ELEKTROMOTORISCHER NOCKENWELLENVERSTELLER

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Nockenwellenversteller zur Drehwinkelverstellung der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gegenüber dessen Kurbelwelle, insbesondere nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

[0002] Elektromotorische Nockenwellenversteller zeichnen sich durch schnelle und exakte Nockenwellenverstellung im gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors aus. Das gilt auch für den Kaltstart und den Wiederstart nach Abwürgen des Verbrennungsmotors.

[0003] Elektrische Nockenwellenversteller bestehen aus einem mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Verstellmechanismus und einem am Verbrennungsmotor befestigten elektromotorischen Verstellantrieb, dessen Motorwelle an der Verstellwelle des mit Nockenwellendrehzahl umlaufenden Verstellmechanismus angreift.

[0004] Als Verstellmechanismus werden zumeist folgende Dreiwellengetriebe verwendet:

- Taumelscheibengetriebe.

[0005] Ein derartiger Nockenwellenversteller ist aus der US 2002/0017257 bekannt. Der Nockenwellenversteller weist einen mit der Nockenwelle verbundenes erstes Kegelrad, ein von der Kurbelwelle angetriebenes zweites Kegelrad und eine Taumelscheibe auf. Die Taumelscheibe weist zwei ringförmige Verzahnungen auf, wobei eine der Verzahnungen in eine Verzahnung des ersten und die andere Verzahnung in eine Verzahnung des zweiten Kegelrades eingreift. Diese Taumelscheibengetriebe besitzen einen einfachen Aufbau. Ihre Herstellbarkeit in Großserie ist jedoch nicht geklärt. Außerdem sind sie toleranzenanfällig und die Herstellung der Verzahnungsteile ist mit hohen Kosten verbunden, da dieselben wegen hoher Beanspruchung und aus Genauigkeitsgründen spanend gefertigt werden müssen.

- Doppel-Innenexzentergetriebe.

[0006] Diese Getriebeart ist sehr funktionstüchtig und laufruhig, verursacht aber wegen der Vielzahl der Bauteile einen erheblichen Kostenaufwand.

- Planeten- und Zykloidgetriebe (sogenannte Harmonic-Drive-Getriebe).

[0007] Ein derartiges Getriebe ist in der DE 40 227 35 A1 beschrieben, bei der ein elektromotorischer Nockenwellenversteller zur Drehwinkelverstellung der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gegenüber der Kurbelwelle desselben offenbart ist, mit einem Dreiwellengetriebe, das ein kurbelwellenfestes, als Ketten- oder Zahnriemenrad ausgebildetes Antriebsrad und ein nockenwellenfestes Abtriebsteil sowie eine Verstellwelle aufweist, die mit dem Rotor eines elektrischen Verstellmotors drehfest verbunden und dessen Stator an dem Verbrennungsmotor befestigt ist.

[0008] Dieses Zykloidgetriebe zeichnet sich durch geringen Bauraum und große Funktionssicherheit aus, erfordert aber einen hohen Bauaufwand.

[0009] Aus der US 6,517,772 B1, der WO 2002/031374 A und der JP 2000-129312 A sind Verfahren zur Fertigung von gesinterten Zahnrädern bekannt.

Aufgabe der Erfindung

[0010] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Dreiwellengetriebe für einen elektromotorisch angetriebenen Nockenwellenversteller zu schaffen, das einen vergleichsweise niedrigen Fertigungsaufwand erfordert.

Zusammenfassung der Erfindung

[0011] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Hohl- und Stirnräder als innen- bzw. außenverzahnte Zahnringe ausgebildet sind, die von innen- bzw. außenprofilierten Rohren in erforderlicher Länge abgetrennt werden. Somit sind geringere Fertigungskosten zu erreichen. Die profilierten Rohre können zum Beispiel gezogen oder fließgepresst oder gesintert sein.

[0012] In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Hohl- und Stirnräder aus zahnprofilierten Bändern zu Zahnringen umgeformt, durch Schweißen oder Klipsen geschlossen und anschließend nachkalibriert sind, wodurch die Kosten gesenkt werden.

[0013] In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Einfach-Innenexzentergetriebe an Stelle eines das Nockenwellendrehmoment übertragenden Hohl/Stirnradpaares eine sogenannte Kugelorbitalkupplung aufweist, bei der Kugeln, die halbseitig in Kreislaufbahnen zweier gleicher, unter axialer Vorspannung stehender Stahlscheiben geführt sind, das Drehmoment spielfrei übertragen und die Exzenterbewegung ausgleichen, wobei eine der Stahlscheiben mit einem Stirnrad des Getriebes und die andere mit einem nockenwellenfesten Teil derselben verdrehfest verbunden sind.

[0014] Das Taumelscheiben- und das Einfach-Innenexzentergetriebe bieten verschiedene Möglichkeiten zur Senkung des Fertigungsaufwands. Beide Getriebearten können weitgehend spanlos gefertigt werden. Das Taumelscheibengetriebe bietet zudem die Möglichkeit eines einfachen Zahnspielausgleichs, während das Einfach-Innenexzentergetriebe viele Möglichkeiten zur Verminderung der Bauteilzahl aufweist.

[0015] Von Vorteil ist, dass als elektrische Verstellmotoren bürstenlose Gleichstrommotoren, insbesondere solche mit Seltenerdmagneten und mit bipolarer Betriebsweise vorgesehen sind. Diese Motoren zeichnen sich aufgrund des fehlenden Kommutators durch einfachen Aufbau, hohe Beschleunigung und praktisch verschleißfreien Betrieb aus.

[0016] Ein wichtiges Merkmal für die Güte eines Verstellgetriebes ist das richtige Verdrehspiel der Verzahnungspaare. Durch das dynamische Nockenwellendrehmoment kann ein zu großes Zahnspiel im Betrieb zu Drehschwingungen zwischen den beiden Kegelrädern führen. Dadurch können Geräusche oder Regelungsprobleme entstehen. Bei zu kleinem Spiel klemmt das Verstellgetriebe bzw. hat einen zu schlechten Wirkungsgrad. Zahnspiel lässt sich jedoch nicht vermeiden.

[0017] Eine Einschränkung der Formtoleranzen auf deren zulässigen Höchstwert durch hohe Fertigungsgenauigkeit zu erreichen gelingt nur bedingt. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, das Zahnspiel einstellbar zu machen. Der Zahnspielausgleich sieht vor, dass sich beim Zusammentreffen der oberen Toleranzgrenzen der Formtoleranzen der Bauteile das minimale Verdrehspiel ergeben soll. Liegen die Maße der Bauteile an der unteren oder zwischen der unteren und oberen Toleranzgrenze, würde sich theoretisch eine Profilüberschneidung der Verzahnungen ergeben.

[0018] Kostenvorteile bietet ein Innenexzentergetriebe, das als Einfach-Innenexzentergetriebe ausgebildet ist, dadurch, dass es nur einen Innenexzenter für ein erstes und zweites Stirnrad aufweist, die beide verdrehfest miteinander verbunden sind und sich auf einem ersten und zweiten Hohlrad abwälzen. Dabei dienen das erste Stirn- und Hohlrad ausschließlich der Untersetzung bei der Phasenverstellung und das zweite Stirn- und Hohlrad auch oder sogar ausschließlich als Kupplungsverzahnung zum Durchleiten der Antriebs- und Verstellieistung zur Nockenwelle.

[0019] Das zweite Stirnrad vollzieht dabei die gleiche exzentrische Bewegung wie das erste, da beide drehfest miteinander verbunden sind. Falls das zweite Hohl/Stirnradpaar die gleich Zähnezahldifferenz wie das erste aufweist, dient es nur als Zahnkupplung, die nicht zur Gesamtübersetzung des Verstellgetriebes beiträgt. Es ist aber auch möglich die Gesamtübersetzung auf beide Zahnradpaare zu verteilen, wodurch sich größere Freiheiten bei der Verzahnungsauswahl ergeben.

[0020] Grundsätzlich ist es auch denkbar, daß wie bei Doppel-Innenexzentergetrieben anstelle der Zahnkupplung eine Klauen-, Segment- oder Stiftkupplung die Kupplungsfunktion übernimmt. Das Einfach-Innenexzentergetriebe gestaltet sich dann zwar einfacher, die Stifte bzw. Klauen müssen jedoch beim Ausgleich der Exzenterbewegung in ihrer Gegenfläche gleiten. Dadurch ist ein niedrigerer Wirkungsgrad als mit einer Zahnkupplung bedingt, bei der sich das zweite Stirnrad im zweiten Hohlrad reibungsarm abwälzt.

[0021] Zur weiteren Verminderung der Reibung trägt bei, dass der Einfach-Innenexzenter und die beiden Stirnräder sowie gegebenenfalls das Antriebsrad wälzgelagert sind, wobei letzteres vorzugsweise ein Vierpunktlager aufweist. Als Wälzlager kommen Kugel-, Rollen- oder Nadellager in Frage. Ein Vierpunktlager eignet sich besonders zur Aufnahme von Kippmomenten, wie sie beim Antriebsrad auftreten können. Spielt die Lagerreibung gegenüber Baukosten und Bauraum eine geringere Rolle, können bei entsprechend dimensioniertem Antrieb der Verstellwelle alle Wälzlager durch Gleitlager ersetzt werden. Fertigungskosten können auch dadurch gesenkt werden, dass das erste Stirnrad um die Breite des zweiten Stirnrad erweitert ist und mit beiden gleichverzahnten Hohlrädern kämmt.

[0022] Ein Zahnspielausgleich erfolgt bei dem Einfach-Innenexzentergetriebe bei den beiden Stirn/Hohlradpaaren getrennt, wobei der Zahnspielausgleich bei dem ersten Stirn/Hohlradpaar durch Auswahl eines dazu passenden Exzenters und bei dem zweiten Stirn/Hohlradpaar durch ein entsprechend profilverschobenes zweites Stirn/Hohlrad oder durch einen zusätzlichen, vom ersten Exzenter unabhängig einstellbaren, auf der Verstellwelle verdrehgesicherten Ausgleichsexzenter erfolgt. Eine besonders kostengünstige Form des Zahnspielausgleichs besteht darin, dass dieser durch leicht konisch ausgebildete, axial bis kurz vor einer Linienberührung ineinander geschobene Stirn- und Hohlräder erfolgt, unter vorzugsweiser Ausnutzung von deren fertigungsbedingter Konizität.

[0023] Ein weiterer kostengünstiger Weg zum Erreichen eines optimalen Zahnspiels besteht darin, dass ein Einlaufbetrieb der Verstellgetriebe vorgesehen ist, mit einer auf deren Zähnen angebrachten, vergleichsweise weichen und gleitfähigen Verschleißschicht, zum Beispiel aus Kupfer oder Kunststoff, die bis zum Erreichen eines vorgegebenen Zahnspiels unter Vorspannung einläuft.

[0024] Statt durch Zahnspielausgleich kann das Zahngeräusch auch durch schrägverzahnte Stirn- und Hohlräder gesenkt werden. Durch eine entgegengerichtete Schräge der Verzahnung der beiden Stirn- und Hohlräder heben sich deren Axialkräfte auf, wodurch sich die Lagerung vereinfacht.

[0025] Ähnlich wie beim Taumelscheibengetriebe ist auch beim Einfach-Innenexzentergetriebe eine Federvorspannung der Verzahnungen zwischen dem Nockenwellenabtrieb und dem Antriebsrad und/oder dem Verstellantrieb zur Zahngeräuschsenkung möglich.

[0026] Eine fertigungsgünstige Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass das zweite Hohlrad mit dem Abtriebsflansch und gegebenenfalls mit dem Zwischenstück einteilig ausbildbar und durch zum Beispiel Taumel- oder Axialpressen, Sintern oder Tiefziehen herstellbar ist. Auf diese Weise kann die Zahl der Bauteile erheblich gesenkt werden.

[0027] Es hat fertigungstechnische Vorteile, dass der Exzenter und die Verstellwelle mit der Zahnkupplung ein- oder zweiteilig ausführbar sind. Die einteilige Ausführung bietet den Vorteil geringer Bauteilzahl. Sie ist durch Sintern, Taumelpressen und Tiefziehen realisierbar. Die zweiteilige Ausführung bietet den Vorteil, dass der Exzenter kostengünstig aus einem exzentrischen Rohr gefertigt werden kann, in das eine Zahnkupplungsscheibe einpressbar ist.

[0028] Ein Einfach-Innenexzentergetriebe mit geringer axialer Baulänge wird dadurch erreicht, dass ein Antriebsrad und ein Abtriebsteil, ein erstes und ein zweites Hohlrad sowie ein erstes und ein zweites Stirnrad koaxial angeordnet sind, wobei das Antriebsrad mit dem ersten Hohlrad, das erste Stirnrad durch einen Flansch mit dem zweiten Hohlrad sowie das zweite Stirnrad mit dem Abtriebsteil verdrehfest verbunden sind und das erste Hohlrad mit dem ersten Stirnrad sowie das zweite Hohlrad mit dem zweiten Stirnrad kämmen.

[0029] Für bestimmte Anwendungsfälle kann es von Vorteil sein, dass bei einem Einfach-Innenexzentergetriebe das zweite Hohlrad als ein zweites Stirnrad und das zweite Stirnrad als ein zweites Hohlrad ausgebildet sind, wobei das zweite Hohlrad und das zweite Stirnrad wechselseitig ineinander greifen.

[0030] Es ist auch denkbar, dass die Stirn- und Hohlräder der Einfach-Innenexzentergetriebe durch entsprechende Reibräder ersetzt werden. Diese zeichnen sich durch Geräuscharmut und Verschleißfestigkeit aus, erfordern jedoch eine ausreichende Anpresskraft.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0031] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist. Dabei zeigen:

Figur 1

einen Längsschnitt durch ein Taumelscheibengetriebe;

Figur 2

einen Längsschnitt durch ein Einfach-Innenexzentergetriebe;

Figur 3

eine Ansicht des Einfach-Innenexzentergetriebes von Figur 2;

Figur 4 bis 7

einen Längsschnitt durch konstruktive Varianten des Ein- fach-Innenexzentergetriebes von Figur 2;

Figur 8

einen Querschnitt durch das Einfach-Innenexzentergetriebe von Figur 4, jedoch mit einer einteiligen Ausbildung des zweiten Hohlrades, des Antriebsflansches und des Zwi- schenstücks;

Figur 9

eine Seitenansicht einer Kugelorbitalkupplung;

Figur 10

eine perspektivische Ansicht einer Scheibe der Kugelorbital- kupplung von Figur 9;

Figur 11

einen Querschnitt durch ein Einfach-Innenexzentergetriebe mit koaxialer Anordnung der Zahnräder;

Figur 12

einen Querschnitt durch ein Einfach-Innenexzentergetriebe gemäß Figur 11, jedoch mit vertauschtem zweiten Hohl- und Stirnrad.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

[0032] In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch ein Taumelscheibengetiebe 1 dargestellt. Dieses weist ein als Kettenritzel ausgebildetes Antriebsrad 2 auf, das über eine nicht dargestellte Kette mit einer ebensolchen Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors drehfest verbunden und mit einem drehsymmetrischen Getriebegehäuse 3 einstückig ausgebildet ist.

[0033] Das Getriebegehäuse 3 weist an seinem freien Ende einen Außenflansch 4 mit Gewindebohrungen 5 auf, an den ein erstes Kegelrad 6 mittels Schrauben 7 angeflanscht ist. Am antriebradseitigen Ende des Getriebegehäuses 3 ist ein Innenflansch 8 vorgesehen, der zur radialen und axialen Lagerung bzw. Lagefixierung des Getriebegehäuses 3 und des Antriebsrads 2 dient. Die radiale Lagerung des selben findet auf einen Absatz 9 eines zweiten Kegelrads 10 statt, während dessen axiale Lagefixierung durch eine Schulter 11 des selben in Verbindung mit einer Anlaufscheibe 12 bewirkt wird, die mit dem Antriebsrad 2 verpreßt und/oder verschweißt ist.

[0034] Das zweite Kegelrad 10 ist durch eine zentrale Spannschraube 13 mit einer Nockenwelle 14 verdrehfest verbunden. Ein Hohlflansch 15 am freien Ende der Nockenwelle 14 dient der axialen und radialen Lagefixierung des zweiten Kegelrades 10 und der Anlaufscheibe 12.

[0035] Zwischen den Kegelrädern 6, 10 befindet sich eine geneigte, beidseits verzahnte Taumelscheibe 16. Die Neigung der Taumelscheibe 16 ist so gewählt, dass die Verzahnung jeder Seite derselben im Dauereingriff mit einem der beiden Kegelräder 6, 10 steht. Die Taumelscheibe 16 ist durch zwei als Festlager ausgebildete Rillenkugellager 17 auf einer Verstellwelle 18 gelagert, die wiederum mit zwei als Loslager ausgebildeten Nadellagern 19 auf einem zylindrischen Teil 20 des zweiten Kegelrads 10 gelagert ist.

[0036] Die Verstellwelle 18 ist mit einem nicht dargestellten Rotor eines bürstenlosen, umsteuerbaren Gleichstrommotors verdrehfest verbunden.

[0037] Die beiden Kegelräder 6, 10 und die Taumelscheibe 16 werden pulvermetallurgisch hergestellt. Deren Zähne werden zur Steigerung der Festigkeit bei gleich bleibender Teilegenauigkeit durch beispielsweise Verzahnungsnachwälzen oder Warm- bzw. Hochdruckpressen nachbehandelt.

[0038] Das Taumelscheibengetriebe 1 wird über Ölleitungen 21, die von einem Nockenwellenlager 22 ausgehen und hin zu einem Ringraum 23 und weiter durch nicht dargestellte, radiale Bohrung zu den Lagern 19 und 17 sowie zu den Verzahnungen führen. Eine entsprechende Gestaltung des ersten Kegelrades 6 stellt einen ausreichenden Ölstand im Taumelscheibengetriebe 1 sicher.

[0039] Das Zahnspiel kann beim Taumelscheibengetriebe 1 auf einfache Weise eingestellt werden. Durch eine passende Beilegscheibe 24 die zwischen dem Außenflansch 4 des Getriebegehäuses 3 und dem ersten Kegelrad 6 einlegbar ist, wird das Zahnspiel auf Null eingestellt. Durch Ersatz dieser Beilegscheibe durch eine um das Zahnspiel verstärkte, wird dieses eingestellt.

[0040] Das Taumelscheibengetriebe 1 funktioniert auf folgende Weise:

[0041] Im Regelbetrieb, das heißt, bei konstanter Phasenlage, läuft das Taumelscheibengetriebe 1 einschließlich des Rotors des nicht dargestellten elektrischen Verstellmotors als Ganzes mit Nockenwellendrehzahl um. Erst zum Früh- bzw. Spätverstellen der Steuerzeiten beschleunigt bzw. verzögert der Verstellmotor seinen Rotor gegenüber der Nockenwelle 14. Dadurch wird die Verstellwelle 18 relativ zum Getriebegehäuse 3 vor- oder rückgedreht, wodurch sich die Taumelscheibe 16 auf den Kegelrädern 6, 10 entsprechend der geringen Zähnezahldifferenz zwischen der Taumelscheibe und den Kegelrädern mit großer Untersetzung abwälzt und die Phasenverstellung vollzieht.

[0042] Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Einfach- Innenexzentergetriebe 25 und Figur 3 eine Ansicht der Abtriebsseite desselben.

[0043] Im Längsschnitt der Figur 2 ist ein als Kettenrad ausgebildetes Antriebsrad 2a zu erkennen, das mit einem ersten Hohlrad 26 verdrehfest verbunden ist. Diese Verbindung kann durch Aufpressen, insbesondere nach beidseitiger Rändelung und/oder durch Laserschweißen erreicht werden.

[0044] Das erste Hohlrad 26 kämmt mit einem ersten Stirnrad 27, das mit einem zweiten Stirnrad 28 durch Pressverband verdrehfest verbunden ist. Dieses ist über ein erstes Nadellager 29 auf einem Einfach-Innenexzenter 30 gelagert, der über eine Zahnkupplung 31 in verdrehfester in Verbindung mit einem nicht dargestellten Rotor eines elektrischen Verstellmotors steht. Der Innenexzenter 30 ist über ein zweites Nadellager 32 auf einem Zwischenstück 33 gelagert, das durch eine nicht dargestellte zentrale Spannschraube über einen Abtriebsflansch 34 mit der ebenfalls nicht dargestellten Nockenwelle verdrehfest verspannt ist. Das zweite Stirnrad 28 kämmt mit einem zweiten Hohlrad 35, auf dessen Umfang das erste Hohlrad 26 mit dem Antriebsrad 2a gleitgelagert ist.

[0045] Das zweite Hohlrad 35 ist verdrehfest mit dem nockenwellenfesten Abtriebsflansch 34 verbunden. Beide liegen axial an einer Anschlagscheibe 36 an, die mit dem ersten Hohlrad 26 verdrehfest verbunden ist.

[0046] Der Abtriebsflansch 34 besitzt, wie auch aus Figur 3 hervorgeht, eine Nase 37, die in einem den Verstellbereich des Einfach-Innenexzentergetriebes 25 begrenzendem Ringausschnitt 38 der Anschlagscheibe 36 zwischen zwei Anschlägen 39, 40 schwenkbar ist. Der Abtriebsflansch 34 läßt sich durch Sintern, Taumelpressen oder Axialwalzen spanlos herstellen. Er kann auch zusammen mit dem zweiten Hohlrad 35 gesintert werden.

[0047] Auf der Verstellmotorseite des Einfach-Innenexzentergetriebes 25 ist ein Blechdeckel 41 vorgesehen, der in einem Rezess 42 eingepreßt ist und der die Axialbewegung der beiden Stirnrädern 27, 28 und einer Verstellwelle 18' begrenzt.

[0048] Das Einfach-Innenexzentergetriebe 25 funktioniert folgendermaßen:

[0049] Im Regelbetrieb drehen sich das Einfach-Innenexzentergetriebe 25 und der Rotor des Verstellmotors als Ganzes mit Nockenwellendrehzahl. Beim Früh- oder Spätverstellen der Nockenwelle beschleunigt bzw. verzögert der Verstellmotor die Verstellwelle 18' mit dem Innenexzenter 30. Dadurch wälzen sich die Stirnräder 27, 28 auf den Hohlrädern 26, 35 ab und bewirken aufgrund der geringen Zähnezahldifferenz der zusammengehörigen Stirn/Hohlräder die Phasenverstellung mit großer Untersetzung.

[0050] Figur 4 stellt ein Einfach-Innenexzentergetriebe 25' als konstruktive Variante des Einfach-Innenexzentergetriebe 25 von Figur 2 dar. Ein Antriebsrad 2a' ist zusammen mit einem ersten Hohlrad 26' und dessen Verzahnung einteilig gesintert. Die Verzahnung kann erforderlichenfalls nachgewalzt werden, um eine erhöhte Zahnfestigkeit zu erzielen.

[0051] Ein zweites Hohlrad 35' ist mit einem Abtriebsflansch 34' durch einen Pressverband und durch Verschweißen verbunden. Beide Bauteile können vorteilhafterweise auch einteilig durch Sintern gefertigt werden.

[0052] Ein erstes Stirnrad 27' ist um die Breite eines zweiten Stirnrades 28' erweitert. Die Verzahnung der Hohlräder 26', 35' weist trotz unterschiedlicher Zähnezahl dank Profilverschiebung einen gleichen Innendurchmesser auf und macht so ein Kämmen mit dem ersten Stirnrad 27' möglich. Das erste Stirnrad 27' kann durch Sintern aber auch durch Taumelpressen, Kaltpressen oder Fließpressen hergestellt werden.

[0053] Das erste Stirnrad 27' ist über ein erstes Nadellager 29' auf einem Einfach-Innenexzenter 30' und dieser über ein zweites Nadellager 32' auf einem Zwischenstück 33' gelagert. Dieses kann unter anderem durch Sintern, Fließpressen oder Tiefziehen gefertigt werden. Sein gegenüber dem Zwischenstück 33 verringerter Außen- und Innendurchmesser macht eine Auflage des Schraubenkopfs der zentralen Spannschraube auf einer Stirnfläche 43 des Zwischenstücks 33' erforderlich. Dies hat die modifizierte Form einer Verstellwelle 18" zur Folge. Dieselbe kann durch Fließpressen oder Tiefziehen und eine Zahnkupplung 31' durch Ausstanzen gefertigt werden.

[0054] Der Blechdeckel 41' dient auch bei dieser Variante als axialer Anschlag für das erste Stirnrad 27' und die Verstellwelle 18" sowie als Schmierölführung. Ein Sprengring 44 dient als axialer Anschlag des zweiten Hohlrads 35' auf der Abtriebsseite.

[0055] Das in Figur 5 dargestellte Einfach-Innenexzentergetriebe 25" unterscheidet sich von den Einfach-Innenexzentergetrieben 25 bzw. 25' durch die Befestigung einer Anschlagscheibe 36' an dem ersten Hohlrad 26". Diese erfolgt tangential durch in Schlitze 45 desselben hineinragende Zapfen 46 der Anschlagscheibe 36', während als axiale Sicherung ein Sprengring 44' dient.

[0056] Ein weiterer Unterschied liegt in einem zweiteiligen Einfach-Innenexzenter 30", der von einem entsprechend geformten, stranggepressten Rohr abschneidbar ist und der mit einer gestanzten Zahnkupplung 31" verpress- und verschweißbar ist.

[0057] In einem gesinterten Abtriebsflansch 34" ist ein radial verlaufender Schmierölkanal 47 eingeprägt, der die Nadellager 32", 29" und die Verzahnungen der Stirn- und Hohlräder 27", 28", 26", 35" mit Schmieröl versorgt. Die beiden Stirnräder 27", 28" sind einteilig und, einschließlich ihrer Verzahnungen, gesintert.

[0058] Ein Einfach-Innenexzentergetriebe 25'" nach Figur 6 unterscheidet sich durch folgende Merkmale von den vorhergehenden Varianten:

• ein einteiliges Antriebsrad 2a"/erstes Hohlrad 26'" ist aufgrund seiner Abmessungen als Taumelpressteil geeignet;
• eine tiefgezogene Anlaufscheibe 36" ist mit dem Antriebsrad 2a" durch Presssitz und Laserschweißen verdrehfest verbunden. Sie dient mit ihrem Innenumfang als Gleitlager für das Antriebsrad 2a" und für das erste Hohlrad 26'" und zudem als Axialanschlag für ein zweites Hohlrad 35"' und den mit ihm verbundenen Abtriebsflansch 34"'.

[0059] Das in Figur 7 dargestellte Einfach-Innenexzentergetriebe 25"" zeichnet sich durch ein erstes Stirn- und Hohlrad 27"", 26"" mit rechteckigem Querschnitt aus. Diese Ringe eignen sich in besonderer Weise zum Ablängen von einem entsprechend innen- bzw. außenverzahnten Rohr. Dasselbe gilt für das erste Stirnrad 27 der Figur 2 und das erste Stirnrad 27'" der Figur 6.

[0060] Das erste Hohlrad 26'" ist in das Antriebsrad 2a"' eingepresst, während ein zweites Hohlrad 35"' in dem Antriebsrad 2a"' gleitgelagert und durch eine mit demselben verschweißte Anlaufscheibe 36'" axial geführt ist.

[0061] In Figur 8 ist das Einfach-Innenexzentergetriebe 25' von Figur 4 im Querschnitt dargestellt, jedoch mit einer einteiligen Ausbildung des Zwischenstücks 33' mit dem Antriebsflansch 34' und dem Hohlrad 35'. Dadurch wird die Zahl der Bauteile deutlich reduziert. Als Fertigungsverfahren kommt vor allem das Sintern in Frage.

[0062] Figur 9 zeigt eine Seitenansicht einer sogenannten Kugelorbitalkupplung 49, die, ähnlich einer Klauen-, Segment- oder Stiftkupplung, als Ersatz für eine Hohlrad/Stirnrad-Zahnkupplung zum Ausgleich der Exzenterbewegung dient. Die Kugelorbitalkupplung 49 weist zwei Stahlscheiben 50 auf, zwischen denen Kugeln 51 unter axialer Vorspannung eingeklemmt sind. Die Kugeln 51 sind halbseitig in Kreislaufbahnen 52 der Stahlscheiben 50 geführt (siehe auch Figur 10), wo sie eine Kreisbewegung ausführen, ohne Spiel zu benötigen. Eine der Stahlscheiben 50 ist mit einem der Stirnräder des Einfach-Innenexzentergetriebes verdrehfest verbunden, die andere mit einem nockenwellenfesten Teil des Getriebes.

[0063] Figur 11 stellt ein Einfach-Innenexzentergetriebe 25""' dar, das über eine Elastomerkupplung 48 mit einer nicht dargestellten Nockenwelle verdrehfest verbunden ist. Besonderes Kennzeichen dieses Getriebes ist die koaxiale Anordnung eines ersten und zweiten Hohlrades 26""', 35""' und eines ersten und zweiten Stirnrades 27""', 28"'. Dadurch wird relativ wenig axialer Bauraum benötigt. Außerdem ist der Abstand des ersten Hohlrades 26""' zu einem Doppelrillenkugellager 53, das das Kippmoment desselben und die Last eines Antriebsrades 2a"" aufnimmt, relativ gering. Dies wirkt sich wegen der kleineren radialen Verschiebungen positiv auf das Abwälzverhalten der Verzahnungen aus. Das Antriebsrad 2a"" ist einteilig mit dem ersten Hohlrad 26""' ausgebildet, in gleicher Weise das erste Stirnrad 27""' und das zweite Hohlrad 35""', die durch einen Flansch 54 miteinander verbunden sind. Das zweite Stirnrad 28"' ist mit einem Abtriebsteil 55 und einer Verstellwelle 18"" mit einem Einfach-Innenexzenter 30'" einteilig ausgeführt. Der Einfach-Innenexzenter 30'" und das erste Stirnrad 27""' mit dem zweiten Hohlrad 35""' sind auf einem zweiten und dritten Doppelrillenkugellager 56, 57 gelagert.

[0064] In Figur 12 ist der Querschnitt eines Einfach-Innenexzentergetriebes 25""" dargestellt, das sich von dem der Figur 11 durch Vertauschen des dortigen zweiten Hohlrades und des dortigen zweiten Stirnrades unterscheidet. Diese sind in Figur 12 als ein neues zweites Hohlrad 35""" und ein neues zweites Stirnrad 28"" ausgebildet und greifen wechselseitig ineinander. Ein Antriebsrad 2a""", ein Flansch 54' und ein Abtriebsteil 55" sind der veränderten Konstruktion angepasst. Die Funktion der Einfach-Innenexzentergetriebe 25""' und 25""" entspricht der in den Figuren 2 bis 8 dargestellte Getriebe.

Bezugszeichenliste

[0065] 

1

Taumelscheibengetriebe

2, 2a, 2a', 2a", 2a"', 2a"", 2a""'

Antriebsrad

3

Getriebegehäuse

4

Außenflansch

5

Gewindebohrung

6

erstes Kegelrad

7

Schraube

8

Innenflansch

9

Absatz

10

zweites Kegelrad

11

Schulter

12

Anlaufscheibe

13, 13'

zentrale Spannschraube

14

Nockenwelle

15

Hohlflansch

16

Taumelscheibe

17

Rillenkugellager

18, 18', 18", 18'", 18""

Verstellwelle

19

Nadellager

20

zylindrischer Teil

21

Ölleitung

22

Nockenwellenlager

23

Ringraum

24

Beilegscheibe

25, 25', 25", 25"', 25"", 25""', 25"""

Einfach-Innenexzentergetriebe

26, 26', 26", 26"', 26"", 26""'

erstes Hohlrad

27, 27', 27", 27'", 27"", 27""'

erstes Stirnrad

28, 28', 28", 28'", 28""

zweites Stirnrad

29, 29', 29"

erstes Nadellager

30, 30', 30", 30"'

Einfach-Innenexzenter

31,31',31"

Zahnwellenkupplung

32, 32', 32"

zweites Nadellager

33, 33'

Zwischenstück

34, 34', 34", 34"'

Abtriebsflansch

35, 35', 35", 35"', 35"", 35""',35"""

zweites Hohlrad

36,36',36", 36"'

Anschlagscheibe

37

Nase

38

Ringabschnitt

39

erster Anschlag

40

zweiter Anschlag

41, 41'

Blechdeckel

42

Rezess

43

Stirnfläche

44, 44'

Sprengring

45

Schlitz

46

Zapfen

47

Schmierölkanal

48

Elastomerkupplung

49

Kugelorbitalkupplung

50

Stahlscheibe

51

Kugel

52

Kreislaufbahn

53

erstes Doppelrillenkugellager

54, 54'

Flansch

55, 55'

Abtriebsteil

56

zweites Doppelrillenkugellager

57

drittes Doppelrillenkugellager

58

drittes Stirnrad

Ansprüche

1. Elektromotorischer Nockenwellenversteller zur Drehwinkelverstellung der Nockenwelle (14) eines Verbrennungsmotors gegenüber der Kurbelwelle desselben, mit einem Dreiwellengetriebe, das ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebsrad (2, 2a, 2a", 2a", 2a"', 2a"", 2a""') und ein nockenwellenfestes Abtriebsteil sowie eine Verstellwelle (18, 18', 18", 18"', 18"") aufweist, die mit einem Rotor eines elektrischen Verstellmotors drehfest verbunden ist, dessen Stator am Verbrennungsmotor befestigt ist, wobei das Dreiwellengetriebe aus spanlos hergestellten Radsätzen und Gehäuseteilen besteht und Einrichtungen zum Einstellen bzw. Ausgleichen des Zahnspiels aufweist, wobei das Dreiwellengetriebe als Einfach-Innenexzentergetriebe (25, 25', 25", 25"', 25"", 25""', 25""") ausgebildet ist, mit einem Einfach-Innenexzenter (30, 30', 30", 30"') auf dem ein erstes und zweites Stirnrad (27, 27', 27", 27"'; 27"", 27""'; 28, 28', 28", 28"', 28"") angebracht sind, die verdrehfest miteinander verbunden sind und sich auf einem ersten und zweiten Hohlrad (26, 26', 26", 26"', 26"", 26""'; 35, 35', 35", 35"',35"", 35""', 35""") abwälzen, wobei das erste Stirn- und Hohlrad (27, 27', 27", 27"', 27"", 27""'; 26, 26', 26", 26"', 26"", 26""') ausschließlich der Untersetzung der Phasenstellung und das zweite Stirn- und Hohlrad (28, 28', 28", 28"', 28""; 35, 35', 35", 35"', 35"", 35""', 35""") auch der Untersetzung der Phasenstellung oder nur als Kupplungsverzahnung zum Durchleiten der Antriebs- und Verstellleistung zur Nockenwelle (14) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohl- und Stirnräder (26"'; 27, 27", 27"') als innen- bzw. außenverzahnte Zahnringe ausgebildet sind, die von innen- bzw. außenzahnprofilierten Rohren in erforderlicher Länge abtrennbar sind.

2. Nockenwellenversteller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohl- und Stirnräder (26""; 27, 27"', 27"") aus zahnprofilierten Bändern zu Zahnringen umgeformt, durch Schweißen oder Klipsen geschlossen und anschließend nachkalibriert sind.

3. Nockenwellenversteller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfach-Innenexzentergetriebe (25, 25', 25", 25"', 25"") an Stelle eines das Nockenwellendrehmoment übertragenden Hohl/Stirnradpaares eine sogenannte Kugelorbitalkupplung (49) aufweist, bei der Kugeln (51), die halbseitig in Kreislaufbahnen (52) zweier gleicher, unter axialer Vorspannung stehender Stahlscheiben (50) geführt sind, das Drehmoment spielfrei übertragen und die Exzenterbewegung ausgleichen, wobei eine der Stahlscheiben (50) mit einem Stirnrad des Getriebes und die andere mit einem nockenwellenfesten Teil derselben verdrehfest verbunden sind.

Claims

1. Electromotive camshaft adjuster for adjusting the angle of rotation of the camshaft (14) of an internal combustion engine relative to the crankshaft of same, with a triple-shaft gear mechanism which has a driving wheel (2, 2a, 2a', 2a", 2a"', 2a"", 2a""') which is driven by the crankshaft, and an output part mounted on the camshaft, and an adjusting shaft (18, 18', 18", 18"', 18"") which is connected in a rotationally fixed manner to a rotor of an electric adjusting motor, the stator of which is fixed on the internal combustion engine, wherein the triple-shaft gear mechanism comprises sets of gears and housing parts produced without cutting and has devices for adjusting and compensating for the backlash, wherein the triple-shaft gear mechanism is designed as a single internaleccentric gear mechanism (25, 25', 25", 25"', 25"", 25""', 25""") with a single internal eccentric (30, 30', 30", 30"') on which a first and second spur gear (27, 27', 27", 27"'; 27"", 27""'; 28, 28', 28", 28"', 28"") are fitted, which spur gears are connected to each other in a rotationally fixed manner and roll along a first and second internal gear (26, 26', 26", 26"', 26"", 26""'; 35, 35', 35", 35"_', 35"", 35""', 35"""), wherein the first spur and internal gear (27, 27', 27", 27"', 27"", 27""'; 26, 26', 26", 26"', 26"", 26""') serve exclusively for the stepping-down of the phase position, and the second spur and internal gear (28, 28', 28", 28"', 28""; 35, 35', 35", 35"', 35"", 35""', 35""") also serve for the stepping-down of the phase position or only as a coupling toothing for passing the driving and adjusting power through to the camshaft (14), characterized in that the internal and spur gears (26"'; 27, 27", 27"') are designed as internally or externally toothed annular gears which can be separated to the required length from tubes profiled with internal or external teeth.

2. Camshaft adjuster according to the precharacterizing clause of Claim 1, characterized in that the internal and spur gears (26""; 27, 27"', 27"") are formed from tooth-profiled strips to provide annular gears, are closed by welding or clipping and are subsequently recalibrated.

3. Camshaft adjuster according to the precharacterizing clause of Claim 1, characterized in that, instead of a pair of internal/spur gears transmitting the camshaft torque, the single internaleccentric gear mechanism (25, 25', 25", 25"', 25"" ) has a "ball orbital coupling" (49) in which balls (51), half of the sides of which are guided in circulating tracks (52) of two identical steel discs (50) which are under axial prestress, transmit the torque in a manner free from play and compensate for the eccentric movement, one of the steel discs (50) being connected in a rotationally fixed manner to a spur gear of the gear mechanism and the other being connected in a rotationally fixed manner to a part thereof which is mounted on the camshaft.

Revendications

1. Déphaseur d'arbre à cames à moteur électrique pour le réglage de l'angle de rotation de l'arbre à cames (14) d'un moteur à combustion interne par rapport à son vilebrequin, comprenant une transmission à trois arbres, qui présente une roue d'entraînement (2, 2a, 2a', 2a", 2a"', 2a"", 2a""') entraînée par le vilebrequin et une partie de sortie fixée à l'arbre à cames ainsi qu'un arbre de réglage (18, 18', 18", 18"', 18""), qui est connecté de manière solidaire en rotation à un rotor d'un moteur de réglage électrique, dont le stator est fixé sur le moteur à combustion interne, la transmission à trois arbres se composant de trains de roues et de pièces de boîtier fabriqués sans enlèvement de copeaux et présentant des dispositifs pour l'ajustement ou la compensation du jeu entre les dents, la transmission à trois arbres étant réalisée sous forme de transmission à excentrique interne simple (25, 25', 25", 25"', 25"", 25""', 25""") avec un excentrique interne simple (30, 30', 30", 30"') sur lequel sont montés un premier et un deuxième pignons droits (27, 27', 27", 27"', 27"", 27""' ; 28, 28', 28", 28"', 28""), qui sont connectés l'un à l'autre de manière solidaire en rotation et qui roulent sur une première et une deuxième couronne (26, 26', 26", 26"', 26"", 26""' ; 35, 35', 35", 35"', 35"", 35""', 35"""), le premier pignon droit et la première couronne (27, 27', 27", 27"', 27"", 27""' ; 26, 26', 26", 26"', 26"", 26""') servant exclusivement à la réduction de la position de phase et le deuxième pignon droit et la deuxième couronne (28, 28', 28", 28"', 28"" ; 35, 35', 35", 35"', 35"", 35""', 35""") servant aussi à la réduction de la position de phase ou seulement de denture d'embrayage pour transférer la puissance d'entraînement et de réglage à l'arbre à cames (14), caractérisé en ce que les couronnes et pignons droits (26"' ; 27, 27", 27"') sont réalisés sous forme de bagues dentées à dentures intérieures ou extérieures, qui peuvent être séparées par des tubes profilés à dentures intérieures ou extérieures à la longueur requise.

2. Déphaseur d'arbre à cames selon le préambule de la revendication 1, caractérisé en ce que les couronnes et pignons droits (26"" ; 27, 27"', 27"") sont façonnés à partir de bandes profilées dentées pour former des bagues dentées, sont fermés par soudage ou enclipsage et sont ensuite ré-étalonnés.

3. Déphaseur d'arbre à cames selon le préambule de la revendication 1, caractérisé en ce que la transmission à excentrique interne simple (25, 25', 25", 25"', 25"") présente à la place d'une paire de couronnes/pignons droits transmettant le couple de l'arbre à cames, ce qu'on appelle un embrayage orbital sphérique (49), dans lequel des billes (51), qui sont guidées à moitié dans des pistes circulaires (52) de deux disques en acier (50) identiques soumis à une précontrainte axiale, transmettent le couple sans jeu et compensent les mouvements excentriques, l'un des disques en acier (50) étant connecté de manière solidaire en rotation à un pignon droit de la transmission et l'autre étant connecté de manière solidaire en rotation à une partie de celle-ci fixée à l'arbre à cames.

Zeichnung