DE19830930A1 - Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Welle gegenüber ihrem Antriebsrad - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Welle gegenüber ihrem Antriebsrad mit Hilfe eines im Kraftfluß zwischen Antriebsrad und Welle angeordneten Stellelements beschrieben. Das Stellelement wird in einer in Bezug auf die Welle exzentrisch gelagerten und auf den Wellenantrieb schaltbaren Nutkurvenscheibe vorgesehen. Als vom Motorantrieb abhängiger Antrieb der Nutkurvenscheibe dient ein zwischen Antriebsrad und Welle vorgesehener Hohltriebsatz mit Treibrad und Hohlrad. Das Einrasten und Ausrasten des Hohltriebsatzes soll unabhängig vom Öldruck der Maschine gemacht werden. Erfindungsgemäß wird eine Differentialsteuerscheibe vorgesehen, die das Hohlrad in einer entsprechenden Bohrung aufnimmt, welche exzentrisch zur Wellenachse liegt. Zum Einschalten der Untersetzung des Hohltriebsatzes wird lediglich die Differentialsteuerscheibe arretiert. Das Schalten des Hohltriebsatzes kann durch elektro-hydraulische oder elektrische Stellelemente erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Welle, insbesondere Nockenwelle, gegenüber ihrem Antriebsrad, insbesondere zur Phasenverschiebung von Ventilöffnungs- bzw. -schließzeiten bei Verbrennungsmotoren, mit Hilfe eines im Kraftfluß zwischen Antriebsrad und Welle exzentrisch in Bezug auf die Achse der Welle angeordneten Verstellelements, wobei zur Aufnahme des Stellelements eine exzentrische Nut in einer in Bezug auf die Welle insgesamt zentrisch gelagerten Nutkurvenscheibe vorgesehen ist, die Nutkurvenscheibe für eine exakte Einstellung des Winkels bzw. der Phase zwischen Antriebsrad und Welle auf den Wellenantrieb bzw. Motorantrieb schaltbar ist und als vom Motorantrieb abhängiger Antrieb der Nutkurvenscheibe im Kraftfluß zwischen Antriebsrad und Welle ein Hohltriebsatz vorgesehen ist. Die Erfindung gilt für gegenüber ihrem Antrieb phasenverstellbaren Wellen aller Art; lediglich der Vereinfachung der Beschreibung wird im folgenden oft nur von einer Nockenwelle gesprochen.

Um in einer Brennkraftmaschine mit einer oder mehreren Nockenwellen die Lage der Steuerzeiten relativ zur Kolbenbewegung - insbesondere im Sinne einer Optimierung von Leistung und Verbrauch abhängig von der Kurbelwellendrehzahl - veränderbar zu machen, wird in der DE-OS 19 47 362 vorgesehen, im Nockenwellenantrieb ein die Nockenwelle mit zunehmender Drehzahl zunehmend nacheilen lassendes Verstellglied anzuordnen. Das Verstellglied wird im Bekannten als Fliehkraftverstellglied ausgebildet.

In EP 0 163 046 B1 wird für eine entsprechende Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Welle gegenüber einem drehbar auf der Welle angeordneten Antriebsrad vorgeschlagen, hydraulische Mittel vorzusehen. Im Bekannten soll die Welle mindestens ein Kolben-Zylinderpaar aufweisen. Die Position des jedem Zylinder zugeordneten Kolbens bestimmt das Maß der Phase des Antriebsrads in Bezug auf die Welle.

Wenn in der eingangs genannten Vorrichtung das Stellelement im Kraftfluß zwischen Antriebsrad und Welle liegt, genügt eine Relativdrehung bzw. -schwenkung des Stellelements um die Wellenachse, um die erstrebte Winkelposition der Welle relativ zum Antriebsrad zu erreichen. - Es wird bei dieser Betrachtung vorausgesetzt, daß die Drehzahl des Antriebsrads in fester Beziehung zur Drehzahl der Kurbelwelle der Maschine steht. Die Änderung der Winkelstellung bzw. Phase der Nockenwelle erfolgt also relativ zum Antriebsrad. Der Begriff Welle und Antriebsrad wird zugleich für an der Welle bzw. am Antriebsrad angebrachte Flansche benutzt. Die Begriffe radial, axial und in Umfangsrichtung beziehen sich, wenn nichts anderes gesagt wird, grundsätzlich auf die Wellenachse bzw. Antriebsradachse.

Als (exzentrisches) Stellelement kann eine zwei Schwenkachsen verbindende Schwinge vorgesehen werden. Die eine, erste Schwenkachse der Schwinge kann mit der Welle und die andere, zweite Schwenkachse mit dem Antriebsrad jeweils nur radial verschiebbar in Bezug auf die Wellenachse gekoppelt werden. Die zweite Schwenkachse der Schwinge kann zugleich radial und in Umfangsrichtung in Bezug auf die Achse der Welle beweglich an der Welle gelagert werden.

Wenn man auf eine solche Schwinge eine Kraft in Drehrichtung des Motors, z. B. durch eine umlaufende (in Bezug auf die Wellenachse zentrische) Nutkurvenscheibe, ausübt, wird (bei einer Drehung um 360°) die nur radial bewegliche, erste Schwenkachse der Schwinge einmal bezüglich der Wellenachse radial hin und her und die andere, zweite Schwenkachse der Schwinge wird einmal auf einer Ellipsenlinie herumgeführt. Dabei entspricht die eine Ellipsenachse der radialen Bewegung der ersten Schwenkachse der Schwinge und die andere Ellipsenachse gibt das Maß der erfindungsgemäß zu erreichenden Winkelverstellung vor. Die erste Schwenkachse der Schwinge kann, beispielsweise in Form eines Zapfens oder dergleichen Mitnehmer, beweglich in einem radialen Schlitz der Welle (Wellenschlitz) gelagert werden, während die zweite Schwenkachse - ebenfalls bevorzugt in Form eines Zapfens - beweglich in einen radialen Schlitz des Antriebsrads (Antriebsradschlitz) eingreifen kann.

Um die Ellipsenbewegung der zweiten Schwenkachse räumlich zu ermöglichen, kann in einem an die Schwinge angrenzenden Wellenteil, insbesondere an einem Wellenflansch, ein Fenster (Wellenfenster) vorgesehen werden, dessen Maße in Richtung des Radius und des Umfangs für die Ellipsenbahn mindestens ausreichen. Die zugleich radial und in Umfangsrichtung (in Bezug auf die Welle) bewegliche, zweite Schwenkachse der Schwinge kann dann durch das Fenster in den radialen Schlitz des Antriebsrads eingreifen.

Das Stellelement kann auf verschiedene Weise ein- oder mehrteilig ausgebildet werden. Geeignet ist ein Stellelement, das die Form eines einteiligen (insbesondere halb- bzw. vollkreisförmigen) Halb- oder Vollrings besitzt. Gegebenenfalls können der Halbring an seinen Längsenden bzw. der Vollring an etwa diametral gegenüberliegenden Punkten je einen der eine der Schwenkachsen bildenden Zapfen zum Eingriff in den jeweiligen Schlitz von Welle bzw. Antriebsrad aufweisen.

Ein solcher Kreis-Halbring oder Kreis-Vollring kann in einer exzentrischen Kreisnut einer in Bezug auf die Welle insgesamt zentrisch gelagerten Nutkurvenscheibe - verschiebbar in Nut-Umfangsrichtung - positioniert werden. Die Nutkurvenscheibe bildet gegebenenfalls ein unmittelbar auf das Stellelement einwirkendes Betätigungsmittel, z. B. zum Schwenken, der die beiden Schwenkachsen verbindenden Schwinge. Wenn die Schwinge mit ihrer ersten Schwenkachse in den radialen Wellenschlitz und mit der zweiten Schwenkachse - durch das Wellenfenster - in den radialen Antriebsradschlitz eingreift und wenn die die Schwinge in ihrer exzentrischen Nut aufnehmende Nutkurvenscheibe um die Wellen- bzw. Antriebsradachse gedreht wird, bewegen sich beide Schwenkachsen in ihrem radialen Schlitz zwar nur in radialer Richtung, die in den Schlitz des Antriebsrads eingreifende zweite Schwenkachse führt aber zugleich in dem Wellenfenster relativ zur Welle eine Bewegung in der Umfangsrichtung aus. Diese Bewegung in Umfangsrichtung, bewirkt die erstrebte Winkelverstellung der Welle gegenüber ihrem Antriebsrad.

Die eingangs angegebene Nutkurvenscheibe soll für die exakte Einstellung des Winkels bzw. der Phase zwischen Antriebsrad und Welle auf den Wellenantrieb bzw. Motorenantrieb beschaltbar sein. Hierzu kann als vom Motorenantrieb abhängiger Antrieb der Nutkurvenscheibe im Kraftfluß zwischen Antriebsrad und Welle ein Verstelltrieb mit Hohltriebsatz vorgesehen werden. Letzterer kann aus einem koaxial zur Nockenwelle gelagerten Treibrad und einem Hohlrad bestehen. Das Treibrad kann in fester Drehverbindung mit der Nockenwelle, das Hohlrad in fester Drehverbindung mit der Nutkurvenscheibe stehen.

Bei normalem Betrieb der jeweiligen Welle werden das Antriebsrad, das Stellelement - gegebenenfalls mit der Nutkurvenscheibe - mit der Welle so fest gekoppelt, daß sie mit exakt gleicher Drehzahl - der Drehzahl des Antriebsrads - rotieren. Diese feste Koppelung wird für eine Winkelverstellung zur positiven oder negativen Phasenverschiebung der Wellendrehung relativ zur Antriebsraddrehung kurzzeitig gelöst.

Wenn hierzu der vom Motorantrieb abhängige Hohltriebsatz eingesetzt wird, dessen Treibrad bei Normalbetrieb lose mit dem Antriebsrad mitläuft, kann die Nutkurvenscheibe, die das Stellelement enthält mit der Welle gekoppelt werden. Für eine gewünschte Phasenverschiebung können dann zugleich die feste Kuppelung zwischen Nutkurvenscheibe und Welle gelöst und das Treibrad mit der Welle synchronisiert werden. Während der Zeit der Synchronisation nimmt das Treibrad das Hohlrad mit und dieses dreht die Nutkurvenscheibe relativ zum Antriebsrad. Dadurch wird das Stellelement um einen vorgegebenen Betrag geschwenkt und eine Winkelverstellung der Welle relativ zum Antriebsrad bewirkt.

Ein Problem hierbei liegt in dem Mittel, mit Hilfe dessen die beschriebene Kraftumlenkung (vorzugsweise mit Synchronisierung des Treibrads mit der Welle) erfolgt. Die der Erfindung zugrundeliegende Umschaltung erfordert nämlich einen vom Öldruck des Motors abhängigen Betätigungshub, der zwar nur zwei Stellungen (Ja/Nein) besitzt, aber unabhängig von der Umgebungstemperatur in Sekunden-Bruchteilen ein- und ausschälten können muß.

Brennkraftmaschinen von Kraftwagen müssen mindestens im Temperaturbereich von minus 60 bis plus 60 Grad Celsius einwandfrei arbeiten können. In diesem Temperaturbereich ändert sich die Viskosität, von der die Geschwindigkeit der vorgenannten ja/nein-Schaltung stark abhängt, erheblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel, insbesondere elektrohydraulische oder elektrische Stellelemente, zu schaffen, die ein vereinfachtes Aktivieren des Verstelltriebs, vorzugsweise unabhängig von dem Öldruck des Motors bzw. unabhängig von der Umgebungstemperatur, möglich machen. Die Lösung wird im Kennzeichen des Anspruchs 1 beschrieben.

Für die eingangs genannte Vorrichtung besteht die erfindungsgemäße Lösung bevorzugt darin, daß der Hohltriebsatz außer aus dem koaxial zur Nockenwelle gelagerten Treibrad und dem exzentrisch in Bezug auf die Welle gelagerten Hohlrad aus einer Differentialsteuerscheibe besteht, die das Hohlrad auf seiner Exzenterachse in einer deren Exzentrizität entsprechend exzentrischen Bohrung aufnimmt, daß das Treibrad in fester Drehverbindung mit der Nockenwelle und das Hohlrad in fester Drehverbindung mit der Nutkurvenscheibe gekoppelt ist und daß motorfeste Haltemittel zum Einschalten einer Arretierung der Differentialsteuerscheibendrehung vorgesehen sind.

Vorzugsweise wird zwischen Differentialsteuerscheibe und Hohlrad eine nur bei entarretierter bzw. frei drehbarer Differentialsteuerscheibe wirksame Mitnahmekupplung, bevorzugt als Bremssystem, insbesondere als O-Ring, vorgesehen. Die Mitnahmekupplung - bzw. allgemein, die Haltemittel - bewirken bei Aktivierung eine Rotation des Hohlrads um seine Exzenterachse und somit einen Synchronlauf von Treibrad und Hohlrad.

Ein wesentliches Merkmal der Mitnahmekupplung ist deren beschränkte Momentenübertragung: Bei Normalbetrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung sollen alle deren Teile insgesamt - also ohne eine interne Relativbewegung - um die Nockenwellenachse rotieren. In diesem Fall rotiert also auch das an sich einen Exzenter in Bezug auf die Nockenwellenachse bildende Hohlrad insgesamt um die Nockenwellenachse, ohne daß es sich selbst (in der exzentrischen Bohrung) relativ zur Differentialsteuerscheibe bewegt. In diesem Fall soll also die Momentenübertragung der Mitnahmekupplung ausreichen, um eine Relativbewegung von Differentialsteuerscheibe und Hohlrad auszuschließen. Wenn dagegen eine Winkelverstellung zwischen Nockenwelle und ihrem Antriebsrad vorgenommen werden soll, wird erfindungsgemäß die Differentialsteuerscheibe durch einen Eingriff von außen her, das heißt beispielsweise von einem mit der Nockenwelle nicht mitgedrehten Teil des Zylinderkopfes, arretiert. Von diesem Moment ab muß das als Exzenter (in Bezug auf die Wellenachse) gelagerte Hohlrad um seine Exzenterachse drehbar sein, das heißt die Momentenübertragung der Mitnahmekupplung darf nicht ausreichen, eine Rotation des Hohlrads in ihrer exzentrischen Bohrung innerhalb der arretierten Differentialsteuerscheibe zu behindern.

Bei Normalbetrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung, also wenn das Antriebsrad und die Nockenwelle fest gekoppelt sind und momentan keine Phasenverschiebung zwischen diesen Elementen vorgenommen wird, soll sich der aus der Differentialsteuerscheibe und dem Hohltriebsatz bestehende Verstelltrieb wie ein einziger Körper um die Nockenwelle drehen. Bei diesem normalen Betrieb werden also das Antriebsrad, der Verstelltrieb und die Welle so miteinander gekoppelt, daß diese Teile mit exakt gleicher Drehzahl - der Drehzahl des Antriebsrads - rotieren.

Die genannte feste Kopplung kann für eine Winkelverstellung zwecks positiver oder negativer Phasenverschiebung der Wellendrehung relativ zur Antriebsraddrehung kurzzeitig gelöst werden. Im Rahmen der Erfindung kann diese Trennung von Antriebsrad und Welle allein durch Einschalten der Arretierung der Differentialsteuerscheibe realisiert werden. Der Hohltriebsatz tritt dann automatisch in Aktion: Das Hohlrad kann bei festgehaltener Differentialsteuerscheibe nicht mehr um die Nockenwellenachse, sondern nur noch um seine eigene Exzenterachse rotieren. Es wird also von dem mit der Nockenwelle mitrotierenden Treibrad angetrieben. Hierbei oder zumindest während der Zeitdauer der Arretierung der Differentialsteuerscheibe befindet sich das Hohlrad mit der oben angegebenen Nutkurvenscheibe in fester Drehverbindung, so daß die Nutkurvenscheibe die Drehung des Hohlrads mitmachen muß und die Voraussetzung für die erstrebte Phasenverschiebung, insbesondere durch Verstellen der oben genannten Schwinge, geschaffen wird.

Der beschriebene (dynamische) Zustand, bei dem das Hohlrad durch das Treibrad relativ zur Differentialsteuerscheibe in Drehung versetzt wird und zwecks Verschiebung der Phase der Welle relativ zu deren Antrieb die Nutkurvenscheibe mitnimmt, wird so lange fortgesetzt, bis die gewünschte Phasenverschiebung erreicht ist. Daraufhin wird die Arretierung der Differentialsteuerscheibe gelöst mit der Folge, daß der Hohltriebsatz zusammen mit der Differentialsteuerscheibe wieder gleichzeitig dem Antrieb des Kettenrades folgt, weil in diesem Zustand die Momentenübertragung der Mitnahmekupplung wieder ausreicht, eine Relativdrehung von Differentialsteuerscheibe und Hohlrad auszuschließen.

Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungsbeispielen werden einige Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber ihrem Antriebskettenrad;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II von Fig. 1 durch einen der Verstellvorrichtung zugeordneten Hohltriebsatz;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III durch eine Verstellvorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Verstellelements in zwei Positionen; und

Fig. 5 eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Bauform des Hohltriebsatzes mit Differentialsteuerscheibe.

In Fig. 1 bis 3 wird ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Nockenwelle 1 mit Wellenachse 2 gegenüber ihrem Nockenwellenkettenrad bzw. Antriebsrad 3 beschrieben. Das Antriebsrad 3 kann beispielsweise am Umfang einen Zahnkranz 4 besitzen, der über eine Kette 5 von der Kurbelwelle der fraglichen Maschine in üblicher Weise angetrieben wird. Mit der Nockenwelle 1 ständig, insbesondere drehfest, verbunden ist eine Nockenwellensteuerscheibe 6. Mit der Nockenwellensteuerscheibe 6 wird ein Hohltriebinnenrad bzw. Treibrad 7 (Zahnrad) eines Hohltriebsatzes - mit Hilfe einer (axialen) Nut- und Federverbindung 8, die in Richtung der Wellenachse 2 verschiebbar ist - so verbunden, daß das Treibrad 7 jede Drehung der Nockenwelle 1 exakt mitmacht. Das zum Treibrad 7 gehörige Hohltriebaußenrad oder Hohlrad 9 bildet einen Exzenter in Bezug auf die Welle 1 und wird in einer in Bezug auf die Wellenachse 2 exzentrischen Bohrung 10 einer Differentialsteuerscheibe 11 gelagert. Die Nockenwelle 1 wird im Ausführungsbeispiel an einer Nockenwellenhalteplatte 12 am Zylinderkopf 13 positioniert. In einer ebenso wie die Nockenwellenhalteplatte 12 motorenfesten Halteeinheit 14 befindet sich ein Klemm- bzw. Feststellmittel 15 mit dessen Hilfe die Differentialsteuerscheibe 11 gegen die von der Kette 5 herkommende Kraft angehalten bzw. arretiert werden kann.

Das Hohlrad 9 des insgesamt mit 16 bezeichneten Hohltriebsatz, deren Exzenterachse bzw. Drehachse 17 exzentrisch in Bezug auf die Wellenachse 2 liegt, wird im Ausführungsbeispiel in einer in radialer Richtung in Bezug auf die Wellenachse 2 verlaufenden Nut und Federverbindung 18 mit einer Nutkurvenscheibe 19 gekoppelt. Zwischen Hohlrad 9 und Differentialsteuerscheibe 11 wird im Ausführungsbeispiel ein als Mitnahmekuppellinie 20 ausgebildeter Mitnahmering vorgesehen. Aufgabe der Mitnahmekupplung 20 ist es, das Hohlrad 9 im wesentlichen drehfest relativ zur Differentialsteuerscheibe 11 zu halten, während die letztere frei mit der Drehung des Antriebsrads 3 mitgenommen wird. Bei dieser Rotation gleitet das Hohlrad 9 bzw. ein Mitnehmer derselben in Pfeilrichtung 21 radial auf und ab in der Nut/Federverbindung 18.

Wenn dagegen die Differentialsteuerscheibe 11 mit Hilfe des Feststellmittels 15 arretiert, also gegen eine Drehung festgehalten wird, sorgt das Treibrad 7, das mit dem Antriebsrad 3 verbunden ist, für eine Drehung des Hohlrads 9 relativ zur Differentialsteuerscheibe 11. Bei dieser Bewegung soll die Momentenübertragung bzw. Kuppelkraft der Mitnahmekupplung 20 überwunden werden und somit sollen Treibrad 7 und Hohlrad 9 relativ zueinander bewegt werden.

Der von der Kette 5 ausgehende Kraftfluß zur Nockenwelle 1 verläuft über das Antriebsrad 3, zwei Verstellzapfen 22 und 23 (Fig. 3) und die Nockenwellensteuerscheibe 6, welche fest mit der Nockenwelle 1 verbunden ist. Dieser Kraftfluß wird durch die Linie K angedeutet. Bei Normalbetrieb, also im Synchronlauf, von Antriebsrad 3 und Nockenwelle 1 werden mit derselben Umdrehungsgeschwindigkeit das Treibrad 7, das Hohlrad 9 und über die Mitnahmekupplung 20 die Differentialsteuerscheibe 11 bewegt. Wenn eine Phasenverstellung zwischen Antriebsrad 3 und Nockenwelle 1 erwünscht ist, wird im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 die Differentialsteuerscheibe 11 mit Hilfe des Feststellmittels 15 arretiert. Während der Zeit dieser Arretierung der Differentialsteuerscheibe 11 wird das Hohlrad 9 durch das über die Nut/Federverbindung 8 mit der Nockenwellensteuerscheibe 6 gekoppelte Treibrad 7 angetrieben. Hierdurch wird die mit dem Hohlrad 9 über die Nut/Federverbindung 18 gekoppelte Nutkurvenscheibe 19 relativ zum Antriebsrad 3 gedreht, mit dem Ergebnis, daß die Zapfen 22 und 23 entsprechend verstellt werden. Die Verstellung der Zapfen 22 und 23 hat eine Winkelumlenkung (in Bezug auf die Wellenachse 2) des Kraftflusses K zur Folge.

Die Einzelheiten eines die Verstellzapfen 22 und 23 umfassenden Verstellelements 24 werden anhand von Fig. 3 erläutert. Das Stellelement 24 nach Fig. 3 besitzt Schwenkachsen bzw. Zapfen 22, 23. Der Zapfen 22 wird in einem radialen Schlitz 25 (vgl. auch Fig. 1), der auch als Wellenflansch bezeichneten Nockenwellensteuerscheibe 6 geführt. Der Zapfen 23 wird in einem radialen Schlitz 26 des Antriebsrads 3 geführt. Das Stellelement 24 befindet sich im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 3 in einer Kreisnut 27, die exzentrisch in Bezug auf den Mittelpunkt der Nutkurvenscheibe 19 verläuft. Der Mittelpunkt der Nutkurvenscheibe 19 liegt auf der Wellenachse 2.

Das Stellelement 24 nach Fig. 3 kann bevorzugt als Schwinge ausgebildet bzw. bezeichnet werden. Zur Erläuterung der Schwingenbewegung wird zusätzlich auf Fig. 4 verwiesen. Dort werden auf der Nutkurvenscheibe 19 zwei Extrempositionen 24a und 24b des Stellelements 24 im Prinzip dargestellt. Entsprechend werden die Extrempositionen des Zapfens 22 mit 22a und 22b sowie diejenige des Zapfens 23 mit 23a und 23b bezeichnet. Während der Zapfen 22 sich bei Drehung der Nutkurvenscheibe 19 auf der in Bezug auf die Achse 2 radialen Geraden 28 bewegt, wird der Zapfen 23 längs einer Ellipsenlinie 29 verfahren. Um Platz hierfür zu schaffen, wird in der Nockenwellensteuerscheibe 6 ein Fenster F vorgesehen (Fig. 3). Für die Drehung der Nutkurvenscheibe 19 kommt im allgemeinen nur die Drehrichtung 30 des jeweiligen Motors in Frage. Wenn sich der Zapfen 23 von der Position 23a zur Position 23b bewegt, wird, da der Zapfen 23 in dem Schlitz 26 des gegebenenfalls fest angetriebenen Antriebsrads 3 abgestützt wird, die Welle 1 mit Hilfe des Zapfens 22, der in den Wellenschlitz 25 eingreift, um den maximalen Winkelabstand w relativ zum Antriebsrad 3 geschwenkt. Die Länge der Geraden 28 und das Maß des Winkels w bestimmen die Mindestgröße des Fensters F in Richtung von Radius und Umfang.

Wenn erfindungsgemäß eine Phasenverschiebung zwischen Antriebsrad 3 und Welle 1 vorgenommen werden soll, muß in der Regel vorher die Position der relativ zu verstellenden Elemente festgestellt werden. Hierzu können übliche elektronische Positionsmelder vorgesehen werden. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 wird ein solcher Positionsmelder durch einen Sender und Empfänger 31, einen Reflektor 32 und eine mit dem Antriebsrad mitrotierte Peilscheibe 33 symbolisiert.

Fig. 1 zeigt lediglich eine von vielen möglichen Konstruktionen eines im Rahmen der Erfindung vorteilhaften Hohltriebsatz 16. Dieser kann mit Triebrad 7, Hohlrad 9 und Differentialsteuerscheibe 11 auch, z. B. aus Gründen der günstigeren Fertigung, wie in Fig. 5 dargestellt, ausgebildet werden. Hierbei wird beispielsweise die Mitnahmekupplung 20 nicht in der Mitte, sondern an einer Kante des Hohlrads 9 vorgesehen. Außerdem wird die Nut/Federverbindung 18 zwischen Hohlrad 9 und Nutkurvenscheibe 19 in den räumlichen Bereich des Hohltriebsatzes 16 hinein verlegt. Schließlich kann das Treibrad 7 in Richtung der Nockenwellenachse 7 breiter gemacht werden, so daß die Kraftübertragung an dieser Stelle (über eine entsprechend längere Nut/Federverbindung 8) stabiler wird. - Zum mechanischen Verbinden von Nockenwelle und erfindungsgemäßem Verstelltrieb insgesamt wird im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 eine Schraube 34 dargestellt. Um die axiale Position der Nockenwelle 1 zu sichern kann deren Längsende eine Nockenwellenhalteplatte 35 zugeordnet werden.

Wenn bei einer Anordnung nach Fig. 1 bis 4 eine Phasenverstellung zwischen Antriebsrad 3 bzw. Kette 5 einerseits und Nockenwelle 1 andererseits vorgenommen werden soll, wird die Halteeinheit 14 derart aktiviert, daß sich die Basisdrehzahl der Differentialsteuerscheibe 11 ändert. Normalerweise wird die Drehung der Differentialsteuerscheibe 11 bis auf Null gestoppt. Wenn die Differentialsteuerscheibe 11 arretiert ist (oder sich langsamer als die Welle 1 dreht) wird das Hohlrad 9 durch die Wirkung des Treibrads 7 relativ zu der Differentialsteuerscheibe 11 gedreht. Diese Drehung erfolgt (gegebenenfalls) entgegen der Koppelwirkung der Mitnahmekupplung 20. Da die Nutkurvenscheibe 19 drehfest (über die Nut/Federverbindung 18) mit dem Hohlrad 9 gekoppelt ist, ändert sich zugleich die Drehzahl der Nutkurvenscheibe 19, so daß der Verstellzapfen 22 (und über das Stellelement 24) der Verstellzapfen 23 eine Winkelverstellung um die Achse 2 zwischen Antriebsrad 3 und Nockenwelle 1 zur Folge hat. Die erreichte Relativposition kann über einen Positionsmelder, z. B. 31, 33, ermittelt und an die Halteeinheit 14 weitergegeben werden, so daß, wenn die gewünschte Position erreicht ist, die freie Mitdrehung der Differentialsteuerscheibe 11 mit dem Antriebsrad 3 durch Lösen des Feststellmittels 15 wieder ermöglicht wird.

Es wird eine Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Welle gegenüber ihrem Antriebsrad mit Hilfe eines im Kraftfluß zwischen Antriebsrad und Welle angeordneten Stellelements beschrieben. Das Stellelement wird in einer in Bezug auf die Welle exzentrisch gelagerten und auf den Wellenantrieb schaltbaren Nutkurvenscheibe vorgesehen. Als vom Motorantrieb abhängiger Antrieb der Nutkurvenscheibe dient ein zwischen Antriebsrad und Welle vorgesehener Hohltriebsatz mit Treibrad und Hohlrad. Das Einrasten und Ausrasten des Hohltriebsatzes soll unabhängig vom Öldruck der Maschine gemacht werden. Erfindungsgemäß wird eine Differentialsteuerscheibe vorgesehen, die das Hohlrad in einer entsprechenden Bohrung aufnimmt, welche exzentrisch zur Wellenachse liegt. Zum Einschalten der Untersetzung des Hohltriebsatzes wird lediglich die Differentialsteuerscheibe arretiert. Das Schalten des Hohltriebsatzes kann durch elektrohydraulische oder elektrische Stellelemente erfolgen.

Bezugszeichenliste

1

= Nockenwelle

2

= Wellenachse

3

= Antriebsrad

4

= Zahnkranz

5

= Kette

6

= Nockenwellensteuerscheibe

7

= Treibrad

8

= Nut/Federverbindung

9

= Hohlrad

10

= Bohrung

11

= Differentialsteuerscheibe

12

= Nockenwellenhalteplatte

13

= Zylinderkopf

14

= Halteeinheit

15

= Feststellmittel

16

= Hohltriebsatz

17

= Drehachse (

9

)

18

= Nut/Federverbindung (

9

)

19

= Nutkurvenscheibe

20

= Mitnahmekupplung

21

= Pfeilrichtung

22

,

23

= Verstellzapfen

24

= Stellelement

25

= radialer Schlitz (

6

)

26

= radialer Schlitz (

7

)

27

= Kreisnut

28

= Gerade

29

= Ellipsenlinie

30

= Motordrehrichtung

31

= Sender/Empfänger

32

= Reflektor

33

= Peilscheibe

34

= Schraube

35

= Nockenwellenhalteplatte

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Welle (1) gegenüber ihrem Antriebsrad (3) mit Hilfe eines im Kraftfluß zwischen Antriebsrad (3) und Welle (1) exzentrisch in Bezug auf die Achse (2) der Welle (1) angeordneten Stellelements (24), wobei zur Aufnahme des Stellelements (24) eine exzentrische Nut (27) in eine in Bezug auf die Welle (1) insgesamt zentrisch gelagerten Nutkurvenscheibe (19) vorgesehen ist, die Nutkurvenscheibe (19) für eine exakte Einstellung des Winkels bzw. der Phase zwischen Antriebsrad (3) und Welle (1) auf den Wellenantrieb bzw. Motorantrieb schaltbar ist und als vom Motorantrieb abhängiger Antrieb der Nutkurvenscheibe (19) im Kraftfluß zwischen Antriebsrad (3) und Welle (1) ein Hohltriebsatz (16) mit Treibrad (7) und Hohlrad (9) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohltriebsatz (16) außer aus dem koaxial zur Welle (1) gelagerten Treibrad (7) und dem exzentrisch in Bezug auf die Welle (1) gelagerten Hohlrad (9) aus einer Differentialsteuerscheibe (11) besteht, die das Hohlrad (9) auf seiner Exzenterachse (17) in einer deren Exzentrizität entsprechend exzentrischen Bohrung (10) aufnimmt, daß das Treibrad (7) in fester Drehverbindung mit der Welle (1) und das Hohlrad (9) in fester Drehverbindung mit der Nutkurvenscheibe (19) gekoppelt sind und daß motorfeste Haltemittel (15) zum Einschalten einer Arretierung der Differentialsteuerscheibendrehung vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Differentialsteuerscheibe (11) und Hohlrad (9) eine nur bei entarretierter (also frei drehbarer) Differentialsteuerscheibe (11) wirksame Mitnahmekupplung (20) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Momentenübertragung der Mitnahmekupplung (20) bei arretierter Differentialsteuerscheibe (11) eine Relativdrehung des Hohlrads (9) um dessen Exzenterachse (17) in Bezug auf die Differentialsteuerscheibe (11) zuläßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Mitnahmekupplung (20) ein Bremssystem, insbesondere ein O-Ring, vorgesehen ist.