Die Erfindung betrifft ein Verstellgetriebe für eine Nockenwelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, bei Kraftfahrzeugen zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs und der Motorleistung eine Ventilsteuerung variabel zu gestalten. Zur Veränderung der Ventilansteuerung kann z.B. die Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verändert werden. Üblicherweise benötigen derartige Anordnungen zum Verstellen der Phasenlage relativ viel Bauraum, der in modernen Fahrzeugen, in denen eine Vielzahl von Aggregaten angeordnet sind, schwer verfügbar zu machen ist. Zur Veränderung der Phasenlage kann beispielsweise ein Flügelzellenversteller zum Einsatz kommen, dessen Stellgeschwindigkeit und Stellwinkel jedoch gering sind. Bei niedrigen Drehzahlen und niedrigem Öldruck sowie im Stand kann die Phasenlage nicht verstellt werden.

Durch den Einsatz elektrisch angetriebener Verstellgetriebe können diese Probleme umgangen werden. Aus der Offenlegungsschrift DE 100 38 354 Al ist ein elektrisch angetriebenes Verstellgetriebe bekannt mit einer Stellvorrichtung zur Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle gegenüber einer von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Kurbelwelle sowie mit einem von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebsrad zum Antreiben der Nockenwelle, bei dem ein Taumelscheibengetriebe vorgesehen ist. Eine solche Anordnung verursacht allerdings wegen des notwendigen hochübersetzenden, zweistufigen Getriebes und Stellmotors hohe Kosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst kompaktes und kostengünstiges Verstellgetriebe für eine Nockenwelle zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verstellgetriebe weist ein als umlaufendes Summengetriebe ausgebildetes Vierwellengetriebe in einem Gehäuse auf, bei dem vier Wellen nach außen geführt sind. Ein solches Vierwellengetriebe ermöglicht eine hohe Stellgeschwindigkeit bei einer Verstellung einer Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle, weiterhin ist ein theoretisch unbegrenzter Stellbereich möglich. Besonders günstig ist das Vierwellengetriebe in Form zweier gekoppelter als Umlaufgetriebe ausgebildeter Teilgetriebe mit einem kinematischen Freiheitsgrad von 2 einzusetzen. Unter diesem kinematischen Freiheitsgrad ist zu verstehen, dass durch zwei beliebig vorgebbare Drehzahlen zweier Wellen die Drehzahlen der anderen beiden Wellenbestimmt sind. Je nach Getriebe¬ aufbau ist auch ein kinematischer Freiheitsgrad von 3 realisierbar, wobei durch drei beliebig vorgebbare Drehzahlen dreier der Wellen die Drehzahl der vierten Welle bestimmt ist.

Die beiden Umlaufgetriebe können in einer ersten und zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung als Koppelgetriebe oder in einer dritten bevorzugten Ausgestaltung als einfache Planetengetriebe ausgebildet sein. Vorzugsweise bilden ein Antriebsrad, insbesondere ein Kettenrad, einen ersten Eingang, ein erster und ein zweiter Stelleingang von Antriebswellen einen zweiten und dritten Eingang und die vierte Welle einen Getriebeausgang. Die beiden Stelleingänge sind mit Drehmoment zur Verstellung der Phasenlage beaufschlagbar, während der Getriebeausgang mit der Nockenwelle verbunden ist. ,

Eine einfache Regelbarkeit des Verstellgetriebes ist möglich, wenn die beiden Stelleingänge mit antreibendem und/oder bremsendem Drehmoment beaufschlagbar sind. Beim Einsatz eines bremsenden Drehmoments (Bremsmoment) kann jeweils eine Vor- und Zurückstellung durch das Bremsmoment ausgelöst werden. Vorzugsweise sind die beiden Stelleingänge mit einem variablen Bremsmoment beaufschlagbar. Bei einem selbst hemmenden Getriebe tritt keine Leistungsaufnahme bei konstanter Phasenlage auf.

Bevorzugt liegt bei festgehaltenem Antriebsrad zwischen dem ersten Stelleingang und der Nockenwelle eine negative Übersetzung (Minusgetriebe) und zwischen dem zweiten Stelleingang und der Nockenwelle eine positive Übersetzung (Plusgetriebe) vor, d.h. dass bei dem Minusgetriebe die Drehrichtung des Eingangs entgegengesetzt der Drehrichtung des Ausgangs ist, während die Drehrichtung bei dem Plusgetriebe unverändert bleibt. Bei konstanter Phasenlage sind beide Stelleingänge auf Nockenwellendrehzahl einstellbar, was einem Kupplungsfall ohne Relativbewegung im Getriebe entspricht. Bei einem zwischen dem Antriebsrad und der Nockenwelle selbsthemmenden Getriebe ist dazu kein zusätzliches Bremsmoment notwendig. Ist das Getriebe nicht selbsthemmend, kann der gleiche Effekt durch ein zusätzliches Bremsmoment z.B. zwischen zwei der vier nach außen geführten Wellen oder zwei bei Verstellvorgängen gegeneinander drehenden Teilen erzielt werden. Zur Veränderung der Phasenlage ist jeweils einer der beiden Stelleingänge mit einem insbesondere variablen Bremsmoment beauschlagbar. Die beiden Stelleingänge sind vorzugsweise mit einem elektrischen Antriebsmotor verbunden, der bevorzugt koaxial geführte Wellen aufweist. Wird der erste Stelleingang vom Kupplungsfall ausgehend gebremst, so wird die Nockenwelle nach früh gestellt . Der schwächer gebremste oder auch ganz frei laufende zweite Stelleingang wird dabei auf eine Drehzahl beschleunigt, die größer ist, als die aktuelle Nockenwellendrehzahl . Bei einer Bremsung des zweiten Stelleingangs stellt die Nockenwelle nach spät. Der schwächer gebremste oder auch ganz frei laufende erste Stelleingang wird dabei auf eine Drehzahl beschleunigt, die größer ist als die aktuelle Nockenwellendrehzahl. Die Stellgeschwindigkeiten sind demnach in beide Richtungen von der Übersetzung und dem Bremsmoment abhängig. Dadurch ist bereits ein relativ niedriger Getriebewirkungsgrad ausreichend, mit dem Vorteil einer Vereinfachung der Lagerung und einer Toleranz gegenüber einer mindereren Verzahnungsqualität und entsprechenden Kosteneinsparungen.

Ein einfacher Aufbau des Verstellgetriebes ergibt sich, wenn ein erstes Teilgetriebe und ein zweites Teilgetriebe zumindest mittelbar durch das Antriebsrad antreibbare Planetenräder aufweisen.

Eine kompakte Vorrichtung ist erreichbar, wenn die erste und die zweite Antriebswelle der Stelleingänge und die Nockenwelle auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet sind. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Antriebswelle koaxial ausgebildet. Vorzugsweise umfasst in einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung das erste Teilgetriebe ein um ein erstes Sonnenrad laufendes loses erstes Planetenrad und das zweite Teilgetriebe ein um ein zweites Sonnenrad laufendes loses zweites Planetenrad. Die beiden Teilgetriebe sind zweckmäßigerweise durch eine axial zwischen den beiden Teilgetrieben liegende Trennscheibe getrennt. Vorzugsweise ist eines der Teilgetriebe als Plusgetriebe und das andere als Minusgetriebe ausgeführt.

In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung umfasst das erste Teilgetriebe ein auf einem ersten Exzenter gelagertes Planetenrad und das zweite Teilgetriebe ein auf einem zweiten Exzenter gelagertes Planetenrad. Zweckmäßigerweise sind das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad parallel durch ein mit dem Antriebsrad verbundenes Hohlrad antreibbar, was einen besonders einfachen und kompakten Aufbau ermöglicht. In günstiger Weiterbildung ist das erste Planetenrad mit einem ersten Hohlrad und das zweite Planetenrad mit einem zweiten Hohlrad in Eingriff bringbar, welche mit der Nockenwelle drehfest verbunden sind.

In einer bevorzugten dritten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das erste Teilgetriebe um ein erstes Sonnenrad laufende, auf je einem Planetenträger gelagerte Planetenräder und das zweite Teilgetriebe um ein zweites Sonnenrad laufende, auf je einem Planetenträger gelagerte Planetenräder. Bevorzugt sind die Planetenträger des zweiten Teilgetriebes mit dem Antriebsrad drehfest verbunden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine symbolische Darstellung eines Vierwellengetriebes,

Fig. 2 schematisch einen erste Ausgestaltung eines Verstellgetriebes mit zwei Teilgetrieben mit Sonnen- und Planetenrädern,

Fig. 3 schematisch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung eines Verstellgetriebes mit exzentrischen Wellen,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Verstellgetriebes aus Figur 3,

Fig. 5 eine Ansicht des Verstellgetriebes aus Figur 3 ohne Abdeckscheibe,

Fig. 6 eine Ansicht eines Antreibsrads mit zentralem Hohlrad des Verstellgetriebes aus Fig. 3, und

Fig. 7 schematisch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung eines Verstellgetriebes mit einfachen Planetenrädern.

In den Figuren sind grundsätzlich gleiche oder im Wesent¬ lichen gleich bleibende Teile mit gleichen Bezugszeichen beziffert.

Eine symbolische Darstellung eines bevorzugten Verstell¬ getriebe mit einer Stellvorrichtung zur Verstellung einer Phasenlage einer Nockenwelle 40 gegenüber einer von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angetriebenen, nicht dargestellten Kurbelwelle sowie mit einem von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebsrad 10 zum Antreiben der Nockenwelle 40 ist in Figur 1 in Form eines Vierwellengetriebes abgebildet.

Aus dem Verstellgetriebe sind vier Wellen nach außen geführt in Form eines Antriebsrads 10, zweier Stelleingänge mit Antriebswellen 20, 30 sowie einem Getriebeausgang, der mit der Nockenwelle 40 verbunden ist.

Jede der Antriebswellen 20, 30 der Stelleingänge wirkt auf ein ihr zugeordnetes, als Umlaufgetriebe ausgebildetes Teilgetriebe 22 bzw. 32. De beiden Stelleingänge sind mit antreibendem und/oder bremsendem Drehmoment (Bremsmoment) beaufschlagbar.

Die beiden als Umlaufgetriebe ausgebildeten Teilgetriebe 22, 32 können wiederum als Koppelgetriebe oder als einfache Planetengetriebe ausgebildet sein.

Figur 2 zeigt eine erste bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verstellgetriebes. In einem gemeinsamen Gehäuse 19 ist ein erstes Teilgetriebe 22 und ein zweites Teilgetriebe 32 angeordnet, welche durch eine Trennscheibe 15 voneinander getrennt sind. Eines der beiden Teilgetriebe 22, 32 ist als Plusgetriebe, das andere als Minusgetriebe ausgebildet. Zwei Stelleingänge weisen koaxial geführte Antriebswellen 20, 30 auf. Ein als Kettenrad ausgebildetes Antriebsrad 10 ist mit einem zentralen Antriebshohlrad 11 verbunden. Das Antriebsrad 10 ist über ein als Kette ausgebildetes Zugmittel 41 mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle antriebsverbunden. Zwei Abtriebshohlräder 43, 44 sind axial vor und hinter dem Antriebshohlrad 11 angeordnet und mit einer Nockenwelle 40 am Getriebeausgang drehfest verbunden. Dazu sind entsprechende Durchgriffe 18 als ringsegmentartige Durchbrüche im Antriebsrad 10 vorgesehen. Durch eine Profilverschiebung liegen die Abtriebshohlräder 43, 44 trotz unterschiedlicher Zähnezahl auf gleichem Durchmesser.

Zentral sind zwei Sonnenräder 23, 33 vorgesehen, deren koaxial herausgeführte Antriebswellen 20, 30 die Stelleingänge bilden. Das erste Sonnenrad 23 ist mit einem ersten, lose laufenden Planetenrad 24 in Eingriff, das auch mit dem ersten Abtriebshohlrad 43 und dem zentralen Antriebshohlrad 11 in Eingriff ist. Es kann auch mehr als ein lose laufendes Planetenrad 24 vorgesehen sein. Das zweite Sonnenrad 33 ist mit einem zweiten lose laufenden Planetenrad 34 in Eingriff, das mit einen zweiten Abtriebshohlrad 44 und dem zentralen Antriebsrad 11 in Eingriff ist. Auch hier kann mehr als ein lose laufendes Planetenrad 34 vorgesehen sein. Die Zahl der Planetenräder 24, 34 wird so gewählt, wie sie dem Fachmann als sinnvoll erscheint.

Ein Träger 42 der beiden mit der Nockenwelle 40 verbundenen Hohlräder 43, 44 bildet einen Boden des Gehäuses. Das erste Teilgetriebe 22 und das zweite Teilgetriebe 32 sind axial durch den Träger 42 und die Trennscheibe 15 bzw. ein Abdeckscheibe 16 festgelegt, die das Gehäuse 19 nach außen abschließt. Die koaxialen Antriebswellen 20, 30 der Stelleingänge und die Nockenwelle 40 sind auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet.

Eine bevorzugte zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verstellgetriebes zeigt Figur 3. In den Figuren sind grundsätzlich gleiche oder im Wesentlichen gleich bleibende Teile mit gleichen Bezugszeichen beziffert, wobei zur Unterscheidung der verschiedenen Ausführungsbeispiele ein Buchstabe a für die zweite bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verstellgetriebes angefügt ist.

Das Verstellgetriebe entspricht in vielen Punkten dem Verstellgetriebe der Figur 2 und bildet wie dieses ein Koppelgetriebe, bei dem eines der Teilgetriebe 22a, 32a ein Plusgetriebe und das andere ein Minusgetriebe bildet. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden im Wesentlichen nur die Unterschiede der bevorzugten Ausgestaltung zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Zu den nicht beschriebenen Elementen und deren Funktionalitäten wird auf die Beschreibung der Figur 2 verwiesen.

Das erste Teilgetriebe 22a umfasst dabei ein auf einem Exzenter 25 gelagertes Planetenrad 26, während das zweite Teilgetriebe 32a ein auf einem Exzenter 35 gelagertes Planetenrad 36 umfasst. Beide Planetenräder 26, 36 sind mit einem zentralen Antriebshohlrad IIa in Eingriff und parallel durch dieses antreibbar sowie jeweils mit einem Abtriebshohlrad 43a, 44a in Eingriff. Durch eine ProfilVerschiebung können die Abtriebshohlräder 43a, 44a trotz unterschiedlicher Zähnezahlen auf gleichem Umfang liegen. Die Antriebswellen 20a, 30a der Exzenter 25, 35 sind koaxial aus dem Verstellgetriebe herausgeführt. Von den beiden Teilgetriebe 22a, 32a ist wiederum eines als Plusgetriebe und eines als Minusgetriebe ausgeführt.

Figur 4 zeigt einen Längsschnitt durch das Verstellgetriebe der Figur 3. Erkennbar ist der kompakte Aufbau des Verstellgetriebes, wobei der Träger 42a, die Abtriebshohlräder 43a, 44a, das Antriebsrad 10a und die Abdeckscheibe 16a das Gehäuse 19a bilden. Die mit den koaxialen Antriebswellen 20a, 30a verbundenen Exzenter 25 bzw. 35 tragen die Planetenräder 26 bzw. 36, die mit dem Antriebshohlrad IIa und jeweils mit den Abtriebshohlrädern 43a bzw. 44a in Eingriff sind. Die Abdeckscheibe 16a ist mit dem Träger 42a verschraubt.

Die Figuren 5 und 6 zeigen Details des Verstellgetriebes, das in den Figuren 3 und 4 beschrieben ist, in einer dreidimensionalen Ansicht. Eine Ansicht ohne Abdeckscheibe lβa zeigt die koaxial geführten Antriebswellen 20a, 30a und das Planetenrad 36a des zweiten Teilgetriebes 32a. Die Antriebswellen 20a, 30a sind von innen nach außen von dem Planetenrad 36a umgeben und dieses von dem Abtriebshohlrad 44a. Axial unterhalb des Abtriebshohlrads 44a zur Nockenwelle 40a hin ist das Antriebsrad 10a angeordnet, das mit dem zentralen Antriebshohlrad IIa verbunden ist, welches in der Ansicht verdeckt ist. Eine Anbindung des Abtriebshohlrads 44a an die Nockenwelle 40a erfolgt durch ringsegmentartige Durchgriffe 18a im Antriebsrad 10a. Das Antriebsrad 10a mit den ringsegmentartigen Durchgriffen 18a sowie dem mit dem Antriebsrad 10a fest verbundenen zentralen Antriebshohlrad IIa ist in Figur 6 dargestellt. Das Antriebsrad 10a kann mit dem Antriebshohlrad IIa verschweißt oder in anderer geeigneter Weise fest verbunden sein. Optional kann das Antriebsrad 10a auch einstückig mit dem Antriebshohlrad IIa ausgebildet sein.

Figur 7 zeigt eine dritte bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verstellgetriebes, welches zwei als einstufige Planetengetriebe ausgebildete Teilgetriebe 22b, 32b aufweist. In den Figuren sind grundsätzlich gleiche oder im Wesentlichen gleich bleibende Teile mit gleichen Bezugszeichen beziffert, wobei zur Unterscheidung der verschiedenen Ausführungsbeispiele ein Buchstabe b für die dritte bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verstellgetriebes angefügt ist. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden im Wesentlichen nur die Unterschiede der bevorzugten Ausgestaltung zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Zu den nicht beschriebenen Elementen und deren Funktionalitäten wird auf die Beschreibung der Figur 2 verwiesen.

Das erste Teilgetriebe 22b bildet ein Plusgetriebe und das zweite Teilgetriebe 32b ein Minusgetriebe. Ein Antriebsrad 10b ist fest mit einem Antriebshohlrad IIb und mit je einem Planetenträger 47 bzw. 48 des zweiten Teilgetriebes 32b verbunden. Für die Verbindung mit dem Antriebshohlrad IIb sind ringsegmentartige Durchgriffe 18b im Antriebsrad 10 vorgesehen. Eine Nockenwelle 40b am Getriebeausgang ist mit Planetenträgern 45, 46 des ersten Teilgetriebes 22b und mit einem Abtriebshohlrad 44b des zweiten Teilgetriebes 32b verbunden. Das Antriebshohlrad IIb und die beiden Planetenträger 47, 48 sind radial auf unterschiedlichen Durchmessern angeordnet .

Zwei Sonnenräder 23b, 33b sind über koaxiale Wellen 20b, 30b mit Stelleingängen des Verstellgetriebes verbunden. Um das Sonnenrad 23b des ersten Teilgetriebes 22b laufen auf je einem Planetenträger 45, 46 gelagerte Planetenräder 50, 51. Um das Sonnenrad 33b des zweiten Teilgetriebes 32b laufen auf je einem Planetenträger 47, 48 gelagerte Planetenräder 52, 53. Es können auch mehr als zwei Plantetenräder 50, 51 bzw. 52, 53 je Teilgetriebe 22b, 32b vorgesehen sein.