DE102016007818A1

DE102016007818A1 - Verstellgetriebe mit einer verzahnungsfreien Wirkverbindung

Info

Publication number: DE102016007818A1
Application number: DE102016007818.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Lengfeld; Markus Reiff; Thomas Stolk; Alexander von Gaisberg-Helfenberg
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verstellgetriebe (10a; 10b) für einen Nockenwellenversteller (11a; 11b), insbesondere für einen Nockenwellenversteller (11a; 11b) für eine Brennkraftmaschine, in 3-Wellen-Bauweise, mit einem Getriebeeingangselement (12a; 12b) zur Einleitung eines Drehmoments, einem Getriebeausgangselement (13a; 13b) zur Ausleitung eines Drehmoments und einem Verstellelement (14a; 14b), das zur Verstellung einer Phasenlage zwischen dem Getriebeeingangselement (12a; 12b) und dem Getriebeausgangselement (13a; 13b) vorgesehen ist, wobei das Verstellgetriebe (10a; 10b) eine verzahnungsfreie Wirkverbindung aufweist, die das Getriebeeingangselement (12a; 12b) und das Getriebeausgangselement (13a; 13b) über das Verstellelement (14a; 14b) miteinander koppelt, und einen Nockenwellenversteller (11a; 11b) mit einem solchen Verstellgetriebe (10a; 10b).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verstellgetriebe für einen Nockenwellenversteller, insbesondere eine Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller, der ein Verstellgetriebe aufweist.
Aus der DE 10 2010 039 861 A1 ist bereits ein Nockenwellenversteller mit einem Verstellgetriebe in 3-Wellen-Bauweise bekannt, welches ein Getriebeeingangselement zur Einleitung eines Drehmoments, ein Getriebeausgangselement zur Ausleitung eines Drehmoments und ein Verstellelement, das zur Verstellung einer Phasenlage zwischen dem Getriebeeingangselement und dem Getriebeausgangselement vorgesehen ist, aufweist.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen einfachen und/oder kostengünstig herzustellenden Nockenwellenversteller bereitzustellen. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht aus von einem Verstellgetriebe, insbesondere für einen Nockenwellenversteller, in 3-Wellen-Bauweise, mit einem zur Getriebeeingangselement zur Einleitung eines Drehmoments, einem Getriebeausgangselement zur Ausleitung eines Drehmoments und einem Verstellelement, das zur Verstellung einer Phasenlage zwischen dem Getriebeeingangselement und dem Getriebeausgangselement vorgesehen ist.
Es wird vorgeschlagen, dass das Verstellgetriebe eine verzahnungsfreie Wirkverbindung aufweist, die das Getriebeeingangselement und das Getriebeausgangselement über das Verstellelement miteinander koppelt. Indem auf eine Wirkverbindung über eine oder mehrere Verzahnungen, wie insbesondere über Zahnräder, Planetenräder, Zahnstangen oder Zahnkränze, verzichtet wird, kann ein Aufwand in einer Herstellung verringert werden. Dadurch können Kosten eingespart werden. Zudem kann eine Bauweise vereinfacht werden. Unter einem „Verstellgetriebe in 3-Wellen-Bauweise” soll insbesondere eine Bauart verstanden werden, welche in ihrer Funktionsweise zumindest in einem Winkelbereich einem Planetenradgetriebe zur Verstellung der Phasenlage nahekommt. Das Getriebeeingangselement ist zur Kopplung mit der Kurbelwelle vorgesehen. Das Getriebeausgangselement ist dazu vorgesehen, drehfest mit der Nockenwelle verbunden zu werden. Durch eine Verdrehung des Verstellelements relativ zu dem Getriebeeingangselement wird die Phasenlage verstellt. Weist das Verstellelement eine Winkelgeschwindigkeit auf, die gleich ist wie eine Winkelgeschwindigkeit des Getriebeeingangselements, bleibt die Phasenlage konstant. Die Phasenlage wird verstellt, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Verstellelements kleiner oder größer ist als die Winkelgeschwindigkeit des Getriebeeingangselements. Das Verstellgetriebe weist dabei vorzugsweise ein Standübersetzungverhältnis zwischen dem Verstellelement und dem Getriebeausgangselement auf, das bei fixiertem Getriebeeingangselement zumindest 5:1, vorzugsweise zumindest 10:1 beträgt.
Es wird vorgeschlagen, dass die Wirkverbindung zumindest eine zusammenhängende Wirkfläche aufweist, die für eine Frühverstellung und/oder eine Spätverstellung über einen gesamten Verstellbereich vorgesehen ist. Dadurch kann eine große Wirkfläche bereitgestellt werden, welche aufgrund ihrer Größe einfach herzustellen ist. Zudem brauchen lediglich weite Toleranzen eingehalten werden, da auf feine Strukturen wie eine Verzahnung mit einer Mehrzahl von Zähnen verzichtet werden kann. Unter einer „Wirkfläche” soll in diesem Zusammenhang ein zusammenhängender Bereich einer Oberfläche verstanden werden, welcher für eine Übertragung eines Drehmoments in eine Richtung vorgesehen ist. Unter einer „zusammenhängenden Wirkfläche” soll insbesondere eine Wirkfläche verstanden werden, welche in ihrer gesamten Erstreckung für die Übertragung des Drehmoments vorgesehen ist. Demzufolge weist eine Verzahnung eine Vielzahl von Wirkflächen auf, die jeweils wechselweise für eine Übertragung von Drehmomenten in unterschiedlichen Richtungen vorgesehen sind. Unter „für eine Frühverstellung und/oder eine Spätverstellung über einen gesamten Verstellbereich vorgesehen” soll verstanden werden, dass die eine Wirkfläche unabhängig von der Phasenlage das Drehmoment zwischen dem Getriebeeingangselement und dem Getriebeausgangselement überträgt, im Unterschied zu einer Verzahnung, der in Abhängigkeit von der Phasenlage jeweils ein anderer Zahn das Drehmoment überträgt.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Verstellgetriebe ein durch das Getriebeeingangselement und/oder das Getriebeausgangselement definierten Getriebedurchmesser aufweist, wobei die zumindest eine Wirkfläche eine radiale Erstreckungslänge aufweist, die zumindest 10% des Getriebedurchmessers beträgt. Dadurch kann eine große Wirkfläche bereitgestellt werden, die besonders einfach herstellbar ist. Zudem können große Bauteile kostengünstig hergestellt werden. Auch kann über die große Wirkfläche und damit große Bauteile einfach ein großes Drehmoment übertragen werden. Unter einer „radialen Erstreckungslänge” soll dabei insbesondere eine Länge der Wirkfläche bei einer Projektion auf eine in radialer Richtung verlaufende Ebene verstanden werden. Unter einem „Getriebedurchmesser” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Wirkkreisdurchmesser des Getriebeeingangselements oder ein Wirkkreisdurchmesser des Getriebeausgangselements verstanden werden, je nachdem, welcher der beiden Wirkkreisdurchmesser größer ist. Insbesondere wenn das Getriebeeingangselement eine Außenkontur aufweist, die für eine Kopplung mit einem Zahnrad oder einem Umschlingungsmittel vorgesehen ist, soll unter dem Getriebedurchmesser der Wirkkreisdurchmesser der Außenkontur verstanden werden.
Vorzugsweise bildet das Getriebeausgangselement die zumindest eine Wirkfläche aus. Dadurch ist eine einfache Ausgestaltung mit wenigen Bauteilen möglich. Unter einer „durch das Getriebeausgangselement ausgebildeten Wirkfläche” soll insbesondere eine Wirkfläche verstanden werden, welche durch eine Kontur einer Oberfläche des Getriebeausgangselements ausgebildet wird.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Verstellgetriebe zumindest ein Koppelelement aufweist, das zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Getriebeeingangselement und dem Getriebeausgangselement vorgesehen ist. Dadurch kann die Relativbewegung zwischen dem Getriebeeingangselement und dem Verstellelement besonders einfach in die Verstellung der Phasenlage umgesetzt werden. Das Verstellgetriebe umfasst dabei in einer bevorzugten Ausgestaltung lediglich vier zueinander beweglich angeordnete Bauteile, und zwar das Getriebeeingangselement, das Getriebeausgangselement, das Verstellelement und das Koppelelement.
Vorzugsweise ist das Koppelelement mit dem Verstellelement und dem Getriebeeingangselement verbunden. Dadurch kann die Relativbewegung einfach abgegriffen und in die Verstellung der Phasenlage umgesetzt werden. Unter „verbunden” soll diesem Zusammenhang insbesondere fest verbunden oder beweglich gekoppelt verstanden werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Koppelelement in Kontakt mit der zumindest einen Wirkfläche steht. Dadurch kann ein Wirkmechanismus bereitgestellt werden, bei welchem die Relativdrehbewegung zwischen dem Eingangselement und dem Verstellelement in eine Bewegung des Koppelelements umgesetzt wird, welches dann über die Wirkfläche in die Verstellung der Phasenlage des Getriebeausgangselements relativ zu dem Getriebeeingangselement umgesetzt wird. Das Standübersetzungsverhältnis kann dabei insbesondere über eine Ausgestaltung in der Betätigung des Koppelelements oder in einer Ausgestaltung der Wirkfläche eingestellt werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Koppelelement als ein mit dem Verstellelement und dem Getriebeeingangselement verbundenes Band ausgebildet ist, welches dazu vorgesehen ist, eine Relativbewegung zwischen dem Getriebeeingangselement und dem Verstellelement in eine Verstellung der Phasenlage umzusetzen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Koppelelement in Form eines Hebels ausgebildet ist, welcher dazu vorgesehen ist, eine Relativbewegung zwischen dem Getriebeeingangselement und dem Verstellelement in eine Verstellung der Phasenlage umzusetzen. Beide Ausgestaltungen ermöglichen eine hohe Wirkflächennutzung, bei der jeweils ein Großteil der Wirkfläche an einer Übertragung des Drehmoments beteiligt ist. Vorzugsweise beträgt die Wirkflächennutzung zumindest 10%, insbesondere zumindest 20% und besonders bevorzugt zumindest 30%. Unter einer „Wirkflächennutzung von zumindest 30%” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass zumindest 30% der Wirkflächen an einer Übertragung eines Drehmoments von dem Getriebeeingangselement auf das Getriebeausgangselement beteiligt sind.
Außerdem wird eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einem Nockenwellenversteller, der ein erfindungsgemäßes Verstellgetriebe aufweist, vorgeschlagen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Brennkraftmaschine,
2 einen Nockenwellenversteller der Brennkraftmaschine in einer schematischen Darstellung,
3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verstellgetriebes des Nockenwellenverstellers,
4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verstellgetriebes und
5 das Verstellgetriebe aus 4 in einer anderen Phasenlage.
Die 1 bis 3 zeigen eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Die Brennkraftmaschine umfasst eine Kurbelwelle 28a und zumindest eine Nockenwelle 22a. Weiter umfasst die Brennkraftmaschine einen Nockenwellenantrieb 23a, der dazu vorgesehen ist, die zumindest eine Nockenwelle 22a an die Kurbelwelle 28a anzubinden. Die Nockenwelle 22a ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zur Vereinfachung als eine kombinierte Ein- und Auslassnockenwelle ausgebildet, die dazu vorgesehen ist, Einlassventile und Auslassventile zu betätigen. Zusätzlich kann die Brennkraftmaschine weitere Nockenwellen aufweisen, insbesondere um die Einlassventile und die Auslassventile getrennt voneinander zu betätigen. Der Nockenwellenantrieb 23a ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Kettentrieb ausgebildet. Der Nockenwellenantrieb 23a umfasst ein als Kette ausgebildetes Umschlingungsmittel 24a, welches die Nockenwelle 22a mit der Kurbelwelle 28a verbindet. Alternativ ist es auch denkbar, dass der Nockenwellenantrieb 23a ein anders ausgebildetes Umschlingungsmittel, insbesondere einen Riemen, oder Stirnräder zur Verbindung der Nockenwelle 22a mit der Kurbelwelle 28a aufweist. Die Brennkraftmaschine ist für einen 4-Takt-Betrieb vorgesehen. Der Nockenwellenantrieb 23a stellt ein Übersetzungsverhältnis von 2:1 bereit. 720 Grad Kurbelwellenwinkel, d. h. zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle 28a, entsprechen 360 Grad Nockenwellenwinkel, d. h. einer vollständigen Umdrehung der Nockenwelle 22a.
Um eine Phasenlage zwischen der Kurbelwelle 28a und der Nockenwelle 22a einstellen zu können, umfasst die Brennkraftmaschine einen Nockenwellenversteller 11a, welcher wirkungsmäßig zwischen der Kurbelwelle 28a und der Nockenwelle 22a angeordnet ist. Der Nockenwellenversteller 11a weist einen Verstellbereich, der zumindest 100 Grad Kurbelwellenwinkel, d. h. zumindest 50 Grad Nockenwellenwinkel, beträgt. Das Getriebeausgangselement 13a ist zumindest über den Verstellbereich, bezogen auf den Nockenwellenwinkel, d. h. um zumindest 50 Grad, gegenüber dem Getriebeeingangselement 12a verdrehbar. Zur Begrenzung des Verstellbereichs umfasst der Nockenwellenversteller 11a einen Frühanschlag und einen Spätanschlag. Der Nockenwellenversteller 11a weist weiter eine Grundstellung auf, die insbesondere für einen Start der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und an der beispielsweise eine Verriegelung des Nockenwellenverstellers 11a vorgesehen sein kann. Bei einer Verstellung nach Früh wird die Phasenlage der in Richtung eines früheren Kurbelwellenwinkels verstellt, während bei einer Verstellung nach Spät die Phasenlage in Richtung eines späteren Kurbelwellenwinkels verstellt wird.
Der Nockenwellenversteller 11a umfasst ein Verstellgetriebe 10a mit einem Getriebeeingangselement 12a, einem Getriebeausgangselement 13a und einem Verstellelement 14a. Das Getriebeeingangselement 12a ist über den Nockenwellenantrieb 23a mit der Kurbelwelle 28a verbunden. Das Getriebeausgangselement 13a ist permanent drehfest mit der Nockenwelle 22a verbunden. Der Nockenwellenantrieb 23a umfasst ein Kurbelwellenrad 25a, das drehfest mit der Kurbelwelle 28a verbunden ist, und ein Nockenwellenrad 26a, das drehfest mit dem Getriebeeingangselement 12a des Verstellgetriebes 10a verbunden ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet das Getriebeeingangselement 12a das Nockenwellenrad 26a aus. Alternativ ist es auch denkbar, dass das Getriebeeingangselement 12a und das Nockenwellenrad 26a mehrteilig ausgeführt und permanent drehfest miteinander verbunden sind.
Das Verstellgetriebe 10a ist in 3-Wellen-Bauweise ausgeführt. In einem Betrieb rotiert das Getriebeeingangselement 12a mit einer Winkelgeschwindigkeit, welche halb so groß ist wie eine Winkelgeschwindigkeit des Kurbelwellenrads 25a. Ist die Phasenlage konstant, rotiert das Getriebeausgangselement 13a mit einer Winkelgeschwindigkeit, die gleich groß ist wie die des Getriebeeingangselements 12a. Bei einer Verstellung nach Früh ist die Winkelgeschwindigkeit des Getriebeausgangselements 13a geringfügig größer als die Winkelgeschwindigkeit des Getriebeeingangselements 12a. Bei einer Verstellung nach Spät ist die Winkelgeschwindigkeit des Getriebeausgangselements 13a geringfügig kleiner als die Winkelgeschwindigkeit des Getriebeeingangselements 12a. Das Verstellelement 14a ist zur Einstellung der Phasenlage vorgesehen. Weist das Verstellelement 14a eine Winkelgeschwindigkeit auf, die gleich groß ist wie die Winkelgeschwindigkeit des Getriebeeingangselements 12a, bleibt die Phasenlage konstant. Wird das Verstellelement 14a bezogen auf das Getriebeeingangselement 12a abgebremst, wird die Phasenlage nach Früh verstellt. Wird das Verstellelement 14a bezogen auf das Getriebeeingangselement 12a beschleunigt, wird die Phasenlage nach Spät verstellt. Aufgrund von Schleppmomenten der Nockenwelle 22a in Bezug auf die Kurbelwelle 28a verstellt sich die Phasenlage bei frei laufendem Verstellgetriebe 10a selbstständig nach Spät. Der Nockenwellenversteller 11a umfasst eine gehäusefeste Bremse 27a, die zur Verzögerung des Verstellelements 14a vorgesehen ist. Die Bremse 27a ist zur Einstellung der Winkelgeschwindigkeit des Verstellelements 14a vorgesehen. Alternativ ist es auch denkbar, einen Elektromotor mit dem Verstellelement 14a zu verbinden, durch welchen die Winkelgeschwindigkeit frei regelbar ist.
Damit ein an dem Getriebeeingangselement 12a eingeleitetes Drehmoment auf das Getriebeausgangselement 13a übertragen wird, weist das Verstellgetriebe 10a eine Wirkverbindung auf, die das Getriebeeingangselement 12a und das Getriebeausgangselement 13a über das Verstellelement 14a miteinander verbindet. Das Verstellelement 14a ist dabei für eine Übertragung des Drehmoments vorgesehen. Zumindest bei einem der Teil der einstellbaren Phasenlagen wird das Drehmoment, das an den Nockenwellenrad 26a anliegt, vollständig über die Wirkverbindung von dem Getriebeeingangselement 12a auf das Verstellelement 14a und von dem Verstellelement 14a auf das Getriebeausgangselement 13a übertragen. Die Wirkverbindung weist eine Funktionsweise auf, die einem Planetenradgetriebe entspricht. Durch die Wirkverbindung weist das Verstellgetriebe 10a ein Standübersetzungsverhältnis auf, welches dem eines Planetenradgetriebes entspricht. Das Standübersetzungsverhältnis beträgt zumindest 10:1 zwischen dem Verstellelement 14a und dem Getriebeausgangselement 13a bei fixiertem Getriebeeingangselement 12a. In Abhängigkeit von einer Ausgestaltung der Wirkverbindung kann das Standübersetzungsverhältnis auch kleiner oder größer ausgelegt werden. Insbesondere ist es auch möglich, dass das Standübersetzungsverhältnis von der Phasenlage und/oder einer Verstellrichtung abhängt, d. h. das Verstellgetriebe 10a bei unterschiedlichen Phasenlagen und/oder in Abhängigkeit von Frühverstellung oder Spätverstellung unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweist. Die Wirkverbindung ist verzahnungsfrei ausgebildet. Das Verstellgetriebe 10a ist insbesondere frei von Zahnrädern und/oder Zahnstangen mit einer Vielzahl von Zähnen, welche formschlüssig ineinander greifen.
Die Wirkverbindung weist eine erste zusammenhängende Wirkfläche 15a auf, die für die Frühverstellung vorgesehen ist, und eine zweite zusammenhängende Wirkfläche 16a, die für die Spätverstellung vorgesehen ist. Die Wirkflächen 15a, 16a weisen Oberflächennormalen mit einer in Umfangsrichtung orientierten Komponente auf. Die beiden Wirkflächen 15a, 16a sind für die Frühverstellung und die Spätverstellung über den gesamten Verstellbereich des Nockenwellenverstellers 11a vorgesehen. Ein auf die erste Wirkfläche 15a ausgeübtes Drehmoment bewirkt die Frühverstellung. Ein auf die zweite Wirkfläche 16a ausgeübtes Drehmoment bewirkt die Spätverstellung.
Das Verstellgetriebe 10a weist einen durch das Getriebeeingangselement 12a oder das Getriebeausgangselement 13a definierten Getriebedurchmesser 17a auf. Der Getriebedurchmesser 17a des dargestellten Verstellgetriebes 10a ist definiert durch das Getriebeeingangselement 12a, das das Nockenwellenrad 26a des Nockenwellenverstellers 11a ausbildet. Das Nockenwellenrad 26a weist einen Wirkkreisdurchmesser auf, welcher den Getriebedurchmesser 17a festlegt. Der Getriebedurchmesser 17a ist gleich dem Wirkkreisdurchmesser des Getriebeeingangselements 12a. Weist das Getriebeausgangselement 13a einen Wirkkreisdurchmesser auf, der größer ist als der Wirkkreisdurchmesser des Getriebeeingangselements 12a, ist der Getriebedurchmesser 17a durch den Wirkkreisdurchmesser des Getriebeausgangselements 13a definiert.
Jede der Wirkflächen 15a, 16a weist eine radiale Erstreckungslänge 18a, 19a auf, die zumindest 20% des Getriebedurchmessers 17a beträgt. Die zwei Wirkflächen 15a, 16a des dargestellten Verstellgetriebes 10a sind gleich groß. Die Wirkflächen 15a, 16a sind in Umfangsrichtung gegensätzlich orientiert. Bezogen auf die Umfangsrichtung liegen sich die Wirkflächen 15a, 16a gegenüber. Das Getriebeausgangselement 13a, welches drehfest mit der Nockenwelle 22a verbunden ist, weist die Wirkflächen 15a, 16a auf. Die Wirkflächen 15a, 16a sind als in Umfangsrichtung gerichtete Stirnflächen des Getriebeausgangselements 13a ausgebildet.
Das Verstellgetriebe 10a weist zwei Koppelelemente 20a, 21a auf, die zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Getriebeeingangselement 12a und dem Getriebeausgangselement 13a vorgesehen sind. Die Koppelelemente 20a, 21a sind als Bänder ausgebildet. Die Koppelelemente 20a, 21a sind damit lediglich auf Zug belastbar. Das erste Koppelelement 20a steht in Kontakt mit der ersten Wirkfläche 15a und ist für die Frühverstellung vorgesehen. Das zweite Koppelelement 21a steht in Kontakt mit der zweiten Wirkfläche 16a und ist für die Spätverstellung vorgesehen.
Die als Bänder ausgebildeten Koppelelemente 20a, 21a sind jeweils mit dem Verstellelement 14a und dem Getriebeeingangselement 12a verbunden. Die Koppelelemente 20a, 21a sind dazu vorgesehen, eine Relativbewegung zwischen dem Getriebeeingangselement 12a und dem Verstellelement 14a in eine Verstellung der Phasenlage umzusetzen. Die als Bänder ausgebildeten Koppelelemente 20a, 21a weisen jeweils zwei Enden auf. Mit ihrem ersten Ende sind die Koppelelemente 20a, 21a fest mit dem Verstellelement 14a verbunden. Mit dem zweiten Ende sind die Koppelelemente 20a, 21a mit dem Getriebeeingangselement 12a verbunden. Die Wirkflächen 15a, 16a bilden einen Umlenkpunkt für die als Bänder ausgebildeten Koppelelemente 20a, 21a aus. Das Verstellelement 14a bildet eine Welle aus, die dazu vorgesehen ist, eine Koppellänge der Koppelelemente 20a, 21a zu verändern.
Die beiden als Bänder ausgebildeten Koppelelemente 20a, 21a sind gegenläufig auf das Verstellelement 14a aufgewickelt. Indem die zweiten Enden fest mit dem Getriebeeingangselement 12a verbunden sind, bleibt die Kopplungslänge konstant, wenn das Getriebeeingangselement 12a und das Verstellelement 14a mit gleicher Winkelgeschwindigkeit rotieren. Verdreht sich das Verstellelement 14a gegenüber dem Getriebeeingangselement 12a, verändert sich die Koppellänge beider Koppelelemente 20a, 21a. Indem die Koppelelemente 20a, 21a gegenläufig gewickelt sind, wird das eine der Koppelelemente 20a, 21a verkürzt, während das andere der Koppelelemente 20a, 21a verlängert wird. Die getrennt dargestellten Koppelelemente 20a, 21a können dabei durch ein einziges Band ersetzt werden, welches um das Verstellelement 14a herumgewickelt ist und mit seinen beiden Enden gegenläufig am Getriebeeingangselement 12a befestigt ist.
Wird das Verstellelement 14a relativ zu dem Getriebeeingangselement 12a verdreht, erzeugt das Koppelelement 20a, 21a, dessen Koppellänge sich verkürzt, auf die entsprechende Wirkfläche 15a, 16a ein Drehmoment, welche das Getriebeausgangselement 13a gegenüber dem Getriebeeingangselement 12a verdreht. Das Standübersetzungsverhältnis hängt dabei insbesondere von einem Durchmesser des Verstellelements 14a ab. Weisen das Getriebeeingangselement 12a und das Verstellelement 14a die gleiche Winkelgeschwindigkeit auf, wird das an dem Getriebeeingangselement 12a eingeleitete Drehmoment über das auf Zug belastete Koppelelement 20a, 21a übertragen. Von dem Getriebeausgangselement 13a auf das Getriebeeingangselement 12a übertragene Drehmoment werden durch das andere Koppelelement 20a, 21a übertragen.
In den 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 bis 3 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 durch den Buchstaben b in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels der 4 und 5 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 bis 3 verwiesen werden.
Die 4 und 5 zeigen ein Verstellgetriebe 10b für einen Nockenwellenversteller 11b einer Brennkraftmaschine sowie einen Teil einer an das Verstellgetriebe 10b angebundenen Nockenwelle 22b. Das Verstellgetriebe 10b weist eine 3-Wellen-Bauweise auf. Das Verstellgetriebe umfasst ein Getriebeeingangselement 12b zur Einleitung eines Drehmoments, ein Getriebeausgangselement 13b zur Ausleitung des Drehmoments und ein Verstellelement 14b, das zur Verstellung einer Phasenlage zwischen dem Getriebeeingangselement 12b und dem Getriebeausgangselement 13b vorgesehen ist.
Die Wirkverbindung weist eine zusammenhängende Wirkfläche 15b auf, die für eine Frühverstellung über einen gesamten Verstellbereich des Verstellgetriebes 10b vorgesehen ist. Das Getriebeausgangselement 13b bildet die Wirkfläche 15b aus. Das Verstellgetriebe 10b umfasst ein mit dem Verstellelement 14b verbundenes Koppelelement 20b, das zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Getriebeeingangselement 12b und dem Getriebeausgangselement 13b vorgesehen ist. Das Koppelelement 20b steht in Kontakt mit der Wirkfläche 15b.
Das Koppelelement 20b ist in Form eines Hebels ausgebildet, welcher dazu vorgesehen ist, eine Relativbewegung zwischen dem Getriebeeingangselement 12b und dem Verstellelement 14b in eine Verstellung der Phasenlage umzusetzen. Das Koppelelement 20b weist eine Wirkkontur 32b auf, die in Kontakt mit der Wirkfläche 15b des Getriebeausgangselements 13b steht. Das Koppelelement 20b weist eine Lagerachse 29b auf, mittels der das Koppelelement 20b drehbar an dem Getriebeeingangselement 12b gelagert ist. Die Wirkkontur 32b bildet in Bezug auf die Lagerachse 29b eine Exzentrizität aus. Die Phasenlage durch wird eine Drehung des Koppelelements 20b um die Lagerachse 29b verändert. Die Phasenlage hängt direkt von der Drehung des Koppelelements 20b ab.
Das Verstellelement 14b umfasst eine Kulissenführung 30b, über die das Koppelelement 20b mit dem Verstellelement 14b verbunden ist. Das Koppelelement 20b umfasst ein Kulissenelement 31b, welches in die Kulissenführung 30b des Verstellelements 14b eingreift. Die Kulissenführung 30b ist in Form einer Nut ausgebildet. Das Kulissenelement 31b ist als ein Pin ausgebildet, welcher in die Kulissenführung 30b eingreift. Die Kulissenführung 30b ist dazu vorgesehen, die Relativbewegung zwischen dem Getriebeeingangselement 12b und dem Verstellelement 14b in eine Drehung des Koppelelements 20b um die Lagerachse 29b umzusetzen.
Das Verstellgetriebe 10b weist ein Standübersetzungsverhältnis auf, das insbesondere durch die Kulissenführung 30b und die Wirkkontur 32b definiert ist. In Abhängigkeit von einer Form der Kulissenführung 30b und von einer Form der Wirkkontur 32b kann das Standübersetzungsverhältnis für unterschiedliche Phasenlagen unterschiedlich groß sein. Das Standübersetzungsverhältnis ist dabei definiert als ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem Verstellelement 14b und dem Getriebeausgangselement 13b bei fixiertem Getriebeeingangselement 12b.
Das Verstellgetriebe 10b weist einen durch das Getriebeeingangselement 12b definierten Getriebedurchmesser 17b auf. Die Wirkfläche 15b weist eine radiale Erstreckungslänge 18b auf, die zumindest 20% des Getriebedurchmessers 17b beträgt. Die Wirkfläche 15b ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine ebene Fläche ausgebildet. Die radiale Erstreckungslänge 18b entspricht einer Abmessung der Wirkfläche 15b, projiziert auf die Umfangsrichtung.
Das Koppelelement 20b und die Wirkfläche 15b sind für eine Frühverstellung vorgesehen. Je nach Größe eines Schleppmoments, welches die Nockenwelle 22b in einem Betrieb aufweist, kann auf eine zweite Wirkfläche, welche für eine Spätverstellung vorgesehen ist, verzichtet werden. Das Schleppmoment bewirkt, dass die Wirkfläche 15b und das Koppelelement 20b stets in Kontakt stehen. Zusätzlich kann das Verstellelement 14b mit einer zweiten Wirkfläche versehen werden, welche für eine Spätverstellung vorgesehen ist, beispielsweise durch eine der Wirkfläche 15b gegenüberliegende Wirkfläche. Alternativ ist es auch denkbar, dass das Verstellgetriebe 10b eine Rückstellfeder aufweist, welche zwischen dem Getriebeeingangselement 12b und dem Getriebeausgangselement 13b angeordnet ist und das Koppelelement 20b in stetem Kontakt mit der Wirkfläche 15b hält.
Bezugszeichenliste

10: Verstellgetriebe
11: Nockenwellenversteller
12: Getriebeeingangselement
13: Getriebeausgangselement
14: Verstellelement
15: Wirkfläche
16: Wirkfläche
17: Getriebedurchmesser
18: Erstreckungslänge
19: Erstreckungslänge
20: Koppelelement
21: Koppelelement
22: Nockenwelle
23: Nockenwellenantrieb
24: Umschlingungsmittel
25: Kurbelwellenrad
26: Nockenwellenrad
27: Bremse
28: Kurbelwelle
29: Lagerachse
30: Kulissenführung
31: Kulissenelement
32: Wirkkontur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010039861 A1 [0002]

Claims

Verstellgetriebe (10a; 10b) für einen Nockenwellenversteller (11a; 11b), insbesondere für einen Nockenwellenversteller (11a; 11b) für eine Brennkraftmaschine, in 3-Wellen-Bauweise, mit einem Getriebeeingangselement (12a; 12b) zur Einleitung eines Drehmoments, einem Getriebeausgangselement (13a; 13b) zur Ausleitung eines Drehmoments und einem Verstellelement (14a; 14b), das zur Verstellung einer Phasenlage zwischen dem Getriebeeingangselement (12a; 12b) und dem Getriebeausgangselement (13a; 13b) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine verzahnungsfreie Wirkverbindung, die das Getriebeeingangselement (12a; 12b) und das Getriebeausgangselement (13a; 13b) über das Verstellelement (14a; 14b) miteinander koppelt.
Verstellgetriebe (10a; 10b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung zumindest eine zusammenhängende Wirkfläche (15a, 16a; 15b) aufweist, die für eine Frühverstellung und/oder eine Spätverstellung über einen gesamten Verstellbereich vorgesehen ist.
Verstellgetriebe (10a; 10b) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen durch das Getriebeeingangselement (12a; 12b) und/oder das Getriebeausgangselement (13a; 13b) definierten Getriebedurchmesser (17a; 17b), wobei die zumindest eine Wirkfläche (15a, 16a; 15b) eine radiale Erstreckungslänge (18a, 19a; 18b) aufweist, die zumindest 10% des Getriebedurchmessers (17a; 17b) beträgt.
Verstellgetriebe (10a; 10b) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeausgangselement (13a; 13b) die zumindest eine Wirkfläche (15a, 16a; 15b) ausbildet.
Verstellgetriebe (10a; 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest ein Koppelelement (20a; 20b), das zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Getriebeeingangselement (12a; 12b) und dem Getriebeausgangselement (13a; 13b) vorgesehen ist.
Verstellgetriebe (10a; 10b) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (20a; 20b) mit dem Verstellelement (14a; 14b) und dem Getriebeeingangselement (12a; 12b) verbunden ist.
Verstellgetriebe (10a; 10b) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (20a; 20b) in Kontakt mit der zumindest einen Wirkfläche (15a, 16a; 15b) steht.
Verstellgetriebe (10a) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (20a) als ein Band ausgebildet ist, welches dazu vorgesehen ist, eine Relativbewegung zwischen dem Getriebeeingangselement (12a) und dem Verstellelement (14a) in eine Verstellung der Phasenlage umzusetzen.
Verstellgetriebe (10b) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (20b) in Form eines Hebels ausgebildet ist, welcher dazu vorgesehen ist, eine Relativbewegung zwischen dem Getriebeeingangselement (12b) und dem Verstellelement (14b) in eine Verstellung der Phasenlage umzusetzen.
Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einem Nockenwellenversteller (11a; 11b), der ein Verstellgetriebe (10a; 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.