EP1521899B1

EP1521899B1 - Nockenwellenversteller mit elektrischem antrieb

Info

Publication number: EP1521899B1
Application number: EP03740392A
Authority: EP
Inventors: Jens Schäfer; Martin Steigerwald; Jonathan Heywood
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: AU2003280982A1; DE10257706A1; WO2004007917A1; JP2005532503A; EP1521899A1; DE50311057D1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Verstellvorrichtung für die Drehwinkellage der Nockenwelle (3) zur Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, mit einem Verstellgetriebe (1), das als Dreiwellengetriebe ausgebildet ist und ein kurbelwellenfestes Antriebsteil (4), ein nockenwellenfestes Abtriebsteil (5) sowie eine Verstellwelle (6) aufweist, die drehfest mit einem elektrischen Verstellmotor (2) verbunden ist, der einen Dauermagnetrotor (8) und einen gehäusefesten Stator aufweist, wobei zwischen Antriebsteil (4) und Abtriebsteil (5) bei stillstehender Verstellwelle (6) eine Standgetriebeübersetzung i0 vorliegt, deren Größe die Gattung des Verstellgetriebes (1) als Plus- oder Minusgetriebe und die Verstellrichtung der Nockenwelle (3) in eine früh- oder spätliegende Basisposition bestimmt. Aufgrund geeigneter konstruktiver Gestaltung des Verstellgetriebes (1) sind Standgetriebeübersetzungen i0 realisierbar, durch die eine frühe und eine späte Basisposition der Nockenwelle (3) allein durch Abbremsen der Verstellwelle (6) bei rotierendem Verstellgetriebe (1) erreichbar sind, wobei das Abbremsen der Verstellwelle (6) vorzugsweise durch Kurzschlussbremsung des Verstellmotors (2) erfolgt.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für die Drehwinkellage der Nokkenwelle zur Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, insbesondere nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

Um bei einem Verbrennungsmotor mit hydraulischem oder elektrischem Nokkenwellenversteller einen sicheren Motorstart zu gewährleisten, muss sich die Nockenwelle beim Anlassen in einer bestimmten Basisposition zur Kurbelwelle befinden. Diese liegt bei der Einlassnockenwelle üblicherweise in "spät", bei der Auslassnockenwelle in "früh".
Im normalen Betrieb des Fahrzeugs wird die Nockenwelle beim Abstellen des Motors geregelt in die jeweilige Basisposition gefahren und dort fixiert oder verriegelt. Dazu dient bei der elektrischen Nockenwellenverstellung ein elektrischer Verstellmotor und bei der hydraulischen Nockenwellenverstellung ein hydraulischer Rotationskolbenversteller, der als Flügelzeller, Schwenk- oder Segmentflügler eine Verriegelungseinheit besitzt. Diese fixiert den hydraulischen Versteller so lange in seiner Basisposition, bis sich nach dem Wiederstart des Verbrennungsmotors ein genügend hoher Öldruck zum Verstellen der Nockenwelle aufgebaut hat.
Beim Abwürgen des Verbrennungsmotors ist jedoch ein geregeltes Verstellen des hydraulischen Nockenwellenverstellers unmöglich, so dass sich die Nockenwelle in einer undefinierten Position außerhalb der Basisposition befinden kann.
Bei hydraulischen Nockenwellenverstellern mit der Basisposition in "spät", wird die Nockenwelle beim nächsten Start des Verbrennungsmotors und dem dabei fehlenden Öldruck aufgrund des Nockenwellenreibmoments, das entgegen der Nockenwellendrehrichtung wirkt, automatisch in die späte Basisposition verstellt. Liegt die Basisposition in "früh", muss die Nockenwelle bei fehlendem Öldruck entgegen dem Nockenwellenreibmoment in die frühe Basisposition verstellt werden. Dies geschieht zumeist mit Hilfe einer Ausgleichsfeder, die ein dem Nokkenwellenreibmoment gleiches aber entgegengerichtetes Moment erzeugt.
Diese bei hydraulischen Nockenwellenverstellern üblichen Methoden zum Erreichen der Basisposition nach dem Abwürgen des Verbrennungsmotors sind bei elektrisch angetriebenen Nockenwellenverstellern nicht erforderlich, da der Verstellmotor die Nockenwelle auch bei stehendem Verbrennungsmotor oder beim Anlassen in die jeweilige Basisposition verstellen kann. Bei elektrischen Nockenwellenverstellern können jedoch der Verstellmotor und/oder seine Steuerung ausfallen und dadurch das Erreichen der Basis- oder Notlaufposition verhindern, die für einen zumindest eingeschränkten Betrieb und einen Wiederstart erforderlich sind.
In der DE 41 10 195 A1 ist eine elektrische Verstellvorrichtung für die Drehwinkellage der Nockenwelle zur Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors beschrieben, mit einem Verstellgetriebe, das als Dreiwellengetriebe ausgebildet ist und ein kurbelwellenfestes Antriebsteil, ein nockenwellenfestes Abtriebsteil sowie eine Verstellwelle aufweist. Die Verstellwelle ist dabei drehfest mit einem elektrischen Verstellmotor verbunden, der einen Dauermagnetrotor und einen gehäusefesten Stator aufweist, wobei zwischen An- und Abtriebsteil bei stillstehender Verstellwelle eine Standgetriebeübersetzung $i_{0} = \frac{{Abtriebszähnezahl Z}_{NW}}{{Abtriebszähnezahl Z}_{KW}}$

vorliegt, deren Größe die Getriebegattung (Plus- oder Minusgetriebe) und die Verstellrichtung der Nockenwelle (früh- oder spätliegende Basisposition) bestimmt. Bei dieser Verstellvorrichtung wird eine leichtgängige und genaue Einstellung der Nockenwellenlage angestrebt. Damit bei Ausfall des Verstellmotor-Systems die Funktion des Verbrennungsmotors zumindest notdürftig aufrechterhalten werden kann, ist eine Begrenzung des Verstellwinkels vorgesehen. Ein Hinweis auf das Erreichen der Basis- bzw. einer Notlaufposition in einem solchen Fall fehlt jedoch.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Nockenwellenversteller zu schaffen, der die Nockenwelle auch bei Ausfall des Verstellmotors bzw. dessen Steuerung oder Stromversorgung auf einfache Weise und stromlos in ihre Notlauf- bzw. Basisposition verstellt.

Zusammenfassung der Erfindung

Durch die konstruktive Gestaltung des Verstellgetriebes lässt sich die Größe der Standgetriebeübersetzung i₀ und damit die Verstellvorrichtung der Nokkenwelle bestimmen. Die Verstellung der Nockenwelle in Richtung der frühen oder späten Basis- bzw. Notlaufposition findet bei Ausfall des Verstellmotors oder dessen Stromversorgung durch bloßes Abbremsen der Verstellwelle bei rotierendem Verstellgetriebe statt. Dies kann während des Motorbetriebs und beim Auslaufen oder Anlassen des Verbrennungsmotors erfolgen. Für den Motorstart und für niedrige Motordrehzahlen ist die Basisposition der Nockenwelle optimal geeignet und auch für höhere Drehzahlen noch möglich, so dass auf diese Weise zumindest eine Werkstatt erreicht werden kann.
Das Abbremsen der Verstellwelle kann durch eine mechanische oder eine Wirbelstrombremse erfolgen. Diese Bremsen benötigen jedoch elektrischen Strom zu ihrer Betätigung. Demgegenüber arbeitet die erfindungsgemäße Kurzschlussbremse mit Kurzschlussstrom, der in dem geschleppten Verstellmotor erzeugt wird und so die Kurzschlussbremse elektrisch autark macht. Da keine mechanische Reibung vorhanden ist, arbeitet die Kurzschlussbremse verschleißfrei.
Bei der Auswahl der Verstellgetriebe kommen Minus- oder Plusgetriebe in Frage. Minusgetriebe besitzen eine Standgetriebeübersetzung i₀ < 0, Plusgetriebe eine Standgetriebeübersetzung i₀ > 0. Bei positiver Standgetriebeübersetzung i₀ haben die An- und Abtriebswelle die gleiche Drehrichtung, bei negativer Standgetriebeübersetzung i₀ entgegengesetzte Drehrichtungen, bezogen auf eine stehende Verstellwelle und die mit dieser verbundenen Bauteile.
Wird bei einem Minusgetriebe die Verstellwelle festgehalten und dreht sich die Antriebswelle im Uhrzeigersinn, so dreht sich die Abtriebswelle und damit die Nokkenwelle entgegen dem Uhrzeigersinn, was einer Spätverstellung entspricht.
Wird bei einem Plusgetriebe mit einer Standgetriebeübersetzung i₀ > 1 die Verstellwelle festgehalten und die Antriebswelle im Uhrzeigersinn verdreht, so dreht sich die Abtriebswelle langsamer als die Antriebswelle, dass heißt, entgegen dem Uhrzeigersinn und somit ebenfalls in Richtung Basisposition "spät".
Wird bei einem Plusgetriebe mit einer Standgetriebeübersetzung 0 < i₀ <1 die Verstellwelle festgehalten und dreht sich die Antriebswelle im Uhrzeigersinn, so dreht sich die Abtriebswelle schneller als die Antriebswelle, das heißt im Uhrzeigersinn und damit in Richtung Basisposition "früh". Diese Verhältnisse sind auf alle in Frage kommenden Dreiwellengetriebe anwendbar.
Es ist von Vorteil, dass als Verstellgetriebe ein Doppelexzentergetriebe oder ein Taumelgetriebe und ein anderes Doppelexzentergetriebe vorgesehen sind. Doppelexzentergetriebe zeichnen sich durch geringe Reibung, einfachen Aufbau und erschütterungsfreien Lauf aus.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass das Doppelexzentergetriebe einen nockenwellenfesten Deckel aufweist, der mit axialen Stiften fest verbunden ist, die in Bohrungen zweier baugleich ausgebildeter Stirnräder mit Linienberührung eingreifen und dass die Stirnräder, die von dem Verstellmotor über eine Doppelexzenterwelle antreibbar sind, mit einem kurbelwellenfesten Hohlrad kämmen.
Die Verwendung einer zentralen Standard-Spannschraube mit einer Schraubenhülse als Lagerfläche für das Wälzlager der Doppelexzenterwelle bietet Kostenvorteile, erfordert jedoch größeren axialen Bauraum. Die Gleitlagerung der baugleich ausgebildeten Stirnräder bietet gegenüber einer Wälzlagerung Kosten- und Bauraumvorteile bei erhöhtem Reibverlust.
Von Vorteil ist auch, dass die Zähnezahl Z_NW jedes der zwei baugleich ausgebildeten Stirnräder (gleich Abtriebszähnezahl) kleiner als die Zähnezahl Z_KW des kurbelwellenfesten Hohlrads (gleich Antriebszähnezahl) ist, was zu einer Standgetriebeübersetzung 0 < i₀ <1 führt. Diese Standgetriebeübersetzung bewirkt bei dem vorliegenden Pfusgetriebe und einem Abbremsen der Verstellwelle eine Nockenwellenverstellung in Richtung "früh", wie sie bei Auslassnokkenwellen üblich ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass ein anderes Doppelexzentergetriebe ein kurbelwellenfestes Antriebsrad aufweist, das mit axialen Stiften fest verbunden ist, die in Bohrungen zweier baugleich ausgebildeter Stirnräder mit Linienberührung eingreifen und dass die baugleich ausgebildeten Stirnräder, die von dem Verstellmotor über eine Doppelexzenterwelle antreibbar sind, mit einem nockenwellenfesten Hohlrad kämmen.
Mit der Lagerung der Doppelexzenterwelle auf dem zylindrischen Schraubenkopf einer zentralen Sonder-Spannschraube wird axialer Bauraum gewonnen. Beide Lösungen für die Lagerung der Doppelexzenterwelle und der Stirnräder eignen sich für beide Doppelexzentergetriebe.
Vorteilhaft ist auch, dass die Zähnezahl Z_NW des nockenwellenfesten Hohlrads (gleich Abtriebszähnezahl) größer als die Zähnezahl Z_KW eines jeden der baugleich ausgebildeten Stirnräder (gleich Antriebszähnezahl) ist, was zu einer Standgetriebeübersetzung i₀ > 1 führt.
Die drei Phasen des Verstellmotors bewirken einen schwankungsarmen Drehmomentverlauf des Verstellmotors bei zugleich geringem Bauaufwand. Die Möglichkeit eine, zwei oder alle drei Phasen kurzzuschließen, ermöglicht eine feine Regelung des Kurzschlussbremsmoments.
Da Kurzschlussschalter vorgesehen sind, die bei stromlosem Verstellmotor geschlossen und bei bestromtem Verstellmotor geöffnet sind, tritt bei Ausfall des Verstellmotors und/oder seiner Stromversorgung sofort die Fail-Safe-Funktion einer Rückführung der Nockenwelle in ihre Basis- oder Notlaufposition ein. Das gilt auch für den Fall eines abgewürgten Verbrennungsmotors, dessen Nockenwellenlage beim darauffolgenden Anlassvorgang korrigiert wird.
Zur Begrenzung der Temperaturentwicklung des Verstellmotors eignet sich auch ein getaktetes Kurzschließen. Hierbei werden die Kurzschlussschalter bei Erreichen eines bestimmten Kurzschlussstromes geöffnet und danach selbsttätig geschlossen. Dieser Vorgang wird vorzugsweise durch den Kurzschlussstrom selbst gesteuert und betrieben, so dass das Takten auch bei Ausfall des Verstellmotors oder der Spannungsversorgung des Steuergeräts funktioniert. Der Bremsstrom kann auch aus aktiven Bauelementen, zum Beispiel aus einem Akkumulator entnommen werden. Das selbsttätige Schließen erfolgt zum Beispiel durch Federkraft.
Zur Begrenzung der hohen Kurzschlussströme ist es von Vorteil, dass in den Kurzschlussleitungen ein Leitungswiderstand angeordnet ist.
Von Vorteil ist auch, dass in den Kurzschlussleitungen ein mit Kurzschlussstrom betriebener elektronischer Stromregler vorgesehen ist. Auch diese Lösung funktioniert unabhängig von der Stromversorgung des Verstellmotors.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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

Figur 1: eine Nockenwellenverstellvorrichtung, mit einem als Dreiwellengetriebe ausgebildeten Verstellgetriebe und einem elektrischen Verstellmotor, der einen gehäusefesten Stator aufweist;
Figur 2: ein Schaltschema eines dreiphasigen Gleichstromverstellmotors mit Kurzschlussleitungen und Kurzschlussschaltern;
Figur 3: ein Doppelexzentergetriebe mit einem kurbelwellenfesten Hohlrad;
Figur 4: ein Doppelexzentergetriebe mit einem nockenwellenfesten Hohlrad.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In Figur 1 ist eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einem Verstellgetriebe 1 und einem Verstellmotor 2 schematisch dargestellt, die zum Verstellen der Drehwinkellage zwischen einer nicht dargestellten Kurbelwelle und einer Nokkenwelle 3 eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors dient.
Das Verstellgetriebe 1 ist als Dreiwellengetriebe ausgebildet mit einem kurbelwellenfesten Antriebsteil 4, dass ein Antriebsrad 7 aufweist, einem nockenwellenfesten Abtriebsteil 5 und einer Verstellwelle 6, die mit einem Dauermagnetrotor 8 des Verstellmotors 2 drehfest verbunden ist. Der Verstellmotor 2 weist einen Stator 9 auf, der in einem Gehäuse 10 fest angeordnet ist.
Die Nockenwelle 3 besitzt eine Basis- bzw. Notlaufposition, die für einen sicheren Start und einen eingeschränkten Betrieb des Verbrennungsmotors erreicht werden muss. Dies gelingt bei intaktem Verstellmotor 2 auch nach einem Abwürgen des Verbrennungsmotors ohne Schwierigkeiten, da der Verstellmotor 2 die Nockenwelle 3 bei stehendem Verbrennungsmotor oder während des Wiederstarts in die Basisposition verstellt. Es muss aber auch bei ausgefallenem Verstellmotor 2 ein zumindest eingeschränkter Motorbetrieb und ein Wiederstart möglich sein, um zumindest eine Werkstatt erreichen zu können.
Das Verstellgetriebe 1 und dessen Standgetriebeübersetzung i₀ sind so ausgelegt, dass durch bloßes Abbremsen der Verstellwelle 6 die Nockenwelle 3 beim Anlassen des Verbrennungsmotors in ihre Basisposition gelangt und der Verbrennungsmotor dadurch startfähig wird.
Bei stillstehender Verstellwelle 6 und rechtsdrehendem Antriebsteil 4 gilt für die Auslegung von i₀:
Bei i₀ < 0 liegt ein Minusgetriebe mit Spätverstellung vor; bei i₀ < 1 ein Plusgetriebe mit Frühverstellung und bei i₀ > 1 ein Plusgetriebe mit Spätverstellung.
In Figur 2 ist ein Schaltschema des Stators 9 des Verstellmotors 2 dargestellt. Der Verstellmotor 2 ist als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet mit drei im Stern geschalteten Phasen 11, die Statorwicklungen 12 aufweisen und von einem Steuergerät 13 über Steuerleitungen 15 phasengerecht mit Strom versorgt werden.
Die drei Phasen 11 sind durch Kurzschlussleitungen 14 im Dreieck verbunden. In den Kurzschlussleitungen 14 sind Kurzschlussschalter 16 vorgesehen, die bei stromlosem Verstellmotor 2 geschlossen und bei bestromtem Verstellmotor 2 geöffnet sind. Durch das Schließen der Kurzschlussschalter 16 fließt ein Kurzschlussstrom, der zur Kurzschlussbremsung des als Generator betriebenen Verstellmotors 2 dient. Das Schließen der Kurzschlussschalter 16 kann einzeln oder als Ganzes erfolgen, wodurch die Bremskraft regelbar ist.
Da ein zu hoher Kurzschlussstrom den Verstellmotor 2 gefährdet, ist eine Strombegrenzung erforderlich. Dies kann durch stromabhängiges Öffnen der Kurzschlussschalter 16 erfolgen, die bei Unterschreiten eines Grenzwertes selbsttätig - zum Beispiel durch Federkraft - schließen.
Der Kurzschlussstrom lässt sich auch durch Leistungswiderstände 17 in den Kurzschlussleitungen 14 begrenzen. Ein elektrischer Stromregler 18, der in den Kurzschlussleitungen 14 angeordnet ist und von dem Kurzschlussstrom gespeist wird, dient dem gleichen Zweck.
In den Figuren 3 und 4 sind Verstellgetriebe dargestellt, die als Dreiwellengetriebe ausgebildet sind, mit ähnlichen, jedoch unterschiedlich angeordneten Bauteilen.
Figur 3 zeigt ein Doppelexzentergetriebe 19 mit einem kurbelwellenfesten Kettenrad 21, einem nockenwellenfesten Deckel 25 und einer Verstellwelle, die als Doppelexzenterwelle 29 ausgebildet ist. Diese ist über eine lösbare Passfederwellenkupplung 37 mit einem nicht dargestellten Verstellmotor verbunden. Als lösbare Kupplungen sind unter anderem auch Keil-, Polygon-, Zahn-, Zweikant-, Vierkant-, und Sechskantwellenkupplungen denkbar.
Der nockenwellenfeste Deckel 25 ist mit Hilfe einer zentralen Standard-Spannschraube 31 über eine Spannhülse 30 mit einem Nockenwellenzapfen 38 einer Nockenwelle 65 verspannt. Eine Öffnung 66 der Passfederwellenkupplung 37 ermöglicht den Zugang eines Schraubwerkzeugs zu einem Schraubenkopf 36 der zentralen Standard-Spannschraube 31.
Die Drehwinkellage zwischen der Nockenwelle 65 und dem nockenwellenfesten Deckel 25 ist durch einen Fixierstift 39 festgelegt, der mit Presssitz in fluchtenden Bohrungen des Deckels 25 und des Nockenwellenzapfens 38 angeordnet ist.
Die Spannhülse 30 dient zugleich als Lagerfläche für eine Nadelhülse 32 der Doppelexzenterwelle 29. Diese weist zwei gleiche, jedoch um 180° versetzte und dadurch voll ausgeglichene Exzenter 67 auf, die über Gleitlager 33 zwei baugleich ausgebildete Stirnräder 28 antreiben. Die Stirnräder 28 kämmen mit einer Innenverzahnung 22 eines kurbelwellenfesten Hohlrads 20, das einteilig mit dem Kettenrad 21 ausgebildet ist.
Der nockenwellenfeste Deckel 25 weist axiale Bohrungen 63 auf, in die Stifte 26 eingepresst sind. Diese durchgreifen axiale Bohrungen 27 der baugleich ausgebildeten Stirnräder 28 und durchragen Axialbohrungen 68 eines Abschlussdeckels 34. Die axialen Bohrungen 63, 68 sind fluchtend angeordnet und liegen in gleichmäßigem Abstand auf einem Kreis um die Drehachse 64 des Nockenwellenverstellers. Die axialen Bohrungen 27 besitzen einen um die doppelte Exzentrizität der Exzenter 67 größeren Durchmesser als die Stifte 26, die am Innenumfang der axialen Bohrungen 27 eine Linienberührung aufweisen.
Der Abschlussdeckel 34 dient zum Abschluss des Doppelexzentergetriebes 19 und zur axialen Fixierung der Doppelexzenterwelle 29, der Stirnräder 28 und des Hohlrads 20. Er ist durch Sicherungsringe 35 axial festgelegt. Diese sitzen in Nuten 78, die an dem aus den Axialbohrungen 68 des Abschlussdeckels 34 hervorragenden Enden der Stifte 26 angeordnet sind. Die Lage der Nuten 78 bestimmt den Abstand der Innenflächen 79, 80 des Deckels 25 und des Abschlussdeckels 34. Dabei ist das für die Relativbewegung erforderliche Axialspiel zu den entsprechenden Anlaufflächen der Doppelexzenterwelle 29, der Stirnräder 28 und des Hohlrads 20 berücksichtigt.
Das Hohlrad 20 ist auf dem Deckel 25 in einem Gleitlager 43 gelagert, das unter anderem die Kräfte des Kettenrads 21 aufnimmt. Dieses ist mit dem Hohlrad 20 einteilig ausgebildet und steht über eine Kette mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in drehfester Verbindung, von der es mit halber Kurbelwellendrehzahl angetrieben wird. Das Antriebsmoment des Kettenrades 21 wird über die Stirnräder 28 und die Stifte 26 auf den Deckel 25 und die Nokkenwelle 65 übertragen. Die Zahl der Stifte 26 richtet sich nach der Höhe des Antriebsmoments.
Die Schmierung des Doppelexzentergetriebes 19 erfolgt durch Motorschmieröl. Dieses gelangt von einer Zuflussleitung 40 des Nockenwellenzapfens 38 in die Nadelhülse 32 und von dort durch Fliehkraft über radiale Schmierölbohrungen 41 in Gleitlager 33, in die axialen Bohrungen 27, zur Innenverzahnung 22, zum Gleitlager 43 und über Abschlussbohrungen 23, 24 in den Motorraum. Die Doppelexzenterwelle 29 wird durch radiale Abströmbohrungen 42 entölt. Bei dem Doppelexzentergetriebe 19 handelt es sich um ein Plusgetriebe, das heißt, die Drehrichtung von Kettenrad 21 und Nockenwelle 64 sind gleich. Da jedes der Stirnräder 28 eine kleinere Zähnezahl Z_NW als die Zähnezahl Z_KW des kurbelwellenfesten Hohlrads 20 aufweist, ergibt sich eine Standgetriebeübersetzung: $i_{0} = \frac{Z_{NW}}{Z_{KW}} 0 < i_{0} < 1.$

Ist im vorliegenden Fall die Drehzahl der Doppelexzenterwelle 29 zum Beispiel durch Kurzschlussbremsen des Verstellmotors kleiner als die des Kettenrads 21, so ist dessen Drehzahl niedriger als die der Nockenwelle 65, wodurch diese in Richtung "früh" verstellt.
Figur 4 zeigt ein anderes Doppelexzentergetriebe 44, mit einem kurbelwellenfesten Kettenrad 46, einem nockenwellenfesten Hohlrad 51 und einer als Doppelexzenterwelle 50 ausgebildeten Verstellwelle. Diese ist über eine lösbare Keilwellenkupplung 62 mit dem nicht dargestellten Verstellmotor verbunden. Das Doppelexzentergetriebe 44 ist durch eine zentrale Sonder-Spannschraube 54 mit einem Nockenwellenzapfen 55 einer Nockenwelle 69 verspannt. Auch hier wird die Drehwinkellage zwischen der Nockenwelle 69 und dem Doppelexzentergetriebe 44 durch einen Fixierstift 60 festgelegt, der mit Presssitz in fluchtenden Bohrungen des Hohlrads 51 und des Nockenwellenzapfens 55 sitzt. Die zentrale Sonder-Spannschraube 54 ist durch die Keilwellenkupplung 62 hindurch anziehbar.
Ein zylindrischer Schraubenkopf 53 der Sonder-Spannschraube 54 dient zugleich als Lagerfläche für die Nadelhülse 57 der Doppelexzenterwelle 50, die dadurch extrem kurz baut. Sie weist wiederum zwei gleiche, um 180° versetzte Exzenter 70 auf, die über Wälzlager 56 zwei baugleich ausgebildete Stirnräder 49 antreiben. Die Wälzlager 56 können auch durch Gleitlager ersetzt werden, die Kosten und Bauraum sparen, dafür höhere Reibung aufweisen. Die Stirnräder 49 kämmen mit einer Innenverzahnung 52 des nockenwellenfesten Hohlrads 51. An dessen Umfang ist ein kurbelwellenfestes Antriebsrad 45 angeordnet, mit einem Umfangsteil 75 das einteilig mit dem Kettenrad 46 und einem Seitenteil 76 ausgebildet ist. Letzteres dient unter anderem als Seitenabschluss des Doppelexzentergetriebes 44. Das Umfangsteil 75 ist auf dem Umfang des Hohlrads 51 in einem Gleitlager 58 gelagert. Das Seitenteil 76 weist axiale Bohrungen 77 auf, in die axiale Stifte 47 eingepresst sind, die wie in Figur 3 in Bohrungen 48 der Stirnräder 49 eingreifen und das Antriebsmoment des Antriebsrads 45 über die Stirnräder 49 auf das Hohlrad 51 und auf die Nockenwelle 69 übertragen. Das kurbelwellenfeste Antriebsrad 45 und mit ihm die Stirnräder 49 und die Doppelexzenterwelle 50 sind durch einen Sprengring 59 axial fixiert. Dieser sitzt in einer Radialnut 71 des kurbelwellenfesten Antriebsrads 45 und liegt mit einer Flanke an einer nockenwellennahen Stirnseite 72 des Hohlrades 51 an. Die nockenwellenferne Stirnseite 73 des Hohlrads 45 liegt mit Spiel an der axialen Innenseite 74 des Antriebsrads 45 an. Dieses Spiel ermöglicht die Relativbewegung von Hohlrad 51, Antriebsrad 45, Stirnräder 49 und Doppelexzenterwelle 50.
Die Schmierung des Doppelexzentergetriebes 44 erfolgt wie bei dem Doppelexzentergetriebe 19 durch eine Zuflussbohrung 61 zu der Nadelhülse 57 und von dort durch Fliehkraft zu den anderen Bauteilen.
Bei dem Doppelexzentergetriebe 44 handelt es sich ebenfalls um ein Plusgetriebe. Da die Zähnezahl Z_NW des nockenwellenfesten Hohlrads 52 größer als die Zähnezahl Z_KW jedes der baugleich ausgebildeten Stirnräder 49 ist, ergibt sich eine Standgetriebeübersetzung: $i_{0} = \frac{Z_{NW}}{Z_{KW}} > 1.$

Ist in diesem Fall die Drehzahl der Doppelexzenterwelle, zum Beispiel durch Kurzschlussbremsen des Verstellmotors kleiner als die des Kettenrads 46, so dreht sich die Nockenwelle 69 langsamer als dieses und verstellt so nach "spät".
Das Doppelexzentergetriebe 19 dient als Verstellgetriebe einer Auslassnokkenwelle mit Basisposition "früh", das andere Doppelexzentergetriebe 44 als Verstellgetriebe einer Einlassnockenwelle mit Basisposition "spät".

Bezugszeichenliste

1: Verstellgetriebe
2: Verstellmotor
3: Nockenwelle
4: Antriebsteil
5: Abtriebsteil
6: Verstellwelle
7: Antriebsrad
8: Dauermagnetrotor
9: Stator
10: Gehäuse
11: Phase
12: Statorwicklung
13: Steuergerät
14: Kurzschlussleitung
15: Steuerleitung
16: Kurzschlussschalter
17: Leistungswiderstand
18: elektronischer Stromregler
19: Doppelexzentergetriebe
20: kurbelwellenfestes Hohlrad
21: Kettenrad
22: Innenverzahnung
23: Abflussbohrung
24: Abflussbohrung
25: nockenwellenfester Deckel
26: Stift
27: axiale Bohrung
28: Stirnrad
29: Doppelexzenterwelle
30: Spannhülse
31: Standard-Spannschraube
32: Nadelhülse
33: Gleitlager
34: Abschlussdeckel
35: Sicherungsring
36: Standard-Schraubenkopf
37: Passfederwellenkupplung
38: Nockenwellenzapfen
39: Fixierstift
40: Zuflussleitung
41: Schmierölbohrung
42: Abströmbohrung
43: Gleitlager
44: anderes Doppelexzentergetriebe
45: kurbelwellenfestes Antriebsrad
46: Kettenrad
47: axialer Stift
48: Bohrung
49: Stirnrad
50: Doppelexzenterwelle
51: nockenwellenfestes Hohlrad
52: Innenverzahnung
53: zylindrischer Schraubenkopf
54: Sonder-Spannschraube
55: Nockenwellenzapfen
56: Wälzlager
57: Nadelhülse
58: Gleitlager
59: Sicherungsring
60: Fixierstift
61: Zuflussbohrung
62: Keilwellenkupplung
63: axiale Bohrung
64: Drehachse
65: Nockenwelle
66: Öffnung
67: Exzenter
68: Axialbohrung
69: Nockenwelle
70: Exzenter
71: Radialnut
72: nockenwellennahe Stirnseite
73: nockenwellenferne Stirnseite
74: axiale Innenseite
75: Umfangsteil
76: Seitenteil
77: axiale Bohrung
78: Nut
79: Innenseite
80: Innenseite

Claims

Elektrische Verstellvorrichtung für die Drehwinkellage der Nockenwelle (3, 65, 69) zur Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, mit einem Verstellgetriebe (1), das als Dreiwellengetriebe ausgebildet ist und ein kurbelwellenfestes Antriebsteil (4), ein nockenwellenfestes Abtriebsteil (5) sowie eine Verstellwelle (6) aufweist, die drehfest mit einem elektrischen Verstellmotor (2) verbunden ist, der einen Dauermagnetrotor (8) und einen gehäusefesten Stator (9) aufweist, wobei zwischen Antriebsteil (4) und Abtriebsteil (5) bei stillstehender Verstellwelle (6) eine Standgetriebeübersetzung $i_{0} = \frac{{Abtriebszähnezahl Z}_{NW}}{{Abtriebszähnezahl Z}_{KW}}$
vorliegt, deren Größe die Gattung des Verstellgetriebes (1) als Plus- oder Minusgetriebe und die Verstellrichtung der Nockenwelle (3, 65, 69) in eine früh- oder spätliegende Basisposition bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund geeigneter konstruktiver Gestaltung des Verstellgetriebes (1) Standgetriebeübersetzungen i₀ realisierbar sind, durch die eine frühe und eine späte Basisposition der Nokkenwelle (3, 65, 69) allein durch Abbremsen der Verstellwelle (6) bei rotierendem Verstellgetriebe (1) erreichbar sind und dass das Abbremsen der Verstellwelle (6) vorzugsweise durch Kurzschlussbremsung des Verstellmotors (2) erfolgt.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Standgetriebeübersetzung 0 < i₀ <1 ein Plusgetriebe für eine Nokkenwellenverstellung in Richtung "früh" und mit einer Standgetriebeübersetzung i₀ > 1 ein Plusgetriebe für eine Nockenwellenverstellung in Richtung "spät" realisierbar ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstellgetriebe (1) ein Doppelexzentergetriebe (19) oder ein Taumelgetriebe und ein anderes Doppelexzentergetriebe (44) vorgesehen sind.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelexzentergetriebe (19) einen nockenwellenfesten Deckel (25) aufweist, der mit axialen Stiften (26) fest verbunden ist, die in Bohrungen (27) zweier gleich ausgebildeter Stirnräder (28) mit Linienberührung eingreifen und dass die Stirnräder (28), die von dem Verstellmotor (2) über eine Doppelexzenterwelle (29) antreibbar sind, mit einem kurbelwellenfesten Hohlrad (20) kämmen.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelexzenterwelle (29) auf einer Schraubenhülse (30) einer zentralen Standard-Spannschraube (31) mit einer Nadelhülse (32) wälzgelagert und die baugleich ausgebildeten Stirnräder (28) auf der Doppelexzenterwelle (29) in Gleitlagern (33) gelagert sind.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähnezahl Z_NW jedes der zwei baugleich ausgebildeten Stirnräder (28) (gleich Abtriebszähnezahl) kleiner als die Zähnezahl Z_KW des kurbelwellenfesten Hohlrads (20) (gleich Antriebszähnezahl) ist, was zu einer Standgetriebeübersetzung 0 < i₀ < 1 führt.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein anderes Doppelexzentergetriebe (44) ein kurbelwellenfestes Antriebsrad (45) aufweist, dass mit axialen Stiften (47) fest verbunden ist, die in Bohrungen (48) zweier baugleich ausgebildeter Stirnräder (49) mit Linienberührung eingreifen und dass die baugleich ausgebildeten Stirnräder (49), die von dem Verstellmotor (2) über eine Doppelexzenterwelle (50) antreibbar sind, mit einem nockenwellenfesten Hohlrad (51) kämmen.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelexzenterwelle (50) auf einem zylindrischen Schraubenkopf (53) einer zentralen Sonder-Spannschraube (54) und die baugleich ausgebildeten Stirnräder (49) auf der Doppelexzenterwelle (50) bevorzugt in Wälzlagern (56) gelagert sind.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebszähnezahl Z_NW des nockenwellenfesten Hohlrads (51) größer als die Antriebszähnezahl Z_KW eines jeden der baugleich ausgebildeten Stirnräder (49) ist, was zu einer Standgetriebeübersetzung i₀ > 1 führt.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (9) des Verstellmotors (2) vorzugsweise drei Phasen (10) aufweist, die einzeln und als Ganzes zur Kurzschlussbremsung des Verstellmotors (2) kurzschließbar sind.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Kurzschlussschalter (15) vorgesehen sind, die bei stromlosen Verstellmotor (2) geschlossen und bei bestromten Verstellmotor (2) geöffnet sind.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Maßnahmen zur Begrenzung des Kurzschlussstroms vorgesehen sind.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlussschalter (15) bei Überschreiten eines Grenzwertes des Kurzschlussstroms vorzugsweise mit Hilfe desselben öffnen und bei Unterschreiben desselben selbsttätig schließen.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kurzschlussleitungen (13) ein Leitungswiderstand (16) angeordnet ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kurzschlussleitungen (13) ein mit Kurzschlussstrom betriebener elektronischer Stromregler (17) vorgesehen ist.