DE102004062069A1

DE102004062069A1 - Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004062069A1
Application number: DE200410062069
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Ing. Tisch
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2006-07-06
Also published as: WO2006074746A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit einem Antriebsrad (12), einem Abtriebselement (8) und einem Taumelscheibengetriebe (2). Über einen Primärtrieb wird das Drehmoment einer Kurbelwelle auf das Antriebsrad (12) und weiter über das Taumelscheibengetriebe (2) auf das Abtriebselement (8), welches drehfest mit einer Nockenwelle (9) verbunden ist, übertragen. DOLLAR A Das Taumelscheibengetriebe (2) besteht aus mindestens einem Kegelrad (3) und einer auf einer Verstellwelle (15) mittels eines ersten Wälzlagers (14) gelagerten Taumelscheibe (5). Durch geeignete Auswahl der Drehzahl der Verstellwelle (15) kann die Phase zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle (9) wahlweise gehalten oder verstellt werden. Die Verstellwelle (15) ist mittels eines zweiten Wälzlagers (17) auf einer nockenwellenfesten Welle (18) gelagert. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ein preisgünstiges Lagerkonzept der Taumelscheibe (5) und der Verstellwelle (15), wobei das Augenmerk besonders auf minimiertem Montageaufwand, Funktionssicherheit des Taumelscheibengetriebes (2) und Leichtbau liegt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller gemäß dem jeweiligen Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 6.
Hintergrund der Erfindung
In Brennkraftmaschinen werden zur Betätigung der Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt. Die Nockenwelle ist in der Brennkraftmaschine derart angebracht, dass auf ihr angebrachte Nocken an Nockenfolgern, beispielsweise Tassenstößeln, Schlepp- oder Schwinghebeln, anliegen. Wird die Nockenwelle in Drehung versetzt, so wälzen die Nocken auf den Nockenfolgern ab, die wiederum die Gaswechselventile betätigen. Durch die Lage und die Form der Nocken ist somit sowohl die Öffnungsdauer als auch Amplitude aber auch der Öffnungs- und Schließzeitpunkt der Gaswechselventile festgelegt.
Moderne Motorkonzepte gehen dahin, den Ventiltrieb variabel auszulegen. Einerseits sollen Ventilhub und Ventilöffnungsdauer variabel gestaltbar sein, bis hin zur kompletten Abschaltung einzelner Zylinder. Dafür sind Konzepte wie schaltbare Nockenfolger, variable Ventiltriebe oder elektrohydraulische oder elektrische Ventilbetätigungen vorgesehen. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, während des Betriebs der Brennkraftmaschine Einfluss auf die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile nehmen zu können. Ebenfalls wünschenswert ist es auf die Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Einlass- bzw. Auslassventile getrennt Einfluss nehmen zu können, um beispielsweise gezielt eine definierte Ventilüberschneidung einstellen zu können. Durch die Einstellung der Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Gaswechselventile abhängig vom aktuellen Kennfeldbereich des Motors, beispielsweise von der aktuellen Drehzahl bzw. der aktuellen Last, können der spezifische Treibstoffverbrauch gesenkt, das Abgasverhalten positiv beeinflusst, der Motorwirkungsgrad, das Maximaldrehmoment und die Maximalleistung erhöht werden.
Die beschriebene Variabilität in der Gaswechselventilzeitensteuerung wird durch eine relative Änderung der Phasenlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewerkstelligt. Dabei steht die Nockenwelle meist über einen Ketten-, Riemen-, Zahnradtrieb oder gleichwirkende Antriebskonzepte in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle. Zwischen dem von der Kurbelwelle angetriebenen Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb und der Nockenwelle ist ein Nockenwellenversteller angebracht, der das Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle überträgt. Dabei ist diese Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten der Brennkraftmaschine derart ausgebildet, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle sicher gehalten und, wenn gewünscht, die Nockenwelle in einem gewissen Winkelbereich gegenüber der Kurbelwelle verdreht werden kann.
In Brennkraftmaschinen mit je einer Nockenwelle für die Einlass- und die Auslassventile können diese mit je einem Nockenwellenversteller ausgerüstet werden. Dadurch können die Öffnungs- und Schließzeiten der Einlass- und Auslassgaswechselventile zeitlich relativ zueinander verschoben und die Ventilzeitüberschneidungen gezielt eingestellt werden.
Der Sitz moderner Nockenwellenversteller befindet sich im Allgemeinen am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle. Er besteht aus einem kurbelwellenfesten Antriebsrad, einem nockenwellenfesten Abtriebsteil und einem das Drehmoment vom Antriebsrad auf das Abtriebsteil übertragenden Verstellmechanismus. Das Antriebsrad kann als Ketten-, Riemen- oder Zahnrad ausgeführt sein und ist mittels einer Kette, eines Riemens oder eines Zahnradtriebs mit der Kurbelwelle drehfest verbunden. Der Verstellmechanismus kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betrieben werden. Ebenfalls denkbar ist es den Nockenwellenversteller auf einer Zwischenwelle anzubringen oder auf einem nichtrotierenden Bauteil zu lagern. In diesem Fall werden das Drehmoment über weitere Antriebe auf die Nockenwellen übertragen.
Elektrisch betriebene Nockenwellenversteller bestehen aus einem Antriebsrad, welches in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine steht, einem Abtriebsteil, welches in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine steht und einem Verstellgetriebe. Bei dem Verstellgetriebe handelt es sich um ein Dreiwellengetriebe, wobei je ein Bauteil des Getriebes drehfest mit dem Antriebsrad bzw. dem Abtriebsteil verbunden ist. Das Drehmoment wird von dem mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden ersten Bauteil über ein mit einer Verstellwelle in Antriebsverbindung stehenden zweiten Bauteil auf das mit der Nockenwelle in Antriebsverbindung stehende dritte Bauteil übertragen. Dies erfolgt über zumindest teilweise in Eingriff stehende Verzahnungspaare zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil und dem zweiten und dem dritten Bauteil, wobei die Verzahnungen mindestens eines der Verzahnungspaare unterschiedliche Zähneanzahl aufweist. Dreht die Verstellwelle mit der Drehzahl des Antriebsrads, so wird die Phase zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle gehalten. Durch Beschleunigen bzw. Abbremsen des zweiten Bauteils kann eine Relativverdrehung der Kurbelwelle zur Nockenwelle realisiert werden. Beispiele für derartige Dreiwellengetriebe sind Innenexzentergetriebe, Doppelinnenexzentergetriebe, Taumelscheibengetriebe oder dergleichen.
Zur Steuerung des Nockenwellenverstellers erfassen Sensoren die Kenndaten des Motors wie beispielsweise den Lastzustand und die Drehzahl. Diese Daten werden einer elektronischen Kontrolleinheit zugeführt, die nach Vergleich der Daten mit einem Kenndatenfeld der Brennkraftmaschine den Verstellmotor des Nockenwellenverstellers steuert.

Aus der DE 100 38 354 ist eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine bekannt, in der die Drehmomentübertrag von der Kurbelwelle zur Nockenwelle und der Verstellvorgang mittels eines Taumelscheibengetriebes realisiert ist. Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem nockenwellenfesten ersten Kegelrad mit einer ersten Kegelradverzahnung, einem mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden zweiten Kegelrad mit einer zweiten Kegelradverzahnung, einer Taumelscheibe und einer beispielsweise von einem Elektromotor angetriebenen Verstellwelle. Die Kegelräder sind derart angeordnet, dass sich die Kegelradverzahnungen in axialer Richtung gegenüberstehen. Die auf einer Verstellwelle gelagerte Taumelscheibe ist an ihren axialen Seitenflächen mit je einer Verzahnung versehen und derart unter einem bestimmten Anstellwinkel zwischen den Kegelrädern angeordnet, dass die Verzahnungen der Taumelscheibe in sich gegenüberliegenden Winkelsegmenten in die erste bzw. zweite Kegelradverzahnung eingreifen. Dabei weist bei mindestens einem der Zahnkranzpaare die ineinandergreifenden Verzahnungen eine Zähnezahldifferenz auf.

Eine Verdrehung der Verstellwelle relativ zum ersten bzw. zweiten Kegelrad führt zu einer Taumeldrehung der Taumelscheibe und damit zu einer Drehung der in Eingriff stehenden Winkelsegmente relativ zu den Kegelrädern. Aufgrund der Unterschiedlichen Zähnezahl der Verzahnungen eines Verzahnungspaares führt dies zu einer relativen Verdrehung der Nockenwelle zur Kurbelwelle.

Die Taumelscheibe ist mittels eines einreihigen Kugellagers auf der Verstellwelle gelagert. Dabei dient eine innere Mantelfläche einer Aufnahme der Taumelscheibe als äußere Lauffläche der Wälzkörper, während die innere Laufbahn von einem Innenring gebildet wird.

Um die äußere Laufbahn der Wälzkörper in die Taumelscheibe einzubringen muss die Taumelscheibe gehärtet, das heißt einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Dies birgt aufgrund des hohen Wärmeeintrags die Gefahr, dass sich die Taumelscheibe verzieht und dadurch die Funktion des Getriebes beeinträchtigt wird. Weiterhin wird dadurch die Werkstoffauswahl für die Taumelscheibe eingeschränkt, da Sintermaterialien, Kunststoffe oder Aluminium nicht verwendet werden können.

Der Einsatz eines separat gefertigten Innenrings erhöht die Anzahl der Bauteile und damit den Montageaufwand bzw. die Kosten des Getriebes.

In der DE 102 22 475 ist eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten eine Brennkraftmaschine mittels eines Taumelscheibengetriebes offenbart, wobei die Verstellwelle mittels eines vollrolligen Nadellagers auf einer mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Welle, in diesem Fall einem Schraubenkopf, gelagert. Die Laufbahnen der Wälzkörper sind in den Schraubenkopf und eine Innenmantelfläche der Verstellwelle eingebracht. Die Wälzkörper müssen in dieser Ausführungsform unter hohem Montageaufwand zwischen den Laufflächen angeordnet werden. Weiterhin besteht die Gefahr von Schränkbewegung der Nadeln, was die Funktionsfähigkeit des Getriebes beeinträchtigen kann.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei der Montageaufwand der Lagerungen der Taumelscheibe und der Verstellwelle reduziert wird und damit die Kosten gesenkt werden. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung die Funktionssicherheit des Taumelscheibengetriebes zu erhöhen und gegebenenfalls die Bauteilanzahl zu minimieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und oder 6 gelöst.

Die Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine umfasst unter anderem ein mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehendes Antriebsrad, ein mit einer Nockenwelle in Antriebsverbindung stehendes Abtriebselement und ein Taumelscheibengetriebe, welches das Drehmoment vom Antriebsrad auf das Abtriebsefement überträgt. Das Taumelscheibengetriebe umfasst ein erstes Kegelrad, welches mit einem ersten Zahnkranz versehen ist, und eine Taumelscheibe, die auf einer Verstellwelle gelagert ist und mit einem zweiten Zahnkranz versehen ist. Die Zähneanzahl des ersten Zahnkranzes ist ungleich der Zähnezahl des zweiten Zahnkranzes. Ein Winkelbereich des ersten Zahnkranzes kämmt mit einem Winkelbereich des zweiten Zahnkranzes. Dabei ist das erste Kegelrad entweder drehfest mit dem Antriebsrad oder dem Abtriebselement und die Taumelscheibe über Koppelmittel mit dem anderen Bauteil verbunden. Die Phasenlage zwischen Antriebsrad und Abtriebselement kann durch geeignetes Einstellen der Drehzahl der Verstellwelle wahlweise gehalten oder verstellt werden. Mittels eines ersten Wälzlagers ist die Taumelscheibe auf einer Verstellwelle gelagert, wobei eine Außenmantelfläche der Verstellwelle unmittelbar als innere Lauffläche für Wälzkörper des ersten Wälzlagers dient.

Weiterhin kann alternativ, je nach Ausführungsform eine Innenmantelfläche einer Aufnahme der Taumelscheibe unmittelbar als Laufflächen für Wälzkörper des ersten Wälzlagers dienen oder das erste Wälzlager einen separat gefertigten Außenring aufweisen, der in einer Aufnahme der Taumelscheibe befestigt ist.

Dabei ist das erste Wälzlager als einreihiges Vierpunktlager oder als Rillenkugellager ausgebildet.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad, einem mit einer No ckenwelle in Antriebsverbindung stehenden Abtriebselement und einem Taumelscheibengetriebe, welches das Drehmoment vom Antriebsrad auf das Abtriebselement überträgt. Das Taumelscheibengetriebe umfasst ein erstes Kegelrad, welches mit einem ersten Zahnkranz versehen ist, und eine Taumelscheibe, die auf einer Verstellwelle gelagert und mit einem zweiten Zahnkranz versehen ist. Die Zähneanzahl des ersten Zahnkranzes ist ungleich der Zähnezahl des zweiten Zahnkranzes. Ein Winkelbereich des ersten Zahnkranzes kämmt mit einem Winkelbereich des zweiten Zahnkranzes. Dabei ist das erste Kegelrad entweder drehfest mit dem Antriebsrad oder dem Abtriebselement und die Taumelscheibe über Koppelmittel mit dem anderen Bauteil verbunden. Die Phasenlage zwischen Antriebsrad und Abtriebselement kann durch geeignetes Einstellen der Drehzahl der Verstellwelle wahlweise gehalten oder verstellt werden. Mittels eines ersten Wälzlagers ist die Taumelscheibe auf der Verstellwelle gelagert, die mittels eines Nadellagers auf einer Welle gelagert ist. Eine Innenmantelfläche der Verstellwelle dient unmittelbar als Lauffläche für die Wälzkörper des Nadellagers und eine Außenmantelfläche der Verstellwelle dient unmittelbar als Lauffläche für die Wälzkörper des ersten Wälzlagers.

Besagtes Taumelscheibengetriebe besteht aus einem ersten Kegelrad mit einem als Kegelradverzahnung ausgeführten ersten Zahnkranz und einer Taumelscheibe an der ein als Kegelradverzahnung ausgeführter zweiter Zahnkranz ausgebildet ist. Die Taumelscheibe ist unter einem bestimmten Anstellwinkel auf einer Verstellwelle gelagert. Dabei greift der zweite Zahnkranz der Taumelscheibe in einem definierten Winkelbereich in den ersten Zahnkranz des ersten Kegelrades ein. Das erste Kegelrad ist drehfest entweder mit dem Antriebsrad oder dem Abtriebsteil verbunden. Gleichzeitig ist die Taumelscheibe mit dem jeweils anderen Bauteil mittels Koppelmitteln verbunden. Diese Verbindung kann mittels einer Stiftkupplung oder einer zweiten Verzahnungspaarung hergestellt werden. Im Falle einer Stiftkupplung greifen an der Taumelscheibe angebrachte Stifte, vorzugsweise einteilig mit dieser ausgeführt, in axial verlaufende Nuten des mit der Taumelscheibe gekoppelten Bauteils ein. Im Fall der zweiten Verzahnungspaarung ist ein zweites Kegelrad mit einem weiteren als Kegelradverzahnung ausgebildeten Zahnkranz vorgesehen. In diesen Zahnkranz greift der Zahnkranz der Taumelscheibe, bzw. ein zweiter an der Taumelscheibe angebrachter Zahnkranz innerhalb eines definierten Winkelsegments ein. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird das Drehmoment von der Kurbelwelle über das Antriebsrad und die Taumelscheibe auf das Abtriebsteil und damit auf die Nockenwelle übertragen.

Soll die Phasenlage zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle gehalten werden, wird die Verstellwelle, auf der die Taumelscheibe gelagert ist, mit der Drehzahl des Antriebsrades angetrieben. Dadurch bleiben die gleichen Zähne der Verzahnungspaarungen in Eingriff und das Drehmoment wird vom Antriebsrad über die Koppelmittel, Stiftkupplung bzw. zweite Verzahnungspaarung, auf die Taumelscheibe und von dort über die erste Verzahnungspaarung auf das Abtriebsteil übertragen.

Soll eine Phasenverstellung vorgenommen werden, so wird die Verstellwelle abgebremst bzw. beschleunigt, je nachdem in welche Richtung die Phase verstellt werden soll. Die abweichende Rotativgeschwindigkeit der Verstellwelle versetzt die Taumelscheibe in eine Taumelbewegung, was zur Folge hat, dass der Winkelbereich der ineinandergreifenden Kegelradverzahnungen in Umfangsrichtung verschoben wird. Aufgrund einer Zähnezahldifferenz der Verzahnungen einer Zahnkranzpaarung führt dies zu einer Verstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle. Sind die Koppelmittel als Stiftkupplung ausgeführt, so werden durch die Taumelbewegung der Taumelscheibe die Stifte innerhalb der Nuten in axialer Richtung verschoben. Im Falle eines zweiten Verzahnungspaares wird durch die Taumelbewegung der Taumelscheibe auch der Winkelbereich dieses Verzahnungspaares verschoben, in dem die Zähne ineinander greifen.

Die Taumelscheibe ist mittels eines Wälzlagers auf der Verstellwelle gelagert. Dabei ist ein einreihiges Vierpunkt- oder Rillenkugellager, vorgesehen. Durch das Ausbilden der inneren Laufbahn der Wälzkörper in der Außenmantelfläche der Verstellwelle wird die Anzahl der Bauteile verringert, damit der Montageaufwand minimiert und der axiale Bauraumbedarf reduziert.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die äußere Laufbahn der Wälzkörper in die innere Mantelfläche der Taumelscheibe eingebracht, wodurch sich die Anzahl der Bauteile und damit der Montageaufwand weiter verringert.

Alternativ kann die äußere Laufbahn der Wälzkörper als separat gefertigter Außenring ausgeführt sein. Dies hat den Vorteil, dass die Taumelscheibe aus Leichtbauwerkstoffen, wie beispielsweise Sintermaterial, Aluminium oder Kunststoff gefertigt werden kann. Weiterhin kann auf das Härten der inneren Mantelfläche der Taumelscheibe verzichtet werden, wodurch sich die Systemkosten weiter reduzieren und ein Verzug der Taumelscheibe in Folge des Wärmeeintrags während des Härtevorgangs verhindert wird.

Die Ausbildung des Wälzlagers als Vierpunktlager nimmt die auf die Taumelscheibe wirkenden Kippmomente auf. Diese Funktion kann ebenso von einem Rillenkugellager übernommen werden.

Die Verstellwelle ist mittels eines Nadellagers auf einer drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Welle gelagert. Den Wälzkörpern des Nadellagers dienen Außenmantelfläche der Welle und die Innenmantelfläche der Verstellwelle als Laufbahn. Vorteilhafterweise ist das Nadellager als Nadelkranz ausgeführt, wobei die Wälzkörper verliersicher innerhalb eines Käfigs aufgenommen sind. Der Käfig verringert die auf die Wälzkörper wirkenden Reibungskräfte und verhindert zuverlässig funktionsstörende Schränkbewegungen der Wälzkörper zueinander. Weiterhin wird der Montageaufwand im Vergleich zu einem vollrolligen Lager erheblich reduziert. Vorteilhafterweise ist das Nadellager als zweireihiges Nadellager ausgeführt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine,
2 einen Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine,
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die 1 und 2 zeigen zwei alternative Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine. Die Vorrichtungen 1 sind in weiten Teilen identisch, weswegen für identische Bauteile gleiche Bezugszahlen verwendet werden.
Die Vorrichtung 1 umfasst unter anderem ein Taumelscheibengetriebe 2, bestehend aus einem ersten Kegelrad 3, einem zweiten Kegelrad 4 und einer Taumelscheibe 5. Am ersten Kegelrad 3 ist ein als Kegelradverzahnung ausgeführter erster Zahnkranz 6 ausgebildet. Die Taumelscheibe 5 ist mit zwei zweiten als Kegelradverzahnung ausgeführten Zahnkränzen 7 ausgebildet, wobei die zwei zweiten Zahnkränze 7 auf verschiedenen Seiten der Taumelscheibe 5 angeordnet sind. Analog zum ersten Kegelrad 3 weist das zweite Kegelrad 4 einen ersten als Kegelradverzahnung ausgeführten Zahnkranz 6 auf. Das erste Kegelrad 3 ist mittels eines einteilig mit ihm ausgebildeten Abtriebselements 8 drehfest mit einer Nockenwelle 9 verbunden. Die Verbindung zwischen Abtriebselement 8 und Nockenwelle 9 kann mittels einer stoff-, kraft-, reib- oder formschlüssigen Verbindung realisiert sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Kegelrad 3 mittels einer Befestigungsschraube 10 an der Nockenwelle 9 befestigt.
Das Abtriebselement 8 ist topfförmig ausgebildet, wobei ein ringförmiger Abschnitt 11 als Radiallagerstelle für ein in der dargestellten Ausführungsform als Kettenrad ausgebildetes Antriebsrad 12 dient. Das Antriebsrad 12 steht in Wirkverbindung mit einem nicht dargestellten Primärantrieb, über den ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf das Antriebsrad 12 übertragen wird. Ein derartiger Primärantrieb kann beispielsweise ein Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb sein. Das Antriebsrad 12 ist drehfest mit einem zylindermantelförmigen Gehäuse 13 verbunden, welches wiederum mit dem zweiten Kegelrad 4 drehfest verbunden ist. Die Verbindung der Bauteile kann mittels kraft-, form-, reib- oder stoffschlüssigen Verbindungen realisiert sein. Ebenfalls denkbar ist eine einteilige Ausführung der Bauteile, wie in den Figuren zwischen Gehäuse 13 und Antriebsrad 12 dargestellt.
Die beiden Kegelräder 3, 4 stehen parallel zueinander und sind in axialer Richtung zueinander beabstandet. Zusammen mit dem Gehäuse 13 bilden die Kegelräder 3, 4 und das Abtriebelement 7 einen Hohlraum, in dem die Taumelscheibe 5 angeordnet ist. Mittels eines ersten Wälzlagers 14 ist die Taumelscheibe 5 unter einem definierten Anstellwinkel auf einer Verstellwelle 15 gelagert. Die im Wesentlichen topfförmig ausgebildete Verstellwelle 15 ist mit einem Kupplungselement 16 versehen, in die eine nicht dargestellte Welle eines ebenfalls nicht dargestellten Antriebs, beispielsweise eines Elektromotors, eingreift. Innerhalb der Verstellwelle 15 stütz sich diese über ein zweites Wälzlager 17 auf einer drehfest mit der Nockenwelle 9 verbundenen, in den vorliegenden Ausführungsformen als Hohlwelle ausgebildeten Welle 18 ab. Ebenfalls denkbar ist die Lagerung der Verstellwelle 15 auf dem Schraubenkopf der Befestigungsschraube 10 und/oder eine Lagerung der Taumelscheibe 5 auf der Verstellwelle 15 mittels eines Gleitlagers.
Die unter einem definierten Anstellwinkel auf der Verstellwelle 15 angeordnete Taumelscheibe 5 greift mit einem der zweiten Zahnkränze 7 in den ersten Zahnkranz 6 des ersten Kegelrad 3 und mit dem anderen zweiten Zahnkranz 7 in den ersten Zahnkranz 6 des zweiten Kegelrads 4 ein. Dabei stehen die jeweiligen Zahnkränze 6, 7 nur in einem bestimmten Winkelbereich in Eingriff, der abhängig vom Anstellwinkel der Taumelscheibe 5 ist.
Über den Eingriff der Zahnkränze 6, 7 wird das vom Primärtrieb auf das Antriebsrad 12 und von dort auf das zweite Kegelrad 4 übertragene Drehmoment der Kurbelwelle über die Taumelscheibe 5 auf das erste Kegelrad 4 und damit über das Abtriebselement 8 auf die Nockenwelle 9 übertragen.
Um die Phasenlage zwischen Nockenwelle 9 und Kurbelwelle zu halten wir die Verstellwelle 15 mit der Drehzahl des Antriebsrads 12 angetrieben. Soll die Phasenlage geändert werden, so wird die die Drehzahl der Verstellwelle 15 erhöht bzw. erniedrigt, je nachdem ob die Nockenwelle 9 relativ zur Kurbelwelle vor- oder nacheilen soll. Durch die abweichende Drehzahl der Verstellwelle 15 führt die Taumelscheibe 5 eine Taumeldrehung aus, wobei die Winkelbereiche in denen die Zahnkränze 6, 7 ineinander eingreifen um die Kegelräder 3, 4 umlaufen. Bei mindestens einem der Zahnkranzpaare weisen die zwei ineinander greifenden Zahnkränze 6, 7 unterschiedliche Zähnezahlen auf. Sind die Winkelbereiche, in denen die Zahnkränze 6, 7 ineinander eingreifen einmal vollständig umgelaufen, so ergibt sich aufgrund der Differenz in der Anzahl der Zähne eine Verstellung des ersten zum zweiten Kegelrad 3, 4 und damit der Nockenwelle 9 relativ zu der Kurbelwelle. Der Verstellwinkel entspricht dem Bereich den die den Unterschied in der Zähnezahl bildenden Zähne einnehmen.
Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass die Zahnkränze 6, 7 beider Zahnkranzpaare unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen. Damit ergibt sich das Verstelluntersetzungsverhältnis aus den beiden resultierenden Untersetzungsverhältnissen.
Ebenso denkbar ist, dass die Zahnkränze 6, 7 nur einer Zahnkranzpaarung unterschiedliche Anzahlen von Zähnen aufweisen. Das Untersetzungsverhältnis ergibt sich in diesem Fall nur aufgrund dieser Untersetzung. Die andere Zahnkranzpaarung dient nur als Koppelmittel mit einem Untersetzungsverhältnis von 1:1 zwischen der Taumelscheibe 5 und dem jeweiligen Bauteil. In diesem Fall ist ebenso denkbar als Koppelmittel statt der zweite Zahnkranzpaarung eine Stiftkupplung vorzusehen, wobei an der Taumelscheibe 5 oder dem Antriebsrad 12/Abtriebselement 8 angebrachte oder einteilig mit dem Bauteil ausgebildete Stifte in axial verlaufende Nuten des jeweils anderen Bauteils eingreifen.
Bei den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung 1 ist das zweite Wälzlager 17 als zweireihiger Nadelkranz 19 ausgeführt. Der Nadelkranz 19 besteht aus einem ersten Käfig 20 und darin verliersicher aufgenommenen Nadeln 21, wobei zwei axial zueinander beabstandete, jeweils um die Welle 18 umlaufende Reihen von Nadeln 21 vorgesehen sind. Eine erste Innenmantelfläche 22 der Verstellwelle 15 und eine erste Außenmantelfläche 23 der Welle 18 dienen den Nadeln 21 als Laufbahn. Die Mantelflächen 22, 23 sind, um als Laufbahnen für die Wälzkörper dienen zu können, gehärtet, beispielsweise einsatzgehärtet, und geschliffen.
Vorteilhafterweise wird durch die Verwendendung eines Nadelkranzes 19 die Montage im Vergleich zu einem vollrolligen Lager vereinfacht. Weiterhin verhindert der erste Käfig 20 Schränkbewegungen der Nadeln 21 und erhöht damit die Funktionssicherheit der Vorrichtung 1. Vorteilhafterweise ist das Betriebsspiel dadurch klein und die Genauigkeit der Lagerung gross.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das erste Wälzlager 14 als einreihiges Vierpunktlager 24 ausgebildet. Ebenso hat sich der Einsatz eines Rillenkugellagers als vorteilhaft herausgestellt. Das Vierpunktlager 24 nimmt die Kippmomente der Taumelscheibe 5 auf. Die Laufbahnen der Kugeln 25 sind direkt in einer zweiten Außenmantelfläche 26 der Verstellwelle 15 und in einer zweiten Innenmantelfläche 27 einer Aufnahme 28 der Taumelscheibe 5 ausgebildet. Durch die Ausbildung der Laufflächen der Kugeln 25 an Bauteilen des Taumelscheibengetriebes 2 werden die Anzahl der Bauteile des Getriebes und damit der Montageaufwand und die Kosten des Gesamtsystems gesenkt. Die Kugeln 25 sind innerhalb eines zweiten Käfigs 29 aufgenommen.
Eine alternative Ausführungsform ist in 2 dargestellt. Im Unterschied zu der Ausführungsform in 1 weist das erste Wälzlager 14 einen separat gefertigten Außenring 30 auf, der in der zweiten Innenmantelfläche 27 der Aufnahme 28 der Taumelscheibe 5 angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist der Außenring 30 aus einem 100Cr 6 Wälzlagerstahl gefertigt. Denkbar sind aber auch alle anderen Wälzlagermaterialien. Der Außenring 30 kann kraft-, form-, oder stoffschlüssig mit der Taumelscheibe 5 verbunden sein. In der dargestell ten Ausführungsform ist der Außenring 30 mittels Verstemmungen in der Aufnahme 28 fixiert. Die Taumelscheibe 5 kann als Schmiede-, Fließpress- oder Taumelschmiedeteil ausgeführt sein. Weiterhin sind keine Sprengringe zur Fixierung der Taumelscheibe 5 notwendig. Insgesamt baut die Vorrichtung 1 dadurch kürzer und leichter.
Durch den Einsatz des Außenrings 30 kann auf eine Härtung der zweiten Innenmantelfläche 27 der Aufnahme 28 der Taumelscheibe 5 verzichtet werden. Dadurch wird das Risiko des Verzugs der Taumelscheibe 5 durch den Wärmeintrag während des Härtungsprozesses vermieden. Weiterhin können in der Herstellung der Taumelscheibe 5 Leichtbaumaterialien verwendet werden, die nicht tauglich für die Ausbildung von Wälzlagerlaufbahnen sind. Dadurch kann das Gewicht und das Trägheitsmoment der Taumelscheibe 5 erheblich vermindert werden. Denkbar sind damit Materialien, wie Sintermaterial, Aluminium oder Kunststoff.

1: Vorrichtung
2: Taumelscheibengetriebe
3: erstes Kegelrad
4: zweites Kegelrad
5: Taumelscheibe
6: erster Zahnkranz
7: zweiter Zahnkranz
8: Abtriebselement
9: Nockenwelle
10: Befestigungsschraube
11: Abschnitt
12: Antriebsrad
13: Gehäuse
14: erstes Wälzlager
15: Verstellwelle
16: Kupplungselement
17: zweites Wälzlager
18: Hohlwelle
19: Nadelkranz
20: erster Käfig
21: Nadel
22: erste Innenmantelfläche
23: erste Außenmantelfläche
24: Vierpunktlager
25: Kugel
26: zweite Außenmantelfläche
27: zweite Innenmantelfläche
28: Aufnahme
29: zweiter Käfig
30: Außenring

Claims

Vorrichtung (1) zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (12), einem mit einer Nockenwelle (9) in Antriebsverbindung stehenden Abtriebselement (8) und einem Taumelscheibengetriebe (2), welches das Drehmoment vom Antriebsrad (12) auf das Abtriebselement (8) überträgt, und welches folgendes aufweist: ein erstes Kegelrad (3), welches mit einem ersten Zahnkranz (6) versehen ist, eine Taumelscheibe (5), die auf einer Verstellwelle (15) gelagert und mit einem zweiten Zahnkranz (7) versehen ist, wobei die Zähnezahl des ersten Zahnkranzes (6) ungleich der Zähnezahl des zweiten Zahnkranzes (7) ist, wobei ein Winkelbereich des ersten Zahnkranzes (6) mit einem Winkelbereich des zweiten Zahnkranzes (7) kämmt und wobei das erste Kegelrad (3) entweder drehfest mit dem Antriebsrad (12) oder dem Abtriebselement (8) und die Taumelscheibe (5) über Koppelmittel mit dem anderen Bauteil verbunden ist, wobei die Phasenlage zwischen Antriebsrad (12) und Abtriebselement (8) durch geeignetes Einstellen der Drehzahl der Verstellwelle (15) wahlweise gehalten oder verstellt werden kann und wobei die Taumelscheibe (5) mittels eines ersten Wälzlagers (14) auf der Verstellwelle (15) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenmantelfläche (26) der Verstellwelle (15) unmittelbar als innere Lauffläche für Wälzkörper des ersten Wälzlagers (14) dient.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenmantelfläche (27) einer Aufnahme (28) der Taumelscheibe (5) unmittelbar als Laufflächen für die Wälzkörper des ersten Wälzlagers (14) dient.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wälzlager (14) einen separat gefertigten Außenring (30) aufweist, der in einer Aufnahme (28) der Taumelscheibe (5) befestigt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wälzlager (14) als einreihiges Vierpunktlager (24) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wälzlager (14) als einreihiges Rillenkugellager (24) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (12), einem mit einer Nockenwelle (9) in Antriebsverbindung stehenden Abtriebselement (8) und einem Taumelscheibengetriebe (2), welches das Drehmoment vom Antriebsrad (12) auf das Abtriebselement (8) überträgt, und welches folgendes aufweist: ein erstes Kegelrad (3), welches mit einem erste Zahnkranz (6) versehen ist, eine Taumelscheibe (5), die auf einer Verstellwelle (15) gelagert und mit einem zweiten Zahnkranz (7) versehen ist, wobei die Zähnezahl des ersten Zahnkranzes (6) ungleich der Zähnezahl des zweiten Zahnkranzes (7) ist, wobei ein Winkelbereich des ersten Zahnkranzes (6) mit einem Winkelbereich des zweiten Zahnkranzes (7) kämmt und wobei das erste Kegelrad (3) entweder drehfest mit dem Antriebsrad (12) oder dem Abtriebselement (8) und die Taumelscheibe (5) über Koppelmittel mit dem anderen Bauteil verbunden ist, wobei die Phasenlage zwischen Antriebsrad (12) und Abtriebselement (8) durch geeignetes Einstellen der Drehzahl der Verstellwelle (15) wahlweise gehalten oder verstellt werden kann und wobei die Taumelscheibe (5) mittels eines ersten Wälzlagers (14) auf der Verstellwelle (15) gelagert ist und wobei die Verstellwelle (15) mittels eines Nadellagers auf einer Welle (18) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenmantelfläche (22) der Verstellwelle (15) unmittelbar als Lauffläche für die Wälzkörper des Nadellagers und eine Außenmantelfläche (22) der Verstellwelle (15) unmittelbar als Lauffläche für die Wälzkörper des ersten Wälzlagers (14) dient.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Nadellager als Nadelkranz (19) ausgeführt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Nadelkranz (19) als zweireihiger Nadelkranz (19) ausgeführt ist.