WO2006125575A1 - Nockenwelleneinheit - Google Patents

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WO2006125575A1
WO2006125575A1 PCT/EP2006/004803 EP2006004803W WO2006125575A1 WO 2006125575 A1 WO2006125575 A1 WO 2006125575A1 EP 2006004803 W EP2006004803 W EP 2006004803W WO 2006125575 A1 WO2006125575 A1 WO 2006125575A1
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WO
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camshaft
unit
friction torque
gear
torque
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/004803
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English (en)
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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Publication of WO2006125575A1 publication Critical patent/WO2006125575A1/de
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    • F01L1/34413—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 composite camshafts, e.g. with cams being able to move relative to the camshaft
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    • 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
    • F01L2001/3522—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 with electromagnetic brake

Definitions

  • the invention particularly relates to a camshaft unit according to the preamble of patent claim 1.
  • a camshaft device with a camshaft and a camshaft adjusting unit is known.
  • the camshaft adjusting unit has a circulation totaling gear and an electric servomotor.
  • a first input of the circulation summation gear is in this case connected to a crankshaft of an internal combustion engine and a second input of the circulation summation gear is connected to the servomotor, while the camshaft is connected to an output of the circulation summation gear.
  • a phase angle of the camshaft relative to the crankshaft can be adjusted.
  • the invention is in particular the object of reducing cost and construction costs of a camshaft device.
  • the object is achieved in each case by the features of the independent claims, wherein further embodiments of the invention can be taken from the subclaims.
  • a camshaft unit with a friction torque change simulation unit in particular for a camshaft device with at least one adjustable camshaft so as at least one camshaft adjusting unit, wherein the Reibmomentver Sungssimulationshim is provided to simulate a Reibraomentver selectedung on a camshaft.
  • a "friction torque” should be understood to mean all forces acting on the camshaft by bearing forces, gas forces and / or also by other ancillary components.
  • the term “intended” should be understood to mean in particular “equipped”, “designed” and / or "programmed”.
  • a "simulation of a friction torque change" is to be understood as a simulation of a reduced friction torque by introducing an actual additional torque acting counter to an actual friction torque by means of the friction torque variation simulation unit, and / or a simulation of an increased friction torque and in particular a simulation of a purely fictitious friction torque in that an additional torque acting in the direction of an actual and / or a desired friction torque is introduced.
  • actuating input should be understood as meaning, in particular, the input of a setting actuator, such as a servo motor Parking brake etc., to be understood.
  • a setting actuator such as a servo motor Parking brake etc.
  • Different acting torques on the camshafts can at least largely be adjusted and in particular the camshaft associated Nockenwel- lenstellechen at least appropriately sized and costs and space can be saved, especially if the Reibmomentver Sungssimulationsaku is designed in such a way that acting on at least two control inputs of at least two camshaft torques in the middle and in particular in a stationary operation are at least substantially equal.
  • a "stationary operation” is to be understood in particular an operation in which no actuating operation takes place.
  • the term "at least substantially the same size” should be understood to mean that average torques acting on the control inputs differ in the amount of less than 20%, preferably less than 10% and particularly preferably less than 5%.
  • the Reibmomentver Sungssimulationshim is provided to clamp two torque transmitting means with a torque. It can structurally simple cost and space saving realized an equalization and it can be used in particular a voltage applied to a torque transmitting friction torque to simulate a friction torque, so that an additional power supply can be avoided.
  • a "torque transmission means" is to be understood in particular as shafts, toothed wheels, pulleys, belting means, etc.
  • the Reibmomentver forungssimulationshim may have various, the skilled person appear appropriate torque transfer means, such as hydraulic or pneumatic torque transfer means, etc.
  • torque transfer means such as hydraulic or pneumatic torque transfer means, etc.
  • Particularly advantageous Reibmomentver forungssimulationshim but at least one formed by a mechanical spring element torque transmission means, which is easily integrated into existing designs and advantageously used as relative movements permitting energy storage can be .
  • various mechanical spring elements appearing appropriate to those skilled in the art may be used, such as helical compression or helical tension springs, which act on a torque transmission means via a lever arm, etc.
  • the mechanical spring element is particularly advantageous from a torsion spring, such as a spiral spring, etc., and particularly advantageous formed by a torsion bar.
  • a corresponding spring element can preferably be structurally simple, at least largely rotationally symmetrical, and / or integrated. Further, a corresponding spring element can be particularly space-saving, in particular at least partially integrated within a shaft.
  • the Reibmomentver Sungssimulationshim can act between different, to those skilled appear reasonable components, in particular between different torque transmitting means. If the friction torque variation simulation unit is intended to act directly between two camshafts, relatively small maximum twist angles within the friction torque variation simulation unit can be achieved, in particular by making it possible for the maximum twist angle resulting within the friction torque variation simulation unit to be at least substantially equal to a maximum twist angle between the Corresponding shaft waves.
  • "direct” should be understood as meaning, in particular, an action without a further intermediate torque transmission means whose phase angle is adjustable to the directly coupled torque transmission means.
  • friction torque variation simulation unit is intended to act directly between two control inputs
  • reduced torques within the friction torque variation simulation unit can be achieved by means of ratios of, in particular, intermediate epicyclic transmissions.
  • a camshaft device which has a camshaft unit according to the invention and at least two coaxially and preferably concentrically arranged camshafts. It can achieve a space-saving design and Reibmomentunter Kunststoffe between an inner and an outer camshaft can advantageously at least largely balanced and / or it can be advantageous in both camshafts, especially in the camshaft, which experiences no friction torque directly through a bearing, in particular the internal camshaft, a passive adjustment can be realized.
  • the camshaft device has a drive means of a camshaft and at least one other drive means of another camshaft, wherein one drive means is guided through the other drive means, space can again be saved and / or the flexibility with regard to the installation space configuration can be increased.
  • the camshaft device has at least one camshaft adjusting unit with a gear unit permitting any phase angle of a camshaft, as a result of which a particularly high flexibility in the application can be achieved.
  • the gear unit is preferably formed by a planetary gear, in particular by a planetary gear, conceivable, however, are other, to those skilled appear appropriate units.
  • the camshaft device has at least one camshaft setting unit with at least one brake unit, wherein different phase angles of a camshaft can be set by varying a braking torque, particularly space-saving and energetically particularly advantageous devices can be realized.
  • the camshaft device has a gear unit associated with a camshaft and at least one further gear unit associated with a further camshaft, wherein the gear units are intended to be driven by a common drive device, in particular in parallel. Additional drive devices can be avoided and space, components, weight, assembly costs and costs can be reduced.
  • 1 is a schematic representation of a first camshaft device with a directly between No oscillatory torque variation simulation unit
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further camshaft device with a friction torque change simulation unit acting directly between control inputs
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a further camshaft device with a friction torque variation simulation unit acting directly between an actuating input and a camshaft
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a camshaft device with camshafts which can be driven by spur gear stages and a friction torque change simulation unit which acts directly between control inputs
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a camshaft device with a friction moment change simulation unit acting directly between camshafts, which has a spring element formed by a torsion bar.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a camshaft device IIa of an internal combustion engine of a motor vehicle with two coaxially and concentrically arranged camshafts 12a, 13a and two camshaft adjusting units 14a, 15a, by means of their phase angle of the camshafts 12a, 13a to each other and in particular to a not-shown crankshaft of a drive device 28a are adjustable.
  • the camshaft device IIa comprises a camshaft unit having a friction torque variation simulation unit 10a, which is intended to a Reibmomentver selectedung to the
  • Camshafts 12a, 13a simulate.
  • the crankshaft acts in parallel via a drive chain 36a and via a sprocket 29a on a first gear unit 24a formed by a first planetary gear part and on a second gear unit 25a of a double gear 37a formed by a second planetary gear part.
  • the first transmission unit 24a is part of the first camshaft setting unit 14a and is associated with the first camshaft 12a
  • the second gear unit 25a is a part of the second camshaft setting unit 15a and is associated with the second camshaft 13a.
  • a common planetary carrier 20a of the gear units 24a, 25a rotatably connected are rotatably mounted on the planet 30a of the first gear unit 24a and planetary 31a of the second gear unit 25a.
  • the planets 30a mesh with a ring gear 34a of the first gear unit 24a which is non-rotatably coupled to the first inboard camshaft 12a.
  • the planets 31a mesh with a ring gear 35a of the second gear unit 25a, which is non-rotatably coupled to the second, outer camshaft 13a.
  • the first cam shaft adjusting unit 14a has a first brake unit 26a coupled to a sun gear 32a of the first gear unit 24a
  • the second cam shaft adjusting unit 15a has a second brake unit 27a coupled to a sun gear 33a of the second gear unit 25a.
  • a braking torque of the first brake unit 26a basically any phase angle of the first camshaft 12a can be varied
  • a braking torque of the second brake unit 27a basically any phase angle of the second camshaft 13a can be selected.
  • brake units 26a, 27a in principle, other actuators are conceivable, such as electric motors, etc.
  • the friction torque variation simulation unit 10a is provided to directly torque the two camshafts 12a, 13a with a torque.
  • the Reibmomentver basicungssimulationshim 10a for this purpose has a formed by a mechanical spring element 21a torque transmitting means.
  • the spring element 21a is formed by a torsion spring, namely by a spiral spring, which is coupled with a first end directly to the first camshaft 12a and with a second end directly to the second camshaft 13a.
  • the Reibmomentver Sungssimulationshim 10a is designed in such a way that acting on two actuating inputs 16a, 17a of the camshafts 12a, 13a or on two output shafts 18a, 19a of the brake units 26a, 27a in operation torques in the middle or in a stationary operation substantially the same size are, ie differ by a maximum of about 5% in the amount.
  • the output shaft 18a is directly connected to the sun gear 32a of the first gear unit 24a, and the output shaft 19a is directly connected to the sun gear 33a of the second gear unit 25a in a rotationally fixed manner.
  • the friction torque variation simulation unit 10a thus simulates a friction torque on the inboard camshaft 12a during operation in which substantially no friction torque is applied due to the bearing within the outboard camshaft 13a in steady state operation and simulates a reduced friction torque on the outboard camshaft 13a. In stationary operation correspond to those of the brake units
  • the 26a, 27a introduced braking torques substantially a voltage applied to the sprocket 29a drive torque of the drive device 28a. If the braking torque of the brake unit 26a and / or the brake unit 27a is increased, a phase adjustment takes place in the direction of early, the braking torque of the brake unit 26a and / or the brake unit 27a is reduced, takes place by utilizing the simulated friction torque on the inner camshaft 12a and / or by utilizing the simulated reduced friction torque on the outer camshaft 13a a phase adjustment in the late direction instead.
  • a friction torque variation simulation unit 10a 1 which acts only on a torque transmission means of the camshaft device IIa, for example only on a camshaft or on a control input 16a, as indicated in FIG.
  • a torque simulating a friction torque can be realized via a hydraulic unit and / or via an electromagnetic unit, for example via an eddy current unit, etc.
  • FIGS. 2 to 6 show alternative camshaft devices IIb-Hf. Substantially identical components are generally numbered with the same reference numerals, with the letters a - f being added to the reference numerals in order to distinguish between the exemplary embodiments. Furthermore, reference can be made to the description of the exemplary embodiment in FIG. 1 with regard to features and functions that remain the same. The following description is essentially limited to the differences from the exemplary embodiment in FIG. 1.
  • the camshaft device Hb in Figure 2 a friction torque Variation simulation unit 10b, which is intended to act directly between two setting inputs 16b, 17b of two camshafts 12b, 13b or to clamp two output shafts 18b, 19b of two brake units 26b, 27b.
  • the brake unit 26b is part of a first camshaft adjusting unit 14b
  • the brake unit 27b is a component of a second camshaft adjusting unit 15b.
  • the friction torque variation simulation unit 10b has a torque transmission means formed by a mechanical spring element 21b.
  • the spring element 21b is formed by a torsion spring, namely by a spiral spring, which is coupled at a first end directly to the output shaft 18b and at a second end directly to the output shaft 19b.
  • the output shaft 18b is directly coupled to a sun gear 32b of a first gear unit 24b of the first cam shaft adjusting unit 14b, and the output shaft 19b is directly coupled to a sun gear 33b of a second gear unit 25b of the second cam shaft adjusting unit 15b.
  • the camshaft device 11c in FIG. 3 has a friction torque simulation unit 10c which is intended to act directly between an actuating input 16c of an outer camshaft 13c and an inner camshaft 12c or the camshaft 12c and bracing an output shaft 18c of a brake unit 26c, wherein the brake unit 26c is a component of a camshaft setting unit 14c by means of which a phase angle of the outer camshaft 13c is adjustable.
  • the friction torque variation simulation unit 10c has a torque transmission means formed by a mechanical spring element 21c.
  • the spring element 21c is formed by a torsion spring, namely by a spiral spring, which has a first end directly connected to the output shaft 18c or with a sun gear 32c of a first gear unit 24c of the camshaft adjusting unit 14c and with a second end directly coupled to the camshaft 12c.
  • a drive means, namely a ring gear 35c, a second gear unit 25c for driving the inner camshaft 12c is guided by a drive means, by a ring gear 34c, the first gear unit 24c.
  • the ring gear 35c has recesses which are adapted to a maximum angle of rotation of the two camshafts 12c, 13c relative to one another, and that of approximately 50 °.
  • the spring element 21c could also be connected to a sprocket 29c or to a planet carrier 20c and to another torque transmission means, such as the camshaft 12c, as indicated in FIG.
  • the camshaft device Hd in FIG. 4 like the camshaft device Hb in FIG. 2, has a friction torque variation simulation unit 10d which is intended to act directly between two position inputs 16d, 17d of two camshafts 12d, 13d and two output shafts 18d, 19d of two, respectively Braking units 26d, 27d to brace.
  • the camshafts 12d, 13d are arranged parallel to each other in the camshaft device Hd.
  • the camshafts 12d, 13d are each driven via a spur gear 38d, 39d.
  • the camshaft device He in Figure 5 differs from the camshaft device Hd in that only one camshaft 13e is driven via a spur gear stage 39e, while another camshaft 12e is directly coupled to a ring gear 34e of a gear unit 24e.
  • the camshaft device Hf in FIG. 6 has a frictional torque change simulation unit 10f which has a spring element 21f formed by a torsion bar instead of a spring element 21a formed by a spiral spring.
  • the spring element 21f is inserted on a side remote from a drive side into a hollow shaft designed as an inner camshaft 12f and is rotatably connected to a first, inner end 40f with the inner camshaft 12f.
  • the spring element 21f protrudes with its second end 41f out of the inner camshaft 12f and is rotatably connected by means of a molded-on flange 42f with the outer camshaft 13f. Except for the first end 4Of of the spring element 21f, the spring element 21f is rotatably disposed in the inner camshaft 12f. If a friction torque acts on the outer camshaft 13f, the spring element 21f is twisted with a torsional moment and transmits a torque simulating a friction torque to the inner camshaft 12f.
  • the inner camshaft 12f has cams 23f, which are rotatably mounted on the outer camshaft 13f and non-rotatably connected via recesses of the outer camshaft 13f with the inner camshaft 12f.
  • the outer camshaft 13f has cams 22f which are non-rotatably mounted thereon.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Es wird eine Nockenwelleneinheit mit einer Reibmomentveränderungssimulationseinheit (10a - 10f), insbesondere für eine Nockenwellenvorrichtung (11a - 11f) mit zumindest einer verstellbaren Nockenwelle (12a - 12f, 13a - 13f) sowie zumindest einer Nockenwellenstelleinheit (14a - 14f, 15a - 15f), vorgeschlagen, wobei die Reibmomentveränderungssimulationseinheit (10a - 10f) dazu vorgesehen ist, eine Reibmomentveränderung an einer Nockenwelle (12a - 12f, 13a - 13f) zu simulieren.

Description

Nockenwelleneinheit
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Nockenwelleneinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 100 38 354 Al ist eine Nockenwellenvorrichtung mit einer Nockenwelle und einer Nockenwellenstelleinheit bekannt. Die Nockenwellenstelleinheit weist ein Umlauf-Summierungs- getriebe und einen elektrischen Stellmotor auf. Ein erster Eingang des Umlauf-Summierungsgetriebes ist dabei mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und ein zweiter Eingang des Umlauf-Summierungsgetriebes ist mit dem Stellmotor verbunden, während die Nockenwelle mit einem Ausgang des Umlauf- Summierungsgetriebes verbunden ist. Über eine Betätigung des Stellmotors kann eine Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verstellt werden.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, Kosten- und Bauaufwand einer Nockenwellenvorrichtung zu reduzieren. Die Aufgabe wird jeweils gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche, wobei weitere Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Es wird eine Nockenwelleneinheit mit einer Reibmomentverände- rungssimulationseinheit , insbesondere für eine Nockenwellenvorrichtung mit zumindest einer verstellbaren Nockenwelle so- wie zumindest einer Nockenwellenstelleinheit , vorgeschlagen, wobei die Reibmomentveränderungssimulationseinheit dazu vorgesehen ist, eine Reibraomentveränderung an einer Nockenwelle zu simulieren. Unter einem "Reibmoment" sollen in diesem Zusammenhang sämtliche durch Lagerkräfte, Gaskräfte und/oder auch durch sonstige Nebenaggregate auf die Nockenwelle wirkende Kräfte verstanden werden. Unter "vorgesehen" soll insbesondere speziell "ausgestattet", "ausgelegt" und/oder "programmiert" verstanden werden. Ferner soll unter einer "Simulation einer Reibmomentveränderung" eine Simulation eines reduzierten Reibmoments verstanden werden, indem ein einem tatsächlichen Reibmoment entgegengesetzt wirkendes tatsächliches Zusatzdrehmoment mittels der Reibmomentveränderungssimulati- onseinheit eingebracht wird, und/oder eine Simulation eines erhöhten Reibmoments und insbesondere eine Simulation eines rein fiktiven Reibmoments, indem ein in Richtung eines tatsächlichen und/oder eines gewünschten Reibmoments wirkendes Zusatzdrehmoment eingebracht wird.
Mittels der erfindungsgemäßen Lösung kann vermieden werden, dass in Stelleingängen von Nockenwellenstelleinheiten hohe Reibmomente wirken und damit verbunden können insbesondere die Nockenwellenstelleinheiten schwächer dimensioniert und kostengünstiger sowie Platz sparender ausgeführt werden. Ferner können in Stelleingängen wirkende zu niedrige Reibmomente erhöht oder nicht vorhandene Reibmomente können simuliert und das in der Summe im Stelleingang wirkende Drehmoment kann vorteilhaft zu Verstellungen der Nockenwelle genutzt werden, und zwar besonders vorteilhaft zu einer passiven Verstellung, d.h. zu einer Verstellung durch Einbringen und/oder Aufheben eines Bremsmoments innerhalb eines Umlaufgetriebes, das insbesondere einer innen liegenden Nockenwelle einer koaxialen Nockenwellenanordnung zugeordnet ist. Unter einem "Stelleingang" soll dabei in diesem Zusammenhang insbesondere der Eingang eines Stellaktuators, wie von einem Stellmotor, einer Stellbremseinheit usw., verstanden werden. Durch die Reibmo- mentveränderungssimulationseinheit kann ein Drehmoment geschaffen werden, welches für die passive Verstellung insbesondere einer innen liegenden Nockenwelle einer koaxialen Nockenwellenanordnung genutzt werden kann.
Unterschiedliche wirkende Drehmomente an den Nockenwellen, insbesondere bedingt durch Reibkräfte, Gaskräfte und/oder Nebenaggregate, können zumindest weitgehend angeglichen und es können insbesondere den Nockenwellen zugeordnete Nockenwel- lenstelleinheiten zumindest entsprechend dimensioniert und Kosten sowie Bauraum können eingespart werden, und zwar insbesondere, wenn die Reibmomentveränderungssimulationseinheit in der Weise ausgelegt ist, dass an zumindest zwei Stelleingängen von zumindest zwei Nockenwellen wirkende Drehmomente im Mittel und insbesondere in einem stationären Betrieb zumindest im Wesentlichen gleich groß sind. Unter einem "stationären Betrieb" soll dabei insbesondere ein Betrieb verstanden werden, in dem keine Stellbetätigung stattfindet. Ferner soll unter "zumindest im Wesentlichen gleich groß" verstanden werden, dass an den Stelleingängen wirkende mittlere Drehmomente sich im Betrag weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10% und besonders bevorzugt weniger als 5% unterscheiden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Reibmomentveränderungssi- mulationseinheit dazu vorgesehen ist, zwei Drehmomentübertragungsmittel mit einem Drehmoment zu verspannen. Es kann konstruktiv einfach kostengünstig und Platz sparend ein Angleich realisiert und es kann insbesondere ein an einem Drehmomentübertragungsmittel anliegendes Reibmoment genutzt werden, um ein Reibmoment zu simulieren, so dass eine zusätzliche Energieversorgung vermieden werden kann. Unter einem "Drehmomentübertragungsmittel" sollen hierbei insbesondere Wellen, Zahnräder, Riemenscheiben, Umschlingungsmittel usw. verstanden werden . -A-
Die Reibmomentveränderungssimulationseinheit kann verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Drehmomentübertragungsmittel aufweisen, wie beispielsweise hydraulische oder pneumatische Drehmomentübertragungsmittel usw. Besonders vorteilhaft weist die Reibmomentveränderungssimulationseinheit jedoch zumindest ein von einem mechanischen Federelement gebildetes Drehmomentübertragungsmittel auf, welches einfach in bestehende Konstruktionen integriert und vorteilhaft als Relativbewegungen zulassender Energiespeicher genutzt werden kann .
Dabei können verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende mechanische Federelemente eingesetzt werden, wie beispielsweise Schraubendruck- oder Schraubenzugfedern, die über einen Hebelarm auf ein Drehmomentübertragungsmittel wirken usw. Besonders vorteilhaft ist das mechanische Federelement jedoch von einer Drehfeder, wie von einer Spiralfeder usw., und besonders vorteilhaft von einem Drehstab gebildet. Ein entsprechendes Federelement kann vorzugsweise konstruktiv einfach zumindest weitgehend rotationssymmetrisch ausgeführt und/oder integriert werden. Ferner kann ein entsprechendes Federelement besonders Platz sparend, insbesondere zumindest teilweise innerhalb einer Welle, integriert werden.
Die Reibmomentveränderungssimulationseinheit kann zwischen verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Bauteilen, insbesondere zwischen verschiedenen Drehmomentübertragungsmitteln, wirken. Ist die Reibmomentveränderungssimu- lationseinheit dazu vorgesehen, unmittelbar zwischen zwei Nockenwellen zu wirken, können relativ kleine maximale Verdrehwinkel innerhalb der Reibmomentveränderungssimulationseinheit erzielt werden, und zwar insbesondere indem erreicht werden kann, dass der innerhalb der Reibmomentveränderungssimulati- onseinheit entstehende maximale Verdrehwinkel zumindest im Wesentlichen einem maximalen Verdrehwinkel zwischen den No- ckenwellen entspricht. Unter "unmittelbar" soll dabei insbesondere eine Einwirkung ohne ein weiteres zwischengeschaltetes Drehmomentübertragungsmittel verstanden werden, dessen Phasenwinkel zum unmittelbar gekoppelten Drehmomentübertragungsmittel verstellbar ist.
Ist die Reibmomentveränderungssimulationseinheit dazu vorgesehen, unmittelbar zwischen zwei Stelleingängen zu wirken, können durch Übersetzungen von insbesondere zwischengeschalteten Umlaufgetrieben reduzierte Drehmomente innerhalb der Reibmomentveränderungssimulationseinheit erzielt werden.
Ferner wird eine Nockenwellenvorrichtung vorgeschlagen, die eine erfindungsgemäße Nockenwelleneinheit und zumindest zwei koaxial und vorzugsweise konzentrisch angeordnete Nockenwellen aufweist. Es kann eine Platz sparende Konstruktion erreicht und Reibmomentunterschiede zwischen einer innen liegenden und einer außen liegenden Nockenwelle können vorteilhaft zumindest weitgehend ausgeglichen und/oder es kann vorteilhaft bei beiden Nockenwellen, insbesondere auch bei der Nockenwelle, die kein Reibmoment unmittelbar durch eine Lagerung erfährt, wie insbesondere die innen liegende Nockenwelle, eine passive Verstellung realisiert werden.
Weist die Nockenwellenvorrichtung ein Antriebsmittel einer Nockenwelle und zumindest ein anderes Antriebsmittel einer anderen Nockenwelle auf, wobei das eine Antriebsmittel durch das andere Antriebsmittel hindurch geführt ist, kann wiederum Bauraum eingespart und/oder die Flexibilität im Hinblick auf die Bauraumgestaltung kann erhöht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Nockenwellenvorrichtung wenigstens eine Nockenwellenstellein- heit mit einer beliebige Phasenwinkel einer Nockenwelle zulassenden Getriebeeinheit aufweist, wodurch eine besonders hohe Flexibilität in der Anwendung erreicht werden kann. Dabei ist die Getriebeeinheit vorzugsweise von einem Umlaufgetriebe, wie insbesondere von einem Planetengetriebe, gebildet, denkbar sind jedoch auch andere, dem Fachmann als geeignet erscheinende Einheiten.
Weist die Nockenwellenvorrichtung wenigstens eine Nockenwel- lenstelleinheit mit wenigstens einer Bremseinheit auf, wobei durch Variation eines Bremsmoments unterschiedliche Phasenwinkel einer Nockenwelle einstellbar sind, können besonders Platz sparende und energetisch besonders vorteilhafte Vorrichtungen realisiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Nockenwellenvorrichtung eine einer Nockenwelle zugeordnete Getriebeeinheit und zumindest eine einer weiteren Nockenwelle zugeordnete weitere Getriebeeinheit aufweist, wobei die Getriebeeinheiten dazu vorgesehen sind, durch eine gemeinsame Antriebsvorrichtung angetrieben zu werden, und zwar insbesondere parallel. Zusätzliche Antriebsvorrichtungen können vermieden und Bauraum, Bauteile, Gewicht, Montageaufwand und Kosten können reduziert werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Nockenwellenvorrichtung mit einer unmittelbar zwischen No- ckenwellen wirkenden Reibmomentveränderungssimulati- onseinheit ,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Nockenwellenvorrichtung mit einer unmittelbar zwischen Stelleingängen wirkenden Reibmomentveränderungssimula- tionseinheit,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Nockenwellenvorrichtung mit einer unmittelbar zwischen einem Stelleingang und einer Nockenwelle wirkenden ReibmomentVeränderungsSimulationseinheit,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Nockenwellenvorrichtung mit nebeneinander liegenden, über Stirnradstufen antreibbaren Nockenwellen und einer unmittelbar zwischen Stelleingängen wirkenden Reibmoment- veränderungssimulationseinheit ,
Fig. 5 eine zu Figur 4 alternative Nockenwellenstellvorrichtung mit einer unmittelbar mit einem Hohlrad gekoppelten Nockenwelle und
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Nockenwellenvorrichtung mit einer unmittelbar zwischen Nockenwellen wirkenden Reibmomentveränderungssimulationsein- heit, die ein von einem Drehstab gebildetes Federelement aufweist.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Nockenwellenvorrichtung IIa einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit zwei koaxial und konzentrisch angeordneten Nockenwellen 12a, 13a und zwei Nockenwellenstelleinheiten 14a, 15a, mittels deren Phasenwinkel der Nockwellen 12a, 13a zueinander und insbesondere zu einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle einer Antriebsvorrichtung 28a verstellbar sind. Ferner umfasst die Nockenwellenvorrichtung IIa eine Nockenwelleneinheit mit einer Reibmomentveränderungssimulationseinheit 10a, die dazu vorgesehen ist, eine Reibmomentveränderung an den
Nockenwellen 12a, 13a zu simulieren.
Die Kurbelwelle wirkt im Betrieb über eine Antriebskette 36a und über ein Kettenrad 29a parallel auf eine von einem ersten Planetenteilgetriebe gebildete erste Getriebeeinheit 24a und auf eine von einem zweiten Planetenteilgetriebe gebildete zweite Getriebeeinheit 25a eines Doppelstellgetriebes 37a. Die erste Getriebeeinheit 24a ist ein Teil der ersten Nocken- wellenstelleinheit 14a und ist der ersten Nockenwelle 12a zugeordnet, und die zweite Getriebeeinheit 25a ist ein Teil der zweiten Nockenwellenstelleinheit 15a und ist der zweiten Nockenwelle 13a zugeordnet.
Mit dem Kettenrad 29a ist ein gemeinsamer Planetenträger 20a der Getriebeeinheiten 24a, 25a drehfest verbunden, auf dem Planeten 30a der ersten Getriebeeinheit 24a und Planeten 31a der zweiten Getriebeeinheit 25a drehbar gelagert sind. Die Planeten 30a kämmen mit einem Hohlrad 34a der ersten Getriebeeinheit 24a, das drehfest mit der ersten, innen liegenden Nockenwelle 12a gekoppelt ist. Die Planeten 31a kämmen mit einem Hohlrad 35a der zweiten Getriebeeinheit 25a, das drehfest mit der zweiten, außen liegenden Nockenwelle 13a gekoppelt ist.
Die erste Nockenwellenstelleinheit 14a weist eine erste Bremseinheit 26a auf, die mit einem Sonnenrad 32a der ersten Getriebeeinheit 24a gekoppelt ist, und die zweie Nockenwellenstelleinheit 15a weist eine zweite Bremseinheit 27a auf, die mit einem Sonnenrad 33a der zweiten Getriebeeinheit 25a gekoppelt ist. Durch Variation eines Bremsmoments der ersten Bremseinheit 26a kann grundsätzlich ein beliebiger Phasenwinkel der ersten Nockenwelle 12a und durch Variation eines Bremsmoments der zweiten Bremseinheit 27a kann grundsätzlich ein beliebiger Phasenwinkel der zweiten Nockenwelle 13a ein- gestellt werden. Anstatt Bremseinheiten 26a, 27a sind grundsätzlich auch andere Aktuatoren denkbar, wie beispielsweise Elektromotoren usw.
Die Reibmomentveränderungssimulationseinheit 10a ist dazu vorgesehen, die beiden Nockenwellen 12a, 13a unmittelbar mit einem Drehmoment zu verspannen. Die Reibmomentveränderungssi- mulationseinheit 10a weist hierfür ein von einem mechanischen Federelement 21a gebildetes Drehmomentübertragungsmittel auf. Das Federelement 21a ist von einer Drehfeder, und zwar von einer Spiralfeder, gebildet, die mit einem ersten Ende unmittelbar an der ersten Nockenwelle 12a und mit einem zweiten Ende unmittelbar mit der zweiten Nockenwelle 13a gekoppelt ist.
Die Reibmomentveränderungssimulationseinheit 10a ist in der Weise ausgelegt, dass an zwei Stelleingängen 16a, 17a der Nockenwellen 12a, 13a bzw. an zwei Ausgangswellen 18a, 19a der Bremseinheiten 26a, 27a im Betrieb wirkende Drehmomente im Mittel bzw. in einem stationären Betrieb im Wesentlichen gleich groß sind, d.h. sich maximal um ca. 5% im Betrag unterscheiden. Die Ausgangswelle 18a ist direkt mit dem Sonnenrad 32a der ersten Getriebeeinheit 24a und die Ausgangswelle 19a ist direkt mit dem Sonnenrad 33a der zweiten Getriebeeinheit 25a drehfest verbunden.
Die Reibmomentveränderungssimulationseinheit 10a simuliert damit im Betrieb ein Reibmoment an der innen liegenden Nockenwelle 12a, bei der aufgrund der Lagerung innerhalb der außen liegenden Nockenwelle 13a in einem stationären Betrieb im Wesentlichen kein Reibmoment anliegt, und simuliert ein reduziertes Reibmoment an der außen liegenden Nockenwelle 13a. Im stationären Betrieb entsprechen die von den Bremseinheiten
26a, 27a eingebrachten Bremsmomente im Wesentlichen einem am Kettenrad 29a anliegenden Antriebsmoment der Antriebsvorrichtung 28a. Wird das Bremsmoment der Bremseinheit 26a und/oder der Bremseinheit 27a erhöht, findet eine Phasenverstellung in Richtung früh statt, wird das Bremsmoment der Bremseinheit 26a und/oder der Bremseinheit 27a reduziert, findet durch Ausnutzung des simulierten Reibmoments an der innen liegenden Nockenwelle 12a und/oder durch Ausnutzung des simulierten reduzierten Reibmoments an der außen liegenden Nockenwelle 13a eine Phasenverstellung in Richtung spät statt.
Anstatt einem Verspannen von zwei Drehmomentübertragungsmitteln kann auch eine Reibmomentveränderungssimulationseinheit 10a1 vorgesehen sein, die nur auf ein Drehmomentübertragungsmittel der Nockenwellenvorrichtung IIa wirkt, beispielsweise nur auf eine Nockenwelle oder auf einen Stelleingang 16a, wie dies in Figur 1 angedeutet ist. Ein ein Reibmoment simulierendes Drehmoment kann dabei über eine hydraulische Einheit und/oder über eine elektromagnetische Einheit, beispielsweise über eine Wirbelstromeinheit, usw. realisiert werden.
In den Figuren 2 bis 6 sind alternative Nockenwellenvorrichtungen IIb - Hf dargestellt. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert, wobei zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele den Bezugszeichen die Buchstaben a - f hinzugefügt sind. Ferner kann bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in Figur 1 verwiesen werden. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in Figur 1.
Im Gegensatz zur Nockenwellenvorrichtung Ha in Figur 1 weist die Nockenwellenvorrichtung Hb in Figur 2 eine Reibmoment- veränderungssimulationseinheit 10b auf, die dazu vorgesehen ist, unmittelbar zwischen zwei Stelleingängen 16b, 17b von zwei Nockenwellen 12b, 13b zu wirken bzw. zwei Ausgangswellen 18b, 19b von zwei Bremseinheiten 26b, 27b zu verspannen. Die Bremseinheit 26b ist dabei ein Bestandteil einer ersten No- ckenwellenstelleinheit 14b, und die Bremseinheit 27b ist ein Bestandteil einer zweiten Nockenwellenstelleinheit 15b. Die Reibmomentveränderungssimulationseinheit 10b weist hierfür ein von einem mechanischen Federelement 21b gebildetes Drehmomentübertragungsmittel auf. Das Federelement 21b ist von einer Drehfeder, und zwar von einer Spiralfeder, gebildet, die mit einem ersten Ende unmittelbar mit der Ausgangswelle 18b und mit einem zweiten Ende unmittelbar mit der Ausgangswelle 19b gekoppelt ist. Die Ausgangswelle 18b ist direkt mit einem Sonnenrad 32b einer ersten Getriebeeinheit 24b der ersten Nockenwellenstelleinheit 14b und die Ausgangswelle 19b ist direkt mit einem Sonnenrad 33b einer zweiten Getriebeeinheit 25b der zweiten Nockenwellenstelleinheit 15b gekoppelt.
Im Gegensatz zur Nockenwellenvorrichtung IIa in Figur 1 weist die Nockenwellenvorrichtung 11c in Figur 3 eine Reibmoment- veränderungssimulationseinheit 10c auf, die dazu vorgesehen ist, unmittelbar zwischen einem Stelleingang 16c einer außen liegenden Nockenwelle 13c und einer innen liegenden Nockenwelle 12c zu wirken bzw. die Nockenwelle 12c und eine Ausgangswelle 18c einer Bremseinheit 26c zu verspannen, wobei die Bremseinheit 26c ein Bestandteil einer Nockenwellenstelleinheit 14c ist, mittels der ein Phasenwinkel der äußeren Nockenwelle 13c verstellbar ist.
Die Reibmomentveränderungssimulationseinheit 10c weist hierfür ein von einem mechanischen Federelement 21c gebildetes Drehmomentübertragungsmittel auf. Das Federelement 21c ist von einer Drehfeder, und zwar von einer Spiralfeder, gebildet, die mit einem ersten Ende unmittelbar mit der Ausgangs- welle 18c bzw. mit einem Sonnenrad 32c einer ersten Getriebeeinheit 24c der Nockenwellenstelleinheit 14c und mit einem zweiten Ende unmittelbar mit der Nockenwelle 12c gekoppelt ist. Ein Antriebsmittel, und zwar ein Hohlrad 35c, einer zweiten Getriebeeinheit 25c zum Antrieb der innen liegenden Nockenwelle 12c ist durch ein Antriebsmittel, und zwar durch ein Hohlrad 34c, der ersten Getriebeeinheit 24c hindurch geführt. Das Hohlrad 35c weist hierfür Ausnehmungen auf, die an einen maximalen Verdrehwinkel der beiden Nockenwellen 12c, 13c gegeneinander, und zwar von ca. 50°, angepasst sind.
Alternativ könnte das Federelement 21c auch mit einem Kettenrad 29c bzw. mit einem Planetenträger 20c und einem weiteren Drehmomentübertragungsmittel, wie beispielsweise mit der Nockenwelle 12c, verbunden sein, wie dies in Figur 3 angedeutet ist.
Die Nockenwellenvorrichtung Hd in Figur 4 weist wie die Nockenwellenvorrichtung Hb in Figur 2 eine Reibmomentverände- rungssimulationseinheit 10d auf, die dazu vorgesehen ist, unmittelbar zwischen zwei Stelleingängen 16d, 17d von zwei Nockenwellen 12d, 13d zu wirken bzw. zwei Ausgangswellen 18d, 19d von zwei Bremseinheiten 26d, 27d zu verspannen. Im Gegensatz zur Nockenwellenvorrichtung Hb sind jedoch bei der Nockenwellenvorrichtung Hd die Nockenwellen 12d, 13d parallel nebeneinander angeordnet. Die Nockenwellen 12d, 13d werden dabei jeweils über eine Stirnradstufe 38d, 39d angetrieben.
Die Nockenwellenvorrichtung He in Figur 5 unterscheidet sich von der Nockenwellenvorrichtung Hd dadurch, dass nur eine Nockenwelle 13e über eine Stirnradstufe 39e angetrieben wird, während eine andere Nockenwelle 12e direkt mit einem Hohlrad 34e einer Getriebeeinheit 24e gekoppelt ist. Im Gegensatz zur Nockenwellenvorrichtung IIa in Figur 1 weist die Nockenwellenvorrichtung Hf in Figur 6 eine Reibmoment- veränderungssimulationseinheit 10f auf, die anstatt ein von einer Spiralfeder gebildetes Federelement 21a ein von einem Drehstab gebildetes Federelement 21f aufweist. Das Federelement 21f ist auf einer einer Antriebsseite abgewandten Seite in eine als Hohlwelle ausgebildete innen liegende Nockenwelle 12f eingeschoben und ist mit einem ersten, innen liegenden Ende 40f mit der innen liegenden Nockenwelle 12f drehfest verbunden. Das Federelement 21f ragt mit seinem zweiten Ende 41f aus der innen liegenden Nockenwelle 12f heraus und ist mittels eines angeformten Flanschs 42f drehfest mit der außen liegenden Nockenwelle 13f verbunden. Bis auf das erste Ende 4Of des Federelements 21f ist das Federelement 21f drehbar in der innen liegenden Nockenwelle 12f angeordnet. Greift an der außen liegenden Nockenwelle 13f ein Reibmoment an, wird das Federelement 21f mit einem Torsionsmoment verdreht und überträgt ein ein Reibmoment simulierendes Drehmoment auf die innen liegende Nockenwelle 12f.
Die innen liegende Nockenwelle 12f weist Nocken 23f auf, die auf der außen liegenden Nockenwelle 13f drehbar gelagert und über Ausnehmungen der außen liegenden Nockenwelle 13f mit der innen liegenden Nockenwelle 12f drehfest verbunden sind. Die äußere Nockenwelle 13f weist Nocken 22f auf, die drehfest auf derselben angeordnet sind.
Bezugszeichen
10 Reibmomentverände- 27 Bremseinheit rungssimulationsein- heit
11 NockenwellenVorrich28 AntriebsVorrichtung tung
12 Nockenwelle 29 Kettenrad
13 Nockenwelle 30 Planet
14 Nockenwellenstellein- 31 Planet heit
15 Nockenwellenstellein- 32 Sonnenrad heit
16 Stelleingang 33 Sonnenrad
17 Stelleingang 34 Hohlrad
18 Ausgangswelle 35 Hohlrad
19 Ausgangswelle 36 Antriebskette
20 Planetenträger 37 DoppelStellgetriebe
21 Federelement 38 Stirnradstufe
22 Nocken 39 Stirnradstufe
23 Nocken 40 Ende 4 Getriebeeinheit 41 Ende 5 Getriebeeinheit 42 Flansch 6 Bremseinheit

Claims

Patentansprüche
1. Nockenwelleneinheit mit einer Reibmomentveränderungssimu- lationseinheit (10a - 1Of), insbesondere für eine Nockenwellenvorrichtung (IIa - llf) mit zumindest einer verstellbaren Nockenwelle (12a - 12f, 13a - 13f) sowie zumindest einer Nockenwellenstelleinheit (14a - 14f, 15a - 15f ) , wobei die Reibmomentveränderungssimulationseinheit (10a - 1Of) dazu vorgesehen ist, eine Reibmomentveränderung an einer Nockenwelle (12a - 12f, 13a - 13f) zu simulieren .
2. Nockenwelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibmomentveränderungssimulationseinheit (10a - 1Of) dazu vorgesehen ist, ein Reibmoment einer Nockenwelle (12a - 12f) zu simulieren.
3. Nockenwelleneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibmomentveränderungssimulationseinheit (10a - 10f) in der Weise ausgelegt ist, dass an zumindest zwei Stelleingängen (16a - lβf, 17a - 17 f) von zumindest zwei Nockenwellen (12a - 12f, 13a - 13f) wirkende Drehmomente im Mittel zumindest im Wesentlichen gleich groß sind.
4. Nockenwelleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibmomentveränderungssimulationseinheit (10a - 10f) dazu vorgesehen ist, zwei Drehmomentübertragungsmittel mit einem Drehmoment zu verspannen.
5. Nockenwelleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibmomentveränderungssimulationseinheit (10a - 10f) zumindest ein von einem mechanischen Federelement (21a - 2If) gebildetes Drehmomentübertragungsmittel aufweist.
6. Nockenwelleneinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Federelement (21a - 2If) von einer Drehfeder gebildet ist.
7. Nockenwelleneinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Federelement (2If) von einem Drehstab gebildet ist.
8. Nockenwelleneinheit zumindest nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibmomentveränderungssimulationseinheit (10a; 10f ) dazu vorgesehen ist, unmittelbar zwischen zwei Nockenwellen (12a, 13a; 12f, 13f) zu wirken.
9. Nockenwelleneinheit zumindest nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibmomentveränderungssimulationseinheit (10b; 10d; 1Oe) dazu vorgesehen ist, unmittelbar zwischen zwei Stelleingängen (lβb, 17b; lβd, 17d; 16e, 17e) zu wirken.
10. Nockenwellenvorrichtung (IIa - Hf) mit einer Nockenwelleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
11. Nockenwellenvorrichtung (Ha; Hb; llc; Hf) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch zumindest zwei koaxial angeordnete Nockenwellen (12a,
13a; 12b, 13b; 12c, 13c; 12f, 13f) .
12. Nockenwellenvorrichtung (Hc) nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch ein Antriebsmittel einer Nockenwelle (12c) und zumindest ein anderes Antriebsmittel einer anderen Nockenwelle (13c), wobei das eine Antriebsmittel durch das andere Antriebsmittel hindurch geführt ist.
13. Nockenwellenvorrichtung (Ha - Hf) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch wenigstens eine Nockenwellenstelleinheit (14a - 14f, 15a - 15f) mit einer beliebige Phasenwinkel zulassenden Getriebeeinheit (24a - 24f, 24a - 25f ) .
14. Nockenwellenvorrichtung (IIa - llf) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch wenigstens eine Nockenwellenstelleinheit (14a - 14f, 15a
- 15f) mit wenigstens einer Bremseinheit (26a - 26f, 27a
- 27f) , wobei durch Variation eines Bremsmoments unterschiedliche Phasenwinkel einstellbar sind.
15. Nockenwellenvorrichtung (IIa - llf) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch eine einer Nockenwelle (12a - 12f) zugeordnete Getriebeeinheit (24a - 24f) und zumindest eine einer weiteren Nockenwelle (13a - 13f) zugeordnete weitere Getriebeeinheit (25a - 25f ) , wobei die Getriebeeinheiten (24a - 24f, 25a
- 25f) dazu vorgesehen sind, durch eine gemeinsame Antriebsvorrichtung (28a - 28f) angetrieben zu werden.
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