WO2018166554A1 - Adjusting mechanism for an internal combustion engine - Google Patents

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WO2018166554A1
WO2018166554A1 PCT/DE2018/100141 DE2018100141W WO2018166554A1 WO 2018166554 A1 WO2018166554 A1 WO 2018166554A1 DE 2018100141 W DE2018100141 W DE 2018100141W WO 2018166554 A1 WO2018166554 A1 WO 2018166554A1
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adjusting device
coupling element
brake
electric motor
gear
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PCT/DE2018/100141
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Inventor
Thomas Nehmeyer
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • H02K7/1021—Magnetically influenced friction brakes
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    • H02K7/1025—Magnetically influenced friction brakes using electromagnets using axial electromagnets with generally annular air gap
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    • F01L2301/00—Using particular materials

Definitions

  • the invention relates to an adjustment device for a shaft, in particular eccentric shaft, suitable in an internal combustion engine adjusting device according to the preamble of claim 1.
  • Such an adjustment device is known for example from DE 10 2016 207 046 A1.
  • the known adjusting device has an electrically actuated wave gear.
  • a harmonic drive works principle with a deformable transmission element.
  • a further adjustment device provided for use in a motor vehicle which, depending on the embodiment, operates with a wave gear or a three-shaft gear of a different type, is disclosed in DE 10 2005 018 956 A1.
  • This adjustment device may comprise either an electric motor or an electric brake device as an adjustment.
  • the interposition of a coupling formed either as an elastomer coupling or Oldham coupling between an electric motor and a control gear, namely wave gear, is also provided in an electrical adjusting device disclosed in DE 10 2009 037 403 A1.
  • the electric adjusting device is a phaser.
  • DE 10 2015 220 350 A1 discloses a drive system for a device for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine.
  • This drive system includes a frictionally engaged overload clutch.
  • Another adjusting device for changing the compression ratio in an internal combustion engine is known from WO 2015/021967 A1.
  • a transmission of this adjustment device has between nominal load limits of 0 and 100% at least two different transmission stiffness gradients.
  • the invention has for its object to provide a comparison with the prior art further developed, especially tuned to load conditions in an internal combustion adjusting device, which comprises an electrically actuated, designed as a reduction gear actuating gear, namely wave gear.
  • This object is achieved by an adjusting device with the features of claim 1.
  • This adjustment device has, in a known per se basic concept, an electric motor and a control gear, wherein the electric motor is coupled via a drive shaft with the actuating gear and this is designed as a wave gear.
  • the electric motor for direct actuation of the actuating gear is provided.
  • another transmission is connected between the electric motor and the actuating gear.
  • the drive shaft which may be the motor shaft of the electric motor or the output shaft of an intermediate transmission, is coupled to the wave gear via an elastic coupling element.
  • a brake is provided which allows the application of the drive shaft with a braking torque.
  • the adjusting device according to the invention thus has a braking device in addition to an electric motor.
  • the brake device is preferably located on that side of the elastic coupling element, which faces the electric motor.
  • the invention is based on the consideration that act on devices for adjusting the compression ratio of a reciprocating engine, which are based on the principle of an eccentric shaft, which cooperates via a Maupleuel with other crankshaft components, considerable forces in the form of gas forces and inertial forces.
  • the invention turns away from this approach and instead provides for the use of a brake with which the electric motor can be locked in a selected setting.
  • an elastic coupling element between the actuating gear on the one hand and the assembly of electric motor and brake on the other hand is connected as an additional component of the adjusting device.
  • the elastic coupling element is designed such that its pivoting range corresponds to at least the ball pitch of the ball bearing, but preferably not more than twice the ball pitch.
  • the brake of the adjusting device makes it possible at the same time to take the electric motor out of service, as long as no change in the setting of the adjusting device is desired, which is advantageous in terms of the energy requirement of the adjusting device.
  • the brake of the adjusting device is preferably an electromagnetic brake. In principle, this is an open in energized state as well as a closed in energized state brake.
  • the elastic coupling element is designed as a prestressed coupling unit that triggers only when a torque threshold is exceeded.
  • the coupling element is internally spring-biased, for example.
  • the coupling element whose stiffness in the circumferential direction is preferably less than in the radial direction.
  • the following comparison is made:
  • the torsional stiffness of the coupling element that is, the stiffness in the circumferential direction
  • the effective lever arm thus corresponds to half the maximum diameter of the coupling element.
  • the resulting torque leads to a displacement of the circumferentially arranged point in the tangential direction.
  • the length of the arc described by the displacement is compared with a radial displacement generated by a radial force acting on the coupling device.
  • the higher stiffness in the radial direction means that the corresponding deflection in the radial direction is less than the length of the arc described in the case of the torsional load.
  • an additional compensating clutch is connected between the electric motor and the adjusting gear, which in contrast to the elastic coupling element mainly produces a compensation in the radial direction.
  • a compensating coupling may for example be designed as Oldham coupling.
  • it is located on that side of the elastic coupling element which faces the wave gear.
  • the elastic transmission element of the corrugated transmission is preferably designed as a toothed component in the form of a cup.
  • This gearing component in the form of a Flextopfes is rotatably connected to the shaft to be adjusted and has an external toothing, which meshes with an internal toothing of a non-rotatable element.
  • the adjusting device is particularly suitable for use in a device for varying the compression ratio of a reciprocating piston engine.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a coupling element of the adjusting device according to FIG. 1.
  • a generally designated by the reference numeral 1 adjusting device is composed of an electric motor 2 and a control gear 3, namely wave gear built.
  • the electric motor 2 is coupled via an elastic coupling element 4 with the adjusting gear 3.
  • a brake unit 5 the position of which is indicated by a dot-dash line in FIG. 1, is integrated into the housing of the electric motor 2 denoted by 6.
  • Reference numerals 7 and 8 designate two housing parts of the electric motor 2.
  • the actuating mechanism 3 has a wave generator 9 which can be actuated by means of the electric motor 2.
  • a ball bearing 10 of the wave generator 9 has an elliptical, non-circular inner ring 12, on which balls roll as rolling elements 1 1.
  • the balls 1 1 contact an outer ring 13, which in contrast to the inner ring 12 is yielding and permanently adapts to its non-round shape.
  • the outer ring 13 is directly surrounded by a flexible transmission element 14 which has a cup shape and in a manner not shown with a shaft to be adjusted, lent eccentric shaft of a device for varying the compression ratio of a reciprocating engine, is connected.
  • Gears of the flexible transmission element 14 and a transmission housing 15, which is connected to an engine block of the internal combustion engine, are not shown in Fig. 1.
  • the actuating gear 3 is thus designed as a highly-regulated actuating gear with a gear ratio of the order of 100: 1.
  • the designated 17 motor shaft of the electric motor 2, whose rotor is denoted by 16, represents a drive shaft which causes the inner ring 12 of the adjusting gear 3 via the elastic coupling element 4 in rotation.
  • a contour element designated by 29, which is connected to the coupling element 4 on the transmission side, engages in a corresponding mating contour of the inner ring 12.
  • the contour element 29 is a double-winged element, which is rotatably coupled with the inner ring 12 while allowing a radial offset.
  • a single-finger coupling can also be used.
  • the drive shaft 17, generally referred to as a shaft, is mounted in the housing 6 of the electric motor 2 with the aid of two roller bearings, a first roller bearing 18 and a second roller bearing, namely ball bearings. Furthermore, there is an angle sensor 20 within the housing 6.
  • the bestrombare stator of the electric motor 2 is denoted by 21.
  • the integrated in the housing 6 brake unit 5, referred to as a brake for short, is designed as an electromagnetic brake and has a displaceable in the axial direction of the electric motor 2 and thus the entire adjustment device 1 brake disc 22 on.
  • a connecting piece, which produces the displaceable, but non-rotatable connection between the brake disk 22 and the shaft 17, is designated by 23.
  • a braking element 24 attributable to the brake unit 5, which is fixedly mounted in the housing 6, comprises an electromagnet 25 which is adapted to generate electromagnetic forces that pull the brake disc 22 against a non-rotatable counter-pressure plate 26.
  • the displacement of the brake disk 22 exclusively in the linear direction, relative to the arrangement comprising the shaft 17 and the connecting piece 23, is accomplished here by means of guide pieces 27 which are firmly connected to the connecting piece 23.
  • the first roller bearing 18 is inserted into the brake element 24 in the illustrated embodiment.
  • the first rolling bearing 18 is a seal 28, that is, shaft seal set.
  • a sleeve 30 of the coupling element 4 is rigidly connected to the contour element 29.
  • the sleeve 30 is limited relative to the shaft 17 pivotally.
  • the shaft 17 is connected to arms 31, which can be acted upon by springs 33 with a torque.
  • Each spring 33 is supported on a stop element 35, which is arranged in the interior of the sleeve 30 and fixedly connected thereto. Further stop elements 35 are connected in the same way with the sleeve 30 or integral components of this sleeve 30 and allow a striking of the arms 31st In a manner not shown, stop dampers between the arms 31 and the associated stop elements 35 may be set.
  • the springs 33 act on the shaft 7 with a torque in the same direction. Notwithstanding this, the springs 33 can also be used in such a way in the sleeve 30 or supplemented by other springs that a springing is given in both directions of rotation. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

An adjusting mechanism, in particular of a device for varying the compression ratio of a reciprocating piston engine, comprises an electric motor (2) and a control gear (3) in the form of a harmonic drive that is coupled to the electric motor (2) by means of an input shaft (17). The input shaft (17) is coupled to the harmonic drive (3) by means of a resilient coupling element (4), and a brake (5) is provided for applying deceleration torque to the input shaft (17).

Description

Versteilvorrichtung für einen Verbrennungsmotor  Adjustment device for an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft eine zur Verstellung einer Welle, insbesondere Exzenterwelle, in einem Verbrennungsmotor geeignete Versteilvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . The invention relates to an adjustment device for a shaft, in particular eccentric shaft, suitable in an internal combustion engine adjusting device according to the preamble of claim 1.
Eine derartige Versteilvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2016 207 046 A1 bekannt. Die bekannte Versteilvorrichtung weist ein elektrisch betätigbares Wellgetriebe auf. Ein Wellgetriebe arbeitet prinzipbedingt mit einem verformbaren Getriebeelement. Such an adjustment device is known for example from DE 10 2016 207 046 A1. The known adjusting device has an electrically actuated wave gear. A harmonic drive works principle with a deformable transmission element.
Eine weitere, zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehene Verstellvorrich- tung, welche je nach Ausführungsform mit einem Wellgetriebe oder einem Dreiwellengetriebe anderer Bauart arbeitet, ist in der DE 10 2005 018 956 A1 offenbart. Diese Versteilvorrichtung kann entweder einen Elektromotor oder eine elektrische Bremsvorrichtung als Verstelleinheit umfassen. Weiter umfasst die aus der A further adjustment device provided for use in a motor vehicle, which, depending on the embodiment, operates with a wave gear or a three-shaft gear of a different type, is disclosed in DE 10 2005 018 956 A1. This adjustment device may comprise either an electric motor or an electric brake device as an adjustment. Next includes the from the
DE 10 2005 018 956 A1 bekannte Versteilvorrichtung eine Kupplung, welche als Elastomer- oder als Oldham-Kupplung ausgeführt sein kann. DE 10 2005 018 956 A1 known adjustment device, a clutch which may be designed as elastomer or Oldham coupling.
Die Zwischenschaltung einer entweder als Elastomerkupplung oder als Oldham- Kupplung ausgebildeten Kupplung zwischen einen Elektromotor und ein Stellgetriebe, nämlich Wellgetriebe, ist auch bei einer in der DE 10 2009 037 403 A1 offenbarten elektrischen Versteilvorrichtung vorgesehen. In diesem Fall handelt es sich bei der elektrischen Versteilvorrichtung um einen Nockenwellenversteller. The interposition of a coupling formed either as an elastomer coupling or Oldham coupling between an electric motor and a control gear, namely wave gear, is also provided in an electrical adjusting device disclosed in DE 10 2009 037 403 A1. In this case, the electric adjusting device is a phaser.
Die DE 10 2015 220 350 A1 offenbart ein Antriebssystem für eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine. Dieses Antriebssystem umfasst eine reibschlüssig wirkende Überlastkupplung. Eine weitere Versteileinrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses in einem Verbrennungsmotor ist aus der WO 2015/021967 A1 bekannt. Ein Getriebe dieser Versteilvorrichtung weist zwischen Nennlastgrenzen von 0 und 100 % wenigstens zwei unterschiedliche Getriebesteifigkeitsverläufe auf. DE 10 2015 220 350 A1 discloses a drive system for a device for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine. This drive system includes a frictionally engaged overload clutch. Another adjusting device for changing the compression ratio in an internal combustion engine is known from WO 2015/021967 A1. A transmission of this adjustment device has between nominal load limits of 0 and 100% at least two different transmission stiffness gradients.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte, insbesondere auf Belastungszustände in einem Verbrennungsmotor abgestimmte Versteilvorrichtung anzugeben, welche ein elektrisch betätigbares, als Untersetzungsgetriebe ausgelegtes Stellgetriebe, nämlich Wellgetriebe, umfasst. The invention has for its object to provide a comparison with the prior art further developed, especially tuned to load conditions in an internal combustion adjusting device, which comprises an electrically actuated, designed as a reduction gear actuating gear, namely wave gear.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Versteilvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Diese Versteilvorrichtung weist in an sich bekannter Grundkonzeption einen Elektromotor und ein Stellgetriebe auf, wobei der Elektromotor über eine Antriebswelle mit dem Stellgetriebe gekoppelt ist und dieses als Wellgetriebe ausgebildet ist. Im einfachsten Fall ist der Elektromotor zur direkten Betätigung des Stellgetriebes vorgesehen. Optional ist zwischen den Elektromotor und das Stellgetriebe ein weiteres Getriebe geschaltet. In jedem Fall ist die Antriebswelle, bei der es sich um die Motorwelle des Elektromotors oder um die Ausgangswelle eines zwi- schengeschalteten Getriebes handeln kann, über ein elastisches Kupplungselement mit dem Wellgetriebe gekoppelt. Weiter ist eine Bremse vorgesehen, welche die Beaufschlagung der Antriebswelle mit einem Bremsmoment ermöglicht. This object is achieved by an adjusting device with the features of claim 1. This adjustment device has, in a known per se basic concept, an electric motor and a control gear, wherein the electric motor is coupled via a drive shaft with the actuating gear and this is designed as a wave gear. In the simplest case, the electric motor for direct actuation of the actuating gear is provided. Optionally, another transmission is connected between the electric motor and the actuating gear. In any case, the drive shaft, which may be the motor shaft of the electric motor or the output shaft of an intermediate transmission, is coupled to the wave gear via an elastic coupling element. Next, a brake is provided which allows the application of the drive shaft with a braking torque.
Im Unterschied zu herkömmlichen Versteilvorrichtungen, welche entweder eine Bremsvorrichtung oder einen Elektromotor zur Verstellung einer Welle verwenden, weist die erfindungsgemäße Versteilvorrichtung somit zusätzlich zu einem Elektromotor eine Bremsvorrichtung auf. Die Bremsvorrichtung befindet sich vorzugsweise auf derjenigen Seite des elastischen Kupplungselementes, welche dem Elektromotor zugewandt ist. Auf der getriebeseitigen Seite, das heißt der dem Stellgetriebe zuge- wandten Seite, des elastischen Kupplungselementes befindet sich dagegen in bevorzugter Ausgestaltung keine Bremsvorrichtung. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass auf Vorrichtungen zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors, welche auf dem Prinzip einer Exzenterwelle basieren, die über ein Nebenpleuel mit weiteren Kurbeltriebskomponenten zusammenwirkt, erhebliche Kräfte in Form von Gaskräften und Massenkräften wirken. Diese Kräfte sind unter anderem in Lagerungen innerhalb derartiger Versteilvorrichtungen aufzunehmen. Um ein Lager, insbesondere Kugellager, beim Betrieb des Verbrennungsmotors nicht über längere Zeit in identischer Weise zu belasten, wäre es prinzipiell möglich, die Einstellung eines Stellgetriebes, über welches das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors geändert werden kann, in geringem Um- fang zu ändern. Handelt es sich hierbei nur um kleine Änderungen der Einstellung des Stellgetriebes, so führt dies nicht zu größeren unbeabsichtigten Veränderungen des Verdichtungsverhältnisses. In contrast to conventional adjusting devices which use either a braking device or an electric motor for adjusting a shaft, the adjusting device according to the invention thus has a braking device in addition to an electric motor. The brake device is preferably located on that side of the elastic coupling element, which faces the electric motor. On the transmission side, ie the side facing the actuating gear, of the elastic coupling element, on the other hand, in a preferred embodiment, there is no braking device. The invention is based on the consideration that act on devices for adjusting the compression ratio of a reciprocating engine, which are based on the principle of an eccentric shaft, which cooperates via a Nebenpleuel with other crankshaft components, considerable forces in the form of gas forces and inertial forces. These forces are inter alia included in bearings within such Versteilvorrichtungen. To load a bearing, in particular ball bearings, during operation of the internal combustion engine for a long time in an identical manner, it would be possible in principle to change the setting of a control gear via which the compression ratio of the internal combustion engine can be changed to a small extent. If these are only minor changes in the adjustment of the setting gear, this does not lead to major unintentional changes in the compression ratio.
Die Erfindung wendet sich von diesem Ansatz ab und sieht stattdessen die Verwen- dung einer Bremse vor, mit welcher der Elektromotor in einer gewählten Einstellung blockiert werden kann. Um dennoch eine länger andauernde Belastung von Lagern innerhalb des Stellgetriebes zu vermeiden, ist als zusätzliche Komponente der Versteilvorrichtung ein elastisches Kupplungselement zwischen das Stellgetriebe einerseits und die Baugruppe aus Elektromotor und Bremse andererseits geschaltet. Mit diesem Aufbau ist eine geringfügige selbsttätige Verstellbarkeit des Stellgetriebes gegeben, welche in gewünschter Weise für laufend wechselnde Belastungszustände innerhalb des Stellgetriebes sorgt. Der Wechsel der Belastungszustände richtet sich hierbei nach den Zuständen des Verbrennungsmotors und kann als quasi stochas- tisch betrachtet werden. Innerhalb des Stellgetriebes auftretende, durch das elasti- sehe Kupplungselement ermöglichte Auslenkungen sind hierbei auf ein Ausmaß beschränkt, welches nicht zu signifikanten Änderungen der Einstellungen des Stellgetriebes führt. Beispielsweise ist in Fällen, in den das Wellgetriebe einen Wellgenerator mit einem als Kugellager ausgebildeten Wälzlager umfasst, das elastische Kupplungselement derart ausgelegt, dass dessen Schwenkbereich mindestens der Kugel- teilung des Kugellagers, vorzugsweise jedoch nicht mehr als dem Doppelten der Kugelteilung, entspricht. Die Bremse der Versteilvorrichtung ermöglicht es gleichzeitig, den Elektromotor außer Betrieb zu nehmen, solange keine veränderte Einstellung der Versteilvorrichtung gewünscht ist, was hinsichtlich des Energiebedarfs der Versteilvorrichtung von Vorteil ist. Bei der Bremse der Versteilvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine elektromagnetische Bremse. Prinzipiell eignet sich hierfür eine in bestromtem Zustand offene ebenso wie eine in bestromtem Zustand geschlossene Bremse. The invention turns away from this approach and instead provides for the use of a brake with which the electric motor can be locked in a selected setting. In order nevertheless to avoid a prolonged loading of bearings within the adjusting gear, an elastic coupling element between the actuating gear on the one hand and the assembly of electric motor and brake on the other hand is connected as an additional component of the adjusting device. With this structure, a slight automatic adjustability of the adjusting gear is given, which ensures in the desired manner for continuously changing load conditions within the adjusting gear. The change of the load conditions depends on the conditions of the internal combustion engine and can be regarded as quasi-stochastic. Within the adjusting gear occurring, by the elastic see coupling element allowed deflections are limited to an extent that does not lead to significant changes in the settings of the adjusting gear. For example, in cases in which the wave gear comprises a wave generator with a rolling bearing designed as a ball bearing, the elastic coupling element is designed such that its pivoting range corresponds to at least the ball pitch of the ball bearing, but preferably not more than twice the ball pitch. The brake of the adjusting device makes it possible at the same time to take the electric motor out of service, as long as no change in the setting of the adjusting device is desired, which is advantageous in terms of the energy requirement of the adjusting device. The brake of the adjusting device is preferably an electromagnetic brake. In principle, this is an open in energized state as well as a closed in energized state brake.
In bevorzugter Bauform ist das elastische Kupplungselement als vorgespannte, erst bei Überschreitung einer Drehmomentschwelle auslösende Kupplungseinheit ausgebildet. Das Kupplungselement ist beispielsweise intern federvorgespannt. In a preferred design, the elastic coupling element is designed as a prestressed coupling unit that triggers only when a torque threshold is exceeded. The coupling element is internally spring-biased, for example.
Unabhängig von der Bauform des Kupplungselementes ist dessen Steifigkeit in Um- fangsrichtung vorzugsweise geringer als in radialer Richtung. Hierbei wird folgender Vergleich vorgenommen: Bei der Betrachtung der Torsionssteifigkeit des Kupplungselementes, das heißt der Steifigkeit in Umfangsrichtung, wird von einer am Umfang des Kupplungselementes in tangentialer Richtung angreifenden Kraft ausgegangen. Der wirksame Hebelarm entspricht somit der Hälfte des maximalen Durchmessers des Kupplungselementes. Das sich hieraus ergebende Drehmoment führt zu einer Verlagerung des am Umfang angeordneten Punktes in tangentialer Richtung. Die Länge des durch die Verlagerung beschriebenen Bogens wird verglichen mit einer radialen Verlagerung, welche durch eine auf die Kupplungsvorrichtung wirkende Radialkraft erzeugt wird. Die höhere Steifigkeit in radialer Richtung bedeutet, dass die entsprechende Auslenkung in radialer Richtung geringer als die Länge des im Fall der Torsionsbelastung beschriebenen Bogens ist. Regardless of the design of the coupling element whose stiffness in the circumferential direction is preferably less than in the radial direction. In this case, the following comparison is made: When considering the torsional stiffness of the coupling element, that is, the stiffness in the circumferential direction, it is assumed that acting on the circumference of the coupling element in the tangential direction force. The effective lever arm thus corresponds to half the maximum diameter of the coupling element. The resulting torque leads to a displacement of the circumferentially arranged point in the tangential direction. The length of the arc described by the displacement is compared with a radial displacement generated by a radial force acting on the coupling device. The higher stiffness in the radial direction means that the corresponding deflection in the radial direction is less than the length of the arc described in the case of the torsional load.
Optional ist zwischen den Elektromotor und das Stellgetriebe eine zusätzliche Aus- gleichskupplung geschaltet, welche im Gegensatz zum elastischen Kupplungselement hauptsächlich einen Ausgleich in radialer Richtung herstellt. Eine solche Ausgleichskupplung kann beispielsweise als Oldham-Kupplung ausgeführt sein. Gegebenenfalls befindet sie sich auf derjenigen Seite des elastischen Kupplungselementes, welche dem Wellgetriebe zugewandt ist. Optionally, an additional compensating clutch is connected between the electric motor and the adjusting gear, which in contrast to the elastic coupling element mainly produces a compensation in the radial direction. Such a compensating coupling may for example be designed as Oldham coupling. Optionally, it is located on that side of the elastic coupling element which faces the wave gear.
Das elastische Getriebeelement des Wellgetriebes ist vorzugsweise als Verzahnungsbauteil in Topfform ausgebildet. Dieses Verzahnungsbauteil in Form eines Flextopfes ist drehfest mit der zu verstellenden Welle verbunden und weist eine Außenverzahnung auf, welche mit einer Innenverzahnung eines nicht drehbaren Elementes kämmt. Mit dieser Bauform des Stellgetriebes ist die Versteilvorrichtung besonders zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhält- nisses eines Hubkolbenmotors geeignet. The elastic transmission element of the corrugated transmission is preferably designed as a toothed component in the form of a cup. This gearing component in the form of a Flextopfes is rotatably connected to the shaft to be adjusted and has an external toothing, which meshes with an internal toothing of a non-rotatable element. With this design of the adjusting gear, the adjusting device is particularly suitable for use in a device for varying the compression ratio of a reciprocating piston engine.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen: An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Herein show:
Fig. 1 eine Versteilvorrichtung in einer Schnittdarstellung, 1 is an adjusting device in a sectional view,
Fig. 2 in einer schematischen Darstellung ein Kupplungselement der Versteilvorrichtung nach Fig. 1. 2 shows a schematic illustration of a coupling element of the adjusting device according to FIG. 1.
Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Versteilvorrichtung ist aus einem Elektromotor 2 und einem Stellgetriebe 3, nämlich Wellgetriebe, aufgebaut. Der Elektromotor 2 ist über ein elastisches Kupplungselement 4 mit dem Stellgetriebe 3 gekoppelt. Eine Bremseinheit 5, deren Lage in Fig. 1 durch eine strichpunktierte Linie kenntlich gemacht ist, ist in das mit 6 bezeichnete Gehäuse des Elektromotors 2 inte- griert. Mit den Bezugszeichen 7 und 8 sind zwei Gehäuseteile des Elektromotors 2 bezeichnet. A generally designated by the reference numeral 1 adjusting device is composed of an electric motor 2 and a control gear 3, namely wave gear built. The electric motor 2 is coupled via an elastic coupling element 4 with the adjusting gear 3. A brake unit 5, the position of which is indicated by a dot-dash line in FIG. 1, is integrated into the housing of the electric motor 2 denoted by 6. Reference numerals 7 and 8 designate two housing parts of the electric motor 2.
Das Stellgetriebe 3 weist einen Wellgenerator 9 auf, der mittels des Elektromotors 2 betätigbar ist. Ein Kugellager 10 des Wellgenerators 9 weist einen elliptischen, nicht kreisrunden Innenring 12 auf, auf welchem Kugeln als Wälzkörper 1 1 abrollen. Die Kugeln 1 1 kontaktieren einen Außenring 13, welcher im Gegensatz zum Innenring 12 nachgiebig ist und sich permanent dessen unrunder Form anpasst. Der Außenring 13 ist unmittelbar umgeben von einem flexiblen Getriebeelement 14, welches eine Topfform aufweist und in nicht dargestellter Weise mit einer zu verstellenden Welle, näm- lieh Exzenterwelle einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors, verbunden ist. Verzahnungen des flexiblen Getriebeelementes 14 sowie eines Getriebegehäuses 15, welches mit einem Motorblock des Verbrennungsmotors verbunden ist, sind in Fig. 1 nicht dargestellt. Durch die elliptische Form des Innenrings 12 wird die Außenverzahnung des flexiblen Getriebeelementes 14 lediglich in zwei einander diametral gegenüberliegenden Bereichen in Eingriff mit der Innenverzahnung des Getriebegehäuses 15 gebracht. Eine sich geringfügig voneinander unterscheidende Zähnezahl der verschiedenen Verzahnungen des Stellgetriebes 3 sorgt dafür, dass sich bei einer vollen Umdrehung des Innenrings 12 das flexible Getriebeelement 14 nur geringfügig gegenüber dem Getriebegehäuse 15 verdreht. Das Stellgetriebe 3 ist damit als hochuntersetztes Stellgetriebe mit einem Überset- zungsverhältnis in der Größenordnung von 100 : 1 ausgelegt. The actuating mechanism 3 has a wave generator 9 which can be actuated by means of the electric motor 2. A ball bearing 10 of the wave generator 9 has an elliptical, non-circular inner ring 12, on which balls roll as rolling elements 1 1. The balls 1 1 contact an outer ring 13, which in contrast to the inner ring 12 is yielding and permanently adapts to its non-round shape. The outer ring 13 is directly surrounded by a flexible transmission element 14 which has a cup shape and in a manner not shown with a shaft to be adjusted, lent eccentric shaft of a device for varying the compression ratio of a reciprocating engine, is connected. Gears of the flexible transmission element 14 and a transmission housing 15, which is connected to an engine block of the internal combustion engine, are not shown in Fig. 1. Due to the elliptical shape of the inner ring 12, the external toothing of the flexible transmission element 14 is brought into engagement with the internal toothing of the transmission housing 15 only in two diametrically opposite regions. A slightly different number of teeth of the different gears of the adjusting gear 3 ensures that the flexible transmission element 14 is only slightly rotated relative to the transmission housing 15 in a full revolution of the inner ring 12. The actuating gear 3 is thus designed as a highly-regulated actuating gear with a gear ratio of the order of 100: 1.
Die mit 17 bezeichnete Motorwelle des Elektromotors 2, dessen Rotor mit 16 bezeichnet ist, stellt eine Antriebswelle dar, welche über das elastische Kupplungselement 4 den Innenring 12 des Stellgetriebes 3 in Rotation versetzt. Hierbei greift ein mit 29 be- zeichnetes Konturelement, welches getriebeseitig mit dem Kupplungselement 4 verbunden ist, in eine korrespondierende Gegenkontur des Innenrings 12 ein. Bei dem Konturelement 29 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein zweiflügeliges Element, welches unter Ermöglichung eines Radialversatzes drehfest mit dem Innenring 12 gekoppelt ist. Statt des zweiflügeligen Elementes 29 ist auch eine Einfingerkupp- lung verwendbar. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus einer Einfungerkupplung wird beispielhaft auf die DE 10 2004 041 769 A1 verwiesen. The designated 17 motor shaft of the electric motor 2, whose rotor is denoted by 16, represents a drive shaft which causes the inner ring 12 of the adjusting gear 3 via the elastic coupling element 4 in rotation. In this case, a contour element designated by 29, which is connected to the coupling element 4 on the transmission side, engages in a corresponding mating contour of the inner ring 12. In the embodiment, the contour element 29 is a double-winged element, which is rotatably coupled with the inner ring 12 while allowing a radial offset. Instead of the double-winged element 29, a single-finger coupling can also be used. With regard to the basic structure of an insertion coupling, reference is made by way of example to DE 10 2004 041 769 A1.
Die Antriebswelle 17, allgemein als Welle bezeichnet, ist mit Hilfe zweier Wälzlager, eines ersten Wälzlagers 18 und eines zweiten Wälzlagers nämlich Kugellager, im Ge- häuse 6 des Elektromotors 2 gelagert. Ferner befindet sich eine Winkelsensorik 20 innerhalb des Gehäuses 6. Der bestrombare Stator des Elektromotors 2 ist mit 21 bezeichnet. The drive shaft 17, generally referred to as a shaft, is mounted in the housing 6 of the electric motor 2 with the aid of two roller bearings, a first roller bearing 18 and a second roller bearing, namely ball bearings. Furthermore, there is an angle sensor 20 within the housing 6. The bestrombare stator of the electric motor 2 is denoted by 21.
Die in das Gehäuse 6 integrierte Bremseinheit 5, kurz als Bremse bezeichnet, ist als elektromagnetische Bremse ausgebildet und weist eine in Axialrichtung des Elektromotors 2 und damit der gesamten Versteilvorrichtung 1 verschiebbare Bremsscheibe 22 auf. Ein Anschlussstück, welches die verschiebbare, jedoch drehfeste Verbindung zwischen der Bremsscheibe 22 und der Welle 17 herstellt, ist mit 23 bezeichnet. The integrated in the housing 6 brake unit 5, referred to as a brake for short, is designed as an electromagnetic brake and has a displaceable in the axial direction of the electric motor 2 and thus the entire adjustment device 1 brake disc 22 on. A connecting piece, which produces the displaceable, but non-rotatable connection between the brake disk 22 and the shaft 17, is designated by 23.
Ein der Bremseinheit 5 zuzurechnendes Bremselement 24, welches fest in das Ge- häuse 6 eingebaut ist, umfasst einen Elektromagneten 25, welcher dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Kräfte zu erzeugen, die die Bremsscheibe 22 gegen eine nicht drehbare Gegendruckplatte 26 zu ziehen. Die Verlagerung der Bremsscheibe 22 ausschließlich in linearer Richtung, bezogen auf die Anordnung, welche die Welle 17 sowie das Anschlussstück 23 umfasst, wird hierbei bewerkstelligt mit Hilfe von Füh- rungsstücken 27, welche fest mit dem Anschlussstück 23 verbunden sind. A braking element 24 attributable to the brake unit 5, which is fixedly mounted in the housing 6, comprises an electromagnet 25 which is adapted to generate electromagnetic forces that pull the brake disc 22 against a non-rotatable counter-pressure plate 26. The displacement of the brake disk 22 exclusively in the linear direction, relative to the arrangement comprising the shaft 17 and the connecting piece 23, is accomplished here by means of guide pieces 27 which are firmly connected to the connecting piece 23.
Das erste Wälzlager 18 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in das Bremselement 24 eingesetzt. Dem ersten Wälzlager 18 ist eine Dichtung 28, das heißt Wellendichtung, vorgesetzt. The first roller bearing 18 is inserted into the brake element 24 in the illustrated embodiment. The first rolling bearing 18 is a seal 28, that is, shaft seal set.
Zur Erläuterung von Merkmalen des elastischen Kupplungselementes 4 wird im Folgendem auf Fig. 2 verwiesen. Eine Hülse 30 des Kupplungselementes 4 ist starr mit dem Konturelement 29 verbunden. Die Hülse 30 ist beschränkt gegenüber der Welle 17 schwenkbar. Zu diesem Zweck ist die Welle 17 mit Armen 31 verbunden, welche durch Federn 33 mit einem Drehmoment beaufschlagbar sind. Jede Feder 33 stützt sich hierbei an einem Anschlagelement 35 ab, welches im Innenraum der Hülse 30 angeordnet und fest mit dieser verbunden ist. Weitere Anschlagelemente 35 sind in gleicher Weise mit der Hülse 30 verbunden oder integrale Bestandteile dieser Hülse 30 und ermöglichen ein Anschlagen der Arme 31 . In nicht dargestellter Weise können Anschlagdämpfer zwischen die Arme 31 und die zugehörigen Anschlagelemente 35 gesetzt sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beaufschlagen die Federn 33 die Welle 7 mit einem Drehmoment in einheitlicher Richtung. Abweichend hiervon können die Federn 33 auch derart in die Hülse 30 eingesetzt oder durch weitere Federn ergänzt werden, dass eine Anfederung in beiden Drehrichtungen gegeben ist. Bezugszeichenliste For an explanation of features of the elastic coupling element 4, reference is made to FIG. 2 in the following. A sleeve 30 of the coupling element 4 is rigidly connected to the contour element 29. The sleeve 30 is limited relative to the shaft 17 pivotally. For this purpose, the shaft 17 is connected to arms 31, which can be acted upon by springs 33 with a torque. Each spring 33 is supported on a stop element 35, which is arranged in the interior of the sleeve 30 and fixedly connected thereto. Further stop elements 35 are connected in the same way with the sleeve 30 or integral components of this sleeve 30 and allow a striking of the arms 31st In a manner not shown, stop dampers between the arms 31 and the associated stop elements 35 may be set. In the illustrated embodiment, the springs 33 act on the shaft 7 with a torque in the same direction. Notwithstanding this, the springs 33 can also be used in such a way in the sleeve 30 or supplemented by other springs that a springing is given in both directions of rotation. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Versteilvorrichtung 1 adjustment device
2 Elektromotor  2 electric motor
3 Stellgetriebe, Wellgetriebe  3 actuating gear, wave gear
4 Kupplungselement  4 coupling element
5 Bremseinheit, Bremse  5 brake unit, brake
6 Gehäuse  6 housing
7 erstes Gehäuseteil  7 first housing part
8 zweites Gehäuseteil  8 second housing part
9 Wellgenerator  9 wave generator
10 Kugellager  10 ball bearings
1 1 Kugel, Wälzkörper  1 1 ball, rolling elements
12 Innenring  12 inner ring
13 Außenring  13 outer ring
14 Getriebeelement  14 gear element
15 Getriebegehäuse  15 gearbox housing
16 Rotor  16 rotor
17 Welle, Antriebswelle  17 shaft, drive shaft
18 erstes Wälzlager  18 first rolling bearing
19 zweites Wälzlager  19 second rolling bearing
20 Winkelsensorik  20 angle sensors
21 Stator  21 stator
22 Bremsscheibe  22 brake disc
23 Drehfeste Verbindung  23 Tight connection
24 Bremselement  24 brake element
25 Elektromagnet  25 electromagnet
26 Gegendruckplatte  26 counter pressure plate
27 Führungsstück  27 guide piece
28 Dichtung  28 seal
29 Konturelement  29 contour element
30 Hülse  30 sleeve
31 Arm (nicht belegt) Feder 31 arm (not used) spring
(nicht belegt) Anschlagelement  (not used) stop element

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verstellvomchtung, mit einem Elektromotor (2) sowie einem mit diesem über eine Antriebswelle (17) gekoppelten, als Wellgetriebe ausgebildeten Stellgetriebe (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (17) über ein elastisches Kupplungselement (4) mit dem Wellgetriebe (3) gekoppelt und eine Bremse (5) zur Beaufschlagung der Antriebswelle (17) mit einem Bremsmoment vorgesehen ist. 1 . Verstellvomchtung, with an electric motor (2) and with this via a drive shaft (17) coupled, designed as a wave gear actuator (3), characterized in that the drive shaft (17) via an elastic coupling element (4) with the wave gear (3) coupled and a brake (5) for acting on the drive shaft (17) is provided with a braking torque.
2. Versteilvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die 2. adjusting device according to claim 1, characterized in that the
Bremse (5) in ein Gehäuse (6) des Elektromotors (2) integriert ist.  Brake (5) in a housing (6) of the electric motor (2) is integrated.
3. Versteilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) als elektromagnetische Bremse ausgebildet ist. 3. adjusting device according to claim 1 or 2, characterized in that the brake (5) is designed as an electromagnetic brake.
4. Versteilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Kupplungselement (4) als vorgespannte, erst bei Überschreitung einer Drehmomentschwelle auslösende Kupplungseinheit ausgebildet ist. 4. adjusting device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the elastic coupling element (4) is designed as a prestressed, only when exceeding a torque threshold triggering coupling unit.
5. Versteilvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das5. adjusting device according to claim 4, characterized in that the
Kupplungselement (4) intern federvorgespannt ist. Coupling element (4) is internally spring-biased.
6. Versteilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit des elastischen Kupplungselementes (4) in Umfangs- richtung geringer als in radialer Richtung ist. 6. adjusting device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the stiffness of the elastic coupling element (4) in the circumferential direction is less than in the radial direction.
7. Versteilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellgetriebe (3) einen Wellgenerator (9) mit einem Kugellager (10) umfasst. 7. adjusting device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the wave gear (3) comprises a wave generator (9) with a ball bearing (10).
8. Versteilvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der8. adjusting device according to claim 7, characterized in that the
Schwenkbereich des elastischen Kupplungselementes (4) mindestens der Kugelteilung des Kugellagers (10) und höchstens dem Doppelten der Kugelteilung des Kugellagers (10) entspricht. Pivoting range of the elastic coupling element (4) at least the ball pitch of the ball bearing (10) and at most twice the ball pitch of the ball bearing (10).
9. Verwendung einer Versteilvorrichtung nach Anspruch 1 in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors. 9. Use of an adjusting device according to claim 1 in a device for varying the compression ratio of a reciprocating engine.
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