EP2676011A2 - 3-wellen-verstellgetriebe mit zwei mechanischen anschlägen - Google Patents

3-wellen-verstellgetriebe mit zwei mechanischen anschlägen

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EP2676011A2
EP2676011A2 EP11791281.6A EP11791281A EP2676011A2 EP 2676011 A2 EP2676011 A2 EP 2676011A2 EP 11791281 A EP11791281 A EP 11791281A EP 2676011 A2 EP2676011 A2 EP 2676011A2
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EP
European Patent Office
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stop
shaft
gear
drive
mechanism according
Prior art date
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Granted
Application number
EP11791281.6A
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English (en)
French (fr)
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EP2676011B1 (de
Inventor
Jens Schäfer
Mike Kohrs
Jeffrey S. BALKO
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 Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP2676011A2 publication Critical patent/EP2676011A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2676011B1 publication Critical patent/EP2676011B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
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    • 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
    • F01L2001/3521—Harmonic drive of flexspline type

Definitions

  • the invention relates to a 3-shaft adjusting according to the preamble of claim 1 with a rotatably connected to a drive shaft driving part, a rotatably connected to an output shaft driven part and a rotatably connected to an adjusting actuator.
  • 3-shaft adjusting gears are used, for example, in internal combustion engines for adjusting phase angles, primarily for adjusting the opening and closing times of the gas exchange valves (camshaft adjuster, phaser for actuator shafts in variable valve trains).
  • the phaser is arranged as an actuator in a 3-shaft system.
  • Primary power is supplied to the 3-shaft system through the drive shaft (sprocket), which is output through the output shaft (e.g., camshaft).
  • the actuator is arranged as a link between the drive shaft and the shaft to be driven in the power flow. It allows a third shaft (adjusting shaft) superimposed on the drive power additionally coupled mechanical power into the shaft system or remove it.
  • the predetermined by the drive shaft movement function phase angle
  • 3-shaft adjusting gear examples include swash plate gear and mecanical gear, which are described for example in WO 2006/018080. These also include the wave gears known from WO 2005/080757 and the gears contained in US 2007/0051332 A1 and US 2003/0226534 A1.
  • phasers are known in the art.
  • DE 10 2004 009 128 A1 DE 10 2005 059884 A1 and DE 10 2004 038 681 A1 describes electromechanical camshaft adjusters.
  • an electromechanical camshaft adjuster is known in which the Versteilmotor is connected by means of a releasable coupling with the adjusting gear. By an appropriate design of the coupling transmittable to the adjusting torque can be limited. This then acts as a safety clutch.
  • a special case of a 3-shaft variable speed is a 2-shaft arrangement in Versteilantrieben where the drive shaft is fixed to the housing, d. H. only power is transferred between the adjusting shaft and the output shaft.
  • Such a device serves to convert a drive power inputted at a high speed and a low load into a low-speed and high-load output, and finds application in, for example, automotive type reduction drives and industrial applications, e.g. robotics.
  • the adjustment range or drive range is limited by limiting the angle of rotation of one of the three shafts relative to a second shaft or relative to the housing.
  • a mechanical stop is used as an integral part of the device.
  • the stop between the output shaft and the drive shaft is provided, since the adjusting shaft usually covers an angle of more than 360 °.
  • the adjustment shaft which is not limited directly in the adjustment angle or drive angle, is then braked in the case of the stop via the transmission kinematics and the rigidity of the transmission elements as soon as the output side reaches the limit of the rotation angle.
  • gear parts can deform so much that they collide with each other and bring the actuator to jamming.
  • Farther Gear parts can tire prematurely or must be oversized for normal operation in order to endure the high loads in the case of unbraked stop.
  • the object of Einfindung is to form a 3-shaft adjustment such that the pulse loads occurring when reaching a stop in the actuator are damped in their effect.
  • a 3-shaft adjusting initially comprises in a known manner with a drive shaft rotatably connectable drive part, a rotatably connected to an output shaft driven part and a rotatably connected to an adjusting shaft of an actuator actuator.
  • a first mechanical stop for limiting an adjustment angle between the drive shaft and the output shaft is provided.
  • a second mechanical stop is now arranged between two other shafts as the first stop. That is, when the first stop is provided between the driving part and the driven part, the second stop may be provided between the actuator and the driving part or the driven part.
  • each of the three shafts is thus coupled to at least one of the two stops, and precisely one shaft is coupled to both stops.
  • the advantages of the invention are to be seen in particular in that a simple effective protective measure damaging or even prevents the jamming of the actuator under excessive load. As a result, the life and reliability of the variable transmission can be significantly increased with minimal cost.
  • the second mechanical stop may be formed in the simplest case by two stop surfaces, which are placed on the various gear parts (execution corresponding to the first stop). But the two abutment surfaces can also be formed by a run in a gate stop pin
  • the second stop may be formed in alternative embodiments, for example by a ball, a pin or a similar shaped body, which is guided in a spiral-shaped recess.
  • the spiral-shaped recess may have a pitch in the axial or radial direction.
  • the adjustment angle can be limited in only one adjustment direction or in both adjustment directions.
  • the limitation is achieved by mounting the loop belt up to the respective block angle by contact between the windings or with the housing, so that the function of the second stop for limiting the adjustment of the adjusting shaft is represented by the principle of the wrap.
  • the torque of the wrap spring acting on the adjusting shaft is much smaller than the moment of the actuator. In the fail-safe case, the moment effective at the adjustment acts in the preferably approaching adjustment direction.
  • the invention is explained below on an electromechanical camshaft adjuster of an internal combustion engine, in which the first mechanical stop is provided between the drive part and the driven part.
  • the inventive second mechanical stop is advantageously provided in this case between the actuator and drive part, but may also be formed between the actuator and output member. The following will only on the variant of the stop between actuator and drive part received.
  • the second mechanical see stop comprises a reduction gear.
  • the width of the secondary adjustment window then depends on the reduction and the adjustment on the output side.
  • the reduction gear is in a preferred embodiment, a planetary gear, which comprises a formed with the actuator sun gear, at least one planetary gear and a ring gear.
  • a stop is firmly connected to the sprocket, while a stop gate is provided either on a planet carrier or on the ring gear.
  • the ring gear may be formed in a first embodiment with the sprocket.
  • the stop scenery is provided here on the planet carrier.
  • the ring gear may be rotatably connected to the drive member.
  • the planet carrier is then sprocket-proof.
  • the ring gear as such may be arranged separately on the drive member or be formed only in a sector of a ring gear.
  • the stop bead is then provided, in which a stop pin fixedly connected to the drive part is guided.
  • the ring gear disc can therefore only be rotated by an angle given by the angular range of the guide angle with respect to the drive part.
  • FIG. 1 shows a camshaft adjuster with a second mechanical stop according to the invention with a reduction gear in a longitudinal sectional view
  • FIG. 2 shows the camshaft adjuster according to FIG. 1 in a side view, seen from an adjusting shaft;
  • FIG. 3 shows the camshaft adjuster according to FIG. 1 in a side view, viewed from a camshaft;
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a second stop in a camshaft adjuster in two different positions;
  • Fig. 5 An embodiment of the application of the principle of the wrap.
  • the camshaft adjuster comprises a sprocket 01 as a drive part and a camshaft gear 02 as a driven part.
  • the adjusting gear is designed as a wave gear.
  • a hollow shaft 03 as an actuator is formed with a wave generator 04, which comprises an elliptical inner ring 06, an elliptical outer ring 07 with an outer toothing 08 and roller bodies 09 arranged therebetween.
  • the sprocket 01 comprises a first ring gear with an internal toothing 1 1.
  • the ring gear is incorporated directly into the sprocket 01.
  • the camshaft gear 02 has an internal toothing 12.
  • the number of teeth of the internal gears 1 1, 12 differ by one or two teeth.
  • the hollow shaft 03 is preferably connected via a coupling with the adjusting shaft of the electric motor.
  • the rotor of the electric motor runs with camshaft speed with. By increasing or reducing the rotor speed, it takes place camshaft adjustment to early or late in a conventional manner.
  • a stop ring 13 On the sprocket 01 camshaft side in a known manner, a stop ring 13 is provided with a radially inwardly projecting stop lug 14. On Nockenwellenrad 02 a stop plate 16 with stops 17 in the same plane as the stop ring 13 is arranged. A relative rotation between the camshaft and crankshaft is limited by the abutting stop lug 14 with one of the stop surfaces 17 (see also Fig. 3).
  • the internal teeth 1 1 of the sprocket 01 is extended on the Verstellwellenseite (in the picture left) in the axial direction and engages in one or more planet gears 18 (see also Fig. 2).
  • the planet gears 18 roll on an outer toothing 19 of the hollow shaft 03 and are connected to each other by means of a web shaft 21 (planet carrier).
  • the web shaft 21 has on its outer periphery a link 22 with stop surfaces 23 (FIG. 2).
  • a stop pin 24 is firmly anchored, which is movable relative to the web shaft 21 within the link 22 between the abutment surfaces 23.
  • the width of the secondary adjustment window of the second stop depends on the reduction and the adjustment on the output side.
  • Fig. 4 shows an alternative embodiment of a second stop with a reduction gear in a 3-shaft adjusting in a side view from the perspective of the adjusting or hollow shaft 03 in two different positions.
  • a ring gear 26 is arranged relative to the sprocket 01 rotatably in the adjusting gear.
  • the ring gear 26 has a stop gate 27, in which the sprocket-fixed stop pin 24 is guided.
  • the ring gear 26 has a Geretekulisse 28 with an internal toothing 29.
  • the components of the second stop are preferably made of plastic by injection molding because of the low load and in favor of low inertia.
  • the second stop (secondary stop) is realized between adjusting and drive unit by applying the principle of the wrap.
  • the left figure shows the secondary stop on the example of the output unit in the early stop.
  • a wrap spring 32 is disposed in a housing 33 which is mounted on the sprocket 01.
  • the wrap spring acts in the illustrated embodiment between the sprocket 01 and the hollow shaft 03.
  • An inner end 34 is connected to the hollow shaft 03, an outer end 36 of the wrap spring 32 is fixedly connected to the sprocket 03.
  • the limitation of the adjustment in the direction of the early stop (arrow 37) is effected by contact with the housing 33. In this position, a turn spacing remains between the turns of the wrap spring 32.
  • the drive unit is in the late stop.
  • the hollow shaft 03 was rotated after reaching the stop about 400 ° in the clockwise direction (arrow 38). This corresponds to a translation i AB of 1:20 at a Verstellwinkel Scheme between sprocket 01 and camshaft 02 of about 20 °.
  • the wrap spring 24 is "wound up" in this position, ie there is a winding spacing.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein 3-Wellen-Verstellgetriebe, umfassend ein mit einer Antriebswelle drehfest verbindbares Antriebsteil, ein mit einer Abtriebswelle drehfest verbindbares Abtriebsteil und ein mit einer Verstellwelle drehfest verbindbares Stellglied, wobei zwischen zwei der drei Wellen ein erster mechanischer Anschlag zur Begrenzung eines Verstellwinkels zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist ein zweiter mechanischer Anschlag zwischen zwei anderen Wellen als der erste Anschlag angeordnet.

Description

Bezeichnung der Erfindung
3-Wellen-Verstellgetriebe mit zwei mechanischen Anschlägen Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein 3-Wellen-Verstellgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem mit einer Antriebswelle drehfest verbindbaren Antriebsteil, einem mit einer Abtriebswelle drehfest verbindbaren Abtriebsteil und einem mit einer Verstellwelle drehfest verbindbaren Stellglied.
3-Wellen-Verstellgetriebe kommen beispielsweise in Verbrennungsmotoren zum Verstellen von Phasenwinkeln, vorrangig zur Verstellung der Öffnungsund Schließzeiten der Gaswechselventile zum Einsatz (Nockenwellenverstel- ler, Phasenversteller für Aktuatorwellen bei variablen Ventiltrieben). Der Pha- senversteller ist dabei als Stellglied in einem 3-Wellen-System angeordnet. Primär wird dem 3-Wellen-System über die Antriebswelle (Kettenrad) die Antriebsleistung zugeführt, welche über die Abtriebswelle (z.B. Nockenwelle) wieder abgegeben wird. Das Stellglied ist dabei als Bindeglied zwischen der An- triebswelle und der zu treibenden Welle im Leistungsfluss angeordnet. Es erlaubt über eine dritte Welle (Verstellwelle) überlagert zur Antriebsleistung zusätzlich mechanische Leistung in das Wellensystem einzukoppeln oder aus diesem abzuführen. Dadurch kann die von der Antriebswelle vorgegebene Bewegungsfunktion (Phasenwinkel) zur Abtriebswelle verändert werden.
Beispiele für derartige 3-Wellen-Verstellgetriebe sind Taumelscheibengetriebe und Innenexzentergetriebe, welche beispielsweise in der WO 2006/018080 beschrieben sind. Hierzu gehören auch die aus der WO 2005/080757 bekannten Wellgetriebe und die in der US 2007/0051332 A1 und US 2003/0226534 A1 enthaltenen Getriebe.
Verschiedene Phasenversteller sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise sind in DE 10 2004 009 128 A1 , DE 10 2005 059884 A1 und DE 10 2004 038 681 A1 elektromechanische Nockenwellenversteller beschrieben.
Aus der DE 102 48 351 A1 ist ein elektromechanischer Nockenwellenversteller bekannt, bei dem der Versteilmotor mittels einer lösbaren Kupplung mit dem Verstellgetriebe verbunden ist. Durch eine entsprechende Auslegung der Kupplung ist das auf die Verstellwelle übertragbare Drehmoment begrenzbar. Diese wirkt dann als Sicherheitskupplung. Ein Sonderfall eines 3-Wellen-Verstellgetriebes ist eine 2-Wellen-Anordnung in Versteilantrieben, bei denen die Antriebswelle gehäusefest ist, d. h. es wird nur Leistung zwischen Verstellwelle und Abtriebswelle übertragen. Eine solche Vorrichtung dient dazu, eine mit hoher Geschwindigkeit und niedriger Last eingespeiste Antriebsleistung eines Stellers in eine Abtriebsleistung mit geringer Geschwindigkeit und hoher Last zu wandeln und findet Verwendung beispielsweise in Untersetzungsvorrichtungen für Stellantriebe im Automotivbereich sowie in Industrieanwendungen, z.B. der Robotik.
Um die Peripherie bei Steuerungsfehlern der Aktuatorik vor unerwünschten Kollisionen von Bauteilen zu schützen, wird der Verstellbereich bzw. Antriebsbereich durch Begrenzung des Drehwinkels einer der drei Wellen relativ zu einer zweiten Welle bzw. relativ zum Gehäuse eingeschränkt. Dazu wird ein mechanischer Anschlag als integraler Bestandteil der Vorrichtung verwendet. Im bekannten Stand der Technik der Nockenwellenversteller ist der Anschlag zwischen der Abtriebswelle und der Antriebswelle vorgesehen, da die Verstellwelle in der Regel einen Winkel von mehr als 360° zurücklegt.
In einer solchen Ausführung wird dann die nicht unmittelbar im Verstellwinkel bzw. Antriebswinkel begrenzte Verstellwelle im Falle des Anschlages über die Getriebekinematik und die Steifigkeit der Getriebeglieder abgebremst, sobald die Abtriebsseite die Grenze des Drehwinkels erreicht. Dabei können sich in Folge der extrem hohen Lasten Getriebeteile so stark verformen, dass sie untereinander kollidieren und das Stellglied zum Verklemmen bringen. Weiterhin können Getriebeteile frühzeitig ermüden bzw. müssen für den Normalbetrieb überdimensioniert werden, um auch die hohen Lasten im Falle des ungebremsten Anschlags zu ertragen. Die Aufgabe der Einfindung besteht darin, ein 3-Wellen-Verstellgetriebe derart auszubilden, dass die beim Erreichen eines Anschlages im Stellglied auftretenden Impulslasten in ihrer Wirkung gedämpft sind.
Die Aufgabe wird durch ein 3-Wellen-Verstellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ein 3-Wellen-Verstellgetriebe umfasst zunächst in bekannter Weise ein mit einer Antriebswelle drehfest verbindbares Antriebsteil, ein mit einer Abtriebswelle drehfest verbindbares Abtriebsteil und ein mit einer Verstellwelle einer Stellers drehfest verbindbares Stellglied. Zwischen zwei der drei Wellen, meist zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil ist ein erster mechanischer Anschlag zur Begrenzung eines Verstellwinkels zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle vorgesehen. Erfindungsgemäß ist nun ein zweiter mechanischer Anschlag zwischen zwei anderen Wellen als der erste Anschlag angeordnet. Das heißt, wenn der erste Anschlag zwischen Antriebsteil und Abtriebesteil vorgesehen ist, kann der zweite Anschlag zwischen Stellglied und Antriebsteil oder Abtriebsteil vorgesehen sein. Bei der betroffenen 3-Wellen-Anordnung ist somit jede der drei Wel- len mindestens an einen der beiden Anschläge gekoppelt und genau eine Welle ist an beide Anschläge gekoppelt.
Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass eine einfache effektive Schutzmaßnahme Beschädigen oder gar das Verklemmen des Stellgliedes bei zu hoher Belastung verhindert. Dadurch kann die Lebensdauer und Betriebssicherheit des Verstellgetriebes mit minimalem Kostenaufwand deutlich gesteigert werden. Der zweite mechanische Anschlag kann im einfachsten Fall durch zwei Anschlagflächen gebildet sein, die an den verschiedenen Getriebeteilen platziert sind (Ausführung entsprechend des ersten Anschlages). Die zwei Anschlagflächen können aber auch durch einen in einer Kulisse geführten Anschlagzapfen gebildet sein
Der zweite Anschlag kann in alternativen Ausführungsformen beispielsweise durch eine Kugel, einen Stift oder einen ähnlichen Formkörper gebildet sein, der in einer spiralförmigen Ausnehmung geführt ist. Die spiralförmige Ausneh- mung kann eine Steigung in axialer oder radialer Richtung aufweisen.
Eine weitere Alternative für den zweiten Anschlag wäre zum Beispiel die Verwendung einer Schlingfeder bzw. die Anwendung des Prinzips einer Schlingfeder (aufgewickelter Faden, Schlingband). Hierbei kann der Verstellwinkel in nur eine Verstellrichtung oder in beide Verstellrichtungen begrenzt werden. Die Begrenzung erfolgt durch das Aufziehen des Schlingbandes bis auf den jeweiligen Blockwinkel durch Kontakt zwischen den Windungen oder mit dem Gehäuse, sodass die Funktion des zweiten Anschlages zur Begrenzung des Verstellweges der Verstellwelle durch das Prinzip der Schlingfeder abgebildet wird. Das an der Verstellwelle wirksame Moment der Schlingfeder ist viel kleiner, als das Moment des Stellers. Im Fail-safe Fall wirkt das an der Verstelle wirksame Moment in die vorzugsweise anzufahrende Verstellrichtung.
Dem Fachmann sind weitere Gestaltungsvarianten eines Anschlages bekannt, er kann solche leicht auf die Erfindung anwenden.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem elektromechanischen Nockenwellen- versteller einer Brennkraftmaschine erläutert, bei dem der erste mechanische Anschlag zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil vorgesehen ist. Der erfin- dungsgemäße zweite mechanische Anschlag ist in diesem Fall vorteilhafterweise zwischen Stellglied und Antriebsteil vorgesehen, kann aber auch zwischen Stellglied und Abtriebsteil ausgebildet sein. Nachfolgend wird lediglich auf die Variante des Anschlages zwischen Stellglied und Antriebsteil eingegangen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der zweite mechani- sehe Anschlag ein Untersetzungsgetriebe. Die Breite des sekundären Verstellfensters hängt dann von der Untersetzung und dem Verstellbereich auf der Abtriebsseite ab. Das Untersetzungsgetriebe ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Planetengetriebe, welches ein mit dem Stellglied ausgebildetes Sonnenrad, mindestens ein Planetenrad und ein Hohlrad umfasst. Ein An- schlag ist dabei mit dem Kettenrad fest verbunden, während eine Anschlagkulisse entweder auf einem Planetenträger oder auf dem Hohlrad vorgesehen ist. Das Hohlrad kann in einer ersten Ausführungsform mit dem Kettenrad ausgebildet sein. Die Anschlagkulisse ist hierbei auf dem Planetenträger vorgesehen. In einer zweiten Ausführungsform des Planetengetriebes kann das Hohlrad mit dem Antriebsteil drehbeweglich verbundenen sein. Der Planetenträger ist dann kettenradfest. Das Hohlrad als solches kann separat am Antriebsglied angeordnet sein oder lediglich in einem Sektor einer Hohlradscheibe ausgebildet sein. In einem anderen Abschnitt der Hohlradscheibe ist dann die Anschlagku- lisse vorgesehen, in der ein fest mit dem Antriebsteil verbundener Anschlagpin geführt ist. Die Hohlradscheibe kann also nur um einen durch den Winkelbereich der Kulisse vorgegebenen Winkel gegenüber dem Antriebsteil verdreht werden. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 : einen Nockenwellenversteller mit einem erfindungsgemäßen zweiten mechanischen Anschlag mit einem Untersetzungsgetriebe in einer Längsschnittansicht;
Fig. 2: den Nockenwellenversteller gemäß Fig. 1 in einer Seitenansicht, von einer Verstellwelle aus gesehen; Fig. 3: den Nockenwellenversteller gemäß Fig. 1 in einer Seitenansicht, von einer Nockenwelle aus gesehen; Fig. 4: eine zweite Ausführungsform eines zweiten Anschlages in einem Nockenwellenversteller in zwei verschiedenen Stellungen;
Fig. 5. ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung des Prinzips der Schlingfeder.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines elektromechanischen Nockenwellenverstel- lers als 3-Wellen-Verstellgetriebe in einer Längsschnittansicht. Fig. 2 und 3 zeigen den Nockenwellenversteller in verschiedenen Seitenansichten. Der Nockenwellenversteller umfasst ein Kettenrad 01 als Antriebsteil und ein Nockenwellenrad 02 als Abtriebsteil. In der dargestellten Ausführungsform ist das Verstellgetriebe als Wellgetriebe ausgeführt. Ein solcher Nockenwellenversteller mit Wellgetriebe ist dem Fachmann prinzipiell bekannt. Selbstverständlich kann das Verstellgetriebe auf jede bekannte Art ausgebildet sein. Eine Hohlwelle 03 als Stellglied ist mit einem Wellgenerator 04 ausgebildet, der einen elliptischen Innenring 06, einen elliptischen Außenring 07 mit einer Außenverzahnung 08 und dazwischen angeordnete Wälzkörper 09 umfasst. Das Kettenrad 01 umfasst ein erstes Hohlrad mit einer Innenverzahnung 1 1 . Vorteilhafterweise ist das Hohlrad direkt in das Kettenrad 01 eingearbeitet.
Das Nockenwellenrad 02 hat eine Innenverzahnung 12. Die Anzahl der Zähne der Innenverzahnungen 1 1 , 12 unterscheiden sich um ein oder zwei Zähne. Bei schneller Drehung des Wellgenerators durch den Antrieb des Stellgliedes mittels eines nicht dargestellten Elektromotors mit geringem Drehmoment entsteht eine Relativdrehung der beiden Hohlräder bzw. Innenverzahnungen 1 1 , 12. Die Hohlwelle 03 wird vorzugsweise über eine Kupplung mit der Verstellwelle des Elektromotors verbunden. Der Rotor des Elektromotors läuft mit Nockenwellen- drehzahl mit. Durch Erhöhen bzw. Reduzieren der Rotordrehzahl erfolgt sie Nockenwellenverstellung nach früh bzw. spät in an sich bekannter Weise.
Am Kettenrad 01 ist nockenwellenseitig in bekannter Weise ein Anschlagring 13 mit einer radial einwärts ragenden Anschlagnase 14 vorgesehen. Am Nockenwellenrad 02 ist eine Anschlagscheibe 16 mit Anschlägen 17 in derselben Ebene wie der Anschlagring 13 angeordnet. Eine relative Drehung zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle wird durch die aneinander stoßende Anschlagnase 14 mit einer der Anschlagflächen 17 begrenzt (siehe auch Fig. 3).
Die Innenverzahnung 1 1 des Kettenrades 01 ist auf der Verstellwellenseite (im Bild links) in axialer Richtung verlängert und greift in ein bzw. mehrere Planetenräder 18 ein (siehe auch Fig. 2). Die Planetenräder 18 wälzen auf einer Außenverzahnung 19 der Hohlwelle 03 ab und sind mittels einer Stegwelle 21 (Planetenträger) miteinander verbunden. Die Stegwelle 21 besitzt an ihrem Außenumfang eine Kulisse 22 mit Anschlagflächen 23 (Fig. 2). Im Kettenrad 01 ist ein Anschlagpin 24 fest verankert, welcher innerhalb der Kulisse 22 zwischen den Anschlagflächen 23 relativ zur Stegwelle 21 beweglich ist. Die Breite des sekundären Verstellfensters des zweiten Anschlages hängt von der Untersetzung und dem Verstellbereich auf der Abtriebsseite ab. Die Übersetzung iAB ergibt sich sich zu -iAc=(1 -Z3/Z1 ) mit Z3 = Zähnezahl der Innenverzahnung 1 1 , und Z1 = Zähnezahl der Sonnenradverzahnung19 auf der Hohlwelle 03.
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines zweiten Anschlages mit einem Untersetzungsgetriebe in einem 3-Wellen-Verstellgetriebe in einer Seitenansicht aus Sicht der Verstellwelle bzw. Hohlwelle 03 in zwei verschiedenen Stellungen.
Eine Hohlradscheibe 26 ist relativ zum Kettenrad 01 drehbar im Verstellgetriebe angeordnet. Die Hohlradscheibe 26 weist eine Anschlagkulisse 27 auf, in der der kettenradfeste Anschlagpin 24 geführt ist. Die Hohlradscheibe 26 weist eine Getriebekulisse 28 mit einer Innenverzahnung 29 auf. Die Planetenräder
18 sind auf einer kettenradfesten Stegwelle 31 drehbar gelagert und wälzen an der Innenverzahnung 29 der Hohlradscheibe 26 und an der Außenverzahnung
19 der Hohlwelle 03 ab. Die Übersetzung iAc ergibt sich bei dieser Variante zu iAC=Z3/Z1 und iAB=1 -Z3/Z1 .
Dabei sind realisierbare Zähnezahlen beispielsweise:
Z1 (Hohlwelle 03 = Sonnenrad) = 20
Z2 (Planetenrad) = 30
Z3 (Hohlradscheibe 26 mit Innenverzahnung 29) = -40
Die Komponenten des zweiten Anschlages sind wegen der geringen Last und zugunsten einer geringen Trägheit vorzugsweise aus Kunststoff durch Spitz- guss hergestellt.
In der rechten Abbildung der Fig. 4 ist die Hohlradscheibe 26 im Anschlag.
In Fig. 5 ist der zweite Anschlag (Sekundäranschlag) zwischen Verstellwelle und Antriebseinheit durch Anwendung des Prinzips der Schlingfeder realisiert.
Die linke Abbildung zeigt den Sekundäranschlag am Beispiel der Abtriebseinheit im Frühanschlag. Eine Schlingfeder 32 ist in einem Gehäuse 33, welches auf dem Kettenrad 01 befestigt ist, angeordnet. Die Schlingfeder wirkt in der dargestellten Ausführungsform zwischen Kettenrad 01 und Hohlwelle 03. Ein inneres Ende 34 ist mit der Hohlwelle 03 verbunden, ein äußeres Ende 36 der Schlingfeder 32 ist mit dem Kettenrad 03 fest verbunden. Die Begrenzung der Verstellrichtung in Richtung Früh-Anschlag (Pfeil 37) erfolgt durch Kontakt mit dem Gehäuse 33. In dieser Stellung verbleibt zwischen den Windungen der Schlingfeder 32 ein Windungsabstand.
In der rechten Abbildung befindet sich die Antriebseinheit im Spät-Anschlag. Die Hohlwelle 03 wurde nach erreichen des Anschlages etwa 400° in Uhrzeigerrichtung (Pfeil 38) gedreht. Dies entspricht einer Übersetzung iAB von 1 :20 bei einem Verstellwinkelbereich zwischen Kettenrad 01 und Nockenwellenrad 02 von ca. 20°. Die Schlingfeder 24 ist in dieser Stellung "aufgewickelt", d.h. es ist Windungsabstand vorhanden.
Bezugszeichenliste
01 Kettenrad
02 Nockenwellenrad
03 Hohlwelle
04 Wellengenerator
05
06 Innenring
07 Außenring
08 Außenverzahnung
09 Wälzkörper
10
1 1 Innenverzahnung Kettenrad
12 Innenverzahnung Nockenwellenrad 13 Anschlagring
14 Anschlagnase
15
16 Anschlagscheibe
17 Anschlagfläche
18 Planetenrad
19 Außenverzahnung Sonnenrad
20
21 Stegwelle
22 Kulisse
23 Anschlagfläche
24 Anschlagpin
25
26 Hohlradscheibe
27 Anschlagkulisse
28 Getriebekulisse
29 Innenverzahnung
30
31 Stegwelle Schlingfeder Gehäuse
inneres Federende äußeres Federende Pfeil
Pfeil

Claims

Patentansprüche
3-Wellen-Verstellgetriebe, umfassend ein mit einer Antriebswelle drehfest verbindbares Antriebsteil (01 ), ein mit einer Abtriebswelle drehfest verbindbares Abtriebsteil (02) und ein mit einer Verstellwelle drehfest verbindbares Stellglied (03), wobei zwischen zwei der drei Wellen ein erster mechanischer Anschlag (14, 17) zur Begrenzung eines Verstellwinkels zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter mechanischer Anschlag (23, 24) zwischen zwei anderen Wellen angeordnet ist, zwischen denen nicht der erste Anschlag (14, 17) angeordnet ist.
3-Wellen-Verstellgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlag (14, 17) zwischen dem Antriebsteil (01 ) und dem Abtriebsteil (02) und der zweite Anschlag (23, 24) zwischen dem Stellglied (03) und dem Antriebsteil (01 ) oder dem Abtriebsteil (02) vorgesehen ist.
3-Wellen-Verstellgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschlag ein Untersetzungsgetriebe umfasst.
3-Wellen-Verstellgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe ein Planetengetriebe ist, das ein mit dem Stellglied (03) ausgebildetes Sonnenrad mit einer Sonnenradver- zahnung (19), ein Hohlrad mit einer Hohlradverzahnung (1 1 , 29) und mindestens ein Planetenrad (18) umfasst, welches zwischen Hohlrad und Sonnenrad abwälzt, wobei ein mit dem Antriebsteil (01 ) oder mit dem Abtriebsteil (02) fest verbundener Anschlag (24) den Bewegungsbereich des Planetenrades (18) durch seine Führung in einer Anschlagkulisse (22, 27) begrenzt.
3-Wellen-Verstellgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad mit dem Antriebsteil (02) oder mit dem Abtriebsteil (02) ausgebildet ist, wobei eine Stegwelle (21 , 31 ) mit dem Planetenrad (18) verbunden ist und eine Anschlagkulisse (22, 27) aufweist, in der der Anschlag (24) begrenzt ist.
6. 3-Wellen-Verstellgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad relativ zum Antriebsteil (01 ) oder Abtriebsteil (02) auf diesem verdrehbar angeordnet ist und eine Getriebekulisse (28) mit einer Innenverzahnung (29) sowie eine Anschlagkulisse (27) aufweist, wobei eine Achse des Planetenrades (18) fest mit dem Antriebsteil (01 ) oder mit dem Abtriebsteil (02) verbunden ist.
7. 3-Wellen-Verstellgetriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe aus Kunststoff besteht.
3-Wellen-Verstellgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass der zweite mechanische Anschlag durch eine Schlingfe der (32) gebildet ist.
3-Wellen-Verstellgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Schlingfeder (32) gebildete zweite mechanische Anschlag zwischen der Verstellwelle und der Antriebseinheit angeordnet ist.
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