EP1715142A1 - Apparatus for variable valve timing adjustment of an internal combustion engine - Google Patents

Apparatus for variable valve timing adjustment of an internal combustion engine Download PDF

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EP1715142A1
EP1715142A1 EP06003221A EP06003221A EP1715142A1 EP 1715142 A1 EP1715142 A1 EP 1715142A1 EP 06003221 A EP06003221 A EP 06003221A EP 06003221 A EP06003221 A EP 06003221A EP 1715142 A1 EP1715142 A1 EP 1715142A1
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EP
European Patent Office
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bearing
drive
drive element
axial
camshaft
Prior art date
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Application number
EP06003221A
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German (de)
French (fr)
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EP1715142B1 (en
Inventor
Jens Dipl.-Ing. Schäfer
Jonathan Dipl.-Ing. Heywood
Martin Dipl.-Ing. Steigerwald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler KG
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Publication date
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Publication of EP1715142A1 publication Critical patent/EP1715142A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1715142B1 publication Critical patent/EP1715142B1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/352—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using bevel or epicyclic gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift

Definitions

  • the invention relates to a device for variably setting the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine with a standing with a crankshaft drive connection drive element, a standing with a camshaft in drive connection output element, and an adjusting, wherein the drive element rotatably mounted to the output element on this or the camshaft is and the relative phase angle of the output element to the drive element by means of the variable transmission can be selectively varied or maintained.
  • camshafts are used to actuate the gas exchange valves.
  • the camshaft is mounted in the internal combustion engine such that cams attached to it abut cam followers, such as tappets, drag or rocker arms. If the camshaft is rotated, the cams roll on the cam followers, which in turn actuate the gas exchange valves. Due to the location and the shape of the Cam is thus defined both the opening duration and amplitude but also the opening and closing time of the gas exchange valves.
  • valve lift and valve opening duration should be variable, up to the complete shutdown of individual cylinders.
  • concepts such as switchable cam followers, variable valve trains or electrohydraulic or electric valve actuations are provided.
  • it has been found to be advantageous to be able to influence the opening and closing times of the gas exchange valves during operation of the internal combustion engine. It is also desirable to be able to influence the opening and closing times of the intake or exhaust valves separately in order to be able to set a defined valve overlap, for example, in a targeted manner.
  • the specific fuel consumption can be reduced, the exhaust behavior positively influenced, the engine efficiency, the maximum torque and the maximum power can be increased ,
  • the described variability in the gas exchange valve timing is accomplished by a relative change in the phasing of the camshaft to the crankshaft.
  • the camshaft is usually via a chain, belt, gear drive or equivalent drive concepts in drive connection with the crankshaft.
  • a camshaft adjuster is mounted, which transmits the torque from the crankshaft to the camshaft.
  • this device for changing the timing of the internal combustion engine is designed such that during operation of the internal combustion engine, the phase position between the crankshaft and camshaft securely held and, if desired, the camshaft can be rotated in a certain angular range relative to the crankshaft.
  • the seat of modern camshaft adjuster is generally located at the drive end of the camshaft. It consists of a crankshaft fixed drive wheel, a camshaft fixed output part and a torque transmitting from the drive wheel to the output part adjustment mechanism.
  • the drive wheel may be designed as a chain, belt or gear and is rotatably connected by means of a chain, a belt or a gear drive with the crankshaft.
  • the adjustment mechanism can be operated electromagnetically, hydraulically or pneumatically. It is also conceivable to mount the camshaft adjuster on an intermediate shaft or to store it on a non-rotating component. In this case, the torque is transmitted to the camshafts via further drives.
  • Electrically operated camshaft adjusters consist of a drive wheel which is in drive connection with the crankshaft of the internal combustion engine, an output part which is in drive connection with a camshaft of the internal combustion engine and an adjusting gear.
  • the adjusting gear is a three-shaft gearbox with three components that can be rotated relative to each other.
  • the first component of the transmission is rotatably connected to the drive wheel and the second component rotatably connected to the output member.
  • the third component is in operative connection with the first and second component, for example by means of toothed pairs, articulated levers or friction wheel pairings.
  • the rotational speed of the third component is regulated, for example, by means of an electric motor or a braking device.
  • a gear ratio between the first and second component is not equal to 1 realized.
  • This can the phase angle can be selectively maintained or varied by selecting suitable rotational speeds of the third component.
  • the torque is transmitted from the crankshaft to the first component and from there to the second component and thus to the camshaft. This is done either directly or with the interposition of the third component.
  • suitable control of the rotational speed of the third component the first component can be rotated against the second component and thus the phase position between the camshaft and crankshaft can be changed.
  • Examples of such three-shaft transmissions are internal eccentric gear, double internal eccentric gear, wave gear, swash plate gear, planetary gear, Wolfromgetriebe or the like.
  • camshaft adjuster sensors detect the characteristics of the internal combustion engine such as the load state, the speed and the angular positions of the camshaft and the crankshaft. These data are fed to an electronic control unit, which controls the adjustment motor of the camshaft adjuster after comparing the data with a characteristic field of the internal combustion engine.
  • a device for changing the timing of an internal combustion engine in which the torque transfer from the crankshaft to the camshaft and the adjustment is realized by means of a double planetary gear.
  • the torque of the crankshaft is transmitted via a chain drive to a drive element of the device.
  • the drive element is designed as a ring gear, wherein the internal toothing of the ring gear meshes with external teeth of a plurality of arranged on a planet carrier, designed as spur gears planetary gears.
  • the external teeth of the spur gears engage simultaneously in an internal toothing of an output element designed as a ring gear, which in turn is rotatably connected to a camshaft.
  • the drive element is rotatably mounted to the output element by means of a sliding or rolling bearing on this.
  • the drive element is designed in the axial direction with a shoulder, by means of which it is supported in an axial direction on the driven element. In the other direction, the drive element is supported by means of a snap ring also on the output element.
  • the bearings are designed in this embodiment as plain bearings. The adjustment of such devices is realized by electric drives, which regulate the speed of an adjusting.
  • a high efficiency of the device is desirable.
  • a prerequisite for high efficiency is the minimum friction between the components of the device.
  • the sliding bearing of the drive element has proven to be disadvantageous for the output element, especially at high adjustment speeds and high, acting on the drive element tilting moments.
  • the invention has for its object to provide a device for changing the timing of an internal combustion engine, wherein the friction is reduced within the device and thus the efficiency of the device to be increased. Particular attention is paid to the axial and radial bearing of the drive element to the output element.
  • the object is achieved in that the drive element is supported in the axial direction by means of at least one rolling bearing.
  • the rolling bearing is designed as an axial roller bearing.
  • the drive element is supported in both axial directions by a respective Axialmélzlager.
  • the drive element is supported on the output element via the axial bearing or thrust bearings.
  • the one or more Axial convenientlylzlager can be designed as Axialtonnenlager, needle roller bearings, needle sleeves, needle roller, Axialschräg- or Axialrillenkugellager.
  • the drive element is additionally supported radially by means of a radial roller bearing.
  • the axial and radial rolling bearings may be separate bearings. It is also conceivable to carry out these in one piece.
  • the rolling bearing is designed as a radial rolling bearing.
  • the radial roller bearing can be designed as a deep groove ball bearing, four-point bearing, single or double row angular contact ball bearings or as a ball bearing.
  • At least one raceway of rolling elements of the axial or radial rolling bearing may be formed on a component of the drive element or of the output element.
  • the use of rolling bearings for mounting the drive element on the driven element contributes significantly to the reduction of friction within the device and thus to increase their efficiency.
  • the invention affects in fast-adjusting systems.
  • the use of thrust bearings is particularly advantageous in applications in which the drive wheel, which, for example, designed as a chain or pulley is not arranged symmetrically to the bearing point in the axial direction. In this case, act on the drive element high axial forces or tilting moments, which must be supported by the output member or the camshaft.
  • both axial and radial rolling bearings separate bearings can be used. It is also conceivable the use of combined radial-axial roller bearings, whereby the manufacturing cost of the device can be kept low.
  • the rolling bearings used can be equipped with separately manufactured inner and outer rings. It is also conceivable to form one or both running surfaces of the rolling elements directly on the output element, the camshaft or the drive element, whereby the number of individual parts of the device can be reduced and thus the manufacturing costs can be reduced.
  • an internal combustion engine 100 is outlined, wherein a seated on a crankshaft 101 piston 102 is indicated in a cylinder 103.
  • the crankshaft 101 is in the illustrated embodiment via a respective traction drive 104 and 105 with an intake camshaft 106 and exhaust camshaft 107 in conjunction, with a first and a second device 1 for relative rotation between the crankshaft 101 and cam shafts 106, 107 can provide.
  • Cams 108, 109 of the camshafts 106, 107 actuate an intake gas exchange valve 110 and the exhaust gas exchange valve 111, respectively.
  • Figures 2 and 2a show an embodiment of a device 1 according to the invention for changing the timing of an internal combustion engine 100.
  • the figure 2a shows the detail Z of Figure 2 in an enlarged form.
  • the device 1 comprises, inter alia, an adjusting gear 11 designed as a wobble plate gear 2, consisting of a first bevel gear 3, a second bevel gear 4 and a swash plate 5.
  • a first toothed ring 6 designed as bevel gear toothing is formed on the first bevel gear 3, a first toothed ring 6 designed as bevel gear toothing is formed.
  • the swash plate 5 is formed with two second, designed as bevel gear teeth rims 7, wherein each a second ring gear 7 on an axial Side surface of the swash plate 5 is arranged.
  • the second bevel gear 4 Analogous to the first bevel gear 3, the second bevel gear 4 has a first gear rim 6 designed as bevel gear toothing.
  • the first bevel gear 3 is rotatably connected to a camshaft 9 by means of an output element 8 formed integrally therewith.
  • the connection between output element 8 and camshaft 9 can be realized by means of a material, force, frictional or positive connection.
  • the output element 8 is fixed by means of a fastening screw 10 on the camshaft 9.
  • the second bevel gear 4 is rotatably connected to a drive element 12 which is connected via a drive wheel 13 in operative connection with a primary drive, not shown, via which a torque is transmitted from the crankshaft 101 to the drive element 12.
  • a prime mover may be, for example, a chain, belt or gear drive.
  • the connection between the second bevel gear 4 and the output element 8 can be realized by means of non-positive, positive, frictional or cohesive connections.
  • the two bevel gears 3, 4 are parallel to each other and are spaced apart in the axial direction. Together with the drive element 12, the bevel gears 3, 4 form an annular cavity in which the swash plate 5 is arranged.
  • the swash plate 5 is mounted on an adjusting shaft 15 at a defined angle of attack to the bevel wheels 3, 4.
  • the substantially pot-shaped adjusting shaft 15 is provided with a coupling element 16, in which engages a shaft, not shown, of a device, also not shown, with which the speed of the adjusting 15 can be controlled.
  • a coupling element 16 in which engages a shaft, not shown, of a device, also not shown, with which the speed of the adjusting 15 can be controlled.
  • Such a device can be realized for example by an electric motor or a brake.
  • the adjusting shaft 15 is supported via a second rolling bearing 17 on a non-rotatably connected to the camshaft 9, formed in the present embodiment as a hollow shaft 18 shaft. Also conceivable is the mounting of the adjusting shaft 15 on the screw head of the fastening screw 10 and / or a bearing of the swash plate 5 on the adjusting shaft 15 by means of a sliding bearing.
  • the arranged under a defined angle on the adjusting 15 wobble plate 5 engages with one of the second sprockets 7 in the first sprocket 6 of the first bevel gear 3 and with the other second sprocket 7 in the first sprocket 6 of the second bevel gear 4 a.
  • the respective sprockets 6, 7 are engaged only in a certain angular range whose size is dependent on the angle of attack of the swash plate 5.
  • the swash plate 5 performs a wobble rotation, wherein the angular ranges in which the sprockets 6, 7 intermesh around the bevel gears 3, 4 rotate. In at least one of the sprocket pairs, the two intermeshing sprockets 6, 7 on different numbers of teeth. If the angular ranges in which the toothed rings 6, 7 interengage once completely circulated, the difference in the number of teeth results in an adjustment of the first bevel gear 3 to the second bevel gear 4 and thus of the camshaft 9 relative to the crankshaft 101 Adjustment angle corresponds to the area occupied by the teeth forming the difference in the number of teeth. It is conceivable in this context that the sprockets 6, 7 of both sprocket pairs have different numbers of teeth. This results in the Verstellunter GmbHs Kunststoff from the two resulting reduction ratios.
  • the sprockets 6, 7 have only a pair of sprockets different numbers of teeth.
  • the reduction ratio results in this case only because of this reduction.
  • the other sprocket pairing serves in this case only as a coupling agent with a reduction ratio of 1: 1 between the swash plate 5 and the respective component.
  • the output element 8 is cup-shaped, wherein an annular portion 18 a is formed. On this section 18a, the drive element 12 is mounted by means of a bulge 18b formed on this. Furthermore, a stop disc 20 is provided, which limits the portion 18 a and rotatably connected to the output member 8.
  • the drive element 12 is mounted on the output element 8 by means of a radial roller bearing 19.
  • the radial rolling bearing 19 is designed as a needle ring, wherein an outer circumferential surface of the portion 18 a and an inner circumferential surface of the bulge 18 b serves as a running surface for the Wälzköper 29. The use of the radial roller bearing 19 significantly reduces the friction between these components occurring during an adjustment process.
  • the efficiency of the device 1 increases, whereby the electric drive for the adjusting 15 can be designed smaller and cheaper.
  • a needle bearing for example, deep groove ball bearings, four-point bearings, single or double row angular contact ball bearings, ball bearings or tapered roller bearings can be used.
  • two axial roller bearings 21 are provided, which are designed as needle sleeves and support the drive element 12 in the axial direction with respect to the first bevel gear 3 and the stop disc 20.
  • the Axial maybelzlager 21 are integrally formed in this case with the radial roller bearing 19, wherein the rolling elements 29 by means of a cage 29 a are guided.
  • axial roller bearings 21, axial roller bearings, needle roller bearings, needle roller bearings, axial or axial ball bearings can be used as axial roller bearings.
  • the Axial maybelzlager 21 may also be formed with a separately manufactured to the output member 8 or the drive member 12 inner and / or outer ring. It would also be conceivable to dispense with the radial roller bearing 19 in this embodiment and to use only axial roller bearings 21.
  • radial rolling bearings 19 deep groove ball bearings, four point bearings, single or double row angular contact ball bearings, shoulder ball bearings or tapered roller bearings are used, so axial forces acting on the driving member 12 can be simultaneously supported.
  • axial roller bearings 21 between the drive element 12 and the output element 8.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a device 1 according to the invention.
  • the adjusting gear 11 is designed as a wave gear 22.
  • This has inter alia a drive wheel 13, via which the torque of the crankshaft 101 is transmitted to the device 1 by means of a primary drive, not shown.
  • the drive wheel 13 is non-rotatably connected to the drive element 12 by means of a force, material or positive connection.
  • an output element 8 is provided, which is rotatably connected to a camshaft, not shown.
  • the drive torque of the crankshaft 101 is transmitted via the drive wheel 13 and the drive element 12 by means of a wave gear 22 to the output element 8.
  • the wave gear 22 consists of an elliptical in cross-section adjusting shaft 15, a third roller bearing 23, a flexible sleeve formed as a spur gear 24 and two ring gears 25, 26.
  • Each of the ring gears 25, 26 is formed on the output member 8 and the drive member 12 .
  • the adjusting shaft 15 is arranged concentrically to the output element 8 and the drive element 12 and has a coupling element 16, via which this with an actuator, not shown interacts.
  • On an outer peripheral surface of the adjusting shaft 15 designed as a ball bearing third rolling bearing 23 is arranged.
  • An inner ring 27 of the third rolling bearing 23 is adapted to the outer periphery of the adjusting shaft 15 and thus also elliptical.
  • the spur gear 24 is arranged on the outer peripheral surface of an outer ring 28 of the third rolling bearing 23, the spur gear 24 is arranged.
  • Outer ring 28 and spur gear 24 are made flexible, whereby they adapt to the elliptical contour of the inner ring 27 and the adjusting 15.
  • the external teeth of the spur gear 24 engage in two opposing angular ranges both in the internal toothing of the ring gear 25 and in the internal toothing of the ring gear 26 a. Outside these angular ranges, the teeth are not engaged.
  • the transmitted from the crankshaft 101 to the drive member 12 torque is transmitted to the output member 8 via the two spur Hohlradveriereungspaare. It is provided that the internal teeth of the ring gears 25, 26 have different numbers of teeth.
  • the adjusting shaft 15 is driven at the rotational speed of the drive wheel 13. If the phase position is to be adjusted, the rotational speed of the adjusting shaft 15 is increased or decreased relative to the rotational speed of the drive wheel 13. As a result, the elliptical adjusting shaft 15 is rotated relative to the drive element 12, whereby the angular ranges in which the spur and Hohlradveriereept are engaged, to the spur gear 24 and the ring gears 25, 26 rotate. This causes due to the number of teeth difference between the two ring gears 25, 26, a rotation of the output element 8 to the drive element 12 and thus a change in the phase angle between the camshaft 9 and crankshaft 101st
  • the drive element 12 is mounted on the output element 8 by means of a radial roller bearing 19.
  • the radial roller bearing 19 may be formed as a deep groove ball bearing, four-point bearing, single or double row angular contact ball bearings, ball bearings or the like.
  • the drive element 12 with respect to the output element 8 in both the axial as Also supported in the radial direction, which can be dispensed with a slide-mounted axial guide and radial bearings.
  • corrugated gears 22 as a radial roller bearing 19 to provide a needle bearing.
  • an axial roller bearing 21 such as a Axialtonnenlager, a needle bearing, a needle sleeve, a needle ring, Axialschräg- or Axialrillenkugellager provided to axially support the drive element 12 friction optimized to the output element 8
  • a ball bearing is disposed between the drive member 12 and the output member 8, wherein an outer peripheral surface of the output member 8 serves as a raceway for the rolling elements 29.
  • FIG. 3 a shows a modification of the device 1 according to the invention shown in FIG. 3.
  • the drive element 12 is again mounted on the output element 8 by means of a radial rolling bearing 19.
  • an inner peripheral surface of the drive member 12 serves as a raceway for the rolling elements 29.
  • the radial rolling bearing 19 is provided both with a separate inner and outer ring (27, 28).
  • both an outer peripheral surface of the output element 8 and an inner peripheral surface of the drive element 12 serve as running surfaces for the radial roller bearing 19. Due to the design of the raceways of the rolling elements 29 of components of the wave gear 22, the number of components is reduced, which has a positive effect on the space, the weight, the assembly costs and the cost of the device 1.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the device 1 according to the invention.
  • This device in turn has a drive wheel 13 and an output element 8, wherein the drive wheel 13 is non-rotatably connected to the crankshaft 101 via a primary drive, not shown, and the output element 8 is connected in a rotationally fixed manner to a camshaft 9 ,
  • the Drive element 12 is formed in one piece with the drive wheel 13 .
  • the adjusting 11 is formed in this embodiment as a double planetary gear 30. This consists of a formed on an inner circumferential surface of the drive member 12 ring gear 25, a formed on an inner peripheral surface of the output member 8 second ring gear 26 and a plurality of planetary gears 31 which are rotatably mounted on a planet carrier 32.
  • the planet gears 31 are formed as spur gears.
  • the planetary carrier 32 cooperates with a coupling element 16, via which it can be driven by an electric adjusting unit, not shown.
  • the external teeth of the planet gears 31 engage both in the internal toothing of the first ring gear 25 and in the internal toothing of the second ring gear 26.
  • the two internal gears of the ring gears 25, 26 have unequal numbers of teeth. Due to the different numbers of teeth between the two internal gears of the ring gears 25, 26 results in that upon rotational drive of the planet carrier 32, a relative movement between the two ring gears 25, 26 and thus between the output member 8 and the drive member 12 is caused. This causes a change in the phase position between the crankshaft 101 and the camshaft 9.
  • the drive element 12 is mounted by means of a radial roller bearing 19 on the output element 8 in this embodiment.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the device 1 according to the invention, in which case the adjusting gear 11 is designed as a Wolfrom gear 33.
  • This transmission is similar to the double planetary gear 30 shown in Figure 4, but with the difference that in addition a sun gear 34 is provided.
  • the sun gear 34 is designed as a spur gear, wherein the planet gears 31 mesh in this case, both with the ring gears 25 and 26 and with the sun gear 34.
  • the sun gear 34 is driven by an electric adjusting device, not shown here.
  • the drive element 12 is mounted on the output element 8 by means of a radial rolling bearing 21.
  • the axial support of the drive element 12 on the output element 8 can be done by means of suitable radial roller bearings 19 or special axial rolling 21, whereby combinations and one-piece designs of these bearings are possible.
  • 19 may be used in all embodiments as a radial roller bearing needle roller bearings, tapered roller bearings, deep groove ball bearings or angular contact ball bearings. It is also conceivable, in the embodiments in which Wolfrom-, double planetary or wave gear (33, 30, 22) are used to support the output member 8 by means of axial roller bearing 21 relative to the drive member 12. All bearings can be formed with separately manufactured inner and / or outer rings (27, 28). It is also conceivable to form the running surfaces of the rolling elements 29 directly on the drive element 12 or the driven element 8.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The device has a drive unit that stands in connection with a crankshaft, and a camshaft that stands in connection with an output unit (8). The drive unit is rotatably supported on the output unit/camshaft. A relative phase shift of the output unit relative to the drive unit is selectively varied or sustained by the adjusting mechanism. The drive unit is supported in an axial direction by radial and axial anti-friction bearings (19, 21).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehendem Antriebselement, einem mit einer Nockenwelle in Antriebsverbindung stehendem Abtriebselement, und einem Verstellgetriebe, wobei das Antriebselement drehbar zu dem Abtriebselement auf diesem oder der Nockenwelle gelagert ist und die relative Phasenlage des Abtriebselements zum Antriebselement mittels des Verstellgetriebes wahlweise variiert oder gehalten werden kann.The invention relates to a device for variably setting the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine with a standing with a crankshaft drive connection drive element, a standing with a camshaft in drive connection output element, and an adjusting, wherein the drive element rotatably mounted to the output element on this or the camshaft is and the relative phase angle of the output element to the drive element by means of the variable transmission can be selectively varied or maintained.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

In Brennkraftmaschinen werden zur Betätigung der Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt. Die Nockenwelle ist in der Brennkraftmaschine derart angebracht, dass auf ihr angebrachte Nocken an Nockenfolgern, beispielsweise Tassenstößein, Schlepp- oder Schwinghebeln, anliegen. Wird die Nockenwelle in Drehung versetzt, so wälzen die Nocken auf den Nockenfolgern ab, die wiederum die Gaswechselventile betätigen. Durch die Lage und die Form der Nocken ist somit sowohl die Öffnungsdauer als auch Amplitude aber auch der Öffnungs- und Schließzeitpunkt der Gaswechselventile festgelegt.In internal combustion engines, camshafts are used to actuate the gas exchange valves. The camshaft is mounted in the internal combustion engine such that cams attached to it abut cam followers, such as tappets, drag or rocker arms. If the camshaft is rotated, the cams roll on the cam followers, which in turn actuate the gas exchange valves. Due to the location and the shape of the Cam is thus defined both the opening duration and amplitude but also the opening and closing time of the gas exchange valves.

Moderne Motorkonzepte gehen dahin, den Ventiltrieb variabel auszulegen. Einerseits sollen Ventilhub und Ventilöffnungsdauer variabel gestaltbar sein, bis hin zur kompletten Abschaltung einzelner Zylinder. Dafür sind Konzepte wie schaltbare Nockenfolger, variable Ventiltriebe oder elektrohydraulische oder elektrische Ventilbetätigungen vorgesehen. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, während des Betriebs der Brennkraftmaschine Einfluss auf die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile nehmen zu können. Ebenfalls wünschenswert ist es auf die Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Einlass- bzw. Auslassventile getrennt Einfluss nehmen zu können, um beispielsweise gezielt eine definierte Ventilüberschneidung einstellen zu können. Durch die Einstellung der Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Gaswechselventile abhängig vom aktuellen Kennfeldbereich des Motors, beispielsweise von der aktuellen Drehzahl bzw. der aktuellen Last, können der spezifische Treibstoffverbrauch gesenkt, das Abgasverhalten positiv beeinflusst, der Motorwirkungsgrad, das Maximaldrehmoment und die Maximalleistung erhöht werden.Modern engine concepts go to design the valve train variable. On the one hand, valve lift and valve opening duration should be variable, up to the complete shutdown of individual cylinders. For this purpose, concepts such as switchable cam followers, variable valve trains or electrohydraulic or electric valve actuations are provided. Furthermore, it has been found to be advantageous to be able to influence the opening and closing times of the gas exchange valves during operation of the internal combustion engine. It is also desirable to be able to influence the opening and closing times of the intake or exhaust valves separately in order to be able to set a defined valve overlap, for example, in a targeted manner. By adjusting the opening and closing times of the gas exchange valves depending on the current map range of the engine, for example, the current speed or the current load, the specific fuel consumption can be reduced, the exhaust behavior positively influenced, the engine efficiency, the maximum torque and the maximum power can be increased ,

Die beschriebene Variabilität in der Gaswechselventilzeitensteuerung wird durch eine relative Änderung der Phasenlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewerkstelligt. Dabei steht die Nockenwelle meist über einen Ketten-, Riemen-, Zahnradtrieb oder gleichwirkende Antriebskonzepte in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle. Zwischen dem von der Kurbelwelle angetriebenen Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb und der Nockenwelle ist ein Nockenwellenversteller angebracht, der das Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle überträgt. Dabei ist diese Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten der Brennkraftmaschine derart ausgebildet, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle sicher gehalten und, wenn gewünscht, die Nockenwelle in einem gewissen Winkelbereich gegenüber der Kurbelwelle verdreht werden kann.The described variability in the gas exchange valve timing is accomplished by a relative change in the phasing of the camshaft to the crankshaft. The camshaft is usually via a chain, belt, gear drive or equivalent drive concepts in drive connection with the crankshaft. Between the driven by the crankshaft chain, belt or gear drive and the camshaft, a camshaft adjuster is mounted, which transmits the torque from the crankshaft to the camshaft. In this case, this device for changing the timing of the internal combustion engine is designed such that during operation of the internal combustion engine, the phase position between the crankshaft and camshaft securely held and, if desired, the camshaft can be rotated in a certain angular range relative to the crankshaft.

In Brennkraftmaschinen mit je einer Nockenwelle für die Einlass- und die Auslassventile können diese mit je einem Nockenwellenversteller ausgerüstet werden. Dadurch können die Öffnungs- und Schließzeiten der Einlass- und Auslassgaswechselventile zeitlich relativ zueinander verschoben und die Ventilzeitüberschneidungen gezielt eingestellt werden.In internal combustion engines, each with a camshaft for the intake and the exhaust valves, these can each be equipped with a camshaft adjuster. As a result, the opening and closing times of the inlet and outlet gas exchange valves can be shifted relative to one another in terms of time and the valve time overlaps can be set in a targeted manner.

Der Sitz moderner Nockenwellenversteller befindet sich im Allgemeinen am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle. Er besteht aus einem kurbelwellenfesten Antriebsrad, einem nockenwellenfesten Abtriebsteil und einem das Drehmoment vom Antriebsrad auf das Abtriebsteil übertragenden Verstellmechanismus. Das Antriebsrad kann als Ketten-, Riemen- oder Zahnrad ausgeführt sein und ist mittels einer Kette, eines Riemens oder eines Zahnradtriebs mit der Kurbelwelle drehfest verbunden. Der Verstellmechanismus kann elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch betrieben werden. Ebenfalls denkbar ist es den Nockenwellenversteller auf einer Zwischenwelle anzubringen oder auf einem nichtrotierenden Bauteil zu lagern. In diesem Fall wird das Drehmoment über weitere Antriebe auf die Nockenwellen übertragen.The seat of modern camshaft adjuster is generally located at the drive end of the camshaft. It consists of a crankshaft fixed drive wheel, a camshaft fixed output part and a torque transmitting from the drive wheel to the output part adjustment mechanism. The drive wheel may be designed as a chain, belt or gear and is rotatably connected by means of a chain, a belt or a gear drive with the crankshaft. The adjustment mechanism can be operated electromagnetically, hydraulically or pneumatically. It is also conceivable to mount the camshaft adjuster on an intermediate shaft or to store it on a non-rotating component. In this case, the torque is transmitted to the camshafts via further drives.

Elektrisch betriebene Nockenwellenversteller bestehen aus einem Antriebsrad, welches in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine steht, einem Abtriebsteil, welches in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine steht und einem Verstellgetriebe. Bei dem Verstellgetriebe handelt es sich um ein Dreiwellengetriebe, mit drei zueinander verdrehbaren Bauteilen. Dabei ist das erste Bauteil des Getriebes drehfest mit dem Antriebsrad und das zweite Bauteil drehfest mit dem Abtriebsteil verbunden. Das dritte Bauteil ist steht mit dem ersten und zweiten Bauteil, beispielsweise mittels Verzahnungspaaren, Gelenkhebeln oder Reibradpaarungen, in Wirkverbindung. Die Drehzahl des dritten Bauteils wird beispielsweise mittels eines Elektromotors oder einer Bremsvorrichtung geregelt. Durch unterschiedliche Zähnezahlen der Verzahnungen der drei Bauteile, Hebelkinematiken oder unterschiedliche Durchmesser der Reibräder wird ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten und zweiten Bauteil ungleich 1 realisiert. Dadurch kann die Phasenlage durch die Wahl geeigneter Drehzahlen des dritten Bauteils wahlweise gehalten oder variiert werden.
Das Drehmoment wird von der Kurbelwelle auf das erste Bauteil und von dort auf das zweite Bauteil und damit auf die Nockenwelle übertragen. Dies geschieht entweder direkt, oder unter Zwischenschaltung des dritten Bauteils.
Durch geeignete Regelung der Drehzahl des dritten Bauteils kann das erste Bauteil gegen das zweite Bauteil verdreht und damit die Phasenlage zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle verändert werden. Beispiele für derartige Dreiwellengetriebe sind Innenexzentergetriebe, Doppelinnenexzentergetriebe, Wellgetriebe, Taumelscheibengetriebe, Planetengetriebe, Wolfromgetriebe oder dergleichen.Electrically operated camshaft adjusters consist of a drive wheel which is in drive connection with the crankshaft of the internal combustion engine, an output part which is in drive connection with a camshaft of the internal combustion engine and an adjusting gear. The adjusting gear is a three-shaft gearbox with three components that can be rotated relative to each other. Here, the first component of the transmission is rotatably connected to the drive wheel and the second component rotatably connected to the output member. The third component is in operative connection with the first and second component, for example by means of toothed pairs, articulated levers or friction wheel pairings. The rotational speed of the third component is regulated, for example, by means of an electric motor or a braking device. By different numbers of teeth of the teeth of the three components, lever kinematics or different diameters of the friction wheels, a gear ratio between the first and second component is not equal to 1 realized. This can the phase angle can be selectively maintained or varied by selecting suitable rotational speeds of the third component.
The torque is transmitted from the crankshaft to the first component and from there to the second component and thus to the camshaft. This is done either directly or with the interposition of the third component.
By suitable control of the rotational speed of the third component, the first component can be rotated against the second component and thus the phase position between the camshaft and crankshaft can be changed. Examples of such three-shaft transmissions are internal eccentric gear, double internal eccentric gear, wave gear, swash plate gear, planetary gear, Wolfromgetriebe or the like.

Zur Steuerung des Nockenwellenverstellers erfassen Sensoren die Kenndaten der Brennkraftmaschine wie beispielsweise den Lastzustand, die Drehzahl und die Winkellagen der Nockenwelle und der Kurbelwelle. Diese Daten werden einer elektronischen Kontrolleinheit zugeführt, die nach Vergleich der Daten mit einem Kenndatenfeld der Brennkraftmaschine den Verstellmotor des Nockenwellenverstellers steuert.To control the camshaft adjuster sensors detect the characteristics of the internal combustion engine such as the load state, the speed and the angular positions of the camshaft and the crankshaft. These data are fed to an electronic control unit, which controls the adjustment motor of the camshaft adjuster after comparing the data with a characteristic field of the internal combustion engine.

Aus der DE 102 48 355 ist eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine bekannt, in der die Drehmomentübertrag von der Kurbelwelle zur Nockenwelle und der Verstellvorgang mittels eines Doppelplanetengetriebes realisiert ist. Das Drehmoment der Kurbelwelle wird über einen Kettentrieb auf ein Antriebselement der Vorrichtung übertragen. Das Antriebselement ist als Hohlrad ausgeführt, wobei die Innenverzahnung des Hohlrades mit Außenverzahnungen von mehreren auf einem Planetenträger angeordneten, als Stirnrädern ausgeführten Planetenrädern kämmt. Die Außenverzahnungen der Stirnräder greifen gleichzeitig in eine Innenverzahnung eines als Hohlrad ausgeführten Abtriebselements ein, das wiederum drehfest mit einer Nockenwelle verbunden ist. Weiterhin kämmen die Verzahnungen der Planetenräder mit einer Außenverzahnung eines Sonnerades, welches als Verstellwelle dient und von einem Elektromotor angetrieben wird. Abhängig von der Drehzahl des Elektromotors wird die Phasenlage zwischen Antriebselement und Abtriebselement gehalten oder verstellt. Um die Phasenlage der beiden Bauteile variieren zu können ist das Antriebselement drehbar zum Abtriebselement mittels eines Gleit oder Wälzlagers auf diesem gelagert.
Das Antriebselement ist in axialer Richtung mit einer Schulter ausgeführt, mittels welcher dieses sich in einer axialen Richtung am Abtriebselement abstützt. In der anderen Richtung stützt sich das Antriebselement mittels eines Sprengrings ebenfalls am Abtriebselement ab. Die Lagerungen sind in dieser Ausführungsform als Gleitlager ausgeführt.
Die Verstellung derartiger Vorrichtungen wird über elektrische Antriebe realisiert, welche die Drehzahl einer Verstellwelle regeln. Um den elektrischen Antrieb bauraumoptimiert und kostengünstig auszulegen ist ein hoher Wirkungsgrad der Vorrichtung wünschenswert. Eine Voraussetzung für einen hohen Wirkungsgrad ist die minimale Reibung zwischen den Komponenten der Vorrichtung. In diesem Zusammenhang hat sich die Gleitlagerung des Antriebselements zum Abtriebselement, speziell bei hohen Verstellgeschwindigkeiten und hohen, auf das Antriebselement wirkenden Kippmomenten, als nachteilig herausgestellt.From the DE 102 48 355 a device for changing the timing of an internal combustion engine is known in which the torque transfer from the crankshaft to the camshaft and the adjustment is realized by means of a double planetary gear. The torque of the crankshaft is transmitted via a chain drive to a drive element of the device. The drive element is designed as a ring gear, wherein the internal toothing of the ring gear meshes with external teeth of a plurality of arranged on a planet carrier, designed as spur gears planetary gears. The external teeth of the spur gears engage simultaneously in an internal toothing of an output element designed as a ring gear, which in turn is rotatably connected to a camshaft. Furthermore, mesh the teeth of the planetary gears with an external toothing of a sun gear, which serves as adjusting and is driven by an electric motor. Depending on the speed of the electric motor, the phase position between the drive element and driven element held or adjusted. In order to vary the phase position of the two components, the drive element is rotatably mounted to the output element by means of a sliding or rolling bearing on this.
The drive element is designed in the axial direction with a shoulder, by means of which it is supported in an axial direction on the driven element. In the other direction, the drive element is supported by means of a snap ring also on the output element. The bearings are designed in this embodiment as plain bearings.
The adjustment of such devices is realized by electric drives, which regulate the speed of an adjusting. In order to design the electric drive space-optimized and cost-effective, a high efficiency of the device is desirable. A prerequisite for high efficiency is the minimum friction between the components of the device. In this context, the sliding bearing of the drive element has proven to be disadvantageous for the output element, especially at high adjustment speeds and high, acting on the drive element tilting moments.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die Reibung innerhalb der Vorrichtung reduziert und somit der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht werden soll werden soll. Dabei wird besonderes Augenmerk auf die axiale und radiale Lagerung des Antriebselements zum Abtriebselement gelegt.The invention has for its object to provide a device for changing the timing of an internal combustion engine, wherein the friction is reduced within the device and thus the efficiency of the device to be increased. Particular attention is paid to the axial and radial bearing of the drive element to the output element.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Antriebselement in axialer Richtung mittels zumindest eines Wälzlagers abgestützt ist.According to the invention the object is achieved in that the drive element is supported in the axial direction by means of at least one rolling bearing.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das Wälzlager als ein Axialwälzlager ausgebildet.In a first embodiment of the invention, the rolling bearing is designed as an axial roller bearing.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Antriebselement in beide axiale Richtungen durch je ein Axialwälzlager abgestützt ist.Furthermore, it can be provided that the drive element is supported in both axial directions by a respective Axialwälzlager.

In einer Weiterbildung stützt sich das Antriebselement über das oder die Axiallager am Abtriebselement ab.In a further development, the drive element is supported on the output element via the axial bearing or thrust bearings.

Dabei können das oder die Axialwälzlager als Axialtonnenlager, Nadellager, Nadelhülsen, Nadelkränze, Axialschräg- oder Axialrillenkugellager ausgeführt sein.In this case, the one or more Axialwälzlager can be designed as Axialtonnenlager, needle roller bearings, needle sleeves, needle roller, Axialschräg- or Axialrillenkugellager.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Antriebselement zusätzlich mittels eines Radialwälzlagers radial gelagert ist.
Dabei kann es sich bei den Axial- und Radialwälzlagem um separate Lager handeln. Ebenso ist es denkbar diese einteilig auszuführen.In an advantageous development of the invention it is provided that the drive element is additionally supported radially by means of a radial roller bearing.
The axial and radial rolling bearings may be separate bearings. It is also conceivable to carry out these in one piece.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Wälzlager als Radialwälzlager ausgebildet. Dabei kann das Radialwälzlager als Rillenkugellager, Vierpunktlager, ein- oder zweireihiges Schrägkugellager oder als Schulterkugellager ausgebildet sein.In a further embodiment of the invention, the rolling bearing is designed as a radial rolling bearing. In this case, the radial roller bearing can be designed as a deep groove ball bearing, four-point bearing, single or double row angular contact ball bearings or as a ball bearing.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der beiden Ausführungsformen kann zumindest eine Laufbahn von Wälzkörpern des Axial- oder Radialwälzlagers an einer Komponente des Antriebselements oder des Abtriebselements ausgebildet sein.In an advantageous development of the two embodiments, at least one raceway of rolling elements of the axial or radial rolling bearing may be formed on a component of the drive element or of the output element.

Der Einsatz von Wälzlagern zur Lagerung des Antriebselements auf dem Abtriebselement trägt maßgeblich zur Reduzierung der Reibung innerhalb der Vorrichtung und damit zur Erhöhung deren Wirkungsgrades bei. Besonders vorteilhaft wirkt sich die Erfindung in schnell verstellenden Systemen aus.
Der Einsatz von Axiallagern ist besonders vorteilhaft in Anwendungen, in denen das Antriebsrad, welches beispielsweise als Ketten- oder Riemenrad ausgeführt ist, in axialer Richtung nicht symmetrisch zur Lagerstelle angeordnet ist. In diesem Fall wirken auf das Antriebselement hohe Axialkräfte bzw. Kippmomente, welche vom Abtriebselement oder der Nockenwelle abgestützt werden müssen.
In Anwendungsfällen in denen vorgesehen ist sowohl Axial- als auch Radialwälzlager einzusetzen können separate Lager verwendet werden. Denkbar ist auch der Einsatz kombinierter Radial-Axial-Wälzlager, wodurch die Herstellungskosten der Vorrichtung niedrig gehalten werden können.
Die verwendeten Wälzlager können mit separat gefertigten Innen- bzw. Außenringen ausgestattet sein. Ebenfalls denkbar ist es eine oder beide Laufflächen der Wälzkörper direkt an dem Abtriebselement, der Nockenwelle oder dem Antriebselement auszubilden, wodurch die Anzahl der Einzelteile der Vorrichtung gesenkt und damit die Herstellungskosten reduziert werden können.The use of rolling bearings for mounting the drive element on the driven element contributes significantly to the reduction of friction within the device and thus to increase their efficiency. Particularly advantageous, the invention affects in fast-adjusting systems.
The use of thrust bearings is particularly advantageous in applications in which the drive wheel, which, for example, designed as a chain or pulley is not arranged symmetrically to the bearing point in the axial direction. In this case, act on the drive element high axial forces or tilting moments, which must be supported by the output member or the camshaft.
In applications where it is intended to use both axial and radial rolling bearings separate bearings can be used. It is also conceivable the use of combined radial-axial roller bearings, whereby the manufacturing cost of the device can be kept low.
The rolling bearings used can be equipped with separately manufactured inner and outer rings. It is also conceivable to form one or both running surfaces of the rolling elements directly on the output element, the camshaft or the drive element, whereby the number of individual parts of the device can be reduced and thus the manufacturing costs can be reduced.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:

Figur 1
nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine,
Figur 2
einen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine,
Figur 2a
den Ausschnitt Z aus Figur 2,
Figur 3
einen Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine,
Figur 3a
eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, wobei nur der Ausschnitt Y aus Figur 3 dargestellt ist,
Figur 4
einen Längsschnitt durch eine vierte erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine,
Figur 5
einen Längsschnitt durch eine fünfte erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine,
Further features of the invention will become apparent from the following description and the accompanying drawings in which embodiments of the invention are shown schematically. Show it:
FIG. 1
only very schematically an internal combustion engine,
FIG. 2
a longitudinal section through a first embodiment according to the invention of a device for changing the timing of an internal combustion engine,
FIG. 2a
the detail Z from FIG. 2,
FIG. 3
a longitudinal section through a second embodiment according to the invention of a device for changing the timing of an internal combustion engine,
FIG. 3a
A third embodiment according to the invention of a device for changing the control times of an internal combustion engine, wherein only the detail Y of FIG. 3 is shown,
FIG. 4
a longitudinal section through a fourth embodiment of the invention an apparatus for changing the timing of an internal combustion engine,
FIG. 5
a longitudinal section through a fifth embodiment of the invention an apparatus for changing the timing of an internal combustion engine,

Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 100 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 101 sitzender Kolben 102 in einem Zylinder 103 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 101 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 104 bzw. 105 mit einer Einlassnockenwelle 106 bzw. Auslassnockenwelle 107 in Verbindung, wobei eine erste und eine zweite Vorrichtung 1 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 101 und Nockenwellen 106, 107 sorgen können. Nocken 108, 109 der Nockenwellen 106, 107 betätigen ein Einlassgaswechselventil 110 bzw. das Auslassgaswechselventil 111.In Fig. 1, an internal combustion engine 100 is outlined, wherein a seated on a crankshaft 101 piston 102 is indicated in a cylinder 103. The crankshaft 101 is in the illustrated embodiment via a respective traction drive 104 and 105 with an intake camshaft 106 and exhaust camshaft 107 in conjunction, with a first and a second device 1 for relative rotation between the crankshaft 101 and cam shafts 106, 107 can provide. Cams 108, 109 of the camshafts 106, 107 actuate an intake gas exchange valve 110 and the exhaust gas exchange valve 111, respectively.

Die Figuren 2 und 2a zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine 100. Dabei zeigt die Figur 2a zeigt den Ausschnitt Z aus Figur 2 in vergrößerter Form.
Die Vorrichtung 1 umfasst unter anderem ein als Taumelscheibengetriebe 2 ausgeführtes Verstellgetriebe 11, bestehend aus einem ersten Kegelrad 3, einem zweiten Kegelrad 4 und einer Taumelscheibe 5. Am ersten Kegelrad 3 ist ein als Kegelradverzahnung ausgeführter erster Zahnkranz 6 ausgebildet. Die Taumelscheibe 5 ist mit zwei zweiten, als Kegelradverzahnung ausgeführten Zahnkränzen 7 ausgebildet, wobei je ein zweiter Zahnkranz 7 auf einer axialen Seitenfläche der Taumelscheibe 5 angeordnet ist. Analog zum ersten Kegelrad 3 weist das zweite Kegelrad 4 einen ersten, als Kegelradverzahnung ausgeführten Zahnkranz 6 auf. Das erste Kegelrad 3 ist mittels eines einteilig mit ihm ausgebildeten Abtriebselements 8 drehfest mit einer Nockenwelle 9 verbunden. Die Verbindung zwischen Abtriebselement 8 und Nockenwelle 9 kann mittels einer stoff-, kraft-, reib- oder formschlüssigen Verbindung realisiert sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Abtriebselement 8 mittels einer Befestigungsschraube 10 an der Nockenwelle 9 befestigt.
Das zweite Kegelrad 4 ist drehfest mit einem Antriebselement 12 verbunden, welches über ein Antriebsrad 13 in Wirkverbindung mit einem nicht dargestellten Primärantrieb steht, über den ein Drehmoment von der Kurbelwelle 101 auf das Antriebselement 12 übertragen wird. Ein derartiger Primärantrieb kann beispielsweise ein Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb sein. Die Verbindung zwischen dem zweiten Kegelrad 4 und dem Abtriebselement 8 kann mittels kraft-, form-, reib- oder stoffschlüssigen Verbindungen realisiert sein.Figures 2 and 2a show an embodiment of a device 1 according to the invention for changing the timing of an internal combustion engine 100. In this case, the figure 2a shows the detail Z of Figure 2 in an enlarged form.
The device 1 comprises, inter alia, an adjusting gear 11 designed as a wobble plate gear 2, consisting of a first bevel gear 3, a second bevel gear 4 and a swash plate 5. On the first bevel gear 3, a first toothed ring 6 designed as bevel gear toothing is formed. The swash plate 5 is formed with two second, designed as bevel gear teeth rims 7, wherein each a second ring gear 7 on an axial Side surface of the swash plate 5 is arranged. Analogous to the first bevel gear 3, the second bevel gear 4 has a first gear rim 6 designed as bevel gear toothing. The first bevel gear 3 is rotatably connected to a camshaft 9 by means of an output element 8 formed integrally therewith. The connection between output element 8 and camshaft 9 can be realized by means of a material, force, frictional or positive connection. In the illustrated embodiment, the output element 8 is fixed by means of a fastening screw 10 on the camshaft 9.
The second bevel gear 4 is rotatably connected to a drive element 12 which is connected via a drive wheel 13 in operative connection with a primary drive, not shown, via which a torque is transmitted from the crankshaft 101 to the drive element 12. Such a prime mover may be, for example, a chain, belt or gear drive. The connection between the second bevel gear 4 and the output element 8 can be realized by means of non-positive, positive, frictional or cohesive connections.

Die beiden Kegelräder 3, 4 stehen parallel zueinander und sind in axialer Richtung zueinander beabstandet. Zusammen mit dem Antriebselement 12 bilden die Kegelräder 3, 4 einen ringförmigen Hohlraum aus, in dem die Taumelscheibe 5 angeordnet ist. Mittels ersten Wälzlagern 14 ist die Taumelscheibe 5 unter einem definierten Anstellwinkel zu den Kegelrädern 3, 4 auf einer Verstellwelle 15 gelagert. Die im Wesentlichen topfförmig ausgebildete Verstellwelle 15 ist mit einem Kupplungselement 16 versehen, in die eine nicht dargestellte Welle einer ebenfalls nicht dargestellten Vorrichtung eingreift, mit der die Drehzahl der Verstellwelle 15 geregelt werden kann. Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise durch einen Elektromotor oder eine Bremse realisiert sein. Die Verstellwelle 15 stützt sich über ein zweites Wälzlager 17 auf einer drehfest mit der Nockenwelle 9 verbundenen, in der vorliegenden Ausführungsform als Hohlwelle 18 ausgebildeten Welle ab. Ebenfalls denkbar ist die Lagerung der Verstellwelle 15 auf dem Schraubenkopf der Befestigungsschraube 10 und/oder eine Lagerung der Taumelscheibe 5 auf der Verstellwelle 15 mittels eines Gleitlagers.The two bevel gears 3, 4 are parallel to each other and are spaced apart in the axial direction. Together with the drive element 12, the bevel gears 3, 4 form an annular cavity in which the swash plate 5 is arranged. By means of first rolling bearings 14, the swash plate 5 is mounted on an adjusting shaft 15 at a defined angle of attack to the bevel wheels 3, 4. The substantially pot-shaped adjusting shaft 15 is provided with a coupling element 16, in which engages a shaft, not shown, of a device, also not shown, with which the speed of the adjusting 15 can be controlled. Such a device can be realized for example by an electric motor or a brake. The adjusting shaft 15 is supported via a second rolling bearing 17 on a non-rotatably connected to the camshaft 9, formed in the present embodiment as a hollow shaft 18 shaft. Also conceivable is the mounting of the adjusting shaft 15 on the screw head of the fastening screw 10 and / or a bearing of the swash plate 5 on the adjusting shaft 15 by means of a sliding bearing.

Die unter einem definierten Anstellwinkel auf der Verstellwelle 15 angeordnete Taumelscheibe 5 greift mit einem der zweiten Zahnkränze 7 in den ersten Zahnkranz 6 des ersten Kegelrads 3 und mit dem anderen zweiten Zahnkranz 7 in den ersten Zahnkranz 6 des zweiten Kegelrads 4 ein. Dabei stehen die jeweiligen Zahnkränze 6, 7 nur in einem bestimmten Winkelbereich in Eingriff, deren Größe abhängig vom Anstellwinkel der Taumelscheibe 5 ist.The arranged under a defined angle on the adjusting 15 wobble plate 5 engages with one of the second sprockets 7 in the first sprocket 6 of the first bevel gear 3 and with the other second sprocket 7 in the first sprocket 6 of the second bevel gear 4 a. The respective sprockets 6, 7 are engaged only in a certain angular range whose size is dependent on the angle of attack of the swash plate 5.

Über den Eingriff der Zahnkränze 6, 7 wird das vom Primärtrieb auf das Antriebselement 12 und von dort auf das zweite Kegelrad 4 übertragene Drehmoment der Kurbelwelle 101 über die Taumelscheibe 5 auf das erste Kegelrad 3 und damit über das Abtriebselement 8 auf die Nockenwelle 9 übertragen.
Wird beispielsweise ein Elektromotor verwendet um die Phasenlage des Abtriebselements 8 zum Antriebselement 12 zu regeln, wird die Verstellwelle 15 mit der Drehzahl des Antriebselements 12 angetrieben, um die Phasenlage zwischen Nockenwelle 9 und Kurbelwelle 101 zu halten. Soll die Phasenlage geändert werden, so wird die die Drehzahl der Verstellwelle 15 erhöht bzw. erniedrigt, je nachdem ob die Nockenwelle 9 relativ zur Kurbelwelle 101 vor-oder nacheilen soll. Durch die abweichende Drehzahl der Verstellwelle 15 führt die Taumelscheibe 5 eine Taumeldrehung aus, wobei die Winkelbereiche in denen die Zahnkränze 6, 7 ineinander eingreifen um die Kegelräder 3, 4 umlaufen. Bei mindestens einem der Zahnkranzpaare weisen die zwei ineinander greifenden Zahnkränze 6, 7 unterschiedliche Zähnezahlen auf. Sind die Winkelbereiche, in denen die Zahnkränze 6, 7 ineinander eingreifen einmal vollständig umgelaufen, so ergibt sich aufgrund der Differenz in der Anzahl der Zähne eine Verstellung des ersten Kegelrades 3 zum zweiten Kegelrad 4 und damit der Nockenwelle 9 relativ zu der Kurbelwelle 101. Der Verstellwinkel entspricht dem Bereich den die den Unterschied in der Zähnezahl bildenden Zähne einnehmen.
Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass die Zahnkränze 6, 7 beider Zahnkranzpaare unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen. Damit ergibt sich das Verstelluntersetzungsverhältnis aus den beiden resultierenden Untersetzungsverhältnissen.About the engagement of the sprockets 6, 7 is transmitted from the primary drive to the drive element 12 and from there to the second bevel gear 4 torque of the crankshaft 101 via the swash plate 5 to the first bevel gear 3 and thus via the output member 8 to the camshaft 9.
If, for example, an electric motor is used to control the phase position of the output element 8 to the drive element 12, the adjusting shaft 15 is driven at the speed of the drive element 12 in order to maintain the phase position between the camshaft 9 and the crankshaft 101. If the phase position is to be changed, the rotational speed of the adjusting shaft 15 is increased or decreased, depending on whether the camshaft 9 is intended to advance or lag relative to the crankshaft 101. Due to the different rotational speed of the adjusting shaft 15, the swash plate 5 performs a wobble rotation, wherein the angular ranges in which the sprockets 6, 7 intermesh around the bevel gears 3, 4 rotate. In at least one of the sprocket pairs, the two intermeshing sprockets 6, 7 on different numbers of teeth. If the angular ranges in which the toothed rings 6, 7 interengage once completely circulated, the difference in the number of teeth results in an adjustment of the first bevel gear 3 to the second bevel gear 4 and thus of the camshaft 9 relative to the crankshaft 101 Adjustment angle corresponds to the area occupied by the teeth forming the difference in the number of teeth.
It is conceivable in this context that the sprockets 6, 7 of both sprocket pairs have different numbers of teeth. This results in the Verstelluntersetzungsverhältnis from the two resulting reduction ratios.

Ebenso denkbar ist, dass die Zahnkränze 6, 7 nur einer Zahnkranzpaarung unterschiedliche Anzahlen von Zähnen aufweisen. Das Untersetzungsverhältnis ergibt sich in diesem Fall nur aufgrund dieser Untersetzung. Die andere Zahnkranzpaarung dient in diesem Fall nur als Koppelmittel mit einem Untersetzungsverhältnis von 1:1 zwischen der Taumelscheibe 5 und dem jeweiligen Bauteil. In diesem Fall ist ebenso denkbar als Koppelmittel statt der zweiten Zahnkranzpaarung eine Stiftkupplung vorzusehen, wobei an der Taumelscheibe 5 oder dem Antriebselement 12 / Abtriebselement 8 angebrachte oder einteilig mit dem Bauteil ausgebildete Stifte in axial verlaufende Nuten des jeweils anderen Bauteils eingreifen.It is also conceivable that the sprockets 6, 7 have only a pair of sprockets different numbers of teeth. The reduction ratio results in this case only because of this reduction. The other sprocket pairing serves in this case only as a coupling agent with a reduction ratio of 1: 1 between the swash plate 5 and the respective component. In this case, it is also conceivable to provide coupling means instead of the second pair of toothed wheels a pin coupling, wherein on the swash plate 5 or the drive element 12 / driven element 8 mounted or integrally formed with the component pins engage in axially extending grooves of the other component.

Das Abtriebselement 8 ist topfförmig ausgebildet, wobei ein ringförmiger Abschnitt 18a ausgebildet ist. Auf diesem Abschnitt 18a ist das Antriebselement 12 mittels einer an diesem ausgebildeten Ausbuchtung 18b gelagert. Weiterhin ist eine Anschlagscheibe 20 vorgesehen, die den Abschnitt 18a begrenzt und drehfest mit dem Abtriebselement 8 verbunden ist. Das Antriebselement 12 ist mittels eines Radialwälzlagers 19 auf dem Abtriebselement 8 gelagert. In der dargestellten Ausführungsform ist das Radialwälzlager 19 als Nadelkranz ausgeführt, wobei eine Außenmantelfläche des Abschnitts 18a und eine Innenmantelfläche der Ausbuchtung 18b als Lauffläche für die Wälzköper 29 dient. Durch den Einsatz des Radialwälzlagers 19 verringert sich die bei einem Verstellvorgang auftretende Reibung zwischen diesen Bauteilen signifikant. Der Wirkungsgrad der Vorrichtung 1 erhöht sich, wodurch der elektrische Antrieb für die Verstellwelle 15 kleiner und kostengünstiger ausgelegt werden kann. Neben einem Nadellager können beispielsweise auch Rillenkugellager, Vierpunktlager, ein- oder zweireihige Schrägkugellager, Schulterkugellager oder Kegelrollenlager verwendet werden.The output element 8 is cup-shaped, wherein an annular portion 18 a is formed. On this section 18a, the drive element 12 is mounted by means of a bulge 18b formed on this. Furthermore, a stop disc 20 is provided, which limits the portion 18 a and rotatably connected to the output member 8. The drive element 12 is mounted on the output element 8 by means of a radial roller bearing 19. In the illustrated embodiment, the radial rolling bearing 19 is designed as a needle ring, wherein an outer circumferential surface of the portion 18 a and an inner circumferential surface of the bulge 18 b serves as a running surface for the Wälzköper 29. The use of the radial roller bearing 19 significantly reduces the friction between these components occurring during an adjustment process. The efficiency of the device 1 increases, whereby the electric drive for the adjusting 15 can be designed smaller and cheaper. In addition to a needle bearing, for example, deep groove ball bearings, four-point bearings, single or double row angular contact ball bearings, ball bearings or tapered roller bearings can be used.

In den Figuren 2 und 2a sind zusätzlich zu dem Radialwälzlager 19 zwei Axialwälzlager 21 vorgesehen, welche als Nadelhülsen ausgebildet sind und das Antriebselement 12 in axialer Richtung gegenüber dem ersten Kegelrad 3 und der Anschlagscheibe 20 lagern. Die Axialwälzlager 21 sind in diesem Fall einteilig mit dem Radialwälzlager 19 ausgebildet, wobei die Wälzkörper 29 mittels eines Käfigs 29a geführt sind. Ebenso denkbar sind separate Radial- 19 und Axialwälzlager 21. Ebenso können als Axialwälzlager 21 Axialtonnenlager, Nadellager, Nadelkränze, Axialschräg- oder Axialrillenkugellager Anwendung finden. Dabei können die Axialwälzlager 21 auch mit einem separat zu dem Abtriebselement 8 oder dem Antriebselement 12 gefertigten Innen und / oder Außenring ausgebildet sein. Ebenso denkbar wäre es in diesem Ausführungsbeispiel auf das Radialwälzlager 19 zu verzichten und nur Axialwälzlager 21 einzusetzen.In FIGS. 2 and 2a, in addition to the radial roller bearing 19, two axial roller bearings 21 are provided, which are designed as needle sleeves and support the drive element 12 in the axial direction with respect to the first bevel gear 3 and the stop disc 20. The Axialwälzlager 21 are integrally formed in this case with the radial roller bearing 19, wherein the rolling elements 29 by means of a cage 29 a are guided. Likewise conceivable are separate radial 19 and axial roller bearings 21. Likewise, axial roller bearings 21, axial roller bearings, needle roller bearings, needle roller bearings, axial or axial ball bearings can be used as axial roller bearings. In this case, the Axialwälzlager 21 may also be formed with a separately manufactured to the output member 8 or the drive member 12 inner and / or outer ring. It would also be conceivable to dispense with the radial roller bearing 19 in this embodiment and to use only axial roller bearings 21.

Finden als Radialwälzlager 19 beispielsweise Rillenkugellager, Vierpunktlager, ein- oder zweireihige Schrägkugellager, Schulterkugellager oder Kegelrollenlager Verwendung, so können gleichzeitig axiale Kräfte, die auf das Antriebselement 12 wirken, abgestützt werden. Somit kann auf die Axialwälzlager 21 zwischen dem Antriebselement 12 und dem Abtriebselement 8 verzichtet werden.For example, as radial rolling bearings 19, deep groove ball bearings, four point bearings, single or double row angular contact ball bearings, shoulder ball bearings or tapered roller bearings are used, so axial forces acting on the driving member 12 can be simultaneously supported. Thus, it is possible to dispense with the axial roller bearings 21 between the drive element 12 and the output element 8.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. In diesem Fall ist das Verstellgetriebe 11 als Wellgetriebe 22 ausgeführt. Diese weist unter anderem ein Antriebsrad 13 auf, über das mittels eines nicht dargestellten Primärtriebs das Drehmoment der Kurbelwelle 101 auf die Vorrichtung 1 übertragen wird. Das Antriebsrad 13 ist mittels einer kraft-, stoff-oder formschlüssigen Verbindung, drehfest mit dem Antriebselement 12 verbunden. Weiterhin ist ein Abtriebselement 8 vorgesehen, welches drehfest mit einer nicht dargestellten Nockenwelle verbunden ist.FIG. 3 shows a further embodiment of a device 1 according to the invention. In this case, the adjusting gear 11 is designed as a wave gear 22. This has inter alia a drive wheel 13, via which the torque of the crankshaft 101 is transmitted to the device 1 by means of a primary drive, not shown. The drive wheel 13 is non-rotatably connected to the drive element 12 by means of a force, material or positive connection. Furthermore, an output element 8 is provided, which is rotatably connected to a camshaft, not shown.

Das Antriebsdrehmoment der Kurbelwelle 101 wird über das Antriebsrad 13 und das Antriebselement 12 mittels eines Wellgetriebes 22 auf das Abtriebselement 8 übertragen. Das Wellgetriebe 22 besteht aus einer im Querschnitt elliptisch geformten Verstellwelle 15, einem dritten Wälzlager 23, einem als biegsame Hülse ausgebildeten Stirnrad 24 und zwei Hohlrädern 25, 26. Je eines der Hohlräder 25, 26 ist an dem Abtriebselement 8 bzw. dem Antriebselement 12 ausgebildet. Die Verstellwelle 15 ist konzentrisch zu dem Abtriebselement 8 und dem Antriebselement 12 angeordnet und verfügt über ein Kupplungselement 16, über welches diese mit einem nicht dargestellten Stellantrieb zusammenwirkt. An einer Außenumfangsfläche der Verstellwelle 15 ist das als Kugellager ausgeführte dritte Wälzlager 23 angeordnet. Ein Innenring 27 des dritten Wälzlagers 23 ist dem Außenumfang der Verstellwelle 15 angepasst und somit ebenfalls elliptisch ausgeführt. An der Außenumfangsfläche eines Außenrings 28 des dritten Wälzlagers 23 ist das Stirnrad 24 angeordnet. Außenring 28 und Stirnrad 24 sind flexibel ausgeführt, wodurch diese sich der elliptischen Kontur des Innenrings 27 bzw. der Verstellwelle 15 anpassen. Die Außenverzahnung des Stirnrads 24 greift in zwei sich gegenüberliegenden Winkelbereichen sowohl in die Innenverzahnung des Hohlrades 25 als auch in die Innenverzahnung des Hohlrades 26 ein. Außerhalb dieser Winkelbereiche stehen die Verzahnungen nicht in Eingriff. Das von der Kurbelwelle 101 auf das Antriebselement 12 übertragene Drehmoment wird über die beiden Stirnrad-Hohlradverzahnungspaare auf das Abtriebselement 8 übertragen. Dabei ist vorgesehen, dass die Innenverzahnungen der Hohlräder 25, 26 unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen.The drive torque of the crankshaft 101 is transmitted via the drive wheel 13 and the drive element 12 by means of a wave gear 22 to the output element 8. The wave gear 22 consists of an elliptical in cross-section adjusting shaft 15, a third roller bearing 23, a flexible sleeve formed as a spur gear 24 and two ring gears 25, 26. Each of the ring gears 25, 26 is formed on the output member 8 and the drive member 12 , The adjusting shaft 15 is arranged concentrically to the output element 8 and the drive element 12 and has a coupling element 16, via which this with an actuator, not shown interacts. On an outer peripheral surface of the adjusting shaft 15 designed as a ball bearing third rolling bearing 23 is arranged. An inner ring 27 of the third rolling bearing 23 is adapted to the outer periphery of the adjusting shaft 15 and thus also elliptical. On the outer peripheral surface of an outer ring 28 of the third rolling bearing 23, the spur gear 24 is arranged. Outer ring 28 and spur gear 24 are made flexible, whereby they adapt to the elliptical contour of the inner ring 27 and the adjusting 15. The external teeth of the spur gear 24 engage in two opposing angular ranges both in the internal toothing of the ring gear 25 and in the internal toothing of the ring gear 26 a. Outside these angular ranges, the teeth are not engaged. The transmitted from the crankshaft 101 to the drive member 12 torque is transmitted to the output member 8 via the two spur Hohlradverzahnungspaare. It is provided that the internal teeth of the ring gears 25, 26 have different numbers of teeth.

Um die Phasenlage der Nockenwelle 9 relativ zur Kurbelwelle 101 zu halten, wird die Verstellwelle 15 mit der Drehzahl des Antriebsrades 13 angetrieben. Soll die Phasenlage verstellt werden, wird die Drehzahl der Verstellwelle 15 relativ zur Drehzahl des Antriebsrades 13 erhöht oder erniedrigt. Dadurch wird die elliptische Verstellwelle 15 relativ zum Antriebselement 12 verdreht, wodurch die Winkelbereiche, in denen die Stirnrad- und Hohlradverzahnungen in Eingriff stehen, um das Stirnrad 24 bzw. die Hohlräder 25, 26 umlaufen. Dies bewirkt aufgrund der Zähnezahldifferenz zwischen den beiden Hohlrädern 25, 26 eine Verdrehung des Abtriebselements 8 zum Antriebselement 12 und damit eine Veränderung der Phasenlage zwischen Nockenwelle 9 und Kurbelwelle 101.In order to maintain the phase position of the camshaft 9 relative to the crankshaft 101, the adjusting shaft 15 is driven at the rotational speed of the drive wheel 13. If the phase position is to be adjusted, the rotational speed of the adjusting shaft 15 is increased or decreased relative to the rotational speed of the drive wheel 13. As a result, the elliptical adjusting shaft 15 is rotated relative to the drive element 12, whereby the angular ranges in which the spur and Hohlradverzahnungen are engaged, to the spur gear 24 and the ring gears 25, 26 rotate. This causes due to the number of teeth difference between the two ring gears 25, 26, a rotation of the output element 8 to the drive element 12 and thus a change in the phase angle between the camshaft 9 and crankshaft 101st

Das Antriebselement 12 wird mittels eines Radialwälzlagers 19 auf dem Abtriebselement 8 gelagert. Dabei kann das Radialwälzlager 19 als Rillenkugellager, Vierpunktlager, ein- oder zweireihiges Schrägkugellager, Schulterkugellager oder dergleichen ausgebildet sein. Durch den Einsatz dieser Lager wird das Antriebselement 12 gegenüber dem Abtriebselement 8 sowohl in axialer als auch radialer Richtung abgestützt, wodurch auf eine gleitgelagerte axiale Führung und radiale Gleitlager verzichtet werden kann.
We in der ersten Ausführungsform ist es auch bei Wellgetrieben 22 denkbar als Radialwälzlager 19 ein Nadellager vorzusehen. In diesem Fall ist wiederum vorteilhafterweise ein Axialwälzlager 21 wie beispielsweise ein Axialtonnenlager, ein Nadellager, eine Nadelhülse, einen Nadelkranz, Axialschräg- oder Axialrillenkugellager vorzusehen, um das Antriebselement 12 reibungsoptimiert zum Abtriebselement 8 axial abzustützenThe drive element 12 is mounted on the output element 8 by means of a radial roller bearing 19. In this case, the radial roller bearing 19 may be formed as a deep groove ball bearing, four-point bearing, single or double row angular contact ball bearings, ball bearings or the like. Through the use of these bearings, the drive element 12 with respect to the output element 8 in both the axial as Also supported in the radial direction, which can be dispensed with a slide-mounted axial guide and radial bearings.
We in the first embodiment, it is also conceivable with corrugated gears 22 as a radial roller bearing 19 to provide a needle bearing. In this case, in turn, advantageously, an axial roller bearing 21 such as a Axialtonnenlager, a needle bearing, a needle sleeve, a needle ring, Axialschräg- or Axialrillenkugellager provided to axially support the drive element 12 friction optimized to the output element 8

In der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ist zwischen dem Antriebselement 12 und dem Abtriebselement 8 ein Kugellager angeordnet, wobei eine äußere Umfangsfläche des Abtriebselements 8 als Laufbahn für die Wälzkörper 29 dient.In the embodiment shown in Figure 3, a ball bearing is disposed between the drive member 12 and the output member 8, wherein an outer peripheral surface of the output member 8 serves as a raceway for the rolling elements 29.

Figur 3a zeigt eine Modifikation der in Figur 3 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. In dieser Ausführungsform ist das Antriebselement 12 wiederum mittels eines Radialwälzlagers 19 auf dem Abtriebselement 8 gelagert. In diesem Fall dient eine Innenumfangsfläche des Antriebselements 12 als Laufbahn für die Wälzkörper 29. Ebenso denkbar ist natürlich eine Ausführungsform, in der das Radialwälzlager 19 sowohl mit einem separaten Innen- als auch Außenring (27, 28) versehen ist. Ebenso denkbar sind Ausführungsformen in denen sowohl eine Außenumfangsfläche des Abtriebselementes 8 als auch eine Innenumfangsfläche des Antriebselements 12 als Laufflächen für das Radialwälzlager 19 dienen. Durch die Ausbildung der Laufbahnen der Wälzkörper 29 an Komponenten des Wellgetriebes 22 wird die Anzahl der Bauteile verringert, was sich positiv auf den Bauraum, das Gewicht, den Montageaufwand und die Kosten der Vorrichtung 1 auswirkt.FIG. 3 a shows a modification of the device 1 according to the invention shown in FIG. 3. In this embodiment, the drive element 12 is again mounted on the output element 8 by means of a radial rolling bearing 19. In this case, an inner peripheral surface of the drive member 12 serves as a raceway for the rolling elements 29. Also conceivable, of course, is an embodiment in which the radial rolling bearing 19 is provided both with a separate inner and outer ring (27, 28). Likewise conceivable are embodiments in which both an outer peripheral surface of the output element 8 and an inner peripheral surface of the drive element 12 serve as running surfaces for the radial roller bearing 19. Due to the design of the raceways of the rolling elements 29 of components of the wave gear 22, the number of components is reduced, which has a positive effect on the space, the weight, the assembly costs and the cost of the device 1.

Figur 4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Vorrichtung 1. Diese weist wiederum ein Antriebsrad 13 und ein Abtriebselement 8 auf, wobei das Antriebsrad 13 über einen nicht dargestellten Primärantrieb drehfest mit der Kurbelwelle 101 verbunden ist und das Abtriebselement 8 drehfest mit einer Nockenwelle 9 verbunden ist. Einteilig mit dem Antriebsrad 13 ist das Antriebselement 12 ausgebildet. Das Verstellgetriebe 11 ist in dieser Ausführungsform als Doppelplanetengetriebe 30 ausgebildet. Dieses besteht aus einem an einer Innenmantelfläche des Antriebselementes 12 ausgebildeten Hohlrad 25, einem an einer Innenumfangsfläche des Abtriebselements 8 ausgebildeten zweiten Hohlrad 26 und mehreren Planetenrädern 31, die drehbar an einem Planetenträger 32 gelagert sind. Die Planetenräder 31 sind als Stirnräder ausgebildet. Der Planetenträger 32 wirkt mit einem Kupplungselement 16 zusammen, über welches dieser von einer nicht dargestellten elektrischen Stelleinheit angetrieben werden kann. Die Außenverzahnungen der Planetenräder 31 greifen sowohl in die Innenverzahnung des ersten Hohlrades 25 als auch in die Innenverzahnung des zweiten Hohlrades 26 ein. Die beiden Innenverzahnungen der Hohlräder 25, 26 weisen ungleiche Zähnezahlen auf. Aufgrund der unterschiedlichen Zähnezahlen zwischen den beiden Innenverzahnungen der Hohlräder 25, 26 ergibt sich, dass bei Drehantrieb des Planetenträgers 32 eine Relativbewegung zwischen den beiden Hohlrädern 25, 26 und damit zwischen dem Abtriebselement 8 und dem Antriebselement 12 hervorgerufen wird. Dies bewirkt eine Veränderung der Phasenlage zwischen der Kurbelwelle 101 und der Nockenwelle 9. Wie in Figur 4 dargestellt ist auch in dieser Ausführungsform das Antriebselement 12 mittels eines Radialwälzlagers 19 auf dem Abtriebselement 8 gelagert.FIG. 4 shows a further embodiment of the device 1 according to the invention. This device in turn has a drive wheel 13 and an output element 8, wherein the drive wheel 13 is non-rotatably connected to the crankshaft 101 via a primary drive, not shown, and the output element 8 is connected in a rotationally fixed manner to a camshaft 9 , In one piece with the drive wheel 13 is the Drive element 12 is formed. The adjusting 11 is formed in this embodiment as a double planetary gear 30. This consists of a formed on an inner circumferential surface of the drive member 12 ring gear 25, a formed on an inner peripheral surface of the output member 8 second ring gear 26 and a plurality of planetary gears 31 which are rotatably mounted on a planet carrier 32. The planet gears 31 are formed as spur gears. The planetary carrier 32 cooperates with a coupling element 16, via which it can be driven by an electric adjusting unit, not shown. The external teeth of the planet gears 31 engage both in the internal toothing of the first ring gear 25 and in the internal toothing of the second ring gear 26. The two internal gears of the ring gears 25, 26 have unequal numbers of teeth. Due to the different numbers of teeth between the two internal gears of the ring gears 25, 26 results in that upon rotational drive of the planet carrier 32, a relative movement between the two ring gears 25, 26 and thus between the output member 8 and the drive member 12 is caused. This causes a change in the phase position between the crankshaft 101 and the camshaft 9. As shown in Figure 4, the drive element 12 is mounted by means of a radial roller bearing 19 on the output element 8 in this embodiment.

Figur 5 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Vorrichtung 1, wobei das Verstellgetriebe 11 in diesem Fall als Wolfromgetriebe 33 ausgeführt ist. Dieses Getriebe ähnelt dem in Figur 4 dargestellten Doppelplanetengetriebe 30, allerdings mit dem Unterschied, dass zusätzlich ein Sonnenrad 34 vorgesehen ist. Das Sonnenrad 34 ist als Stirnrad ausgeführt, wobei die Planetenräder 31 in diesem Fall sowohl mit den Hohlrädern 25 und 26 als auch mit dem Sonnenrad 34 kämmen. Im Unterschied zu der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform wird hier das Sonnenrad 34 von einer nicht dargestellten elektrischen Stellvorrichtung angetrieben.FIG. 5 shows a further embodiment of the device 1 according to the invention, in which case the adjusting gear 11 is designed as a Wolfrom gear 33. This transmission is similar to the double planetary gear 30 shown in Figure 4, but with the difference that in addition a sun gear 34 is provided. The sun gear 34 is designed as a spur gear, wherein the planet gears 31 mesh in this case, both with the ring gears 25 and 26 and with the sun gear 34. In contrast to the embodiment shown in Figure 4, the sun gear 34 is driven by an electric adjusting device, not shown here.

Auch in dieser Ausführungsform ist das Antriebselement 12 mittels eines Radialwälzlagers 21 auf dem Abtriebselement 8 gelagert.Also in this embodiment, the drive element 12 is mounted on the output element 8 by means of a radial rolling bearing 21.

In den in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen können die gleichen Lagerstrategien angewandt werden, welche in den ersten beiden Ausführungsformen dargelegt wurden. Die axiale Abstützung des Antriebselements 12 auf dem Abtriebselement 8 kann mittels geeigneter Radialwälzlager 19 oder spezieller Axialwälzlager 21 erfolgen, wobei auch Kombinationen und einteilige Ausführungen dieser Lager möglich sind.In the embodiments shown in Figs. 4 and 5, the same bearing strategies as set forth in the first two embodiments can be applied. The axial support of the drive element 12 on the output element 8 can be done by means of suitable radial roller bearings 19 or special axial rolling 21, whereby combinations and one-piece designs of these bearings are possible.

Natürlich können in allen Ausführungsformen als Radialwälzlager 19 Nadellager, Kegelrollenlager, Rillenkugellager oder Schrägkugellager verwendet werden. Ebenso denkbar ist, in den Ausführungsformen in denen Wolfrom-, Doppelplaneten- oder Wellgetriebe (33, 30, 22) verwendet werden, das Abtriebselement 8 mittels Axialwälzlager 21 relativ zum Antriebselement 12 zu lagern. Sämtliche Wälzlager können mit separat gefertigten Innen- und/oder Außenringen (27, 28) ausgebildet sein. Ebenso denkbar ist, die Laufflächen der Wälzkörper 29 direkt an dem Antriebselement 12 oder dem Abtriebselement 8 auszubilden.Of course, 19 may be used in all embodiments as a radial roller bearing needle roller bearings, tapered roller bearings, deep groove ball bearings or angular contact ball bearings. It is also conceivable, in the embodiments in which Wolfrom-, double planetary or wave gear (33, 30, 22) are used to support the output member 8 by means of axial roller bearing 21 relative to the drive member 12. All bearings can be formed with separately manufactured inner and / or outer rings (27, 28). It is also conceivable to form the running surfaces of the rolling elements 29 directly on the drive element 12 or the driven element 8.

Durch die Verwendung von Radial- bzw. Axialwälzlagern (19, 21) wird die in der Vorrichtung 1 auftretende Reibung erheblich verringert und damit der Wirkungsgrad der Vorrichtung 1 erhöht. Dies führt dazu, dass die elektrischen Stellantriebe weniger Leistung aufbringen müssen und damit der axiale Bauraumbedarf sinkt und die Herstellung kostengünstiger wird. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung von Wälzlagern bei schnell verstellenden Vorrichtungen 1, wobei die Axialwälzlager 21 besonders vorteilhaft in Ausführungsformen sind, in denen das Antriebsrad 13 unsymmetrisch zur Lagerstelle auf der Vorrichtung 1 angeordnet ist und folglich hohe axiale Kräfte bzw. Kippmomente abzustützen sind.By the use of radial or axial roller bearings (19, 21), the friction occurring in the device 1 is considerably reduced and thus the efficiency of the device 1 is increased. This means that the electric actuators have to spend less power and thus the axial space requirement decreases and the production is cheaper. Particularly advantageous is the use of rolling bearings in fast-adjusting devices 1, wherein the Axialwälzlager 21 are particularly advantageous in embodiments in which the drive wheel 13 is arranged asymmetrically to the bearing point on the device 1 and consequently high axial forces or tilting moments are to support.

BezugszahlenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungcontraption
22
TaumelscheibengetriebeSwash plate mechanism
33
erstes Kegelradfirst bevel gear
44
zweites Kegelradsecond bevel gear
55
Taumelscheibeswash plate
66
erster Zahnkranzfirst sprocket
77
zweiter Zahnkranzsecond sprocket
88th
Abtriebselementoutput element
99
Nockenwellecamshaft
1010
Befestigungsschraubefixing screw
1111
Verstellgetriebevariator
1212
Antriebselementdriving element
1313
Antriebsraddrive wheel
1414
erstes Wälzlagerfirst rolling bearing
1515
Verstellwelleadjusting
1616
Kupplungselementcoupling member
1717
zweites Wälzlagersecond rolling bearing
1818
Hohlwellehollow shaft
18a18a
Abschnittsection
18b18b
Ausbuchtungbulge
1919
Radialwälzlagerradial bearings
2020
Anschlagscheibestop disc
2121
Axialwälzlagerthrust roller bearing
2222
WellgetriebeThe wave gear
2323
drittes Wälzlagerthird rolling bearing
2424
Stirnradspur gear
2525
Hohlradring gear
2626
Hohlradring gear
2727
Innenringinner ring
2828
Außenringouter ring
2929
Wälzkörperrolling elements
29a29a
KäfigCage
3030
DoppelplanetengetriebeDouble planetary gear
3131
Planetenradplanet
3232
Planetenträgerplanet carrier
3333
WolfromgetriebeWolfrom
3434
Sonnenradsun
100100
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
101101
Kurbelwellecrankshaft
102102
Kolbenpiston
103103
Zylindercylinder
104104
Zugmitteltriebtraction drive
105105
Zugmitteltriebtraction drive
106106
Einlassnockenwelleintake camshaft
107107
Auslassnockenwelleexhaust
108108
Nockecam
109109
Nockecam
110110
EinlassgaswechselventilInlet gas exchange valve
111111
AuslassgaswechselventilAuslassgaswechselventil

Claims (10)

Vorrichtung (1) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit - einem mit einer Kurbelwelle (101) in Antriebsverbindung stehendem Antriebselement (12), - einem mit einer Nockenwelle (9) in Antriebsverbindung stehendem Abtriebselement (8), - und einem Verstellgetriebe (11), - wobei das Antriebselement (12) drehbar zu dem Abtriebselement (8) auf diesem oder der Nockenwelle (9) gelagert ist und - die relative Phasenlage des Abtriebselements (8) zum Antriebselement (12) mittels des Verstellgetriebes (11) wahlweise variiert oder gehalten werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass - das Antriebselement (12) in axialer Richtung mittels zumindest eines Wälzlagers (19, 21) abgestützt ist. Device (1) for the variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine with a drive element (12) in drive connection with a crankshaft (101), a driven element (8) in drive connection with a camshaft (9), - And an adjusting gear (11), - Wherein the drive element (12) is rotatably mounted to the output member (8) on this or the camshaft (9) and - The relative phase angle of the output element (8) to the drive element (12) by means of the variable speed drive (11) can be optionally varied or maintained, characterized in that - The drive element (12) in the axial direction by means of at least one roller bearing (19, 21) is supported. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (21) als ein Axialwälzlager ausgebildet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the rolling bearing (21) is designed as an axial roller bearing. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (12) in beide axiale Richtungen durch je ein Axialwälzlager (21) abgestützt ist.Apparatus according to claim 2, characterized in that the drive element (12) is supported in both axial directions by a respective Axialwälzlager (21). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Antriebselement (8) über das oder die Axiallager (21) am Abtriebselement (8) abstützt.Device according to one of claims 2 or 3, characterized in that the drive element (8) via the or the thrust bearing (21) on the output element (8) is supported. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Axialwälzlager (21) als Axialtonnenlager, Nadellager, Nadelhülsen, Nadelkränze, Axialschräg- oder Axialrillenkugellager ausgeführt sind.Device according to one of claims 2 or 3, characterized in that the axial roller bearing or (21) as Axialtonnenlager, needle roller bearings, needle roller bearings, needle roller and cage, or Axialschräg- purpose bearing are executed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (12) zusätzlich mittels eines Radialwälzlagers (19) radial gelagert ist.Device according to one of claims 2 or 3, characterized in that the drive element (12) is additionally supported radially by means of a radial roller bearing (19). Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Axial-(21) und das Radialwälzlager (19) einteilig ausgeführt sind.Apparatus according to claim 6, characterized in that the axial (21) and the radial rolling bearing (19) are made in one piece. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager als Radialwälzlager (19) ausgebildet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the rolling bearing is designed as a radial roller bearing (19). Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialwälzlager (19) als Rillenkugellager, Vierpunktlager, ein- oder zweireihiges Schrägkugellager oder als Schulterkugellager ausgebildet ist.Apparatus according to claim 8, characterized in that the radial rolling bearing (19) is designed as a deep groove ball bearing, four-point bearing, single or double row angular contact ball bearings or as a ball bearing. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Laufbahn von Wälzkörpern (29) des Axial-(21) oder Radialwälzlagers (19) an einer Komponente des Antriebselements (12) oder des Abtriebselements (8) ausgebildet ist.Device according to one of claims 1, 2, 6 or 8, characterized in that at least one raceway of rolling elements (29) of the axial (21) or radial rolling bearing (19) on a component of the drive element (12) or the output element (8) is trained.
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