WO2005061861A1 - Verstellvorrichtung für eine nockenwelle einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verstellvorrichtung für eine nockenwelle einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2005061861A1
WO2005061861A1 PCT/EP2004/012536 EP2004012536W WO2005061861A1 WO 2005061861 A1 WO2005061861 A1 WO 2005061861A1 EP 2004012536 W EP2004012536 W EP 2004012536W WO 2005061861 A1 WO2005061861 A1 WO 2005061861A1
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WO
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adjusting device
camshaft
brake
combustion engine
internal combustion
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/012536
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French (fr)
Inventor
Matthias Gregor
Jens Meintschel
Thomas Stolk
Alexander Von Gaisberg-Helfenberg
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
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Publication date
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Priority to US11/441,408 priority patent/US20060236967A1/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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an adjusting device for a camshaft of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • an adjusting device for a camshaft of an internal combustion engine which consists of an epicyclic gear and an electric servomotor.
  • One of the two inputs of the transmission is connected to the crankshaft of the internal combustion engine, the other input is connected to the servomotor.
  • the camshaft is attached to the transmission output.
  • the speed of the servomotor is changed, the speed of the camshaft is changed with respect to the crankshaft and the phase position of the camshaft with respect to the crankshaft is thus adjusted.
  • a high-translation, two-stage gearbox is required to implement this solution, which causes increased costs.
  • relatively high currents flow during the adjustment, which requires a power output stage.
  • a generic adjusting device for a camshaft of an internal combustion engine is known from DE 102 47 650 AI.
  • the adjusting device has a drive element connected in a rotationally fixed manner to the crankshaft and an output element arranged on the camshaft side.
  • an actuating element which is designed as a lever mechanism, the actuating element being acted upon by a brake.
  • the lever mechanism is relatively complex and very sensitive to wear and only allows a limited adjustment range. Due to the direct coupling of the camshaft to the crankshaft, the rotor of the brake connected to the control element or the lever mechanism must also run at the same speed (ratio 1: 1) as the camshaft in constant phase position.
  • phase angle is adjusted by braking or accelerating the rotor.
  • a torsion spring on the control element, the constantly acting torque of which has to be braked when the phase is constant or when it turns back, which leads to a loss in efficiency.
  • the invention has for its object to provide an adjusting device for a camshaft of an internal combustion engine, which allows use in any application with inexpensive and simple manufacture.
  • a major advantage of the invention is that the adjustment device can be used for all applications or all phase angle ranges, since the adjustment range is theoretically unlimited through the use of an epicyclic gear.
  • the adjustment of the phase angle between the drive element and the driven element is advantageously effected exclusively by means of a brake.
  • the electrically controlled brake does not require a power stage in the control unit because the currents required for this are very low.
  • a hysteresis brake is preferably used, the braking torque of which is independent of the speed.
  • the adjusting device can advantageously be used in all applications, since the originally unlimited adjustment range can be adapted to each application by means of a stop.
  • a return spring can advantageously be dispensed with by a suitable choice of the ratio of the epicyclic gear, i.e. one adjustment element, in this case the brake, is sufficient for adjustment in both directions. If, however, the adjusting device is to be designed for a particularly high dynamic range, the load torque of the camshaft can be increased by an adjusting spring in order to achieve an optimal adjusting speed of the camshaft adjuster in one direction when the brake is released.
  • the adjusting device is advantageously designed as two planetary gears coupled to one another, which have common elements, as a result of which components can be omitted. This results in a slim design of the adjustment device, which allows a space-saving arrangement. Further refinements and advantages of the invention emerge from the remaining subclaims and the description.
  • FIG. 1 shows a camshaft adjuster with a drive element, an output element and an actuating element, which are designed as a rotating so-called positive gear, the actuating element and the output element having the same direction of rotation and the actuating element being acted upon by a brake,
  • FIG. 2 shows a camshaft adjuster, which is designed as a rotating so-called minus gear, the actuating element and the driven element have opposite directions of rotation and the actuating element can be acted upon by a brake,
  • FIG. 3 shows a camshaft adjuster, the elements of which are designed as a two-stage, coupled planetary gear, the actuating element being acted upon by a brake,
  • FIG. 4 shows a camshaft adjuster which has an adjusting spring between the drive element and the adjusting element
  • Fig. 5 shows a camshaft adjuster, which has an adjusting spring between the output element and the drive element, and
  • Fig. 6 shows a camshaft adjuster, which has an adjusting spring between the output element and the adjusting element.
  • FIG. 1 shows an adjusting device 1 for a camshaft 2 of an internal combustion engine for changing the phase position of the camshaft 2 in relation to a crankshaft of an internal combustion engine, which is not visible here, according to a first exemplary embodiment, the camshaft 2 being driven by the crankshaft via the adjusting device 1.
  • the adjusting device 1 comprises three elements, namely a drive element 3 driven by the crankshaft, an output element 4 connected to the camshaft 2 in a rotationally fixed manner and driving the camshaft 2, and an adjusting element 5 for adjusting the phase angle between the drive element 3 and the output element 4 by a brake 6 is acted upon, by varying the braking torque on the actuating element 5, a relative rotation between the drive element 3 and the output element 4 can be achieved.
  • the brake 6 is preferably a wear-free, in particular non-contact, electromagnetic brake.
  • a hysteresis brake whose braking torque is independent of the speed is particularly suitable. The currents required to control the brake 6 are so low that a power output stage in the control unit can be dispensed with.
  • the brake 6 can be a single-acting or multiple-acting brake.
  • the rotor of the brake 6, which is not visible here, is connected in a rotationally fixed manner to the actuating element 5.
  • the housing (stator) 7 of the brake 6 is supported on a stationary component of the internal combustion engine, such as, for example, the cylinder head, cylinder head cover, control housing cover, etc.
  • the drive element 3 is designed as a chain wheel, which is driven by the crankshaft of the internal combustion engine via a timing chain, not shown here.
  • a design of the adjustment device 1 is provided according to the invention, which permits any phase angle between the drive element 3 and the output element 4.
  • the adjusting device 1 is preferably designed as a gear transmission and in particular as a planetary gear, in which case the three elements 3 to 5 of the adjusting device are each formed as one of the elements of the planetary gear.
  • the elements 3 to 5 of the adjusting device 1 are designed as a single-stage planetary gear.
  • a planetary gear consists of a ring gear 3, planet gears 8, a sun gear 5 and at least one planet gear carrier 4.
  • the output element 4 forms the two planet gear carriers, in which the planet gears 8 are mounted with their axes 10 via bearing bolts 9.
  • three planet gears 8 are provided, which are surrounded from the outside by the drive element 3 forming the ring gear, wherein they mesh with the drive element 3.
  • the planet gears 8 run on the control element 5, which is designed as a sun gear.
  • the shaft 11 of the control element (sun gear) 5 is also a common axis of rotation 12 for the drive element (ring gear) 3 and the output element (planet gear carrier) 4.
  • the planet gears 8 are connected to the camshaft 2 via the planet gear carriers 4.
  • the elements 3 to 5 of the adjusting device 1 are designed as positive gears, i.e. with the sprocket 3 held, the control element 5 and the camshaft 2 rotate in the same direction.
  • the adjustment of the phase angle between the drive element 3 and the output element 4 is carried out exclusively by the brake 6 caused by varying the braking torque on the control element 5.
  • the brake 6 acts accordingly on the control element 5.
  • a variation in the braking torque increases or reduces the speed of the control element 5, whereby a change in the phase position of the camshaft 2 relative to the crankshaft is achieved.
  • FIG. 2 shows an adjusting device 1 according to a second embodiment.
  • the adjusting device 1 is also designed as a single-stage planetary gear.
  • the drive element (sprocket) 3 forms the two planet gear carriers, in which planet gears 8 are mounted with their axes 10 via bearing bolts 9.
  • three planet gears 8 are provided, which are surrounded from the outside by the driven element (camshaft) 4 forming the ring gear, wherein they mesh with the driven element 4.
  • the planet gears 8 run on the control element 5, which is designed as a sun gear.
  • the shaft 11 of the control element (sun gear) 5 is also a common axis of rotation 12 for the output element (ring gear) 4 and the drive element (planet gear carrier) 3.
  • the ring gear ( Output element) 4 integrally formed with the camshaft 2.
  • the elements 3 to 5 of the adjusting device 1 are designed as a minus gear, i.e. with sprocket 3 held, control element 5 and camshaft 2 rotate in the opposite direction.
  • a phase shift of the camshaft 2 is achieved by varying the braking torque on the control element 5.
  • the translation is preferably selected so that, with a constant phase position between the drive element 3 and the output element 4, the actuating element 5 is braked to a specific speed, which is the same as the speed of the camshaft 2.
  • An increase of the braking torque reduces the speed of the actuating element 5 (possibly to a standstill) and leads to the camshaft 2 being advanced relative to the chain wheel 3. If the braking torque is reduced (possibly to zero, ie "actuating element free"), the actuating element 5 is Torque of the camshaft 2 accelerates and thus the camshaft 2 is adjusted back relative to the sprocket 3.
  • FIG. 3 shows an adjusting device 1 according to a third embodiment.
  • the adjusting device 1 is designed as a two-stage, coupled planetary gear, the two planetary gear units having common elements 5, 8.
  • Each planetary gear unit has its own ring gear 3, 13 with internal teeth 14, 15 and shares both sun gear 5 and planet gears 8 with the other planetary gear unit, the drive-side ring gear being formed by the chain wheel 3.
  • the ring gears 3, 13 are in meshing engagement with the planet gears 8 with their toothings 14, 15.
  • the planet gears 8 are distributed in the space between the ring gears 3, 13 and the actuating element 5 designed as a sun gear, ie the planet gears 8 are only loose without any special features Storage used.
  • the axial guidance of the planet gears 8 is taken over by a thrust washer 16 connected to the chain wheel 3 and an output element 4 integrally formed on the camshaft 2, which is fixedly connected to the ring gear 13 on the output side.
  • the planet gears 8 mesh with the actuating element 5.
  • the shaft 11 of the actuating element (sun gear) 5 is also a common axis of rotation 12 for the input-side ring gear 3 and the output-side ring gear 13.
  • the adjustment device 1 is designed both as a plus gear and as a minus gear depending on the number of teeth of the two ring gears 3, 13 possible. After the number of teeth of the ring gears 3, 13 has been determined, the two ring gears can be 3, 13 from a plus gear a minus gear and vice versa.
  • the effective load torque of the camshaft 2 can be reduced or increased by an adjusting spring 17 according to FIGS. 4 to 6 in order to achieve an optimal adjusting speed of the adjusting device 1 when the braking torque is varied.
  • Figure 4 shows the actuating spring 17 between the drive element (sprocket) 3 and actuating element (brake) 5
  • Figure 5 shows the actuating spring 17 between the drive element (sprocket) 3 and output element (camshaft) 4
  • Figure 6 shows the actuating spring 17 between the output element (camshaft) 4 and actuator (brake) 5.
  • a stop can be provided, for example a form-fitting device.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstellvorrichtung (1) für eine Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine mit einem von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebselement (3), einem die Nockenwelle (2) der Brennkraftmaschine antreibenden Abtriebselement (4) und einem Stellelement (5), das von einer Bremse (6) beaufschlagt wird, wobei durch Variation des Bremsmomentes am Stellelement (5) eine Relativdrehung zwischen Antriebselement (3) und Abtriebselement (4) erreichbar ist. Um eine Verstellvorrichtung für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die bei kostengünstiger und einfacher Herstellung einen Einsatz in jedem Anwendungsbereich ermöglicht, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, eine Bauform der Verstelleinrichtung (1) vorzusehen, die beliebige Phasenwinkel zwischen Antriebselement (3) und Abtriebselement (4) zulässt.

Description

Verstellvorrichtung für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 100 38 354 AI ist eine Verstellvorrichtung für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine bekannt, die aus einem Umlauf-Summiergetriebe und einem elektrischen Stellmotor besteht . Einer der beiden Eingänge des Getriebes ist mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, der andere Eingang ist mit dem Stellmotor verbunden. Am Getriebeausgang ist die Nockenwelle angebracht. Bei Veränderung der Drehzahl des Stellmotors wird die Drehzahl der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle geändert und damit die Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verstellt. Jedoch wird zur Umsetzung dieser Lösung ein hochübersetzendes, zweistufiges Getriebe benötigt, wodurch erhöhte Kosten verursacht werden. Ferner fließen bei der Verstellung relativ hohe Ströme, wodurch eine Leistungsendstufe erforderlich ist.
Aus der DE 102 47 650 AI ist eine gattungsgemäße Verstellvorrichtung für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Verstellvorrichtung weist ein drehfest mit der Kurbelwelle verbundenes Antriebselement und ein auf der Nockenwellenseite angeordnetes Abtriebselement auf. Zur Ver- Stellung des Phasenwinkels zwischen Antriebselement und Abtriebselement ist zwischen den beiden Elementen ein Stellelement angeordnet, welches als Hebelmechanismus ausgebildet ist, wobei das Stellelement von einer Bremse beaufschlagt wird. Allerdings ist der Hebelmechanismus relativ aufwändig und sehr verschleißempfindlich und läßt auch nur einen eingeschränkten Stellbereich zu. Durch die direkte Ankoppelung der Nockenwelle an die Kurbelwelle muss außerdem der mit dem Stellelement bzw. dem Hebelmechanismus verbundenen Rotor der Bremse bei konstanter Phasenlage mit gleicher Drehzahl (Übersetzung 1:1) wie die Nockenwelle laufen. Aufgrund der Übersetzung von Ein- und Ausgangsglied sind Elemente für die Verstellung in beiderlei Richtungen erforderlich. Die Verstellung des Phasenwinkels wird durch Abbremsung bzw. Beschleunigung des Rotors vorgenommen. Um die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle vordrehen zu können, d.h. Beschleunigung des Rotors, befindet sich am Stellelement zusätzlich eine Drehfeder, deren ständig wirkendes Drehmoment bei konstanter Phase bzw. bei Zurückdrehung zusätzlich gebremst werden muss, was zu Wirkungsgradeinbußen führt.
Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die DE 102 47 548 AI, DE 103 01 493 AI und DE 102 03 621 AI verwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstellvorrichtung für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die bei kostengünstiger und einfacher Herstellung einen Einsatz in jedem Anwendungsbereich ermöglicht.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst . Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Verstellvorrichtung für alle Anwendungsfälle bzw. alle Phasenwinkelbereiche einsetzbar ist, da durch die Anwendung eines Umlaufgetriebes der Stellbereich theoretisch unbegrenzt ist .
Vorteilhafterweise wird die Verstellung des Phasenwinkels zwischen Antriebselement und Abtriebselement ausschließlich mittels einer Bremse bewirkt. Die elektrisch geregelte Bremse erfordert keine Leistungsendstufe im Steuergerät, da die hierfür erforderlichen Ströme sehr gering sind. Bevorzugt wird eine Hysteresebremse eingesetzt, deren Bremsmoment unabhängig von der Drehzahl ist .
Vorteilhafterweise ist die Verstellvorrichtung in allen Anwendungsfällen einsetzbar, indem der ursprünglich unbegrenzte Stellbereich über einen Anschlag jedem Anwendungsfall ange- passt werden kann.
Vorteilhafterweise kann durch eine geeignete Wahl der Übersetzung des Umlaufgetriebes auf eine Rückstellfeder verzichtet werden, d.h. für die Verstellung in beiderlei Richtungen ist ein Verstellelement, in diesem Fall die Bremse, ausreichend. Soll die Verstellvorrichtung allerdings auf eine besonders hohe Stelldynamik ausgelegt werden, kann das Lastmoment der Nockenwelle durch eine Stellfeder vergrößert werden, um bei gelöster Bremse eine optimale Stellgeschwindigkeit des Nockenwellenverstellers in der einen Richtung zu realisieren.
Vorteilhafterweise ist die Verstellvorrichtung als zwei miteinander gekoppelte Planetengetriebe ausgeführt, welche gemeinsame Elemente aufweisen, wodurch Bauteile entfallen können. Hierdurch ergibt sich eine schlanke Bauform der Verstellvorrichtung, die eine platzsparende Anordnung erlaubt. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand von sechs Ausführungsbeispielen erläutert, und zwar zeigen:
Fig. 1 einen Nockenwellenversteller mit einem Antriebselement, einem Abtriebselement und einem Stellelement, welche als umlaufendes sogenanntes Plusgetriebe ausgebildet sind, wobei das Stellelement und das Abtriebselement den gleichen Drehsinn aufweisen und das Stellelement von einer Bremse beaufschlagbar ist,
Fig. 2 einen Nockenwellenversteller, der als umlaufendes sogenanntes Minusgetriebe ausgebildet ist, wobei das Stellelement und das Abtriebselement gegenläufige Drehsinne aufweisen und das Stellelement von einer Bremse beaufschlagbar ist,
Fig. 3 einen Nockenwellenversteller, dessen Elemente als zweistufiges, gekoppeltes Planetengetriebe ausgebildet sind, wobei das Stellelement von einer Bremse beaufschlagbar ist,
Fig. 4 einen Nockenwellenversteller, der eine Stellfeder zwischen Antriebselement und Stellelement aufweist,
Fig. 5 einen Nockenwellenversteller, der eine Stellfeder zwischen Abtriebselement und Antriebselement aufweist, und
Fig. 6 einen Nockenwellenversteller, der eine Stellfeder zwischen Abtriebselement und Stellelement aufweist.
Der Einfachheit halber werden in den Figuren für übereinstimmende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet. Figur 1 zeigt eine Verstellvorrichtung 1 für eine Nockenwelle 2 einer Brennkraftmaschine zum Verändern der Phasenlage der Nockenwelle 2 gegenüber einer hier nicht sichtbaren Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Nockenwelle 2 über die Verstellvorrichtung 1 von der Kurbelwelle angetrieben wird.
Die Verstellvorrichtung 1 umfasst drei Elemente und zwar ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement 3, ein drehfest mit der Nockenwelle 2 verbundenes, die Nockenwelle 2 antreibendes Abtriebselement 4 und ein Stellelement 5 zur Verstellung des Phasenwinkels zwischen Antriebselement 3 und Abtriebselement 4, das von einer Bremse 6 beaufschlagt wird, wobei durch Variation des Bremsmomentes am Stellelement 5 eine Relativdrehung zwischen Antriebselement 3 und Abtriebselement 4 erreichbar ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Bremse 6 um eine verschleissfrei insbesondere berührungslos arbeitende, elektromagnetische Bremse. Besonders geeignet ist eine Hysteresebremse, deren Bremsmoment unabhängig von der Drehzahl ist. Die zur Ansteuerung der Bremse 6 benötigten Ströme sind so gering, dass auf eine Leistungsendstufe im Steuergerät verzichtet werden kann. Bei der Bremse 6 kann es sich um eine einfach- oder mehrfach-wirkende Bremse handeln. Der hier nicht sichtbare Rotor der Bremse 6 ist mit dem Stellelement 5 drehfest verbunden. Ebenfalls nicht sichtbar ist, dass sich das Gehäuse (Stator) 7 der Bremse 6 an einem ruhenden Bauteil der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Zylinderkopf, Zylinderkopfdeckel, Steuergehäusedeckel usw. abstützt. Das Antriebselement 3 ist im vorliegenden Fall als Kettenrad ausgebildet, welches über eine hier nicht dargestellte Steuerkette von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Um einen Einsatz der Verstellvorrichtung in jedem Anwendungsbereich zu ermöglich, ist erfindungsmäß eine Bauform der Verstellvorrichtung 1 vorgesehen, die beliebige Phasenwinkel zwischen Antriebselement 3 und Abtriebselement 4 zulässt .
Vorzugsweise ist die Verstellvorrichtung 1 als Zahnradgetriebe ausgebildet und insbesondere als Planetengetriebe, wobei in diesem Fall die drei Elemente 3 bis 5 der Versteileinrichtung als jeweils eines der Elemente des Planetengetriebes ausgebildet sind.
Gemäß Figur 1 sind die Elemente 3 bis 5 der Verstellvorrichtung 1 als einstufiges Planetengetriebe ausgebildet. Ein Planetengetriebe besteht aus einem Hohlrad 3, Planetenrädern 8, einem Sonnenrad 5 und mindestens einem Planetenradträger 4. Das Abtriebselement 4 bildet die beiden Planetenradträger, in welchen die Planetenräder 8 über Lagerbolzen 9 mit ihren Achsen 10 gelagert sind. Vorzugsweise sind drei Planetenräder 8 vorgesehen, die von außen von dem das Hohlrad bildende Antriebselement 3 umschlossen werden, wobei sie mit dem Antriebselement 3 in Kämmeingriff stehen. Im Inneren laufen die Planetenräder 8 auf dem als Sonnenrad ausgebildeten Stellelement 5. Die Welle 11 des Stellelementes (Sonnenrad) 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel auch gemeinsame Drehachse 12 für das Antriebselement (Hohlrad) 3 und das Abtriebselement (Planetenradträger) 4. Auf der Abtriebsseite sind die Planetenräder 8 über die Planetenradträger 4 mit der Nockenwelle 2 verbunden. In diesem Fall sind die Elemente 3 bis 5 der Verstellvorrichtung 1 als Plusgetriebe ausgebildet, d.h. bei festgehaltenem Kettenrad 3, drehen sich Stellelement 5 und Nockenwelle 2 in der gleichen Richtung.
Die Verstellung des Phasenwinkels zwischen Antriebselement 3 und Abtriebselement 4 wird ausschließlich durch die Bremse 6 bewirkt und zwar durch Variation des Bremsmomentes am Stell- element 5. Um eine konstante Phasenlage zwischen Kettenrad 3 und Nockenwelle 2 zu erreichen, wirkt die Bremse 6 entsprechend auf das Stellelement 5. Eine Variation des Bremsmomentes erhöht bzw. reduziert die Drehzahl des Stellelementes 5, wodurch eine Änderung der Phasenlage der Nockenwelle 2 relativ zur Kurbelwelle erreicht wird.
Figur 2 zeigt eine Verstellvorrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel . Die Verstellvorrichtung 1 ist ebenfalls als einstufiges Planetengetriebe ausgebildet. Das Antriebselement (Kettenrad) 3 bildet die beiden Planetenradträger, in welchen Planetenräder 8 über Lagerbolzen 9 mit ihren Achsen 10 gelagert sind. Vorzugsweise sind drei Planetenräder 8 vorgesehen, die von außen von dem das Hohlrad bildende Abtriebs- element (Nockenwelle) 4 umschlossen werden, wobei sie mit dem Abtriebselement 4 in Kämmeingriff stehen. Im Inneren laufen die Planetenräder 8 auf dem als Sonnenrad ausgebildeten Stellelement 5. Die Welle 11 des Stellelementes (Sonnenrad) 5 ist auch gemeinsame Drehachse 12 für das Abtriebselement (Hohlrad) 4 und das Antriebselement (Planetenradträger) 3. Auf der Abtriebsseite ist das Hohlrad (Abtriebselement) 4 einstückig mit der Nockenwelle 2 ausgebildet. In diesem Fall sind die Elemente 3 bis 5 der Verstellvorrichtung 1 als Minusgetriebe ausgebildet, d.h. bei festgehaltenem Kettenrad 3, drehen sich Stellelement 5 und Nockenwelle 2 in entgegengesetzter Richtung.
Eine Phasenverschiebung der Nockenwelle 2 wird durch Variation des Bremsmomentes am Stellelement 5 erreicht. Die Übersetzung wird vorzugsweise so gewählt, dass bei konstanter Phasenlage zwischen Antriebselement 3 und Abtriebselement 4 das Stellelement 5 auf eine bestimmte Drehzahl, die gleich der Drehzahl der Nockenwelle 2 ist, gebremst wird. Eine Erhöhung des Bremsmomentes reduziert die Drehzahl des Stellelementes 5 (gegebenenfalls bis zum Stillstand) und führt zur Vorverstellung der Nockenwelle 2 gegenüber dem Kettenrad 3. Wird das Bremsmoment reduziert (gegebenenfalls bis auf Null, d.h. „Stellelement frei") wird das Stellelement 5 durch das Last- moment der Nockenwelle 2 beschleunigt und damit die Nockenwelle 2 gegenüber dem Kettenrad 3 zurückverstellt.
Figur 3 zeigt eine Verstellvorrichtung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Die Verstellvorrichtung 1 ist als zweistufiges, gekoppeltes Planetengetriebe ausgebildet, wobei beide Planetengetriebeeinheiten gemeinsame Elemente 5, 8 aufweisen. Jede Planetengetriebeeinheit weist ein eigenes Hohl- rad 3, 13 mit Innenverzahnung 14, 15 auf und teilt sich sowohl Sonnenrad 5 als auch Planetenräder 8 mit der anderen Planetengetriebeeinheit, wobei das antriebsseitige Hohlrad vom Kettenrad 3 gebildet wird. Die Hohlräder 3, 13 stehen mit ihren Verzahnungen 14, 15 in Kämmeingriff mit den Planetenrädern 8. Die Planetenräder 8 sind im Raum zwischen den Hohlräder 3, 13 und dem als Sonnenrad ausgebildeten Stellelement 5 verteilt angeordnet, d.h. die Planetenräder 8 sind lediglich lose ohne besondere Lagerung eingesetzt. Die axiale Führung der Planetenräder 8 übernimmt eine mit dem Kettenrad 3 verbundene Anlaufscheibe 16 und ein an der Nockenwelle 2 angeformtes Abtriebselement 4, das mit dem abtriebsseitigen Hohl- rad 13 fest verbunden ist. Die Planetenräder 8 kämmen mit dem Stellelement 5. Die Welle 11 des Stellelementes (Sonnenrad) 5 ist auch gemeinsame Drehachse 12 für das antriebsseitige Hohlrad 3 und das abtriebsseitige Hohlrad 13. In diesem Fall ist eine Ausführung der Verstellvorrichtung 1 sowohl als Plusgetriebe als auch als Minusgetriebe je nach Zähnezahl der beiden Hohlräder 3, 13 möglich. Nach Festlegen der Zähnezahl der Hohlräder 3, 13 kann durch Vertauschen der beiden Hohlrä- der 3, 13 aus einem Plusgetriebe ein Minusgetriebe und umgekehrt entstehen.
Soll die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung 1 allerdings auf eine besonders hohe Stelldynamik ausgelegt werden, kann das wirksame Lastmoment der Nockenwelle 2 durch eine Stellfeder 17 gemäß den Figuren 4 bis 6 verkleinert oder vergrößert werden, um bei Variation des Bremsmomentes eine optimale Stellgeschwindigkeit der Verstellvorrichtung 1 zu realisieren.
Es sind mehrere Anordnungsmöglichkeiten der Stellfeder 17 denkbar. Figur 4 zeigt die Stellfeder 17 zwischen Antriebselement (Kettenrad) 3 und Stellelement (Bremse) 5, Figur 5 zeigt die Stellfeder 17 zwischen Antriebselement (Kettenrad) 3 und Abtriebselement (Nockenwelle) 4 und Figur 6 zeigt die Stellfeder 17 zwischen Abtriebselement (Nockenwelle) 4 und Stellelement (Bremse) 5.
Soll der unbegrenzte Stellbereich der Verstellvorrichtung für einen bestimmten Anwendungsfall eingeschränkt werden, so kann ein Anschlag vorgesehen werden, beispielsweise eine formschlüssige Einrichtung.

Claims

Patentansprüche
Verstellvorrichtung (1) für eine Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine mit einem von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebselement (3) , einem die Nockenwelle (2) der Brennkraftmaschine antreibenden Abtriebselement (4) und einem Stellelement (5) , das von einer Bremse (6) beaufschlagt wird, wobei durch Variation des Bremsmomentes am Stellelement (5) eine Relativdrehung zwischen Antriebselement (3) und Abtriebselement (4) erreichbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauform der Verstellvorrichtung (1) beliebige Phasenwinkel zwischen Antriebselement (3) und Abtriebs- element (4) zulässt .
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung des Phasenwinkels zwischen Antriebselement (3) und Abtriebselement (4) ausschließlich durch die Bremse (6) bewirkbar ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Bremse (6) um eine einfach- oder mehrfach-wirkende Bremse handelt.
4. Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Bremse (6) um eine elektrisch angesteuerte und/oder berührungsfrei arbeitende Bremse handelt.
5. Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung des Phasenwinkels durch einen Anschlag begrenzbar ist .
6. Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass das Stellelement (5) und das Abtriebselement (4) gegenläufige Drehsinne aufweisen.
7. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass das Stellelement (5) und das Abtriebselement (4) den gleichen Drehsinn aufweisen.
8. Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stellfeder (17) zwischen zwei der drei Elemente (3 bis 5) der Verstellvorrichtung (1) wirksam ist.
9. Verstellvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (1) als Zahnradgetriebe ausgebildet ist.
10. Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Verstellvorrichtung (1) als mindestens ein Planetengetriebe ausgebildet ist.
11. Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (1) als zwei miteinander gekoppelte Planetengetriebe (3, 5, 8 und 13, 5, 8) ausgeführt ist, wobei die beiden Planetengetriebe gemeinsame Elemente (5, 8) aufweisen.
12. Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Elemente (3 bis 5) der Verstellvorrichtung als jeweils eines der Elemente eines Planetengetriebes ausgebildet sind, wobei das Planetengetriebe Hohlrad (3, 4, 13), Planetenradträger (3, 4) und Sonne (5) aufweist.
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