WO2012163382A1 - Getriebeeinrichtung, sowie stelleinrichtung mit einer solchen getriebeeinrichtung - Google Patents

Getriebeeinrichtung, sowie stelleinrichtung mit einer solchen getriebeeinrichtung Download PDF

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WO2012163382A1
WO2012163382A1 PCT/EP2011/006248 EP2011006248W WO2012163382A1 WO 2012163382 A1 WO2012163382 A1 WO 2012163382A1 EP 2011006248 W EP2011006248 W EP 2011006248W WO 2012163382 A1 WO2012163382 A1 WO 2012163382A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gear
transmission device
drive element
sun gear
partially
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/006248
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English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Hofheinz
Alexander Von Gaisberg-Helfenberg
Original Assignee
Daimler Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Ag filed Critical Daimler Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H2001/2881—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion comprising two axially spaced central gears, i.e. ring or sun gear, engaged by at least one common orbital gear wherein one of the central gears is forming the output

Definitions

  • the invention relates to a transmission device, in particular for an adjusting device for adjusting at least one variable compression ratio of a
  • the control device includes a knock sensor that detects a state of occurrence of knocking.
  • the control device further comprises a control device that controls the compression ratio and an ignition timing of the engine.
  • the controller includes a
  • a compression ratio setting section that sets a compression ratio to be achieved by the variable compression ratio mechanism according to an operating condition of the engine.
  • the controller further includes an ignition timing learning correction section that determines a learning correction value of an ignition timing corresponding to the state of occurrence of knocking.
  • the controller further includes a compression ratio correcting section that corrects the compression ratio set by the compression ratio setting section according to the learning correction value of the ignition timing.
  • a control shaft is provided with an eccentric cam, which can be driven via a worm gear with a worm wheel and a screw for varying the compression ratio.
  • DE 601 27 919 T2 is a mechanism for generating variable
  • the reciprocating internal combustion engine includes a piston that can be moved by a stroke in the engine and has a piston pin and a crankshaft that converts strokes of the piston into rotational motion and has a crankpin.
  • the variable compression ratio generating mechanism includes a plurality of links connecting the piston pin to the crankpin
  • the mechanism includes a control shaft to which an eccentric cam is attached so that a center of the eccentric cam is eccentric to a center of the control shaft.
  • the mechanism comprises a control link which is connected at one end to one of the plurality of
  • the mechanism further comprises an actuator that the
  • Driving control shaft within a predetermined controlled angular range and keeps the control shaft at a desired angular position, so that a
  • the actuating element in this case comprises a reciprocating block sliding element, which is connected at a first end portion with a control shaft.
  • the actuator further comprises a rotary member that is in meshing engagement with the second end portion of the slider via a meshing pair of screw thread portions such that rotational movement of the slider
  • Rotary element is converted into axial sliding movement of the sliding member to drive the control shaft in the first or in the second rotational direction.
  • the operating member includes a hydraulic pressure chamber that faces an axial end surface of the second end portion of the sliding member, so that working fluid pressure in the hydraulic pressure chamber urges the sliding member in the same axial direction as the acting direction of a reciprocating load generated during the
  • the known adjusting devices with their respective gear means have an undesirably high space requirement.
  • a transmission device in particular for an adjusting device for adjusting at least one variable
  • Compression ratio of an internal combustion engine and an adjusting device to provide with such a transmission device which have a particularly low space requirement.
  • the first aspect of the invention relates to a transmission device with a sun gear, with at least one planetary gear meshing with the sun gear via respective gears, and with two ring gears rotatable relative to each other about an axis of rotation.
  • the ring gears are on respective teeth with the planetary gear in
  • a drive element is rotatably connected, via which the sun gear can be driven, and by means of which the
  • Planet wheel is covered in the axial direction on at least one end face of the planet gear.
  • the drive element is at least substantially cup-shaped and has a hollow cross-section, in which the planetary gear is received at least partially.
  • the planetary gear is not only in axial
  • the drive element also serves to cover the planetary gear in the axial direction at least partially, at least one additional cover element for covering and / or guiding the
  • the drive element is designed for example as a gear and has a
  • the transmission device has a particularly small axial length, since the drive element designed as a gear, in particular as a spur gear, can be driven by means of a further gear, wherein a Rotary axis of the further gear at least substantially parallel to the first
  • the transmission device according to the invention is arranged and received at least partially in the hollow cross-section of the at least substantially cup-shaped drive element.
  • the drive element as a gear, in particular as a spur gear formed, it may be the Wolfrom gear a gear stage, in particular a spur gear, upstream, which due to the high functional integration of the drive element, both for driving the sun gear and for at least partially recording and / or the axial guidance of at least one of the ring gears and / or the planet gear is used.
  • the upstream gear stage is arranged in the radial direction next to the ring gears. So can the upstream
  • Gear stage are at least partially integrated in the claimed by Wolfrom gearbox space. This allows the upstream gear stage, in particular
  • Spur gear at least substantially space neutral on the one hand a
  • Sun gear arranged drive unit for example, an electric motor, via which the sun gear is driven bridge.
  • Transmission device is preferably carried out via one of the ring gears of
  • the second aspect of the invention relates to an adjusting device, in particular for
  • a transmission device Internal combustion engine, with a transmission device according to the invention and with a motor, in particular an electric motor, by means of which the sun gear under Mediation of the drive element about the axis of rotation of the sun gear can be driven.
  • Advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.
  • the adjusting device according to the invention has only a very small space requirement, in particular in the axial direction, so that package problems, especially in a space-critical area such as an engine compartment of a motor vehicle, especially a passenger car, can be solved and / or avoided.
  • the transmission device enables the representation of particularly high reduction ratios, which can be greater than 100. This can be high
  • Stellmomente and / or actuating forces are provided to adjust the compression ratio variable or adjust and adapt to thermodynamic requirements of the internal combustion engine can.
  • Fig. 1 is a schematic front view of a transmission device for a
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of the transmission device according to FIG. 1 along the section line A-A; FIG. and
  • Fig. 3 is a schematic perspective view of the transmission device according to the
  • FIGS. 1 to 3 show a transmission device 10 for an adjusting device for variably setting at least one compression ratio of one
  • the reciprocating internal combustion engine comprises a plurality of cylinders with respective compression ratios.
  • respective pistons are received translationally displaceable relative to the cylinders.
  • the pistons are articulated via respective connecting rods and transverse levers with a crankshaft of the reciprocating internal combustion engine which is rotatable about an axis of rotation. Via this coupling, translational movements of the pistons in the cylinders relative to the cylinders can be converted into a rotational movement of the crankshaft about its axis of rotation.
  • the one hand articulated coupled with the piston connecting rods are on the other hand hinged to the respective transverse levers.
  • the transverse levers are rotatably mounted on respective crank pins of the crankshaft relative to the respective crank pin.
  • the articulated pivotally connected to the respective connecting rod on the other hand, are rotatably mounted relative to the eccentrics via respective auxiliary connecting rods on respective eccentrics of an eccentric shaft.
  • the eccentrics are eccentric to a rotational axis of the eccentric shaft about which the eccentric shaft is rotatably mounted.
  • the eccentric shaft is rotated about its axis of rotation, this causes a rotation of the transverse lever relative to the respective crank pin, which in turn causes translational movements of the pistons in the respective cylinders relative to the cylinders.
  • the respective compression ratios of the cylinders can be set variably and at different operating points of the
  • Hubkolbenverbrennungskraftmaschine be set in their map efficiency level. This allows fuel consumption and C0 2 emissions to be kept low.
  • the adjusting device comprises a motor, for example an electric motor.
  • a motor for example an electric motor.
  • appropriate actuating torques are to be applied by the electric motor for rotating the eccentric shaft.
  • the transmission device 10 is provided, which is arranged in a torque flux from the electric motor to the eccentric shaft between the electric motor and the eccentric shaft.
  • the transmission device 10 can have particularly high reductions of up to more than 100. At the same time the transmission device 10 a high compactness and thus only a small
  • the transmission device 10 has a Wolfrom gearbox 12 which comprises a sun gear 14, planet wheels 16 and a first ring gear 18 and a second ring gear 20.
  • the spur gear 38 is translucent (transparent) shown.
  • the sun gear 14 is rotatable about an axis of rotation 22 as well as the first ring gear 18.
  • the axis of rotation 22 is coaxial with the axis of rotation of the eccentric shaft.
  • the first ring gear 18 provides the output of the transmission device 10 and can be coupled via a threaded bolt 24 of the transmission device 10 with the eccentric shaft.
  • the sun gear 14 is mounted via roller bearings 26, so that the sun gear 14 can rotate about the rotation axis 22 relative to the first ring gear 18.
  • the sun gear 14 and the planet wheels 16 are engaged via respective teeth 28 with each other.
  • the planet gears 16 via respective teeth 30 with the ring gears 18 and 20 in engagement.
  • the sun gear 14 has a passage opening 32, through which the
  • Threaded bolt 24 can be passed and screwed to the eccentric shaft.
  • the passage opening 32 is closed by a disk 34. Radial is the
  • a collar is shown, on which a drive element in the form of a spur gear 38 is arranged.
  • the spur gear 38 is rotatably connected via the shoulder 36 with the sun gear 14 so that the spur gear 38 can rotate with the sun gear 14 about the axis of rotation 22.
  • the spur gear 38 serves to initiate setting moments for adjusting or adjusting the respective compression ratios in the Wolfrom gearbox 12.
  • the transmission device 10 comprises a further spur gear 40.
  • the spur gears 38 and 40 are in engagement with each other via respective toothings 42.
  • the spur gear 40 in this case has a receiving opening 44, via which the spur gear 40 can be rotatably coupled, for example with an output shaft of the electric motor.
  • a not shown in FIG. 2 For non-rotatable coupling of the spur gear 40 and the output shaft of the electric motor, for example, a not shown in FIG. 2
  • Inner peripheral toothing of the spur gear 40 may be provided. From this it can be seen that provided by the electric motor torques on the
  • the second ring gear 20 is fixed and can not rotate about the axis of rotation.
  • the second ring gear 20 is potted and has a hollow cross-section 48, in which the first ring gear 18 is received.
  • the first ring gear 18 is at least partially covered by the second ring gear 20 in the radial direction.
  • the second ring gear 20 is guided over the first ring gear 18 and serves for rolling bearing of the spur gear 40, so that the spur gear 40 can rotate about a further axis of rotation 50.
  • rolling bearings 52 are provided for rolling bearing of the spur gear 40 on the second ring gear 20 .
  • the second ring gear 20 serves as a bearing block for the spur gear 40.
  • the second ring gear 20 at least partially serves as a housing for the Wolfrom gearbox 12.
  • the bearing block and the housing are formed integrally with each other, so that the
  • Transmission device 10 has only a very small space requirement, in particular in the axial direction. Furthermore, by this advantageous embodiment also
  • Rotary axes 22 and 50 are guaranteed and adhered to.
  • the spur gear 38 is potted and has a hollow cross section 54, in which the second ring gear 20, the planet gears 16, the first ring gear 18 and the sun gear 14 are at least partially received.
  • the spur gear 38 acts as a cover for the Wolfrom gear and the ring gears 18 and 20, the planet gears 16 and the sun gear 14 in the axial direction on an end face at least partially covers and thus at least partially axially.
  • the spur gear due to its Topfung the Wolfrom gear 12 covers at least partially in the radial direction.
  • FIG. 3 shows a toothing geometry 56, via which the first ring gear 18 functioning as the output of the gear mechanism 10 can be coupled or connected in a rotationally fixed manner to the eccentric shaft.
  • Fig. 3 are particularly well recognizable are integrally formed with the second ring gear 20 tabs 58 which have respective through holes 60. This makes it possible, for example, the transmission device 10 on a housing,
  • the passage openings can for example be penetrated by respective screws, via which the transmission device 10 is screwed to the housing of the Hubkolbenverbrennungskraftmaschine.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinrichtung (10), insbesondere für eine Stelleinrichtung zum Einstellen wenigstens eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Sonnenrad (14), mit wenigstens einem Planetenrad (16), welches mit dem Sonnenrad (14) über jeweilige Verzahnungen (28) im Eingriff steht, und mit zwei relativ zueinander um eine Drehachse (22) drehbaren Hohlrädern (18, 20), die über jeweilige Verzahnungen (30) mit dem Planetenrad (16) im Eingriff stehen, wobei mit dem um die Drehachse (22) drehbaren Sonnenrad (14) ein Antriebselement (38) drehfest verbunden ist, über welches das Sonnenrad (14) antreibbar ist und mittels welchem das Planetenrad (16) in axialer Richtung auf wenigstens einer Stirnseite des Planetenrads (16) zumindest teilweise überdeckt ist, sowie eine Stelleinrichtung mit einer solchen Getriebeeinrichtung (10).

Description

GETRIEBEEINRICHTUNG, SOWIE STELLEINRICHTUNG MIT EINER SOLCHEN GETRIEBEEINRICHTUNG
Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinrichtung, insbesondere für eine Stelleinrichtung zum Einstellen wenigstens eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer
Verbrennungskraftmaschine, sowie eine Stelleinrichtung mit einer solchen
Getriebeeinrichtung.
Die DE 60 2004 000 849 T2 offenbart eine Steuervorrichtung für einen
Verbrennungsmotor mit einem Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis, der in der Lage ist, das Verdichtungsverhältnis des Motors zu variieren. Die Steuervorrichtung umfasst einen Klopfsensor, der einen Zustand des Auftretens von Klopfen erfasst. Die Steuervorrichtung umfasst ferner eine Steuereinrichtung, die das Verdichtungsverhältnis und einen Zündzeitpunkt des Motors steuert. Die Steuereinrichtung enthält einen
Verdichtungsverhältnis-Einstellabschnitt, der ein Verdichtungsverhältnis, das durch den Mechanismus für das variable Verdichtungsverhältnis erreicht werden soll, entsprechend einem Betriebszustand des Motors einstellt. Die Steuereinrichtung enthält ferner einen Zündzeitpunkt-Lernkorrekturabschnitt, der einen Lernkorrekturwert eines Zündzeitpunktes entsprechend dem Zustand des Auftretens von Klopfen bestimmt. Dabei enthält die Steuereinrichtung des Weiteren einen Verdichtungsverhältnis-Korrekturabschnitt, der das durch den Verdichtungsverhältnis-Einstellabschnitt eingestellte Verdichtungsverhältnis entsprechend dem Lernkorrekturwert des Zündzeitpunktes korrigiert. Zum Variieren des Verdichtungsverhältnisses ist eine Steuerwelle mit einem Exzenternocken vorgesehen, die über ein Schneckengetriebe mit einem Schneckenrad und einer Schnecke zum Variieren des Verdichtungsverhältnisses angetrieben werden kann.
Der DE 601 27 919 T2 ist ein Mechanismus zum Erzeugen von variablem
Verdichtungsverhältnis für einen Hubkolbenverbrennungsmotor als bekannt zu entnehmen. Der Hubkolbenverbrennungsmotor umfasst eine Kolben, der über einen Hub in dem Motor bewegt werden kann, und einen Kolbenbolzen hat, sowie eine Kurbelwelle, die Hubbewegungen des Kolbens in Drehbewegung umwandelt und einen Kurbelzapfen hat. Der Mechanismus zum Erzeugen von variablem Verdichtungsverhältnis umfasst eine Vielzahl von Verbindungsgliedern, die den Kolbenbolzen mit dem Kurbelzapfen
mechanisch verbinden. Der Mechanismus umfasst eine Steuerwelle, an der ein exzentrischer Nocken so angebracht ist, dass ein Mittelpunkt des exzentrischen Nockens exzentrisch zu einem Mittelpunkt der Steuerwelle ist. Der Mechanismus umfasst ein Steuerverbindungsglied, das am einen Ende mit einem der Vielzahl von
Verbindungsgliedern verbunden ist und am anderen Ende mit dem exzentrischen Nocken verbunden ist. Der Mechanismus umfasst ferner ein Betätigungselement, das die
Steuerwelle innerhalb eines vorgegebenen gesteuerten Winkelbereichs antreibt und die Steuerwelle an einer gewünschten Winkelposition hält, so dass ein
Verdichtungsverhältnis des Motors kontinuierlich abnimmt, wenn die Steuerwelle in einer ersten Drehrichtung angetrieben wird und das Verdichtungsverhältnis kontinuierlich zunimmt, wenn die Steuerwelle in einer zweiten Drehrichtung entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung angetrieben wird. Das Betätigungselement umfasst dabei ein sich hin- und herbewegendes Block-Gleitelement, das an einem ersten Endabschnitt mit einer Steuerwelle verbunden ist. Das Betätigungselement umfasst ferner ein Drehelement, das über ein kämmendes Paar von Schraubengewindeabschnitten in kämmendem Eingriff mit dem zweiten Endabschnitt des Gleitelements ist, so dass Drehbewegung des
Drehelements in axiale Gleitbewegung des Gleitelements umgewandelt wird, um die Steuerwelle in der ersten oder in der zweiten Drehrichtung anzutreiben. Darüber hinaus umfasst das Betätigungselement eine Hydraulikdruckkammer, die einer axialen Endfläche des zweiten Endabschnitts des Gleitelements zugewandt ist, so dass Arbeitsfluiddruck in der Hydraulikdruckkammer das Gleitelement in der gleichen axialen Richtung wie der Wirkrichtung einer sich hin- und her bewegenden Last drückt, die während des
Abwärtshubes des Kolbens auf das Gleitelement wirkt, wobei die sich hin- und
herbewegende Last während der Aufwärts- und Abwärtshübe des Kolbens in axialen Richtungen des Gleitelements auf das Gleitelement wirkt.
Die bekannten Stelleinrichtungen mit ihren jeweiligen Getriebeeinrichtungen weisen dabei einen unerwünscht hohen Bauraumbedarf auf.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Getriebeeinrichtung, insbesondere für eine Stelleinrichtung zum Einstellen wenigstens eines variablen
Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine sowie eine Stelleinrichtung mit einer solchen Getriebeeinrichtung bereitzustellen, welche einen besonders geringen Bauraumbedarf aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch eine Getriebeeinrichtung, insbesondere für eine
Stelleinrichtung zum Einstellen wenigstens eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Stelleinrichtung mit einer solchen Getriebeeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Der erste Aspekt der Erfindung betrifft eine Getriebeeinrichtung mit einem Sonnenrad, mit wenigstens einem Planetenrad, das mit dem Sonnenrad über jeweilige Verzahnungen im Eingriff steht, und mit zwei relativ zueinander um eine Drehachse drehbaren Hohlrädern. Die Hohlräder stehen dabei über jeweilige Verzahnungen mit dem Planetenrad im
Eingriff.
Mit dem um die Drehachse drehbaren Sonnenrad ist ein Antriebselement drehfest verbunden, über welches das Sonnenrad antreibbar ist, und mittels welchem das
Planetenrad in axialer Richtung auf wenigstens einer Stirnseite des Planetenrads überdeckt ist. Bevorzugt ist das Antriebselement zumindest im Wesentlichen topfförmig ausgebildet und weist einen Hohlquerschnitt auf, in welchem das Planetenrad zumindest bereichsweise aufgenommen ist. Dadurch ist das Planetenrad nicht nur in axialer
Richtung auf dessen Stirnseite, sondern auch in radialer Richtung zumindest
bereichsweise außenumfangsseitig abgedeckt. Dadurch, dass das Antriebselement auch dazu dient, das Planetenrad in axialer Richtung zumindest teilweise abzudecken, ist wenigstens ein zusätzliches Abdeckelement zum Abdecken und/oder Führen des
Planetenrads nicht vorgesehen und nicht von Nöten. Dies hält die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten der Getriebeeinrichtung gering.
Das Antriebselement ist beispielsweise als Zahnrad ausgebildet und weist einen
Außenumfangsbereich auf, in welchem eine Verzahnung des Antriebselements vorgesehen ist. Mit anderen Worten ist eine Mantelfläche des als Zahnrad ausgebildeten Antriebselements mit der Verzahnung versehen. Dadurch kann das Sonnenrad über das Antriebselement äußerst bauraumgünstig und auf sehr kompaktem Bauraum angetrieben werden. Insbesondere weist die erfindungsgemäße Getriebeeinrichtung eine besonders geringe axiale Baulänge auf, da das als Zahnrad, insbesondere als Stirnrad, ausgebildete Antriebselement über ein weiteres Zahnrad angetrieben werden kann, wobei eine Drehachse des weiteren Zahnrads zumindest im Wesentlichen parallel zur ersten
Drehachse des Sonnenrads und des Antriebselements verlaufen kann und wobei das weitere Antriebselement in radialer Richtung neben dem ersten Antriebselement und nicht etwa in axialer Richtung an das Antriebselement anschließend angeordnet werden kann. Dies hält den Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung besonders gering.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass auch wenigstens eines der beiden Hohlräder, insbesondere das in axialer Richtung zuerst an das Antriebselement anschließende der Hohlräder, der erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung zumindest bereichsweise in dem Hohlquerschnitt des zumindest im Wesentlichen topfförmigen Antriebselements angeordnet und aufgenommen ist.
Durch das Sonnenrad, das Planetenrad und die beiden Hohlräder ist insbesondere ein Wolfrom-Getriebe dargestellt, welchem das Antriebselement vorgeschaltet ist. Ist das Antriebselement als Zahnrad, insbesondere als Stirnrad, ausgebildet, so kann dadurch dem Wolfrom-Getriebe eine Zahnradstufe, insbesondere eine Stirnradstufe, vorgeschaltet sein, welche aufgrund der hohen Funktionsintegration des Antriebselements, das sowohl zum Antreiben des Sonnenrads als auch zur zumindest teilweisen Aufnahme und/oder der axialen Führung wenigstens einer der Hohlräder und/oder des Planetenrads dient. So kann eine unerwünschte und zusätzlichen axiale Baulänge der Getriebeeinrichtung vermieden werden. Dies ist der Fall, da die vorgeschaltete Zahnradstufe in radialer Richtung neben den Hohlrädern angeordnet wird. So kann die vorgeschaltete
Zahnradstufe zumindest teilweise in den vom Wolfrom-Getriebe beanspruchten Bauraum integriert werden. Dadurch kann die vorgeschaltete Zahnradstufe, insbesondere
Stirnradstufe, zumindest im Wesentlichen bauraumneutral einerseits eine
Summenübersetzung der Getriebeeinrichtung gewährleisten und zum anderen einen Achsabstand zu einer zumindest im Wesentlichen parallel zur Drehachse des
Sonnenrads angeordneten Antriebseinheit, beispielsweise einem Elektromotor, über die das Sonnenrad antreibbar ist, überbrücken. Der Abtrieb der erfindungsgemäßen
Getriebeeinrichtung erfolgt dabei bevorzugt über eines der Hohlräder der
Getriebeeinrichtung.
Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung, insbesondere zum
Einstellen wenigstens eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer
Verbrennungskraftmaschine, mit einer erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung und mit einem Motor, insbesondere einem Elektromotor, mittels welchem das Sonnenrad unter Vermittlung des Antriebselements um die Drehachse des Sonnenrads antreibbar ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung weist einen nur sehr geringen Bauraumbedarf auf, insbesondere in axialer Richtung, so dass Package-Probleme, insbesondere in einem platzkritischen Bereich wie ein Motorraum eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, gelöst und/oder vermieden werden können. Gleichzeitig ermöglicht die erfindungsgemäße Getriebeeinrichtung die Darstellung besonders hoher Untersetzungen, welche größer als 100 sein können. Dadurch können hohe
Stellmomente und/oder Stellkräfte bereitgestellt werden, um das Verdichtungsverhältnis variabel einstellen bzw. verstellen und so an thermodynamische Erfordernisse der Verbrennungskraftmaschine anpassen zu können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Vorderansicht einer Getriebeeinrichtung für eine
Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine, mit einem Wolfrom-Getriebe und einer dem Wolfrom-Getriebe
vorgeschalteten Stirnradstufe;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der Getriebeeinrichtung gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinie A-A; und
Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht der Getriebeeinrichtung gemäß den
Figuren 1 und 2. Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Getriebeeinrichtung 10 für eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer
Hubkolbenverbrennungskraftmaschine. Die Hubkolbenverbrennungskraftmaschine umfasst dabei eine Mehrzahl von Zylindern mit jeweiligen Verdichtungsverhältnissen. In den Zylindern sind jeweilige Kolben relativ zu den Zylindern translatorisch verschiebbar aufgenommen. Die Kolben sind über jeweilige Pleuel und Querhebel mit einer um eine Drehachse drehbaren Kurbelwelle der Hubkolbenverbrennungskraftmaschine gelenkig gekoppelt. Über diese Kopplung können translatorische Bewegungen der Kolben in den Zylindern relativ zu den Zylindern in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse umgewandelt werden.
Die einerseits gelenkig mit den Kolben gekoppelten Pleuel sind dabei andererseits mit den jeweiligen Querhebeln gelenkig verbunden. Die Querhebel sind an jeweiligen Hubzapfen der Kurbelwelle relativ zu den jeweiligen Hubzapfen drehbar gelagert. Die einerseits gelenkig mit den jeweiligen Pleuel gelenkig verbundenen Querhebel sind andererseits über jeweilige Nebenpleuel an jeweiligen Exzentern einer Exzenterwelle relativ zu den Exzentern drehbar gelagert. Die Exzenter sind dabei exzentrisch zu einer Drehachse der Exzenterwelle, um die die Exzenterwelle drehbar gelagert ist.
Wird die Exzenterwelle um ihre Drehachse gedreht, so bewirkt dies ein Verdrehen der Querhebel relativ zu den jeweiligen Hubzapfen, wodurch wiederum translatorische Bewegungen der Kolben in den jeweiligen Zylindern relativ zu den Zylindern bewirkt werden. Dadurch können die jeweiligen Verdichtungsverhältnisse der Zylinder variabel eingestellt und auf unterschiedliche Betriebspunkte der
Hubkolbenverbrennungskraftmaschine in ihrem Kennfeld wirkungsgradgünstig eingestellt werden. So können der Kraftstoffverbrauch und die C02-Emissionen gering gehalten werden.
Zum Drehen der Exzenterwelle um ihre Drehachse umfasst die Stelleinrichtung einen Motor, beispielsweise einen Elektromotor. Dabei sind von dem Elektromotor zum Drehen der Exzenterwelle entsprechende Stellmomente aufzubringen. Um die von dem
Elektromotor bereitzustellenden Stellmomente und damit die Leistungsaufnahme des Elektromotors gering zu halten, ist die Getriebeeinrichtung 10 vorgesehen, welche in einem Drehmomentenfluss von dem Elektromotor auf die Exzenterwelle zwischen dem Elektromotor und der Exzenterwelle angeordnet ist. Die Getriebeeinrichtung 10 kann dabei besonders hohe Untersetzungen von bis zu über 100 aufweisen. Gleichzeitig weist die Getriebeeinrichtung 10 eine hohe Kompaktheit und somit einen nur geringen
Bauraumbedarf auf.
Die Getriebeeinrichtung 10 weist ein Wolfrom-Getriebe 12 auf, das ein Sonnenrad 14, Planetenräder 16 sowie ein erstes Hohlrad 18 sowie ein zweites Hohlrad 20 umfasst. In der Fig. 1 ist das Stirnrad 38 durchscheinend (transparent) dargestellt. Das Sonnenrad 14 ist dabei wie auch das erste Hohlrad 18 um eine Drehachse 22 drehbar. Die Drehachse 22 ist dabei koaxial zur Drehachse der Exzenterwelle. Das erste Hohlrad 18 stellt den Abtrieb der Getriebeeinrichtung 10 bereit und ist über einen Gewindebolzen 24 der Getriebeeinrichtung 10 mit der Exzenterwelle koppelbar. Auf dem ersten Hohlrad 18 ist das Sonnenrad 14 über Wälzlager 26 gelagert, so dass sich das Sonnenrad 14 um die Drehachse 22 relativ zu dem ersten Hohlrad 18 drehen kann. Das Sonnenrad 14 und die Planetenräder 16 stehen dabei über jeweilige Verzahnungen 28 miteinander im Eingriff. Ebenso stehen die Planetenräder 16 über jeweilige Verzahnungen 30 mit den Hohlrädern 18 und 20 im Eingriff.
Das Sonnenrad 14 weist eine Durchgangsöffnung 32 auf, durch welche der
Gewindebolzen 24 hindurchgeführt und mit der Exzenterwelle verschraubt werden kann. Die Durchgangsöffnung 32 ist durch eine Scheibe 34 verschlossen. Radial ist die
Durchgangsöffnung 32 von einem Absatz 36 des Sonnenrads 14 begrenzt. Durch den Absatz 36 ist ein Bund dargestellt, auf welchem ein Antriebselement in Form eines Stirnrads 38 angeordnet ist. Das Stirnrad 38 ist dabei über den Absatz 36 drehfest mit dem Sonnenrad 14 verbunden, so dass sich das Stirnrad 38 mit dem Sonnenrad 14 um die Drehachse 22 drehen kann. Das Stirnrad 38 dient dabei dazu, Stellmomente zum Einstellen bzw. Verstellen der jeweiligen Verdichtungsverhältnisse in das Wolfrom- Getriebe 12 einzuleiten.
Die Getriebeeinrichtung 10 umfasst ein weiteres Stirnrad 40. Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, stehen die Stirnräder 38 und 40 über jeweilige Verzahnungen 42 miteinander im Eingriff. Das Stirnrad 40 weist dabei eine Aufnahmeöffnung 44 auf, über welche das Stirnrad 40 beispielsweise mit einer Abtriebswelle des Elektromotors drehfest gekoppelt werden kann. Zur drehfesten Kopplung des Stirnrads 40 und der Abtriebswelle des Elektromotors kann beispielsweise eine in der Fig. 2 nicht dargestellte
innenumfangsseitige Verzahnung des Stirnrads 40 vorgesehen sein. Daraus ist es ersichtlich, dass so von dem Elektromotor bereitgestellte Drehmomente über die
Abtriebswelle des Elektromotors in die Getriebeeinrichtung 10 und über die Stirnräder 40 und 38 der Getriebeeinrichtung 10 in das Wolfrom-Getriebe 12 eingeleitet werden können. Durch die Stirnräder 38 und 40 ist eine dem Wolfrom-Getriebe 12 vorgeschaltete Stirnradstufe 46 der Getriebeeinrichtung 10 geschaffen, mittels welcher im
Zusammenwirken mit dem Wolfrom-Getriebe 12 besonders hohe Untersetzungen der Getriebeeinrichtung 10 darstellbar sind. So können relativ dazu geringe Drehmomente des Elektromotors in demgegenüber sehr hohe Stellmomente umgewandelt werden, um somit die Exzenterwelle zu drehen. Das zweite Hohlrad 20 ist dabei festgelegt und kann sich nicht um die Drehachse drehen.
Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, ist das zweite Hohlrad 20 getopft und weist einen Hohlquerschnitt 48 auf, in welchem das erste Hohlrad 18 aufgenommen ist. Mit anderen Worten ist das erste Hohlrad 18 in radialer Richtung zumindest teilweise von dem zweiten Hohlrad 20 abgedeckt. Auf Seiten des Stirnrads 40 ist das zweite Hohlrad 20 über das erste Hohlrad 18 geführt und dient zur Wälzlagerung des Stirnrads 40, so dass sich das Stirnrad 40 um eine weitere Drehachse 50 drehen kann. Zur Wälzlagerung des Stirnrads 40 am zweiten Hohlrad 20 sind Wälzlager 52 vorgesehen. Dies bedeutet, dass das zweite Hohlrad 20 als Lagerbock für das Stirnrad 40 dient. Darüber hinaus dient das zweite Hohlrad 20 zumindest teilweise als Gehäuse für das Wolfrom-Getriebe 12. Somit ist der Lagerbock und das Gehäuse einstückig miteinander ausgebildet, so dass die
Getriebeeinrichtung 10 einen nur sehr geringen Bauraumbedarf insbesondere in axialer Richtung aufweist. Ferner können durch diese vorteilhafte Ausgestaltung auch
vorteilhafte geringe Achsabstandstoleranzen des Achsabstands zwischen den
Drehachsen 22 und 50 gewährleistet und eingehalten werden.
Wie der Fig. 2 ferner zu entnehmen ist, ist auch das Stirnrad 38 getopft und weist einen Hohlquerschnitt 54 auf, in welchem das zweite Hohlrad 20, die Planetenräder 16, das erste Hohlrad 18 sowie das Sonnenrad 14 zumindest teilweise aufgenommen sind. Dies bedeutet, dass das Stirnrad 38 als Deckel für das Wolfrom-Getriebe fungiert und die Hohlräder 18 und 20 die Planetenräder 16 und das Sonnenrad 14 in axialer Richtung auf einer Stirnseite zumindest teilweise abdeckt und somit zumindest teilweise axial führt. Ebenso deckt das Stirnrad aufgrund dessen Topfung das Wolfrom-Getriebe 12 in radialer Richtung zumindest teilweise ab.
Der Fig. 3 zu entnehmen ist eine Verzahnungsgeometrie 56, über welche das als Abtrieb der Getriebeeinrichtung 10 fungierende erste Hohlrad 18 drehfest mit der Exzenterwelle gekoppelt bzw. verbunden werden kann. So können auch sehr hohe Drehmomente von der Getriebeeinrichtung 10 auf die Exzenterwelle übertragen werden. In der Fig. 3 besonders gut erkennbar sind auch einstückig mit dem zweiten Hohlrad 20 ausgebildete Laschen 58, welche jeweilige Durchgangsöffnungen 60 aufweisen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Getriebeeinrichtung 10 an einem Gehäuse,
insbesondere einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenverbrennungskraftmaschine zu befestigen. Dazu können die Durchgangsöffnungen beispielsweise von jeweiligen Schrauben durchdrungen werden, über welche die Getriebeeinrichtung 10 mit dem Gehäuse der Hubkolbenverbrennungskraftmaschine verschraubt wird.
Bezugszeichenliste
10 Getriebeeinrichtung
12 Wolfrom-Getriebe
14 Sonnenrad
16 Planetenrad
18 Erstes Hohlrad
20 Zweites Hohlrad
22 Drehachse
24 Gewindebolzen
26 Wälzlager
28 Verzahnungen
30 Verzahnungen
32 Durchgangsöffnung
34 Scheibe
36 Absatz
38 Stirnrad
40 Stirnrad
42 Verzahnungen
44 Aufnahmeöffnung
46 Stirnradstufe
48 Hohlquerschnitt
50 Drehachse
52 Wälzlager
54 Hohlquerschnitt
56 Verzahnungsgeometrie
58 Lasche
60 Durchgangsöffnung

Claims

Patentansprüche
Getriebeeinrichtung (10), insbesondere für eine Stelleinrichtung zum Einstellen wenigstens eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer
Verbrennungskraftmaschine, mit einem Sonnenrad (14), mit wenigstens einem Planetenrad (16), welches mit dem Sonnenrad (14) über jeweilige Verzahnungen (28) im Eingriff steht, und mit zwei relativ zueinander um eine Drehachse (22) drehbaren Hohlrädern (18, 20), die über jeweilige Verzahnungen (30) mit dem Planetenrad (16) im Eingriff stehen, wobei mit dem um die Drehachse (22) drehbaren Sonnenrad (14) ein Antriebselement (38) drehfest verbunden ist, über welches das Sonnenrad (14) antreibbar ist und mittels welchem das Plantetenrad (16) in axialer Richtung auf wenigstens einer Stirnseite des Planetenrads (16) zumindest teilweise überdeckt ist.
Getriebeeinrichtung (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Antriebselement (38) zumindest bereichsweise einen Hohlquerschnitt (54) aufweist, in welchem das Planetenrad (16) wenigstens bereichsweise
aufgenommen ist.
Getriebeeinrichtung (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eines der Hohlräder (18, 20) zumindest bereichsweise in dem
Hohlquerschnitt (54) aufgenommen ist.
Getriebeeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Antriebselement (38) außenumfangsseitig mit wenigstens einem
Kopplungsmittel, insbesondere einer Verzahnung (42), versehen ist, über welches das Antriebselement (38) mit einem Antriebsmotor zum Antreiben des
Antriebselements (38) um die Drehachse (22) drehfest koppelbar ist.
Getriebeeinrichtung (10) nach Anspruch 4 in dessen Rückbezug auf einen der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kopplungsmittel (42) zumindest teilweise in einem Überdedeckungsbereich angeordnet ist, in welchem das Planetenrad (16) und/oder das Hohlrad (18, 20) radialer Richtung zumindest bereichsweise von dem Antriebselement (38) überdeckt sind.
6. Getriebeeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sonnenrad (14) einen sich in axialer Richtung erstreckenden Bund (36) aufweist, auf welchem das Antriebselement (38) zumindest bereichsweise angeordnet ist.
7. Getriebeeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sonnenrad (14) an einem der Hohlräder (18, 20) um die Drehachse (22) drehbar gelagert ist.
8. Getriebeeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Antriebselement (38) wenigstens ein Planetenrad (16) und/oder das Sonnenrad (14) und/oder wenigstens eines der Hohlräder (18, 20) wenigstens teilweise axial führt.
9. Stelleinrichtung, insbesondere zum Einstellen wenigstens eines variablen
Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer
Getriebeeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem Motor, insbesondere einem Elektromotor, mittels welchem das Sonnenrad ( 4) unter Vermittlung des Antriebselements (38) um die Drehachse (22) antreibbar ist.
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