen Ausführungsform.
15 zeigt eine schematische Darstellung einer Bahn eines Umlaufradanschlags während der Phasenverstellung, wobei eine Rückkehr zum Ausgangspunkt erfolgt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein elektrischer Nockenwellenversteller stellt dynamisch unter Verwendung eines elektrischen Aktors, wie etwa eines Elektromotors, die Rotationsbeziehung der Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine zur Kraftmaschinenkurbelwelle ein. Der elektrische Nockenwellenversteller der vorliegenden Erfindung weist ein Planetenantriebssystem auf, das von einem Elektromotor angetrieben wird. Das Planetenantriebssystem kann ein zentral angeordnetes Sonnenrad und mehrere Planetenräder in Eingriff mit dem Sonnenrad umfassen. Das Planetenantriebssystem kann ein Planetenantriebssystem mit geteiltem Hohlrad sein, wobei ein am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz von der Kraftmaschinenkurbelwelle angetrieben wird und ein Nockenwellen-Hohlrad konzentrisch zum Sonnenrad ist und mit der Nockenwelle verbunden ist. In einer Ausführungsform kann ein Planetenträger vorhanden sein, um die Planetenräder miteinander zu verbinden. Die Planetenräder sind gegeneinander vorbelastet, um das Spiel im Planetenantriebssystem zu verringern. Der Elektromotor ist vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, wenngleich sich versteht, dass andere Arten von Motoren verwendet werden können, wie etwa Gleichstrommotoren mit Bürsten, Wechselstrommotoren oder Schrittmotoren.
Bei der Anzahl der Zähne gibt es einen Unterschied zwischen dem Nockenwellen-Hohlrad und dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz. Infolge dieses Unterschieds bewegt sich das Nockenwellen-Hohlrad mit einer Drehzahl, die geringfügig von der des am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranzes abweicht, wenn sich das Sonnenrad mit einer anderen Drehzahl als die Nockenwelle dreht.
Bei einigen Ausführungsformen ist mit dem Sonnenrad ein Elektromotor verbunden, um das Sonnenrad relativ zu den Planetenrädern anzutreiben. Wenn der Elektromotor das Sonnenrad mit der gleichen Drehzahl wie den am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz dreht, wird die Phasenlage zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle unverändert beibehalten. Unter diesen Bedingungen dreht sich die Planetenradanordnung als eine Einheit ohne Relativbewegung zwischen dem Sonnenrad und den Planetenrädern oder zwischen den Planetenrädern und den Hohlrädern. Durch Einstellen der Elektromotordrehzahl in Bezug auf den am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz/ das Nockenwellen-Hohlrad/die Nockenwelle wird die Phase der Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle eingestellt. Wenn der Elektromotor das Sonnenrad mit einer Drehzahl dreht, die höher als die Drehzahl der Nockenwelle ist, wird der Versteller nach spät verstellt. Wenn der Elektromotor das Sonnenrad mit einer Drehzahl dreht, die niedriger als die Drehzahl der Nockenwelle ist, wird der Versteller nach früh verstellt.
Der am Kettenrad ausgebildete Zahnkranz, das Nockenwellen-Hohlrad, die Planetenräder und das Sonnenrad sind in einer Planetengetriebeverbindung angeordnet, die vorzugsweise ein zahlenmäßig hohes Übersetzungsverhältnis aufweist, um eine genaue Phasenwinkelverstellung bei einem relativ niedrigen erforderlichen Antriebsdrehmoment des Elektromotors zu ermöglichen. Der am Kettenrad ausgebildete Zahnkranz wird vorzugsweise von der Kraftmaschinenkurbelwelle über das Kettenrad und eine Endlosantriebskette angetrieben, und das Nockenwellen-Hohlrad ist vorzugsweise derart verbunden, dass es sich mit der Nockenwelle dreht.
Die 1 bis 4 und 8 zeigen einen Planetenantrieb 10 mit geteiltem Hohlrad, der Planetenräder 12, 14, 16 mit Planetenradzähnen 18, 20, 22, ein zentral angeordnetes Sonnenrad 24 mit Sonnenradzähnen 26, und ein geteiltes Hohlrad, welches einen am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz 30 und ein Nockenwellen-Hohlrad 32 umfasst, aufweist. Es sollte beachtet werden, dass in den 1 bis 4 der Träger 38 nicht gezeigt ist.
Die Zahnkränze bzw. Hohlräder 30, 32 weisen unterschiedlich viele Zähne 34, 36 auf, wobei der Unterschied bei der Anzahl der Zähne ein Vielfaches der Anzahl der Planetenräder 12, 14, 16 ist. Die Hohlradzähne 34, 36 weisen Profile auf, die den Hohlrädern 30, 32 ermöglichen, problemlos mit den Planetenrädern 12, 14, 16 zu kämmen. Entweder der am Kettenrad ausgebildete Zahnkranz 30 oder das Nockenwellen-Hohlrad 32 weist mindestens zwei Anschläge 33, 35 auf. Die Anschläge 33, 35 sind mit Zwischenraum um den Umfang des Hohlrades angeordnet und sind derart beabstandet, dass Grenzen für die Bewegung des Verstellers in eine erste Richtung und eine zweite Richtung definiert werden.
Die Planetenräder 12, 14, 16 laufen innerhalb der Hohlräder 30, 32 um das Sonnenrad 24 um, derart, dass sich die Planetenräder 12, 14, 16 auf einer Hypozykloiden, d. h. einer Kurve, die durch die Spur eines Festpunkts auf einem kleinen Kreis (Planetenrad) erzeugt wird, der innen in einem größeren Kreis (Hohlrad) rollt, bewegen. Die Bahn, auf welcher sich eines der Planetenräder 14 innen in den Hohlrädern 30, 32 bewegt, ist in 7 gezeigt. Ein Zahn des Planetenrades 14, der an einem Ort 1 in Eingriff steht, bewegt sich innen im Hohlrad 30, 32 und um das Sonnenrad 24 herum, derart, dass derselbe Zahn am Ort 2, am Ort 3, am Ort 4 mit dem Hohlrad in Eingriff gelangt. Schließlich trifft die Bahn des Planetenrades 14 auf den Anschlag 35 am Hohlrad 30, 32.
Wie in 7 gezeigt, kann das Planetenrad 14 mehrere Umläufe innen im Hohlrad ausführen, bevor es mit dem Anschlag am Hohlrad 30, 32 in Eingriff gelangt. Nachdem es mit dem Anschlag in Eingriff gelangt ist, kann sich das Planetenrad 14 nicht mehr in die gleiche Richtung weiterdrehen, sondern kann sich nur noch in die entgegengesetzte Richtung drehen. Somit wird der Versteller in einer Position gehalten, die eine maximale Verstellung nach früh oder nach spät repräsentiert.
Mindestens zwei der Planetenräder 12, 14 weisen Anschlagzähne 43, 45 an einer Außenfläche der Räder 12, 14 auf, wie in den 5 bis 6 gezeigt ist. Wenn die Anschlagzähne 43, 45 mit den Anschlägen 33, 35 an entweder dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz 30 oder dem Nockenwellen-Hohlrad 32 in Eingriff gelangen, wird die Bewegung des Versteller-Planetenantriebs 10 mit geteiltem Hohlrad angehalten. Mittels eines Planetenträgers 38 werden die Planetenräder 12, 14, 16 in einer festen Beziehung zueinander gehalten. Der Planetenträger 38 nimmt Stifte 11, 13, 15 auf, welche die Planetenräder 12, 14, 16 an den Planetenträger 38 koppeln. Die Planetenräder 12, 14, 16 drehen sich um die Stifte 11, 13, 15.
Obwohl zwei Planetenräder 12, 14 als jeweils einen Anschlagzahn 43, 45 aufweisend dargestellt sind, kann ggf. nur ein Planetenrad einen Anschlagzahn aufweisen, wobei der Anschlagzahn auf die Anschläge entweder an dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz 30 oder am Nockenwellen-Hohlrad 32 trifft. Auch könnte ein einziger Anschlag entweder an dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz 30 oder am Nockenwellen-Hohlrad 32 verwendet werden. In 15 ist die Bahn eines Anschlagzahns 43 an einem Planetenrad 12 derart gezeigt, dass er mit einem einzigen Anschlag an entweder dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz 30 oder dem Nockenwellen-Hohlrad 32 in Eingriff gelangt und dadurch die Grenzen der Bewegung in eine erste Richtung und eine zweite Richtung definiert werden.
Mit Bezug auf 8: Eine Kraftmaschinenkurbelwelle 50 ist durch eine Steuerkette 52 über ein Kettenrad 54 mit dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz 30 drehfest verbunden, und die Kraftmaschinennockenwelle 56 ist mit dem Nockenwellen-Hohlrad 32 drehfest verbunden. Ein Elektromotor 58 ist über eine Abtriebswelle 60 mit dem Sonnenrad 24 drehfest verbunden. Wird das Sonnenrad 24 durch den Elektromotor 58 mit der gleichen Drehzahl um seine Achse 62 wie eines der Hohlräder 30, 32 gedreht, wird eine gleichbleibende Nockenphasenlage beibehalten, da sich beide Hohlräder 30, 32 unisono drehen. Wird das Sonnenrad 24 mittels des Elektromotors 58 mit einer anderen Drehzahl als die Hohlräder 30, 32 gedreht, bewirkt eine Drehzahl eines Hohlrades, die geringfügig von der des anderen Hohlrades abweicht, eine Nockenphasenverschiebungsfunktion. Auf diese Weise wird ein sehr hohes Zahlenverhältnis erhalten, und die Nockenwelle 56 wird gegenüber der nominalen Rotationsbeziehung der Kurbelwelle 50 zur Nockenwelle 56 entweder vor- oder zurückgestellt.
Der Versteller wird vorzugsweise verwendet, um die Rotationsbeziehung der Nockenwelle 56 zur Kraftmaschinenkurbelwelle 50 dynamisch einzustellen, um die Kraftstoffeffizienz der Kraftmaschine zu verbessern oder um unter Last oder bei einer Beschleunigung mehr Leistung bereitzustellen. Vorzugsweise werden Sensoren 64, 65, nämlich vorzugsweise ein Sensor an der Kurbelwelle 50 und ein Sensor an der Nockenwelle 56, als Rückkopplung an eine Motorsteuerung 66 verwendet, um die momentane Stellung der Nockenwelle 56 relativ zu der Kurbelwelle 50 zu messen, um zu bestimmen, welche Einstellung, falls überhaupt, zu einem beliebigen Zeitpunkt gewünscht ist, um einen optimalen Wirkungsgrad der Kraftmaschine zu erzielen.
1 zeigt den elektrischen Nockenwellenversteller, wobei eines der Planetenräder 12 mit einem ersten Anschlag 33 des am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranzes 30 in Kontakt ist, wodurch die Bewegung des Verstellers in eine erste Richtung zu einer ersten Halteposition begrenzt wird. An dieser Position wird durch den Eingriff eines ersten Anschlagzahns 45 am Planetenrad 12 mit einem ersten Anschlag 33 an dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz 30 jede weitere Drehung des am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranzes 30, der Planetenräder 12, 14, 16 und des Sonnenrades 24 angehalten. Der zweite Anschlagzahn 43 an dem anderen Planetenrad 14 ist nicht mit dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz 30 in Eingriff.
2 zeigt eine schematische Darstellung des elektrischen Nockenwellenverstellers nach einer ersten Umdrehung des Sonnenrades. Die Hohlräder 30, 32 drehen sich gegen den Uhrzeigersinn, das Sonnenrad 24 dreht sich im Uhrzeigersinn und die Planetenräder 12, 14, 16 drehen sich gegen den Uhrzeigersinn. Keiner der Anschlagzähne der Planetenräder 12, 14 steht mit dem ersten bzw. zweiten Anschlag, 33 und 35, des am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranzes 30 in Eingriff. Das Drehen der Planetenräder 12, 14 erfolgt derart, dass ihre Anschlagzähne 43, 45 mit den Anschlägen 33, 35 an dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz 30 weder fluchtend noch in Eingriff sind, solange die Wegbegrenzung des Verstellers noch nicht erreicht ist. In dieser Figur kann das Sonnenrad vom Motor 58 mit der gleichen Drehzahl wie die Hohlräder 30, 32 angetrieben werden, wodurch eine Phasenlage beibehalten wird, oder alternativ kann das Sonnenrad vom Motor 58 derart angetrieben werden, dass es sich mit einer anderen Drehzahl als die Hohlräder 30, 32 dreht, wodurch der Versteller dadurch, dass die Rotationsbeziehung zwischen der Kurbelwelle und der Kraftmaschinennockenwelle verändert wird, nach früh oder spät verstellt wird.
3 zeigt eine schematische Darstellung des elektrischen Nockenwellenverstellers nach einer zweiten Umdrehung des Sonnenrades. 2 ähnlich steht keiner der Anschlagzähne der Planetenräder 12, 14 mit dem ersten bzw. zweiten Anschlag, 33 und 35, des am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranzes 30 in Eingriff. Das Drehen des Hohlrades 30 erfolgt derart, dass der Anschlagzahn 43 des Planetenrades 14 weiterhin umlaufen wird und nicht mit dem Anschlag 35 des am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranzes bzw. Hohlrades 30 in Eingriff gelangt. Der Anschlagzahn 45 ist mit keinem der Anschläge 33, 35 in Eingriff. In dieser Figur kann das Sonnenrad vom Motor 58 mit der gleichen Drehzahl wie die Hohlräder 30, 32 angetrieben werden, wodurch eine Phasenlage beibehalten wird, oder alternativ kann das Sonnenrad vom Motor 58 derart angetrieben werden, dass es sich mit einer anderen Drehzahl als die Hohlräder 30, 32 dreht, wodurch der Versteller dadurch, dass die Rotationsbeziehung zwischen der Kurbelwelle und der Kraftmaschinennockenwelle verändert wird, nach früh oder spät verstellt wird.
4 zeigt eine schematische Darstellung des elektrischen Nockenwellenverstellers, wobei ein anderes der Planetenräder mit einem zweiten Anschlag des Hohlrades in Kontakt ist, wodurch die Bewegung des Verstellers in eine zweite Richtung zu einer zweiten Halteposition begrenzt wird. An dieser Position wird durch den Eingriff eines zweiten Anschlagzahns 43 am Planetenrad 14 mit einem zweiten Anschlag 35 an dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz 30 jede weitere Drehung des am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranzes 30, der Planetenräder 12, 14, 16 und des Sonnenrades 24 angehalten. Der erste Anschlagzahn 45 an dem anderen Planetenrad 12 ist nicht mit dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz 30 in Eingriff. Es sollte beachtet werden, dass für ein Wegbewegen des Planetenrades 14 mit dem zweiten Anschlagzahn 43 vom zweiten Anschlag 35 die Planetenräder sich im Uhrzeigersinn drehen müssen, die Hohlräder sich im Uhrzeigersinn drehen müssen und das Sonnenrad sich gegen den Uhrzeigersinn dreht – entgegen der Drehrichtung des Planetenantriebs, um den zweiten Anschlag in der zweiten Richtung zu erreichen.
In einer anderen Ausführungsform stellt ein elektrischer Nockenwellenversteller unter Verwendung eines elektrischen Aktors, wie etwa eines Elektromotors, dynamisch die Rotationsbeziehung der Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine zur Kraftmaschinenkurbelwelle ein. Der elektrische Nockenwellenversteller der vorliegenden Erfindung weist ein Planetenantriebssystem auf, das von einem Elektromotor angetrieben wird. Das Planetenantriebssystem kann einen Träger und mindestens ein Planetenrad aufweisen. Bei dem Träger kann es sich um eine Exzenterwelle handeln, die vom Elektromotor angetrieben wird.
Das Planetenantriebssystem kann ein Planetenantriebssystem mit geteiltem Hohlrad sein, wobei ein am Kettenrad ausgebildeter Zahnkranz von der Kraftmaschinenkurbelwelle angetrieben wird und ein Nockenwellen-Hohlrad konzentrisch zum Träger mit der Nockenwelle verbunden ist.
Alternativ kann das Planetenantriebssystem ein einziges Hohlrad aufweisen, das mit der Kraftmaschinenkurbelwelle oder -nockenwelle verbunden ist, und ein Planetenrad, das via eine Kupplung mit der anderen der beiden Wellen verbunden ist. Die Kupplung kann eine Oldham-Kupplung oder eine elastische Kupplung oder irgendeine allgemein bekannte Kupplung zum Kuppeln nichtfluchtender Wellen sein.
Der bei der Anzahl der Zähne vorhandene Unterschied zwischen dem Planetenrad und dem Hohlrad (den Hohlrädern) kann in diesem Fall klein sein und kann eins sein.
Wenn der Elektromotor die Exzenterwelle und folglich den Planetenträger mit der gleichen Drehzahl wie das Hohlrad oder den am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz dreht, wird die Phasenlage zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle unverändert beibehalten. Unter diesen Bedingungen dreht sich die Planetenradanordnung als eine Einheit ohne Relativbewegung zwischen dem Planetenträger und dem Planetenrad oder zwischen den Planetenrad und dem Hohlrad (den Hohlrädern). Durch Einstellen der Elektromotordrehzahl in Bezug auf den am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz/das Nockenwellen-Hohlrad/das Hohlrad/die Nockenwelle wird die Phase der Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle eingestellt. Wenn der Elektromotor die Exzenterwelle und folglich den Planetenträger mit einer Drehzahl dreht, die höher als die Drehzahl der Nockenwelle ist, wird der Versteller in die durch das Vorzeichen des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Motor und der Nockenwelle angegebene Richtung in Bezug auf den am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz bewegt. Bei einem positiven Übersetzungsverhältnis wird der Versteller nach früh verstellt, und bei einem negativen Übersetzungsverhältnis wird der Versteller nach spät verstellt.
Die 9 bis 10 zeigen einen Planetenantrieb 100 einer anderen Ausführungsform.
Bei dieser Ausführungsform ist kein Sonnenrad vorhanden. Ein Planetenrad 112 weist Planetenradzähne 118 und einen Anschlagzahn 145 auf. Das Planetenrad 112 kann via Kupplung (nicht gezeigt) direkt entweder mit der Nockenwelle oder mit der Kraftmaschinenkurbelwelle verbunden sein. Das Planetenrad 112 ist an einen Träger 124 montiert, der eine Exzenterwelle sein kann. Zwischen dem Planetenrad 112 und dem Träger 124 können Lager 114 vorhanden sein, die ermöglichen, dass sich das Planetenrad 112 um den Träger 124 dreht.
Das Planetenrad 118 und der Träger 124 sind von einem Hohlrad 130 aufgenommen, das mit der anderen der Nockenwelle oder der Kraftmaschinenkurbelwelle verbunden ist. Das Hohlrad 130 weist eine Hohlradzahnung 132 auf, die mit der Planetenradzahnung 118 kämmt, während sich das Planetenrad 112 um den Träger 124 dreht. Es sollte beachtet werden, dass die Planetenradzahnung 118 immer nur mit einem Abschnitt der Hohlradzahnung 130 kämmt.
Das Planetenrad 112 dreht sich derart um den Planetenträger 124 und innerhalb des Hohlrades 130, dass es sich auf einer Hypozykloiden, d. h. einer Kurve, die durch die Spur eines Festpunkts auf einem kleinen Kreis (Planetenrad) erzeugt wird, der innen in einem größeren Kreis (Hohlrad) rollt, bewegt. Die Bahn, auf der sich der Anschlagzahn 145 während eines Verstellens nach früh und eines Verstellens nach spät innen im Hohlrad bewegt, ist in der grafischen Darstellung von 11 gezeigt. Die Bahn beim Verstellen nach früh ist durch die durchgezogene Linie angegeben, und die Bahn beim Verstellen nach spät ist durch die gestrichelte Linie angegeben.
Zwar ist nur ein einziges Hohlrad 130 gezeigt, doch es liegt innerhalb des Schutzbereiches der Erfindung, ein geteiltes Hohlrad zu haben, das ein Nockenwellen-Hohlrad mit einer ersten Zahnung und einen am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz mit einer anderen Zahnung umfasst. Der am Kettenrad ausgebildete Zahnkranz wird vorzugsweise von der Kraftmaschinenkurbelwelle über das Kettenrad und eine Endlosantriebskette angetrieben, und das Nockenwellen-Hohlrad ist vorzugsweise derart verbunden, dass es sich mit der Nockenwelle dreht. Das Planetenrad 112 wäre am motorgetriebenen Träger angebracht.
Obwohl nur ein Planetenrad 112 gezeigt ist, können weitere Planetenräder vorhanden sein. Beispielsweise kann das Planetenrad ein mehrteiliges Umlaufrad mit verschiedenen Zahnungen, Durchmessern oder Anzahlen von Zähnen sein, die eine gemeinsame Drehachse haben und aneinander fixiert sind.
Es sollte beachtet werden, dass in den 9 bis 10 die Bewegungsbahn des am Planetenrad befestigten Anschlags von einem stationären Außenring aus betrachtet wird.
10 zeigt den Anschlagzahn 145 des Planetenrades 112 bei Annäherung an eine Halteposition zur Begrenzung der Bewegung beim Verstellen nach spät. Der Anschlagzahn 145 des Planetenrades 112 wird mit dem Anschlag 133 des Hohlrades 130 in Eingriff gelangen, wenn sich das Planetenrad 112 gegen den Uhrzeigersinn dreht, wodurch jedes Weiterdrehen des Hohlrades 130, des Planetenrades 112 und des Trägers 124 angehalten wird. Ein Drehen des Planetenrades 112 muss dann in die entgegengesetzte Richtung, d. h. im Uhrzeigersinn, erfolgen.
9 zeigt einen Anschlagzahn 145 des Planetenrades 112, der am Anschlag 133 des Hohlrades 130 vorbeiläuft. Angenommen, das Planetenrad 112 dreht sich nicht auf einer Bahn zum Verstellen nach früh, sondern es dreht sich im Uhrzeigersinn, der Träger 124 dreht sich gegen den Uhrzeigersinn und das Hohlrad 130 dreht sich im Uhrzeigersinn. Der Anschlagzahn 145 des Planetenrades 112 ist nicht mit dem Anschlag 133 des Hohlrades 130 in Eingriff. Das Drehen des Planetenrades 112 erfolgt derart, dass sein Anschlagzahn 145 mit dem Anschlag 133 am Hohlrad 130 weder fluchtend noch in Eingriff ist, solange die Wegbegrenzung des Verstellers noch nicht erreicht ist. In dieser Figur kann der Träger 124 von einem Motor (nicht gezeigt) mit der gleichen Drehzahl wie das Hohlrad 130 angetrieben werden, wodurch eine Phasenlage beibehalten wird, oder alternativ kann der Träger vom Motor (nicht gezeigt) derart angetrieben werden, dass er sich mit einer anderen Drehzahl als das Hohlrad 130 dreht, wodurch der Versteller dadurch, dass die Rotationsbeziehung zwischen der Kurbelwelle und der Kraftmaschinennockenwelle verändert wird, nach früh oder spät verstellt wird. Wenn sich der Träger mit einer anderen Drehzahl als das Hohlrad 130 dreht, sodass der Versteller nach spät verstellt wird, wird der Anschlagzahn 145 des Planetenrades 112 an der Grenze für die Bewegung zum Verstellen nach spät mit dem Anschlag 133 des Hohlrades 130 in Eingriff gelangen.
Obwohl nur ein Anschlag an einem Hohlrad gezeigt ist, können an dem Hohlrad oder an den Hohlrädern mehrere Anschläge vorhanden sein, wie in den 1 bis 3 gezeigt, und auf das einzige Planetenrad, das an einen Träger montiert ist, der eine Exzenterwelle sein kann, angewendet werden.
12 zeigt eine schematische Darstellung einer Anschlagplatzierung bei einem Planetenradsystem einer alternativen Ausführungsform. Das Planetenradsystem der alternativen Ausführungsform weist mindestens ein mehrteiliges Umlaufrad 212 auf. Ein mehrteiliges Umlaufrad ist ein Umlaufrad, das einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweisen kann, die sich durch Zahnung, Durchmesser oder Anzahl der Zähne unterscheiden, jedoch eine gemeinsame Drehachse haben und aneinander fixiert sind. Das mehrteilige Umlaufrad 212 besteht aus einem ersten Abschnitt 214 mit einer ersten Zahnung und einem ersten Anschlag 245 und einem zweiten Abschnitt 216 mit einer zweiten Zahnung mit einem zweiten Anschlag 242. Das mehrteilige Umlaufrad 212 ist an einen Träger 258 montiert, der von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben wird. Den zweiten Abschnitt 216 des mehrteiligen Umlaufrades 212 umgebend ist ein am Kettenrad ausgebildeter Zahnkranz 230 mit einer Kurbelwelle oder zweiten Welle 254 verbunden. Den ersten Abschnitt 214 des mehrteiligen Umlaufrades 212 umgibt ein Nockenwellen-Hohlrad 232. Das Nockenwellen-Hohlrad 232 ist an die Nockenwelle oder erste Welle 256 gekoppelt.
Die Hohlräder 230, 232 weisen verschiedene Anzahlen von Zähnen mit Profilen auf, die ermöglichen, dass die Hohlräder 230, 232 problemlos mit dem ersten und dem zweiten Abschnitt, 214 und 216, des mehrteiligen Planetenrades 212 kämmen.
Obwohl die Anschläge 242, 245, 240, 243 zwischen dem mehrteiligen Umlaufrad 212 und sowohl dem Nockenwellen-Hohlrad 232 als auch dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz 230 dargestellt sind, können die Anschläge beide am Nockenwellen-Hohlrad oder am Kettenrad-Zahnkranz vorhanden sein. Die Anschläge 240, 242 sind mit Zwischenraum um den Umfang der Hohlräder angeordnet und sind derart beabstandet, dass Grenzen für die Bewegung des Verstellers in eine erste Richtung und eine zweite Richtung definiert werden.
Der erste Abschnitt 214 und der zweite Abschnitt 216 des mehrteiligen Planetenrades 212 werden vom Träger 258 derart angetrieben, dass sie sich auf einer Hypozykloiden, d. h. einer Kurve, die durch die Spur eines Festpunkts auf einem kleinen Kreis (Planetenrad) erzeugt wird, der innen in einem größeren Kreis (Hohlrad) rollt, wie in 11 gezeigt, bewegen. Wie in 11 gezeigt, sind Ausgangspunkt und Endpunkt gleich. Eine Bahn eines Umlaufradanschlags, durch die gestrichelte Linie von 11 angegeben, veranschaulicht die Bewegung des mehrteiligen Planetenrades 212, das in einer ersten Richtung an der Position B stoppt und in einer zweiten Richtung an der Position A stoppt.
Wenn der Motor den Träger 258 derart antreibt, dass er sich mit einer anderen Drehzahl als die Hohlräder 230, 232 dreht, bewirkt eine Drehzahl eines Hohlrades, die geringfügig von der des anderen Hohlrades abweicht, eine Nockenphasenverschiebungsfunktion. Auf diese Weise kann ein sehr hohes Zahlenverhältnis erhalten werden, und die Nockenwelle 256 wird gegenüber der nominalen Rotationsbeziehung der Kurbelwelle 254 zur Nockenwelle 256 entweder vor- oder zurückgestellt.
13 zeigt eine schematische Darstellung einer Anschlagplatzierung bei einem alternativen Planetenradsystem einer anderen alternativen Ausführungsform.
Das Planetenradsystem der alternativen Ausführungsform weist mindestens ein gemeinsames Umlaufrad 312 auf. Ein erster Abschnitt 316 des gemeinsamen Umlaufrades 312 ist mit dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz 330 gekoppelt, und ein zweiter Abschnitt 314 desselben Umlaufrades 312 ist mit dem Nockenwellen-Hohlrad 332 gekoppelt. Ein erster Anschlag 342 befindet sich in dem ersten Abschnitt 316 des gemeinsamen Umlaufrades 312, der mit dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz 330 gekoppelt ist. Ein zweiter Anschlag 340 befindet sich an dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz 332. Das gemeinsame Umlaufrad 312 ist an einen Träger 358 montiert, der von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben wird. Den zweiten Abschnitt 316 des gemeinsamen Umlaufrades 312 umgebend ist der am Kettenrad ausgebildete Zahnkranz 330 mit einer Kurbelwelle oder zweiten Welle 354 verbunden. Den ersten Abschnitt 314 des gemeinsamen Umlaufrades 312 umgibt ein Nockenwellen-Hohlrad 332. Das Nockenwellen-Hohlrad 332 ist an die Nockenwelle oder erste Welle 356 gekoppelt.
Die Hohlräder 330, 332 weisen verschiedene Anzahlen von Zähnen mit Profilen auf, die ermöglichen, dass die Hohlräder 330, 332 problemlos mit dem ersten und dem zweiten Abschnitt, 314 und 316, des gemeinsamen Planetenrades 312 kämmen.
Die Anschläge 340, 324 sind mit Zwischenraum um den Umfang des am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranzes 330 und den Anschlag 342 am gemeinsamen Planetenrad 312 angeordnet und sind derart beabstandet, dass Grenzen für die Bewegung des Verstellers in eine erste Richtung und eine zweite Richtung definiert werden.
Der erste Abschnitt 314 und der zweite Abschnitt 316 des gemeinsamen Planetenrades 312 werden vom Träger 358 derart angetrieben, dass sie sich auf einer Hypozykloiden, d. h. einer Kurve, die durch die Spur eines Festpunkts auf einem kleinen Kreis (Planetenrad) erzeugt wird, der innen in einem größeren Kreis (Hohlrad) rollt, wie in 11 gezeigt, bewegen. Eine Bahn eines Umlaufradanschlags, durch die gestrichelte Linie von 11 angegeben, veranschaulicht die Bewegung des gemeinsamen Planetenrades 312, das in einer ersten Richtung an der Position A stoppt und in einer zweiten Richtung an der Position B stoppt.
Wenn der Motor den Träger 358 derart antreibt, dass er sich mit einer anderen Drehzahl als die Hohlräder 330, 332 dreht, bewirkt eine Drehzahl eines Hohlrades, die geringfügig von der des anderen Hohlrades abweicht, eine Nockenphasenverschiebungsfunktion. Auf diese Weise kann ein sehr hohes Zahlenverhältnis erhalten werden, und die Nockenwelle 356 wird gegenüber der nominalen Rotationsbeziehung der Kurbelwelle 354 zur Nockenwelle 356 entweder vor- oder zurückgestellt.
14 zeigt eine schematische Darstellung einer Anschlagplatzierung bei einem anderen Planetenradsystem einer anderen Ausführungsform.
Das Planetenradsystem der alternativen Ausführungsform weist mindestens ein Umlaufrad 412 auf. Ein erster Abschnitt 416 des Umlaufrades 412 ist mit einem Hohlrad 430 gekoppelt. Da ein einziges Hohlrad vorhanden ist, kuppelt eine Kupplung 475 die Nockenwelle an das Umlaufrad 412. Die Kupplung 475 kann eine Kreuzgelenkkupplung, eine Oldham-Kupplung, eine elastische Kupplung oder eine andere bekannte Kupplung zum Verbinden nichtfluchtender Wellen sein.
Ein erster Anschlag 442 befindet sich in dem ersten Abschnitt 416 des Umlaufrades 412, der mit dem Hohlrad 430 gekoppelt ist. Ein zweiter Anschlag 440 befindet sich am Hohlrad 430. Das Umlaufrad 412 ist an einen Träger 458 montiert, der von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der Anschlag 440 ist mit Zwischenraum um den Umfang des Hohlrades 430 angeordnet und der Anschlag 442 am Planetenrad 412 ist derart mit Zwischenraum angeordnet, dass Grenzen für die Bewegung des Verstellers in eine erste Richtung und eine zweite Richtung definiert werden.
Der erste Abschnitt 416 des Planetenrades 412 wird vom Träger 458 derart angetrieben, dass er sich auf einer Hypozykloiden, d. h. einer Kurve, die durch die Spur eines Festpunkts auf einem kleinen Kreis (Planetenrad) erzeugt wird, der innen in einem größeren Kreis (Hohlrad) rollt, wie in 11 gezeigt, bewegt. Eine Bahn eines Umlaufradanschlags, durch die gestrichelte Linie von 11 angegeben, veranschaulicht die Bewegung des Planetenrades 412, das in einer ersten Richtung an der Position A stoppt und in einer zweiten Richtung an der Position B stoppt.
Wenn der Motor den Träger 458 derart antreibt, dass er sich mit einer anderen Drehzahl als das Hohlrad 430 dreht, bewirkt eine geringfügig abweichende Drehzahl des Hohlrades 430, das mit einer Welle verbunden ist, gegenüber der anderen Welle, die mit dem gemeinsamen Planetenrad 412 verbunden ist, eine Nockenphasenverschiebungsfunktion. Auf diese Weise kann ein sehr hohes Zahlenverhältnis erhalten werden, und die Nockenwelle 456 wird gegenüber der nominalen Rotationsbeziehung der Kurbelwelle 454 zur Nockenwelle 456 vor- oder zurückgestellt.
Entsprechend versteht sich, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung lediglich zur Veranschaulichung der Anwendung der Grundzüge der Erfindung dienen. Es ist nicht beabsichtigt, durch eine hier erfolgte Bezugnahme auf Details der dargestellten Ausführungsformen den Schutzbereich der Ansprüche einzuschränken, die ihrerseits jene Merkmale aufführen, die als für die Erfindung wesentlich erachtet werden.

Claims

Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad zum Einstellen relativer Phasen einer ersten Welle und einer zweiten Welle, umfassend: ein Sonnenrad, das angetrieben wird, sodass es sich um eine Sonnenradachse dreht, wobei das Sonnenrad eine Vielzahl von Sonnenradzähnen aufweist; mehrere Planetenräder, die um das Sonnenrad herum angeordnet sind, wobei jedes Planetenrad eine Vielzahl von Planetenradzähnen aufweist, die das Planetenrad im Kämmeingriff mit der Sonnenradzahnung halten, wobei mindestens eines der Planetenräder mindestens einen Anschlagzahn aufweist; ein zweites Hohlrad, das von einer zweiten Welle angetrieben wird, wobei das zweite Hohlrad eine Vielzahl von zweiten Hohlradzähnen umfasst, die das zweite Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung jedes der Planetenräder halten; ein erstes Hohlrad, das mit einer ersten Welle drehbar ist, wobei das erste Hohlrad eine Vielzahl von ersten Hohlradzähnen umfasst, die das erste Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung jedes der Planetenräder halten; und mindestens einen ersten Anschlag am zweiten Hohlrad oder am ersten Hohlrad; wobei, wenn in einer ersten Richtung der mindestens eine Anschlagzahn des mindestens einen der Planetenräder mit mindestens einem von dem ersten Anschlag am zweiten Hohlrad oder am ersten Hohlrad in Wechselwirkung ist, das Drehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die erste Richtung angehalten wird, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die erste Richtung verhindert wird; wobei, wenn in der zweiten Richtung der mindestens eine Anschlagzahn des mindestens einen der Planetenräder mit mindestens einem von dem ersten Anschlag am zweiten Hohlrad oder am ersten Hohlrad in Wechselwirkung ist, das Drehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die zweite Richtung, entgegengesetzt zur ersten Richtung, angehalten wird, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs mit geteiltem Zahnrad in die zweite Richtung verhindert wird.
Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad nach Anspruch 1, ferner einen Planetenträger umfassend, der mit den mehreren Planetenrädern drehbar ist und durch Stifte mit den Planetenrädern verbunden ist.
Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad nach Anspruch 1, wobei die erste Welle eine Nockenwelle ist und die zweite Welle eine Kurbelwelle ist.
Elektrischer Nockenwellenversteller zum dynamischen Einstellen einer Rotationsbeziehung einer Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine bezüglich einer Kraftmaschinenkurbelwelle, wobei der elektrische Nockenwellenversteller Folgendes umfasst: einen Elektromotor; und einen Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad, umfassend: ein Sonnenrad, das für ein Drehen um eine Sonnenradachse mittels des Elektromotors an den Elektromotor gekoppelt ist, wobei das Sonnenrad eine Vielzahl von Sonnenradzähnen aufweist; mehrere Planetenräder, die um das Sonnenrad herum angeordnet sind, wobei jedes Planetenrad eine Vielzahl von Planetenradzähnen aufweist, die das Planetenrad im Kämmeingriff mit der Sonnenradzahnung und um einen Stift herum drehbar halten, einen am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz, der von der Kraftmaschinenkurbelwelle angetrieben wird, wobei der am Kettenrad ausgebildete Zahnkranz eine Vielzahl von Kettenradzahnkranz-Zähnen umfasst, die den am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung jedes der Planetenräder halten; ein Nockenwellen-Hohlrad, das mit der Nockenwelle drehbar ist, wobei das Nockenwellen-Hohlrad eine Vielzahl von Nockenwellen-Hohlrad-Zähnen umfasst, die das Nockenwellen-Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung jedes der Planetenräder halten; einen ersten Anschlag an dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz oder am Nockenwellen-Hohlrad; und einen zweiten Anschlag an dem am Kettenrad ausgebildeten Zahnkranz oder am Nockenwellen-Hohlrad; wobei, wenn der Elektromotor das Sonnenrad mit einer Drehzahl antreibt, die niedriger als die Drehzahl der Kraftmaschinenkurbelwelle ist, das Sonnenrad die mehreren Planetenräder dreht, wodurch der am Kettenrad ausgebildete Zahnkranz und das Nockenwellen-Hohlrad unterschiedlich schnell gedreht werden, sodass die Rotationsbeziehung zwischen der Nockenwelle und der Kraftmaschinenkurbelwelle eingestellt wird, bis der Anschlagzahn eines der Planetenräder mit dem ersten Anschlag in Wechselwirkung ist, wodurch das Drehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in eine erste Richtung angehalten wird und ein Weiterdrehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die erste Richtung verhindert wird; wobei, wenn der Elektromotor das Sonnenrad mit einer Drehzahl antreibt, die höher als die Drehzahl der Kraftmaschinenkurbelwelle ist, das Sonnenrad die mehreren Planetenräder dreht, wodurch der am Kettenrad ausgebildete Zahnkranz und das Nockenwellen-Hohlrad unterschiedlich schnell gedreht werden, sodass die Rotationsbeziehung zwischen der Nockenwelle und der Kraftmaschinenkurbelwelle eingestellt wird, bis der Anschlagzahn eines der Planetenräder mit dem zweiten Anschlag in Wechselwirkung ist, wodurch das Drehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in eine zweite Richtung angehalten wird und ein Weiterdrehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die zweite Richtung verhindert wird.
Elektrischer Nockenwellenversteller nach Anspruch 4, wobei die Gesamtzahl der Nockenwellen-Hohlrad-Zähne von der Gesamtzahl der Kettenradzahnkranz-Zähne verschieden ist.
Elektrischer Nockenwellenversteller nach Anspruch 4, ferner einen Planetenträger umfassend, der mit den mehreren Planetenrädern drehbar ist und durch Stifte mit den Planetenrädern verbunden ist.
Elektrischer Nockenwellenversteller nach Anspruch 4, wobei die Rotationsbeziehung ein Phasenwinkel zwischen der Nockenwelle und der Kraftmaschinenkurbelwelle ist.
Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad zum Einstellen relativer Phasen einer ersten Welle und einer zweiten Welle, umfassend: ein Sonnenrad, das angetrieben wird, sodass es sich um eine Sonnenradachse dreht, wobei das Sonnenrad eine Vielzahl von Sonnenradzähnen aufweist; mehrere Planetenräder, die um das Sonnenrad herum angeordnet sind, wobei jedes Planetenrad eine Vielzahl von Planetenradzähnen aufweist, die das Planetenrad im Kämmeingriff mit der Sonnenradzahnung halten, wobei mindestens zwei der Planetenräder jeweils einen Anschlagzahn aufweisen; ein zweites Hohlrad, das von der zweiten Welle angetrieben wird, wobei das zweite Hohlrad eine Vielzahl von zweiten Hohlradzähnen umfasst, die das zweite Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung jedes der Planetenräder halten; ein erstes Hohlrad, das mit der ersten Welle drehbar ist, wobei das erste Hohlrad eine Vielzahl von ersten Hohlradzähnen umfasst, die das erste Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung jedes der Planetenräder halten; einen ersten Anschlag am zweiten Hohlrad oder am ersten Hohlrad; und einen zweiten Anschlag am zweiten Hohlrad oder am ersten Hohlrad; wobei dann, wenn der Anschlagzahn eines der Planetenräder mit dem ersten Anschlag in Wechselwirkung ist, das Drehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in eine erste Richtung angehalten wird, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs mit geteiltem Zahnrad in die erste Richtung verhindert wird; wobei dann, wenn der Anschlagzahn des anderen der Planetenräder mit dem zweiten Anschlag in Wechselwirkung ist, das Drehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in eine zweite Richtung, entgegengesetzt zur ersten Richtung, angehalten wird, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die zweite Richtung verhindert wird.
Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad nach Anspruch 8, wobei der erste Anschlag und der zweite Anschlag am zweiten Hohlrad sind.
Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad nach Anspruch 8, wobei der erste Anschlag und der zweite Anschlag am ersten Hohlrad sind.
Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad zum Einstellen relativer Phasen einer ersten Welle und einer zweiten Welle, umfassend: einen Träger, der zur Drehung angetrieben wird; ein Planetenrad, das an die erste Welle oder die zweite Welle gekuppelt ist, um den Träger herum angeordnet ist und eine Vielzahl von Planetenradzähnen sowie mindestens einen Anschlagzahn umfasst; ein zweites Hohlrad, das von der zweiten Welle angetrieben wird, wobei das zweite Hohlrad eine Vielzahl von zweiten Hohlradzähnen umfasst, die das zweite Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung des Planetenrades halten; ein erstes Hohlrad, das mit der ersten Welle drehbar ist, wobei das erste Hohlrad eine Vielzahl von ersten Hohlradzähnen umfasst, die das erste Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung des Planetenrades halten; und mindestens einen ersten Anschlag am ersten Hohlrad oder am zweiten Hohlrad; wobei, wenn in der ersten Richtung der mindestens eine Anschlagzahn des Planetenrades mit mindestens dem ersten Anschlag am ersten Hohlrad oder am zweiten Hohlrad in Wechselwirkung ist, ein Drehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die erste Richtung angehalten wird, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die erste Richtung verhindert wird; wobei, wenn in der zweiten Richtung der mindestens eine Anschlagzahn des Planetenrades mit mindestens dem ersten Anschlag am ersten Hohlrad oder am zweiten Hohlrad in Wechselwirkung ist, das Drehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die zweite Richtung, entgegengesetzt zur ersten Richtung, angehalten wird, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs in die zweite Richtung verhindert wird.
Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad nach Anspruch 11, wobei der Träger eine Exzenterwelle ist.
Planetenantrieb mit geteiltem Hohlrad zum Einstellen relativer Phasen einer ersten Welle und einer zweiten Welle, umfassend: eine Eingangswelle; einen Elektromotor, der die Eingangswelle antreibt; mindestens ein Planetenrad, das eine Vielzahl von Planetenradzähnen und einen Anschlagzahn umfasst; ein zweites Hohlrad, das von der zweiten Welle angetrieben wird, wobei das zweite Hohlrad eine Vielzahl von zweiten Hohlradzähnen umfasst, die das zweite Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung des Planetenrades halten; ein erstes Hohlrad, das mit der ersten Welle drehbar ist, wobei das erste Hohlrad eine Vielzahl von ersten Hohlradzähnen umfasst, die das erste Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung des Planetenrades halten; und einen Anschlag am ersten Hohlrad oder am zweiten Hohlrad; wobei, wenn in der ersten Richtung der Anschlagzahn eines Planetenrades mit dem Anschlag am ersten Hohlrad oder am zweiten Hohlrad in Wechselwirkung ist, ein Drehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die erste Richtung angehalten wird, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs mit geteiltem Hohlrad in die erste Richtung verhindert wird; wobei, wenn in einer zweiten Richtung der Anschlagzahn eines Planetenrades mit dem Anschlag am ersten Hohlrad oder am zweiten Hohlrad in Wechselwirkung ist, das Drehen des Planetenantriebs in die zweite Richtung, entgegengesetzt zur ersten Richtung, angehalten wird, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs in die zweite Richtung verhindert wird.
Planetenantrieb nach Anspruch 13, wobei das mindestens eine Planetenrad ein mehrteiliges Planetenrad ist.
Planetenantrieb zum Einstellen relativer Phasen einer ersten Welle und einer zweite Welle, umfassend: einen Träger, der zur Drehung angetrieben wird; ein Planetenrad, das um den Träger herum angeordnet ist und eine Vielzahl von Planetenradzähnen sowie mindestens einen Anschlagzahn umfasst und an die erste Welle oder die zweite Welle gekuppelt ist; ein Hohlrad, das von der anderen der ersten Welle oder der zweiten Welle angetrieben wird, wobei das Hohlrad eine Vielzahl von Hohlradzähnen umfasst, die das Hohlrad im Kämmeingriff mit der Planetenradzahnung des Planetenrades halten; mindestens einen Anschlag am Hohlrad; wobei dann, wenn der Anschlagzahn des Planetenrades mit einem Anschlag in der ersten Richtung in Wechselwirkung ist, ein Drehen des Planetenantriebs in die erste Richtung angehalten wird, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs in die erste Richtung verhindert wird; wobei, wenn der Anschlagzahn eines Planetenrades mit dem Anschlag in einer zweiten Richtung in Wechselwirkung ist, das Drehen des Planetenantriebs in die zweite Richtung, entgegengesetzt zur ersten Richtung, angehalten wird, sodass ein Weiterdrehen des Planetenantriebs in die zweite Richtung verhindert wird.