DE102008060219B4 - Device for phase shifting the angle of rotation of a drive wheel to an output shaft - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Phasenverschiebung eines Drehwinkels eines Antriebsrades zu einer Abtriebswelle mit einem Getriebe, einem Antriebsrad, einem Abtriebsrad, welches zumindest drehfest mit der Abtriebswelle gekoppelt ist und zumindest einem Übertragungszahnrad, welches mit einem fest mit dem Antriebsrad gekoppelten Antriebszahnrad und/oder einem fest mit dem Abtriebsrad gekoppelten Abtriebszahnrad in Eingriff steht, sowie einem Aktuator (36), der mittels eines Zwischengliedes (34) das zumindest eine Übertragungszahnrad (12) relativ zum Antriebsrad (2) und/oder zum Abtriebsrad (15) in Drehung versetzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (36) ein linear wirkender Aktuator (36) ist, der bei Betätigung durch eine axiale Verschiebung des Zwischengliedes (34) zur Phasenverschiebung eine rotatorische Bewegung des zumindest einen Übertragungszahnrades (12) bewirkt und der rotatorisch vom Zwischenglied (34) entkoppelt ist.Device for phase shifting a rotational angle of a drive wheel to an output shaft with a gear, a drive wheel, a driven gear which is at least rotationally fixedly coupled to the output shaft and at least one transmission gear, which with a fixedly coupled to the drive gear and / or a fixed to the output gear coupled output gear is engaged, and an actuator (36) by means of an intermediate member (34) the at least one transmission gear (12) relative to the drive wheel (2) and / or to the output gear (15) in rotation, characterized in that the Actuator (36) is a linearly acting actuator (36) which, when actuated by an axial displacement of the intermediate member (34) for phase shifting causes a rotational movement of the at least one transmission gear (12) and which is rotationally decoupled from the intermediate member (34).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Phasenverschiebung des Drehwinkels eines Antriebsrades zu einer Abtriebswelle mit einem Getriebe, einem Antriebsrad, einem Abtriebsrad, welches zumindest drehfest mit der Abtriebswelle gekoppelt ist und zumindest einem Übertragungszahnrad, welches mit einem fest mit dem Antriebsrad gekoppelten Antriebszahnrad und/oder einem fest mit dem Abtriebsrad gekoppelten Abtriebszahnrad in Eingriff steht sowie einem Aktuator, der mittels eines Zwischengliedes das zumindest eine Übertragungszahnrad relativ zum Antriebsrad und/oder zum Abtriebsrad in Drehung versetzt.The invention relates to a device for phase shifting of the rotational angle of a drive wheel to an output shaft with a gear, a drive wheel, a driven gear, which is at least rotationally fixedly coupled to the output shaft and at least one transmission gear, which with a fixedly coupled to the drive gear drive gear and / or a fixedly connected to the driven gear driven gear is engaged and an actuator, which causes at least one transmission gear relative to the drive wheel and / or driven wheel by means of an intermediate member in rotation.
Derartige Vorrichtungen sind insbesondere zur Phasenverschiebung zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors bekannt, können jedoch im Bereich der Verbrennungsmotoren beispielsweise auch zur zyklusgenauen Steuerung eines Abgasrückführsystems verwendet werden. Die Phasenverschiebung dient zur variablen Ventilzeitsteuerung zur Verbesserung des Verbrennungsprozesses im Motor. Zur Phasenverschiebung der Nockenwelle sind beispielsweise Flügelzellen-Nockenversteller, Nockenwellenkettenversteller oder axial verschiebbare Verzahnungselemente bekannt. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von elektrischen Phasenverstellern herausgestellt, welche mit einem Planetengetriebe arbeiten. Diese bieten die Möglichkeit einer stufenlosen Verstellung, so dass eine hohe Variabilität erreicht wird.Such devices are known, in particular, for the phase shift between a crankshaft and a camshaft of an internal combustion engine, but can also be used in the area of internal combustion engines, for example for the cycle-accurate control of an exhaust gas recirculation system. The phase shift is used for variable valve timing to improve the combustion process in the engine. For example, vane-type cam phaser, camshaft chain adjuster or axially displaceable toothing elements are known for phase shifting the camshaft. Particularly advantageous is the use of electrical Phasenverstellern has been found that work with a planetary gear. These offer the possibility of a stepless adjustment, so that a high variability is achieved.
So wird in der
Aus der
Auch die
Nachteilig an einer derartigen Ausführung ist die nicht zuverlässige Stromversorgung des Elektromotors insbesondere bei axialer Bewegung der Vorrichtung aber auch bei auftretender Verschmutzung. Des Weiteren erhöht die ständige Drehbewegung des Elektromotors deutlich die Belastung der mechanischen und elektrischen Bauteile und Anschlüsse des Aktuators.A disadvantage of such an embodiment is the non-reliable power supply of the electric motor, in particular during axial movement of the device but also when pollution occurs. Furthermore, the constant rotational movement of the electric motor significantly increases the load on the mechanical and electrical components and connections of the actuator.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Phasenverschiebung des Drehwinkels zwischen einem Antriebsrad und einer Abtriebswelle zu schaffen, bei der die mechanische Belastung des Aktuators und gleichzeitig der Energiebedarf des Aktuators minimiert werden. Die Vorrichtung soll dabei robust ausgeführt sein und gleichzeitig nur einen geringen Bauraum benötigen.It is therefore an object to provide a device for phase shifting the angle of rotation between a drive wheel and an output shaft, in which the mechanical load on the actuator and at the same time the energy requirement of the actuator are minimized. The device should be robust while requiring only a small amount of space.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Aktuator ein linear wirkender Aktuator ist, der bei Betätigung durch eine axiale Verschiebung des Zwischengliedes zur Phasenverschiebung eine rotatorische Bewegung des zumindest einen Übertragungszahnrades bewirkt und der rotatorisch vom Zwischenglied entkoppelt ist. Durch die rotatorische Entkopplung des linearen Aktuators vom Zwischenglied bleibt der Aktuator im Betrieb des Verbrennungsmotors relativ zum Getriebe sowie zum Antriebsrad und zur Abtriebswelle stehen. Entsprechend ist eine elektrische oder auch pneumatische oder hydraulische Kontaktierung des Aktuators über feststehende Leitungen einfach realisierbar. Hierdurch wird die mechanische Belastung deutlich reduziert. Zusätzlich ist nur im Fall einer gewünschten Verstellung ein Drehmoment beziehungsweise eine Verstellkraft aufzubringen. Hierdurch kann bei Verwendung eines elektrischen Aktuators Energie eingespart werden.This object is achieved in that the actuator is a linear-acting actuator which causes a rotational movement of the at least one transmission gear when actuated by an axial displacement of the intermediate member for phase shifting and which is rotationally decoupled from the intermediate member. Due to the rotational decoupling of the linear actuator from the intermediate member, the actuator remains in operation of the internal combustion engine relative to the transmission and the drive wheel and the Output shaft stand. Accordingly, an electrical or pneumatic or hydraulic contacting of the actuator via fixed lines is easy to implement. As a result, the mechanical load is significantly reduced. In addition, only in the case of a desired adjustment, a torque or an adjusting force to apply. As a result, energy can be saved when using an electric actuator.
Vorzugsweise ist der Aktuator über ein Lager, welches in Kraftflussrichtung zwischen Aktuator und Zwischenglied angeordnet ist, rotatorisch vom Zwischenglied entkoppelt. Durch Verwendung dieses Lagers zur Übertragung der linearen Bewegung und Entkopplung des Aktuators vom Zwischenglied bezüglich der rotatorischen Bewegung werden im Vergleich zu anderen denkbaren Ausführungsformen besonders wenige und kostengünstige Bauteile verwendet und gleichzeitig ein geringer Bauraum benötigt.Preferably, the actuator is rotatably decoupled from the intermediate member via a bearing, which is arranged in the direction of force flow between the actuator and intermediate member. By using this bearing for transmitting the linear movement and decoupling of the actuator from the intermediate member with respect to the rotational movement of particularly small and inexpensive components are used in comparison to other conceivable embodiments and at the same time requires a small space.
In einer besonders günstigen Ausführungsform steht die Drehachse des zumindest einen Übertragungszahnrades senkrecht zu den Drehachsen des Antriebsrades und des Abtriebsrades. Hierdurch entsteht ein Aufbau, der dem eines Differenzialgetriebes ähneln kann. Hierdurch ist eine besonders einfache Ankopplung des Zwischengliedes an den Aktuator und die Übertragungszahnräder möglich.In a particularly favorable embodiment, the axis of rotation of the at least one transmission gear is perpendicular to the axes of rotation of the drive wheel and the driven wheel. This creates a structure that can be similar to that of a differential gear. As a result, a particularly simple coupling of the intermediate member to the actuator and the transmission gears is possible.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung sind die Übertragungszahnräder über linear verschiebliche Zahnstangen in Drehung versetzbar. Hierzu erstrecken sich beispielsweise die Übertragungszahnräder in ihrer Höhe über den Eingriff des Abtriebszahnrades hinaus, so dass in diesem Bereich auf einfache Weise eine Zahnstange in die Zähne der Übertragungszahnräder eingreifen kann. Eine derartige Vorrichtung arbeitet besonders zuverlässig und reibungsarm, so dass die notwendigen Stellkräfte minimiert werden.In a particularly advantageous embodiment, the transmission gears can be set in rotation via linearly displaceable toothed racks. For this purpose, for example, the transmission gears extend in height beyond the engagement of the output gear, so that in this area can easily engage a rack in the teeth of the transmission gears. Such a device works particularly reliable and low friction, so that the necessary restoring forces are minimized.
In einer alternativen Ausführungsform sind an den Übertragungszahnrädern Hebelzapfen angeordnet, die parallel zu den Drehachsen des jeweiligen Übertragungszahnrades an den Übertragungszahnrädern befestigt sind, wobei das Zwischenglied mit den Hebelzapfen in Eingriff steht. Dies kann beispielsweise über eine Öse oder ähnliches erfolgen. Eine derartige Ausführung ist bezüglich der zu verwendenden Einzelteile besonders kostengünstig herstellbar.In an alternative embodiment, lever pins are mounted on the transmission gears, which are mounted parallel to the axes of rotation of the respective transmission gear on the transmission gears, wherein the intermediate member is in engagement with the lever pin. This can be done for example via an eyelet or the like. Such an embodiment is particularly inexpensive to produce with respect to the items to be used.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Antriebsrad zumindest drehfest mit dem Antriebszahnrad gekoppelt, das Abtriebsrad zumindest drehfest mit dem Abtriebszahnrad gekoppelt und das zumindest eine Übertragungszahnrad steht mit dem Antriebszahnrad und dem Abtriebszahnrad in Eingriff. Man erhält hierdurch im wesentlichen den Aufbau eines Differentialgetriebes, so dass außerhalb der Verstellzeiten das gesamte Getriebe mit dem Zwischenglied als starre Kopplungsvorrichtung zwischen Antriebsrad und Abtriebswelle wirkt. Eine Relativbewegung zwischen den Bauteilen des Getriebes ist somit nicht vorhanden, wodurch wiederum der Verschleiß deutlich eingeschränkt wird.In a preferred embodiment, the drive wheel is at least rotatably coupled to the drive gear, the output gear at least rotatably coupled to the output gear and the at least one transmission gear is in engagement with the drive gear and the output gear. This essentially gives the structure of a differential gear, so that outside the adjustment the entire transmission with the intermediate member acts as a rigid coupling device between the drive wheel and output shaft. A relative movement between the components of the transmission is thus not present, which in turn significantly reduces wear.
In einer weiterführenden Ausführung ist das zumindest eine Übertragungszahnrad auf einem Bolzen gelagert, der auf einem Drehachsenträger befestigt ist. So kann auf einfache Weise die Lagerung der Übertragungszahnräder verwirklicht werden.In a further embodiment, the at least one transmission gear is mounted on a bolt which is mounted on a Drehachsenträger. Thus, the storage of the transmission gears can be realized in a simple manner.
In einer zu der Ausführung mit Differentialgetriebe alternativen Ausführung ist das Antriebsrad zumindest drehfest mit einem Antriebszahnrad gekoppelt und das zumindest eine Übertragungszahnrad steht mit dem Antriebszahnrad in Eingriff und ist am Abtriebsrad drehbar gelagert oder das Abtriebsrad ist zumindest drehfest mit einem Abtriebszahnrad gekoppelt und das zumindest eine Übertragungszahnrad steht mit dem Abtriebszahnrad in Eingriff und ist am Antriebsrad drehbar gelagert. Bei diesen Ausführungen können das Antriebsrad und das Abtriebsrad auf der gleichen Seite der Übertragungszahnräder angeordnet werde, die gegebenenfalls auch als Segmentzahnräder ausgeführt werden können. Der Aufbau vereinfacht sich noch einmal im Vergleich zu den anderen Ausführungen.In an alternative embodiment to the differential gear embodiment, the drive wheel is at least rotationally fixedly coupled to a drive gear and the at least one transfer gear engages the drive gear and is rotatably supported on the output gear or the output gear is at least rotationally fixedly coupled to an output gear and the at least one transfer gear is engaged with the driven gear and is rotatably supported on the drive wheel. In these embodiments, the drive wheel and the driven gear can be arranged on the same side of the transmission gears, which may optionally be designed as a segment gears. The structure is simplified again compared to the other versions.
In einer weiterführenden Ausführungsform sind mehrere Zwischenzahnräder fest zueinander angeordnet und stehen mit dem Antriebszahnrad und/oder dem Abtriebszahnrad in Eingriff, wobei die Drehachsen der Übertragungszahnräder senkrecht zur Drehachse der Abtriebswelle verlaufen und die Übertragungszahnräder gemeinsam über den Aktuator verdrehbar sind. Insbesondere können drei Übertragungszahnräder verteilt im Abstand von je 120° um die Abtriebsachse verteilt angeordnet werden, wodurch auftretende Querkräfte am Antriebsrad oder der Abtriebswelle minimiert werden.In a further embodiment, a plurality of intermediate gears are fixedly arranged to each other and are in engagement with the drive gear and / or the driven gear, wherein the axes of rotation of the transmission gears perpendicular to the axis of rotation of the output shaft and the transmission gears are rotatable together via the actuator. In particular, three transmission gears can be distributed distributed at a distance of 120 ° to the output axis, whereby occurring lateral forces on the drive wheel or the output shaft can be minimized.
Es wird somit eine Vorrichtung zur Phasenverschiebung des Drehwinkels eines Antriebsrades zu einer Abtriebswelle geschaffen, die aufgrund minimierten Verschleißes eine hohe Lebensdauer aufweist. Außerhalb der Verstellzeiten besteht kein Energiebedarf, da durch die Entkopplung von der Drehbewegung der Antriebswelle bei Selbsthemmung keine Drehmomente vom Aktuator aufgenommen werden müssen.There is thus provided a device for phase shifting the angle of rotation of a drive wheel to an output shaft, which has a long service life due to minimized wear. Outside the Verstellzeiten there is no energy demand, as no torque from the actuator must be absorbed by the decoupling of the rotational movement of the drive shaft with self-locking.
Drei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.Three embodiments of a device according to the invention are illustrated in the drawings and will be described below.
Im Folgenden werden zunächst die baugleichen Teile gemäß der
Das Antriebsrad
Das Antriebszahnrad
Dieses Abtriebszahnrad
Der zylindrische Abschnitt
Die Übertragungszahnräder
Bei der Ausführung gemäß
Das Zwischenglied
Bei Stillstand des Aktuators
Da jede rotatorische Bewegung der Übertragungszahnräder
Wird der Aktuator
Bei der Ausführung gemäß
Bei Stillstand des Aktuators
Vorteilhaft ist es, für das Zwischenglied
Wird der Aktuator
Die in
Werden nun die Hebelzapfen
Selbstverständlich ist diese Ausführung auch insofern zu verändern, als dass die Übertragungszahnräder am Abtriebsrad gelagert werden und mit einem Antriebszahnrad kämmen.Of course, this embodiment is also to be changed in that the transmission gears are mounted on the output gear and mesh with a drive gear.
Die beschriebenen Ausführungsformen weisen eine hohe Lebensdauer auf, da die mechanische Belastung des Aktuators minimiert wird. Im Vergleich zu anderen bekannten Vorrichtungen zur Phasenverstellung wird der Energiebedarf deutlich gesenkt, da ein Drehmoment nur während der Verstellzeiten aufgebracht werden muss.The described embodiments have a long service life, since the mechanical load of the actuator is minimized. In comparison to other known devices for phase adjustment, the energy requirement is significantly reduced, since a torque must be applied only during the adjustment.
Es sollte deutlich sein, dass verschiedene konstruktive Modifikationen im Vergleich zu den beschriebenen Ausführungsformen möglich sind, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen. So können beispielsweise statt der drei Übertragungszahnräder fünf verwendet werden, oder bei ausreichender Festigkeit auch nur ein einzelnes. Desweiteren können die hier vorgesehenen Geradverzahnungen ersetzt werden durch Kegelräder und die Kugellager durch andere Wälz- oder Gleitlager. Auch ist die Antriebseinheit des linear wirkenden Aktuators weitestgehend frei wählbar. Lediglich eine Selbsthemmung in axialer Richtung sollte gegeben sein. So können neben einem elektrischen Steller auch pneumatische oder hydraulische Steller verwendet werden. Dies ist insbesondere durch die ortsfeste Position des Aktuatorgehäuses möglich.It should be clear that various design modifications are possible in comparison to the described embodiments, without departing from the scope of the main claim. For example, instead of the three transmission gears five can be used, or with sufficient strength even a single one. Furthermore, the provided here Geradverzahnungen can be replaced by bevel gears and the ball bearings by other rolling or sliding bearings. Also, the drive unit of the linear acting actuator is largely freely selectable. Only a self-locking in the axial direction should be given. Thus, in addition to an electric actuator and pneumatic or hydraulic actuator can be used. This is possible in particular by the stationary position of the actuator housing.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: F01L0001344000 Ipc: F01L0001352000 |
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R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20111015 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |