[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Phasenverschiebung eines Drehwinkels
eines Antriebsteils zu einem Abtriebsteil, mit einem Doppelzahnrad, welches ein außenverzahntes,
erstes Zahnrad und ein außenverzahntes, zweites Zahnrad aufweist, wobei die beiden
Zahnräder drehfest miteinander verbunden sind, einem innenverzahnten, ersten Hohlrad,
welches mit dem Antriebsteil drehfest verbunden ist und mit dem außenverzahnten, ersten
Zahnrad wirkverbunden ist, einem innenverzahnten, zweiten Hohlrad, welches mit dem
Abtriebsteil drehfest verbunden ist und mit dem außenverzahnten, zweiten Zahnrad wirkverbunden
ist, und einem Exzenter, auf welchem das Doppelzahnrad über ein Lagerelement drehbar
gelagert ist, wobei radial zwischen dem Doppelzahnrad und dem Exzenter mindestens
ein Elastomerelement angeordnet ist.
[0002] Derartige Vorrichtungen sind insbesondere zur Phasenverschiebung zwischen einer Kurbelwelle
und einer Nockenwelle bekannt. Die Phasenverschiebung dient zur Steuerung der Öffnungs-
und Schließzeitpunkte der Einlass- und Auslassventile eines Verbrennungsmotors, wodurch
der Ladungswechselprozess verbessert wird. Für die Phasenverschiebung zwischen der
Kurbelwelle und Nockenwelle werden häufig Exzentergetriebe eingesetzt, welche üblicherweise
mit einem Exzenter ausgeführt sind. Dabei werden zwei, fest miteinander verbundene,
außenverzahnte Zahnräder auf einem Exzenter gelagert, wobei ein erstes, außenverzahntes
Zahnrad mit einem Antriebshohlrad und ein zweites, außenverzahntes Zahnrad mit einem
Abtriebshohlrad in Eingriff stehen. Zusätzlich wird der Exzenter über einen Aktor
angetrieben, wobei durch die Exzenterdrehgeschwindigkeit die Höhe der Phasenverschiebung
und die Richtung der Phasenverschiebung eingestellt werden.
[0003] Eine Vorrichtung zur Phasenverschiebung eines Drehwinkels eines Antriebsteils zu
einem Abtriebsteil offenbart beispielsweise die
JP 2012-092720. Die Vorrichtung weist ein angetriebenes Antriebsteil, ein Abtriebsteil und ein Exzentergetriebe
auf. Das Exzentergetriebe umfasst einen Exzenter, auf dessen Außenfläche ein Doppelzahnrad
mit zwei unterschiedlichen Außenverzahnungen drehbar gelagert ist. Eine erste Außenverzahnung
ist mit einem ersten, innenverzahnten Hohlrad wirkverbunden und eine zweite Außenverzahnung
ist mit einem zweiten, innenverzahnten Hohlrad wirkverbunden. Das erste Hohlrad ist
mit dem Antriebsteil und das zweite Hohlrad ist mit dem Abtriebsteil fest verbunden.
[0004] Zum radialen Vorspannen des Doppelzahnrades gegen die Hohlräder ist radial zwischen
dem Exzenter und dem Doppelzahnrad ein Elastomerelement vorgesehen. Das Elastomerelement
wird beim Montagevorgang verformt und vorgespannt, so dass das Elastomerelement im
montierten Zustand das Doppelzahnrad radial vorspannt. Das Elastomerelement weist
eine hohlzylindrische Form auf und wird über eine Verpressung zwischen einem Lagerelement
und dem Exzenter oder dem Doppelzahnrad radial und axial in seiner montierten Lage
gehalten.
[0005] Nachteilig an einer derartigen Ausgestaltung der Vorrichtung zur Phasenverschiebung
ist, dass das Elastomerelement sich im Betrieb der Vorrichtung axial verschieben kann,
da die Verpressung des Elastomerelements ein axiales Verschieben des Elastomerelements
nicht zuverlässig verhindern kann. Bei einer Verschiebung des Elastomerelements besteht
die Gefahr, dass das Elastomerelement und die gesamte Vorrichtung beschädigt werden.
Dabei kann das Doppelzahnrad durch die axiale Verlagerung des Elastomerelements verkippen
und dadurch ein Verklemmen der Zahnräder verursachen. Des Weiteren kann durch die
axiale Verlagerung des Elastomerelements die vordefinierte radiale Verspannung zwischen
den Außenverzahnungen des Doppelzahnrades und den Innenverzahnungen der Hohlräder
nicht gewährleistet werden.
[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Phasenverschiebung
eines Drehwinkels eines Antriebsteils zu einem Abtriebsteils bereitzustellen, bei
welcher über die gesamte Lebensdauer der ordnungsgemäße Betrieb gewährleistet werden
kann und eine Beschädigung der Vorrichtung zuverlässig verhindert werden kann.
[0007] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
[0008] Dadurch, dass der Exzenter oder das Doppelzahnrad eine Nut aufweisen, wobei in der
Nut das mindestens eine Elastomerelement angeordnet ist, wird das Elastomerelement
sicher und zuverlässig in einer vordefinierten, axialen Lage gehalten und ein Verkippen
des Doppelzahnrads aufgrund eines unerwünschten Verschiebens des Elastomerelements
zuverlässig verhindert. Durch die Anordnung des Elastomerelements in der Nut wird
das Elastomerelement formschlüssig an dem Exzenter oder dem Doppelzahnrad axial fixiert,
wobei das Elastomerelement in ihrem montierten Zustand radial in die Nut gepresst
wird. Auf diese Weise wird ein Herausgleiten des Elastomerelements aus der Nut zuverlässig
verhindert. Damit wird die Vorspannung zwischen dem Doppelzahnrad und den Hohlrädern
zuverlässig über die gesamte Lebensdauer gewährleistet und eine Beschädigung der Vorrichtung
aufgrund einer Verschiebung des Elastomerelements zuverlässig verhindert.
[0009] Vorzugsweise ist das Elastomerelement radial zwischen dem Lagerelement und dem Doppelzahnrad
angeordnet, wobei die Nut an einer dem Exzenter zugewandten Innenumfangsfläche des
Doppelzahnrades vorgesehen ist. Alternativ ist das Elastomerelement radial zwischen
dem Exzenter und dem Lagerelement angeordnet, wobei die Nut an einer dem Doppelzahnrad
zugewandten Außenumfangsfläche des Exzenters vorgesehen ist. Auf diese Weise kann
das Elastomerelement einfach und zuverlässig montiert werden, wobei im Montagevorgang
der Vorrichtung das Elastomerelement gemeinsam mit dem Lageelement und dem Exzenter
oder dem Doppelzahnrad zu einer Vormontagebaugruppe vormontiert werden kann und anschließend
mit den anderen Komponenten der Vorrichtung endmontiert werden kann.
[0010] In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Exzenter eine Hülse auf, welche an der
Außenumfangsfläche angeordnet ist, wobei das Elastomerelement radial zwischen der
Außenumfangsfläche und der Hülse angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Elastomerelement
bereits vor der Endmontage der Vorrichtung an dem Exzenter positioniert und fixiert
werden. Die Hülse dient außerdem mit ihrer Außenumfangsfläche als Innenlaufring des
als Wälzläger ausgeführten Lagerelements. Dadurch kann der radiale Bauraum der Vorrichtung
reduziert werden.
[0011] Vorzugsweise ist das Elastomerelement aus einem Fluorkautschuk oder einem hydrierten
Acrylnitrilbutadien-Kautschuk hergestellt, wobei der hydrierte Acrylnitrilbutadien-Kautschuk
eine relativ hohe Wärmebeständigkeit, gute mechanische Eigenschaften und eine gute
Alterungsbeständigkeit aufweist.
[0012] In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Elastomerelement ein O-Ring, wodurch die
Montage des Elastomerelements vereinfacht werden kann.
[0013] Vorzugsweise weist das Elastomerelement eine zum Doppelzahnrad zugewandte, erste
Oberfläche und eine zum Exzenter zugewandte, zweite Oberfläche auf, wobei zumindest
einer der beiden Oberflächen wellenartig ausgeführt ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung
sind beiden Oberflächen wellenartig ausgeführt. Das Elastomerelement liegt im montierten
Zustand mit den verformten Spitzen der wellenartigen Oberfläche an dem Doppelzahnrad
und/oder dem Exzenter an. Auf diese Weise wird das Doppelzahnrad über den Umfang gleichmäßig
vorgespannt und eine Überbelastung des Elastomerelements wird zuverlässig verhindert.
[0014] Vorzugsweise sind zwei Elastomerelemente vorgesehen, welche axial voneinander beabstandet
angeordnet sind. Dadurch kann das relativ breite Doppelzahnrad radial gleichmäßig
vorgespannt werden und ein Verkippen des Doppelzahnrades zuverlässig verhindert werden.
Weiterhin wird eine Verdrehung des Doppelzahnrads um eine Vertikalachse reduziert,
wobei sich die Verdrehung daraus gibt, dass unterschiedliche, aus der Verzahnung resultierende
Belastungen auf das erste außenverzahnte Zahnrad und das zweite außenverzahnte Zahnrad
wirken.
[0015] In einer bevorzugten Ausgestaltung können die beiden Elastomerelemente einstückig
ausgeführt sein, wobei die beiden Elastomerelemente über ein einstückig mit den Elastomerelementen
ausgeführtes Verbindungselement miteinander axial gekoppelt sind.
[0016] In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die beiden Elastomerelemente in jeweils einer
separaten Nut angeordnet, wodurch beide Elastomerelemente sicher und zuverlässig in
einer vordefinierten, axialen Lage gehalten werden können.
[0017] Vorzugsweise ist radial zwischen dem Exzenter und dem Doppelzahnrad ein Blechfederelement
angeordnet, wobei das Blechfederelement das Doppelzahnrad radial belastet. Das Blechfederelement
belastet das Doppelzahnrad radial in die gleiche Richtung wie das Elastomerelement
und unterstützt damit das Elastomerelement beim radialen Vorspannen des Doppelzahnrads.
Vorzugsweise dient der axial zwischen den beiden Nuten angeordnete Abschnitt als radialer
Anschlag, wobei der Anschlag eine Kompression der Elastomerelemente begrenzt und dadurch
eine Überlastung der Elastomerelemente zuverlässig verhindert wird.
[0018] Das Blechfederelement und das Elastomerelement bilden gemeinsam ein Federsystem zum
radialen Vorspannen des Doppelzahnrads, wobei das Blechfederelement eine derartige
Federkennlinie aufweist, dass die Federkraft des Blechfederelements ab einem vordefinierten
Federweg ansteigt und dadurch eine Beschädigung des Elastomerelements verhindert wird.
[0019] In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Lagerelement ein Nadellager, wodurch der
radiale Bauraum der Vorrichtung reduziert werden kann.
[0020] Vorzugsweise ist das Doppelzahnrad einstückig hergestellt, wobei das außenverzahnte
erste Zahnrad mit dem außenverzahnten zweiten Zahnrad einstückig ausgeführt ist. Dadurch
kann der Montageaufwand der Vorrichtung reduziert werden.
[0021] Es wird somit eine Vorrichtung geschaffen, welche auf eine einfache und kostengünstige
Weise die Vorspannung zwischen dem Doppelzahnrads und den Hohlräder zuverlässig über
die gesamte Lebensdauer gewährleistet, indem eine unerwünschte Verlagerung des Elastomerelements
durch die Anordnung des Elastomerelements in einer Nut zuverlässig verhindert wird.
[0022] Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Figur dargestellt
und nachfolgend beschrieben.
[0023] Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung einer Vorrichtung zur Phasenverschiebung
eines Abtriebsteils zu einem Antriebsteil in geschnittener Ansicht, und
[0024] Die Figur 2 zeigt ein Elastomerelement der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Figur
1.
[0025] Die in der Figur 1 dargestellte Vorrichtung umfasst ein Antriebsteil 2 und ein Abtriebsteil
4. Das Abtriebsteil 4 ist über eine Schraube 5 mit einer Nockenwelle 6 drehfest verbunden,
wobei ein Schraubenschaft der Schraube 5 sich durch eine an dem Abtriebsteil 4 vorgesehene
Öffnung 7 erstreckt und in die Nockenwelle 6 eingeschraubt ist. Das Antriebsteils
2 weist an einer Außenfläche ein Kettenrad 8 auf, welches einstückig mit dem Antriebsteil
2 hergestellt ist. Auf das Kettenrad 8 greift ein nicht dargestellter Kettentrieb
ein, welcher das Kettenrad 8 mit einer ebenfalls nicht dargestellten Kurbelwelle verbindet
und eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle an das Antriebsteil 2 überträgt.
[0026] An der dem Kettenrad 8 radial abgewandten Seite des Antriebsteils 2 ist ein Exzentergetriebe
16 angeordnet. Das Exzentergetriebe 16 weist eine erste Zahnradpaarung 18 und eine
zweite Zahnradpaarung 20 auf. Die erste Zahnradpaarung 18 umfasst ein innenverzahntes,
erstes Hohlrad 22 und ein außenverzahntes, erstes Zahnrad 24. Das innenverzahnte,
erste Hohlrad 22 ist an der dem Kettenrad 8 abgewandten Seite des Antriebsteils 2
angeordnet und ist einstückig mit dem Antriebsteil 2 hergestellt. Das außenverzahnte,
erste Zahnrad 24 bildet gemeinsam mit einem außenverzahnten, zweiten Zahnrad 26 ein
Doppelzahnrad 25, wobei die beiden außenverzahnten Zahnräder 24, 26 drehfest miteinander
verbunden sind und miteinander rotieren. Das außenverzahnte, zweite Zahnrad 26 steht
mit einem innenverzahnten, zweiten Hohlrad 28 in Eingriff, welches mit dem Abtriebsteil
4 drehfest verbunden ist und zusammen mit dem außenverzahnten, zweiten Zahnrad 26
die zweite Zahnradpaarung 20 bildet.
[0027] Das Doppelzahnrad 25 ist derart ausgestaltet, dass das außenverzahnte, erste Zahnrad
24 einen axial erstreckenden Stutzen 27 aufweist, auf welchen das außenverzahnte,
zweite Zahnrad 26 aufgeschoben ist. Die drehfeste Verbindung zwischen dem ersten und
zweiten außenverzahnten Zahnrad 24, 26 kann beispielsweise über eine Verzahnung oder
einen Presssitz hergestellt werden.
[0028] Das Doppelzahnrad 25 ist drehbar auf einem durch eine Antriebseinheit angetriebenen
Exzenter 32 gelagert. Der Exzenter 32 ist ein einstückiger Innenexzenter, welcher
über ein Nadellager 40 an einer Außenumfangsfläche eines an dem Abtriebsteil 4 ausgebildeten
Lagerstutzen 42 drehbar gelagert ist. Die Innenlauffläche 44 des Nadellagers 40 wird
durch die Außenumfangsfläche des Lagerstutzens 42 gebildet. Die Außenlauffläche 46
des Nadellagers 40 bildet die Innenumfangsfläche des Exzenters 32.
[0029] Die drehbare Lagerung des Doppelzahnrades 25 auf dem Exzenter 32 erfolgt über ein
radial zwischen dem Doppelzahnrad 25 und dem Exzenter 32 angeordneten Nadellager 48,
wobei die Außenlauffläche 50 durch die Innenumfangsfläche des Doppelzahnrades 25 gebildet
ist. Die Innenlauffläche 52 des Nadellagers 48 bildet eine Außenumfangsfläche einer
Hülse 54, welche auf einer Außenumfangsfläche des Exzenters 32 angeordnet ist. Radial
zwischen der Hülse 54 und der Außenumfangsfläche sind zwei Elastomerelemente 60, 62
und ein Blechfederelement 64 vorgesehen, wobei die Elastomerelemente 60, 62 und das
Blechfederelement 64 das Doppelzahnrad 25 radial belasten. Durch die radiale Belastung
kann das Spiel zwischen den beiden außenverzahnten Zahnräder 24, 26 und den entsprechenden
innenverzahnten Hohlrädern 22, 28 ausgeglichen werden. Außerdem wird das Doppelzahnrad
25 durch die Elastomerelemente 60, 62 radial gedämpft.
[0030] Das Blechfederelement 64 weist einen wellenartigen Querschnitt auf und ist in einer
an der Außenumfangsfläche des Exzenters 32 vorgesehenen Aussparung 66 angeordnet.
[0031] Die beiden Elastomerelemente 60, 62 sind in Figur 2 gezeigt und sind als O-Ringe
ausgeführt. Die Elastomerelemente 60, 62 weisen jeweils eine dem Exzenter 32 zugewandte
Oberfläche 70 und eine dem Doppelzahnrad 25 zugewandte Oberfläche 68 auf. Beide Oberflächen
68, 70 weisen eine wellenartige Form auf. Durch die wellenartige Form der Oberflächen
68, 70 liegen die Elastomerelemente 60, 62 im endmontierten Zustand mit den entsprechenden
Spitzen der wellenartigen Oberflächen 68, 70 an der Hülse 54 und dem Exzenter 32 an.
[0032] Erfindungsgemäß sind die Elastomerelement 60, 62 in jeweils einer an der Außenumfangsfläche
des Exzenters 32 hergestellten Nut 72, 74 angeordnet. Die beiden Nuten 72, 74 sind
axial beabstandet zueinander angeordnet und weisen einen kreisringartigen Querschnitt
auf. Axial zwischen den beiden voneinander beabstandeten Nuten 72, 74 ist die Aussparung
66 und das Blechfederelement 64 angeordnet. Die Nuten 72, 74 erstrecken sich über
den gesamten Umfang der Außenumfangsfläche des Exzenters 32, so dass die ringartigen
Elastomerelemente 60, 62 über den gesamten Umfang in den Nuten 72, 74 angeordnet sind.
[0033] Durch die Anordnung der Elastomerelemente 60, 62 in den Nuten 72, 74 werden die Elastomerelemente
60, 62 axial in ihren vordefinierten axialen Lagen zuverlässig gehalten. Dadurch wird
ein unerwünschtes axiales Bewegen der Elastomerelemente 60, 62 verhindert.
[0034] Es sollte deutlich sein, dass auch andere konstruktive Ausführungsformen im Vergleich
zur beschriebenen Ausführungsform möglich sind, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs
zu verlassen. Es können beispielsweise der Exzenter 32 oder die Elastomerelemente
60, 62 anders ausgeführt sein.
1. Vorrichtung zur Phasenverschiebung eines Drehwinkels eines Antriebsteils (2) zu einem
Abtriebsteil (4), mit
einem Doppelzahnrad (25), welches ein außenverzahntes, erstes Zahnrad (24) und ein
außenverzahntes, zweites Zahnrad (26) aufweist, wobei die beiden Zahnräder (24, 26)
drehfest miteinander verbunden sind,
einem innenverzahnten, ersten Hohlrad (22), welches mit dem Antriebsteil (2) drehfest
verbunden ist und mit dem außenverzahnten, ersten Zahnrad (24) wirkverbunden ist,
einem innenverzahnten, zweiten Hohlrad (28), welches mit dem Abtriebsteil (4) drehfest
verbunden ist und mit dem außenverzahnten, zweiten Zahnrad (26) wirkverbunden ist,
und einem Exzenter (32), auf welchem das Doppelzahnrad (25) über ein Lagerelement
(48) drehbar gelagert ist, wobei radial zwischen dem Doppelzahnrad (25) und dem Exzenter
(32) mindestens ein Elastomerelement (60, 62) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Exzenter (32) oder das Doppelzahnrad (25) eine Nut (72, 74) aufweisen, wobei in
der Nut (72, 74) das mindestens eine Elastomerelement (60, 62) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Elastomerelement (60, 62) radial zwischen dem Lagerelement (48) und dem Doppelzahnrad
(25) angeordnet ist, wobei die Nut (72, 74) an einer dem Exzenter (32) zugewandten
Innenumfangsfläche des Doppelzahnrades (25) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Elastomerelement (60, 62) radial zwischen dem Exzenter (32) und dem Lagerelement
(48) angeordnet ist, wobei die Nut (72, 74) an einer dem Doppelzahnrad (25) zugewandten
Außenumfangsfläche des Exzenters (32) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Exzenter (32) eine Hülse (54) aufweist, welche an der Außenumfangsfläche angeordnet
ist, wobei das Elastomerelement (60, 62) radial zwischen dem der Außenumfangsfläche
und der Hülse (54) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Elastomerelement (60, 62) aus einem Fluorkautschuk oder aus einem hydrierten Acrylnitrilbutadien-Kautschuk
hergestellt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Elastomerelement (60, 62) ein O-Ring ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Elastomerelement (60, 62) eine zum Doppelzahnrad (25) zugewandte erste Oberfläche
(68) und eine zum Exzenter (32) zugewandte zweite Oberfläche (70) aufweist, wobei
zumindest einer der beiden Oberflächen (68, 70) wellenartig ausgeführt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
beiden Oberflächen (68, 70) wellenartig ausgeführt sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwei Elastomerelemente (60, 62) vorgesehen sind, welche axial voneinander beabstandet
angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Elastomerelemente (60, 62) in jeweils einer separaten Nut (72, 74) angeordnet
sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
radial zwischen dem Exzenter (32) und dem Doppelzahnrad (25) ein Blechfederelement
(64) angeordnet ist, wobei das Blechfederelement (64) das Doppelzahnrad (25) radial
belastet.
12. Vorrichtung zur Phasenverschiebung des Drehwinkels eines Antriebsteils zu einem Abtriebsteil
nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Lagerelement (48) ein Nadellager ist.
13. Vorrichtung zur Phasenverschiebung des Drehwinkels eines Antriebsteils zu einem Abtriebsteil
nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Doppelzahnrad (25) einstückig hergestellt ist.