Bezeichnung der Erfindung

Nockenwellenversteller mit einem überlagerungsgetriebe

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff es Anspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

Nockenwellenversteller lassen sich wie folgt grob klassifizieren:

A. Phasenversteller mit einem Stellglied, also einer Funktionseinheit, die in den Massenstrom oder Energiefluss eingreift, welches beispielsweise hydraulisch, elektrisch oder mechanisch ausgebildet ist, und sich mit Ge- thebeelementen des Nockenwellenverstellers mitdreht.

B. Phasenversteller mit einem separaten Steller, also einer Funktionseinheit, in der aus der Reglerausgangsgröße die zur Aussteuerung des Stellgliedes erforderliches Stellgröße gebildet wird, und einem separaten Stellglied. Hier gibt es folgende Bauformen:

a. Phasenversteller mit einem mitdrehenden Aktuator und einem mitdrehenden Stellglied, beispielsweise ein hochübersetzendes Getriebe, dessen Stellwelle durch einen mitdrehenden Hydraulikmotor oder Fliehkraftmotor vorverstellt werden kann und mittels einer Feder rückverstellt werden kann.

b. Phasenversteller mit einem mitdrehenden Stellglied und einem stationären, motorfesten Aktuator, beispielsweise einem Elektromotor oder einer elektrischen oder mechanischen Bremse, s. a. DE 100 38 354 A1 , DE 102 05 034 A1 , EP 1 043 482 B1.

c. Phasenversteller mit einer richtungsabhängigen Kombination der Lösungen gemäß a. und b., beispielsweise eine motorfeste Bremse, bei der ein Teil der Bremsleistung beispielsweise zum Verstellen nach früh genutzt wird, um eine Feder zu spannen, welche nach Abschaltung der Bremse die Rückverstellung ermöglicht, s. a. DE 102 24 446 A1 , WO 03-098010, US 2003 0226534, DE 103 17 607 A1.

Bei Systemen gemäß B. a. bis B. c sind Aktuator und Stellglied mittels einer Stellwelle miteinander verbunden. Die Verbindung kann schaltbar oder nicht schaltbar sein, lösbar oder unlösbar, spielfrei oder mit Spiel behaftet und weich oder steif ausgeführt sein. Unabhängig von der Bauform kann die Verstellenergie in Form einer Bereitstellung durch eine Antriebs- und/oder eine Bremsleistung sowie unter Ausnutzung von Verlustleistungen des Wellensystems (z. B. Reibung) und/oder Trägheiten und/oder Fliehkräfte erfolgen. Ein Bremsen, vorzugsweise in Verstellrichtung "spät" kann auch unter vollständiger Ausnutzung oder Mitbenutzung der Reibleistung der Nockenwelle erfolgen. Ein Nockenwel- lenversteller kann mit oder ohne eine mechanische Begrenzung des Verstellbereiches ausgestattet sein. Als Getriebe in einem Nockenwellenversteller finden ein- oder mehrstufige Drei-Wellen-Getriebe und/oder Mehrgelenk bzw. Koppelgetriebe Einsatz, beispielsweise in Bauform als Taumelscheibengetriebe, Exzentergetriebe, Planetengetriebe, Wellgetriebe, Kurvenscheibengetriebe, Mehrgelenk- bzw. Koppfelgetriebe oder Kombinationen der einzelnen Bauformen bei einer mehrstufigen Ausbildung.

Während herkömmliche, hydraulisch betätigte Nockenwellenversteller oder Nockenwellenversteller in Bauweise mit Flügelzellen, Schwenkflügeln oder Segmentflügeln den Vorteil haben, dass

das Hydraulikmedium zur Ansteuerung an beliebiger Stelle in den No- ckenwellenversteller eingespeist werden kann, das Hydraulikmedium in dem Nockenwellenversteller über geeignete Strömungskanäle weitergeleitet, das Hydraulikmedium - sofern erforderlich - umgelenkt werden kann und geeignete Einrichtungen zur Steuerung des Hydraulikdrucks auch dezentral von dem Nockenwellenversteller angeordnet sein können,

ist in herkömmlichen Nockenwellenverstellem, in denen die Stellbewegung über einen Elektromotor und ein überlagerungsgetriebe, Dreiwellengetriebe oder Planetengetriebe (im Folgenden überlagerungsgetriebe) erzeugt wird, s. bspw. DE 41 10 195 A1 , der Elektromotor üblicherweise fluchtend zur Längsachse der Nockenwelle und des überlagerungsgetriebes vor dem überlagerungsgetriebe angeordnet. Aus diesem Grund bauen derartige Nockenwellenversteller mit einem elektrischen Stellaggregat und einem überlagerungsgetriebe axial größer als entsprechende hydraulisch betätigte Nockenwellenversteller.

Aus DE 37 37 602 A1 ist es bekannt, als überlagerungsgetriebe ein Differenti- algetriebe einzusetzen, bei dem ein Antrieb über ein mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehendes Antriebsrad und ein Abtrieb zu der Nockenwelle fluchtend zur Längsachse erfolgen, während die Einspeisung der Antriebsbewegung des elektrischen Stellaggregats radial zu der vorgenannten Längsachse erfolgt.

Aus DE 102 60 546 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller bekannt, an den auf der der Nockenwelle abgewandten Seite fluchtend zur Längsachse eine Vakuumpumpe angekoppelt werden kann.

DE 38 30 382 C1 offenbart den Antrieb eines einem überlagerungsgetriebe axial vorgelagerten Planetengetriebes über ein elektrisches Stellaggregat, dessen Längsachse parallel zu der Längsachse der Nockenwelle und des überlagerungsgetriebes versetzt ist.

Das aus US 4,747,375 bekannte überlagerungsgetriebe ist als Planetengetriebe ausgebildet, bei dem für eine erste Ausgestaltung das Hohlrad über einen Servomotor angetrieben ist, dessen Längsachse parallel zur Längsachse der Nockenwelle angeordnet ist, während das Sonnenrad des Planetengetriebes in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine steht und ein Abtrieb des Planetengetriebes zu der Nockenwelle über den Steg erfolgt. Für eine alternative Ausgestaltung erfolgt der Antrieb über den Servomotor über das Sonnenrad bei fluchtender Ausrichtung des Servomotors zur Längsachse der Nockenwelle, während die Kurbelwelle das Hohlrad antreibt bei Abtrieb über den Steg des Planetengetriebes.

Schließlich offenbart DE 103 52 255 A1 eine Ankopplung eines elektrischen Stellaggregats über eine flexible Welle, einen Pneumatikmotor, einen Hydromo- tor, so dass das Stellaggregat an beliebiger Stelle angeordnet sein kann. Weiterhin ist der Druckschrift der Vorschlag zu entnehmen, ein elektrisches Stellaggregat parallel zur Nockenwelle anzuordnen und zwischen überlagerungsgetriebe und elektrischem Stellaggregat eine Getriebestufe anzuordnen.

Aufgabe der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellen- versteller vorzuschlagen, der erweiterte Möglichkeiten für eine Integration desselben in eine Brennkraftmaschine bietet. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, über den Nockenwellenversteller einen Antrieb eines Zusatzaggregats zu ermöglichen.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich entsprechend den Merkmalen der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.

Erfindungsgemäß erfolgt die Einspeisung der Antriebsbewegung des Stellaggregats in das überlagerungsgetriebe nicht auf der "freien Stirnseite" des überlagerungsgetriebes, also auf der der Nockenwelle abgewandten Seite, sondern vielmehr auf der der Nockenwelle zugewandten Seite. Die Erfindung hat hierbei erkannt, dass ein für hydraulisch angesteuerte Nockenwellenversteller üblicherweise auf der der Nockenwelle zugewandten Seite des Nockenwellenvers- tellers vorhandener Bauraum für Nockenwellenversteller mit elektrischem Stellaggregat und überlagerungsgetriebe ungenutzt ist. Dieser Bauraum kann damit erfindungsgemäß genutzt werden. Dies kann einerseits dann der Fall sein, wenn dieselbe Brennkraftmaschine einerseits mit einem hydraulischen Nockenwellenversteller und andererseits in einer Variante mit einem Nockenwellenversteller mit einem Stellaggregat und einem überlagerungsgetriebe genutzt werden soll. Andererseits ist eine derartige Ausgestaltung auch für eine gesamte Baureihe einer Brennkraftmaschine mit Stellaggregat möglich. Hierbei kann lediglich die dem überlagerungsgetriebe die Leistung zuführende Welle auf der der Nockenwelle zugewandten Seite des überlagerungsgetriebes angeordnet sein oder auch das gesamte Stellaggregat mit einer zugeordneten Stellwelle. Der freie Bauraum bei hydraulischen Systemen ergibt sich insbesondere infolge des Entfalls von übertragungselementen für ein Hydraulikmedium und geeigne- te Steuerventile.

Infolge des Entfalls der Einspeisung der Antriebsbewegung auf der der Nockenwelle abgewandten Seite des überlagerungsgetriebes ergibt sich auf dieser Seite freier Bauraum, der gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfin- düng dafür genutzt werden kann, dass auf dieser Seite eine Welle herausgeführt ist, über die ein Zusatzaggregat, insbesondere eine Vakuumpumpe, eine Benzineinspritzpumpe oder ein Zündverteiler, antreibbar ist. Hierbei kann die Welle fluchtend oder parallel zu der Längsachse der Nockenwelle und dem Nockenwellenversteller angeordnet sein. Die auf der der Nockenwelle abgewand- ten Seite aus dem überlagerungsgetriebe herausgeführte Welle kann hierbei antriebsmäßig mit einem beliebigen der drei Getriebeelemente des überlagerungsgetriebes gekoppelt sein, insbesondere mit einer Sonne, einem Steg oder einem Hohlrad für den Fall, dass das überlagerungsgetriebe als Planetensatz

ausgebildet ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann abweichend zu einer Hintereinanderschaltung einer Nockenwelle, eines überlagerungsgetriebes und eines elektrischen Stellaggregats in der vorgenannten Reihenfolge axialer Bauraum eingespart werden, wobei die Einsparung bis zu der axialen Baulänge des Stellaggregats einschließlich einer zugeordneten Stellwelle betragen kann. Weiterhin hat für die vorgenannte Hintereinanderschaltung von Nockenwelle, überlagerungsgetriebe und Stellaggregat die Abstützung des Stellaggregats - neben einer ohnehin vorhandenen Wandung des Zylinderkopfs, im Bereich dessen die Nockenwelle gelagert ist und/oder eine Zuführung eines Hydraulikmediums für einen hydraulischen Nockenwellenversteller erfolgt - eine zusätzliche zylinder- kopffeste Abstützwandung oder einen entsprechenden Träger erfordert, der dennoch, bspw. über eine geeignete öffnung, die Zugänglichkeit des Antriebs- rads des Nockenwellenverstellers für das Zugmittel des Steuertriebes gewährleistet hat. Eine derartige zusätzliche Wandung kann erfindungsgemäß eingespart werden, so dass der Nockenwellenversteller frei zugänglich auf der außenliegenden Seite des Zylinderkopfs angeordnet sein kann.

Das Stellaggregat kann beliebig ausgestaltet sein, beispielsweise als elektrisches Antriebsaggregat oder als Hydromotor, und als Antriebseinheit und/oder als Bremse wirken.

Entsprechend einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist das Stellaggregat in eine Stirnwand des Zylinderkopfs integriert, wodurch sich eine besonders kompakte Ausgestaltung ergibt bei gleichzeitig guter Abstützung des Stellaggregats.

Vorzugsweise ist das Stellaggregat benachbart einem ersten Nockenwellenlager angeordnet, wo sich aus Voranwendungen mit hydraulischen Nockenwel- lenverstellern ungenutzter Bauraum ergeben kann.

Eine besonders kompakte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn die Nockenwelle durch das Stellaggregat hindurchgeführt ist. Damit kann radial in

der Umgebung der Nockenwelle vorhandener freier Bauraum für das Stellaggregat eingesetzt werden. Vorzugsweise sind Bauelemente, insbesondere eine Stellwelle und ein zugeordneter Rotor des Stellaggregats, als Hohlkörper oder Hohlwelle ausgebildet, durch die sich die Nockenwelle oder Verbindungsele- mente zwischen Nockenwelle und dem der Nockenwelle zugeordneten Getriebeelement hindurchgeführt sind.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind Komponenten des Stellaggregats, insbesondere die zuvor erwähnte Stellwelle und ein dieser zugeord- neter Rotor eines Stellaggregats, gegenüber der Nockenwelle gelagert. Beispielsweise kann sich ein Wälzlager radial innenliegend an der äußeren Mantelfläche der Nockenwelle abstützen sowie radial außenliegend an einer innenliegenden Mantelfläche von Rotor oder Stellwelle. U. U. ist über eine derartige Lagerung der gesamte Nockenwellenversteller abgestützt und lediglich ein Sta- tor des Stellaggregats mit seinem Gehäuse beispielsweise gegenüber einem Zylinderkopf abgestützt. Eine Lagerung von Rotor und Stellwelle des Stellaggregats auf der Nockenwelle führt dazu, dass keine Relativbewegung in der Lagerung erzeugt wird, solange keine Verstellung des Nockenwellenverstellers erfolgt. Dies ist vorteilhaft hinsichtlich der thermischen und mechanischen Be- anspruchung des Lagers.

Für eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers ist sowohl der Rotor des Stellaggregats als auch der Stator des Stellaggregats gegenüber einer stirnseitigen Zylinderkopfwandung abgestützt. Dies kann dazu führen, dass das Stellaggregat vollständig abgedichtet ausgebildet sein kann, so dass kein Schmiermittel aus der Brennkraftmaschine in das Stellaggregat eintreten kann. In diesem Fall kann eine Dauerschmierung der in dem Stellaggregat vorhandenen Lager eingesetzt sein. Der Rotor kann weiterhin über ein Wälzlager gegenüber dem Stator abgestützt sein, der wiederum an der stirnseitigen Zylinderkopfwandung abgestützt ist. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass Lagerungenauigkeiten oder Fertigungstoleranzen, beispielsweise zwischen Zylinderkopf und Nockenwelle oder weiteren Bauelementen, die Funktion des Stellaggregats nicht beeinträchtigen können. Andererseits

kann in einem derartigen Fall der Einsatz von Lagern mit einem vergrößerten Durchmesser erforderlich sein, wodurch sich die Anzahl von Wälzkörpern und die Masse der rotierenden Teile erhöhen kann und sich ein vergrößerter Reibradius der Lager ergibt.

Als vorteilhafte Kopplung des Stellaggregats und des zugeordneten Getriebeelements hat sich eine Polygon-Welle-Nabe-Verbindung herausgestellt, beispielsweise eine Polygon-P4C- oder Polygon-P3G-Welle-Nabe-Verbindung, die insbesondere entsprechend den Normen DIN 3271 1 und DIN 32712 und den entsprechenden, auf dem Markt verfügbaren Ausgestaltungen und Abwandlungen ausgestaltet sein können. Derartige Verbindungen können zu folgenden Vorteilen führen:

leichte Montier- und Demontierbarkeit, - geringe Spannungsspitzen durch eine abgerundete konvexe Profilform, hohe Tragfähigkeiten gegenüber anderen formschlüssigen Welle-Nabe- Verbindungen, passgenaue Fertigung auch gehärteter Verbindungspartner durch Schleifen, - Selbstzentrierung und Torsionslast bei einem P3G-Profil, Gleichdickcharakter beim P3G-Profil und gute axiale Verschiebbarkeit unter Torsionslast bei einem P4C-Profil, Längsverschiebbarkeit des Profils P4C unter Drehmoment, Schleifbarkeit des Nabenprofils P3G.

Alternativ oder zusätzlich ist ein Vulkanisieren eines Ausgleichselements zwischen Stellwelle, Stellglied, Getriebeelement und Stellaggregat möglich.

Ebenfalls möglich ist der Einsatz einer Magnetkupplung mit oder ohne Luftspalt, für die der Motor auch geschlossen ausgebildet werden kann und die ein Durchrutschen im Bereich der Magnetkupplung ermöglichen kann.

Entsprechend einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Nockenwellenvers-

tellers ist eine Längsachse des Stellaggregats, insbesondere die Längsachse der Abtriebswelle des Stellaggregats, parallel zur Nockenwelle orientiert. Hierdurch kann der für das Stellaggregat erforderliche Einbauraum noch weiter weg von der Nockenwelle verlagert werden. Ebenfalls möglich ist es, zwischen Stell- aggregat und das Getriebeelement des überlagerungsgetriebes eine Getriebestufe zwischenzuschalten, beispielsweise eine Stirnradstufe, über die die Drehzahlverhältnisse und die in dem Stellaggregat erzeugten Momente geeignet übersetzt werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft, ohne dass diese zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Nockenwellenverstellers

gemäß dem Stand der Technik, bei dem ein elektrisches Stellaggregat auf der der Nockenwelle abgewandten Seite eines überlagerungsgetriebes angeordnet ist;

Figur 2 eine beispielhafte Ausgestaltung eines Nockenwellenverstellers mit einem Taumelscheibengetriebe gemäß dem Stand der Technik;

Figur 3 eine erste Ausführungsform eines Nockenwellenverstellers, bei dem eine Stellwelle und ein elektrisches Stellaggregat auf der der

Nockenwelle zugewandten Seite des überlagerungsgetriebes angeordnet sind;

Figur 4 eine weitere Ausgestaltung eines Nockenwellenverstellers mit auf der der Nockenwelle zugewandten Seite des überlagerungsgetriebes angeordnetem elektrischem Stellaggregat, welches sich über ein Lager gegenüber der Nockenwelle abstützt;

Figur 5 eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Nockenwel- lenverstellers, bei dem ein Rotor eines elektrischen Stellaggregats gegenüber einem in einem Zylinderkopf abgestützten Stator gelagert ist;

Figur 6 eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Nockenwel- lenverstellers, bei dem ein elektrisches Stellaggregat exzentrisch zu einer Längsachse der Nockenwelle angeordnet ist und eine zwischen Stellaggregat und überlagerungsgetriebe zwischengeschaltete Getriebestufe in den Zylinderkopf integriert ist;

Figur 7 eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, bei dem ein elektrisches Stellaggregat exzentrisch zu einer Längsachse der Nockenwelle angeordnet ist und eine zwischen Stellaggregat und überlagerungsgetriebe zwischenge-

schaltetes Getriebestufe auf der der Nockenwelle abgewandten Seite des überlagerungsgetriebes angeordnet ist;

Figur 8 eine weitere Ausgestaltung eines Nockenwellenverstellers, bei dem eine Einspeisung der Antriebsbewegung des Stellaggregats auf der der Nockenwelle abgewandten Seite erfolgt und die

Längsachse des elektrischen Stellaggregats exzentrisch zur

Längsachse der Nockenwelle angeordnet ist;

Figur 9 eine weitere Ausgestaltung eines Nockenwellenverstellers, für die das Stellaggregat auf der der Nockenwelle abgewandten Seite des überlagerungsgetriebes angeordnet ist und über eine zwischengeschaltete Getriebestufe seine Antriebsbewegung in das überlagerungsgetriebe einspeist;

Figur 10 eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, bei dem das elektrische Stellaggregat auf der der Nockenwelle zugewandten Seite des überlagerungsgetriebes in den Zylinderkopf integriert ist, die Längsachse des elektrischen Stellaggregats exzentrisch zur Längsachse der Nockenwelle unter

Zwischenschaltung einer Getriebestufe angeordnet ist und die Abtriebswelle des elektrischen Stellaggregats über einen Träger in ihrem Endbereich abgestützt ist;

Figur 1 1 eine weitere Ausgestaltung eines Nockenwellenverstellers, bei dem eine Verschachtelung zwischen elektrischem Stellaggregat und überlagerungsgetriebe gegeben ist und

Figur 12 eine weitere Ausgestaltung eines Nockenwellenverstellers, bei dem eine Verschachtelung zwischen elektrischem Stellaggregat und überlagerungsgetriebe gegeben ist.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

In den Figuren sind Bauelemente, die sich hinsichtlich ihrer Gestaltung und/oder Funktion entsprechen, teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Nockenwellenversteller 1 , in dem in einem überlagerungsgetriebe 2 die Bewegung von zwei Eingangselementen, hier einem Antriebsrad 3 und einer Stellwelle 4 zu einer Ausgangsbewegung eines Ausgangselements, hier eine drehfest mit einer Nockenwelle verbundene Abtriebswelle 5 oder unmittelbar die Nockenwelle 6, überlagert wird. Das Antriebsrad 3 steht in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, beispielsweise über ein Zugmittel wie eine Kette oder einen Riemen oder eine geeignete Verzahnung, wobei das Antriebsrad 3 als Ketten- oder Riemenrad ausgebildet sein kann.

Die Stellwelle 4 ist von einem elektrischen Stellaggregat 7 angetrieben oder steht mit einer Bremse in Wirkverbindung. Das elektrische Stellaggregat 7 ist gegenüber der Umgebung, beispielsweise dem Zylinderkopf 8 oder einem anderen motorfesten Teil, abgestützt.

Figur 2 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines Nockenwellenverstellers 1 mit einem überlagerungsgetriebe 2 in Taumelscheiben-Bauart. Ein Gehäuse 9 ist drehfest mit dem Antriebsrad 3 verbunden und in einem axialen Endbereich über ein Dichtelement 10 gegenüber der Stellwelle 4 abgedichtet. In dem gege- nüberliegenden axialen Endbereich ist das Gehäuse 9 gegenüber dem Zylinderkopf 8 mit einem Dichtelement 11 abgedichtet. In einen von dem Gehäuse 9 und dem Zylinderkopf 8 gebildeten Innenraum ragt ein Endbereich der Nockenwelle 6 hinein. In dem Innenraum sind weiterhin eine über eine Kupplung 12 mit der Stellwelle 4 verbundene Exzenterwelle 13, eine über ein Lagerele- ment 14, beispielsweise ein Wälzlager, gelagerte Taumelscheibe 15 und eine Hohlwelle 16, die über ein Lagerelement 17, beispielsweise ein Wälzlager, innenliegend in einer zentralen Ausnehmung der Exzenterwelle 13 abgestützt ist und ein Abtriebskegelrad 18 trägt, angeordnet. Das Abtriebskegelrad 18 ist über

eine Lagerung 19 gegenüber dem Gehäuse 9 abgestützt. Im Inneren bildet das Gehäuse 9 ein Antriebskegelrad 20 aus. Die Taumelscheibe 15 weist auf gegenüberliegenden Stirnseiten geeignete Verzahnungen auf. Die Exzenterwelle 13 mit Lagerelement 14 und Taumelscheibe rotiert um eine gegenüber einer Längsachse 21 -21 geneigte Achse, so dass die Taumelscheibe auf in Umfangs- richtung zueinander versetzten Teilbereichen einerseits mit dem Antriebskegelrad 20 und andererseits mit dem Abtriebskegelrad 18 kämmt, wobei zwischen Antriebskegelrad und Abtriebskegelrad eine über- oder Untersetzung gegeben ist. Das Abtriebskegelrad 18 ist drehfest mit der Nockenwelle 6 verbunden.

Für das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist die Hohlwelle 16 mit Abtriebskegelrad 18 über eine Zentralschraube 22, die sich durch die Hohlwelle 16 hindurch erstreckt, stirnseitig mit der Nockenwelle 6 verschraubt. Eine Schmierung mit einem Schmiermittel, insbesondere öl, ist im Bereich von Schmierstel- len 23, 24 erforderlich, bei denen es sich beispielsweise um

die Kontaktflächen zwischen Antriebskegelrad 20 und Taumelscheibe 15, die Kontaktfläche zwischen Taumelscheibe 15 und Abtriebskegelrad 18, die Lagerung 19, - Lagerelement 14 und/oder Lagerelement 17

handeln kann. Hierzu erfolgt eine kontinuierliche, zyklische, pulsierende oder intermittierende Zufuhr und/oder Weiterleitung eines Schmiermittels über Schmiermittelkanäle. über eine Zuführausnehmung 25 des Zylinderkopfs 8 wird das Schmiermittel einem Strömungskanal 26 der Nockenwelle 6 zugeführt, der mit einem Strömungskanal 27 kommuniziert, welcher hohlzylinderförmig zwischen einer inneren Mantelfläche 28 der Hohlwelle 16 und einer außenliegenden Mantelfläche 29 der Zentralschraube 22 gebildet ist. über radiale Bohrun- gen 30 der Hohlwelle 16 kann das Schmiermittel aus dem Strömungskanal 27 radial nach außen treten und den Schmierstellen zugeführt werden.

Das in Figur 2 dargestellte überlagerungsgetriebe 2 in Form eines Taumel-

Scheibengetriebes ist lediglich eine beispielhafte Ausgestaltung eines derartigen überlagerungsgetriebes 2. In den Figuren 3 bis 12 ist das überlagerungsgetriebe 2 lediglich schematisch dargestellt, wobei es sich bei diesem überlagerungsgetriebe 2 um ein Getriebe in Taumelscheiben-Bauweise gemäß Figur 2 oder ein beliebiges anderes überlagerungsgetriebe, s. auch die eingangs klassifizierten Nockenwellenversteller, Planetengetriebe oder Dreiwellengetriebe, handeln kann. Für den Fall einer Ausbildung als Planetengetriebe handelt es sich bei den die überlagerung herbeiführenden Getriebeelementen um

- ein Sonnenrad, gegenüber einem Steg gelagerte Planeten sowie ein Hohlrad.

Beispielsweise ist

das Stellaggregat 7 über die Stellwelle 4 mit dem Steg, das Hohlrad mit dem Antriebsrad 3 und das Sonnenrad mit der Nockenwelle 6

verbunden.

In alternativer Ausgestaltung handelt es sich bei den die überlagerung herbeiführenden Getriebeelementen beispielsweise um ein axial bewegtes Stellelement, welches von dem Stellaggregat beaufschlagt wird und jeweils mit einem Antriebsrad-festen Gewinde und einem Nockenwellen-festen Gewinde zusammenwirkt, vgl. bspw. EP 1 403 470 A1.

Für das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Stellwelle 4 und das Stellaggregat 7 auf der der Nockenwelle 6 zugewandten Seite des überlagerungsgetriebes 2 angeordnet. Das elektrische Stellaggregat 7 ist von einer Wandung 31 des Zylinderkopfs 8 getragen. Gemäß Figur 3 besitzt die Wandung 8 eine Ausnehmung 32, in die das Stellaggregat 7 integriert ist. Stellaggregat 7 und Stellwelle 4 sind konzentrisch zur Nockenwelle 6 aus-

gebildet, wobei die Stellwelle 4 als Hohlwelle ausgebildet ist, die von der Nockenwelle 6 durchsetzt ist. Die Stellwelle 4 steht einerseits mit einem Rotor des Stellaggregats 7 in Antriebsverbindung und speist andererseits die Antriebsbewegung des Stellaggregats 7 über eine auf der der Nockenwelle zugewandten Seite des überlagerungsgetriebes 2 angeordnete abgedichtete Ausnehmung, Bohrung oder öffnung in das überlagerungsgetriebe 2 ein. Die der Nockenwelle 6 abgewandte Seite des überlagerungsgetriebes 2 kann, wie in Figur 3 dargestellt, frei bleiben. Alternativ kann auf dieser Seite über eine weitere Ausnehmung aus dem Gehäuse des überlagerungsgetriebes 2 und eine diese Ausnehmung durchsetzende Welle ein weiteres Aggregat, insbesondere eine Vakuumpumpe, eine Benzineinspritzpumpe, ein Zündverteiler o. ä., angetrieben werden, wobei das weitere Aggregat an einer weiteren Gehäusewandung 33 oder einem Träger abgestützt sein kann, die oder der gegenüber dem Zylinderkopf 8 abgestützt ist.

Für das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt die Nockenwelle 6 oder ein drehfest mit dieser verbundenes Verbindungselement eine zylinderförmige Mantelfläche, die als Lagerfläche für eine Lagerung 34, insbesondere ein oder mehrere axial hintereinander liegende Wälzlager, dient. An der Lage- rung 34 stützt sich radial außenliegend die als Hohlwelle ausgebildete Stellwelle 4 ab. Vorzugsweise ist das überlagerungsgetriebe 2 mit dem Antriebsrad 3 über die Stellwelle 4 mittels der Lagerung 34 gelagert. Drehfest verbunden mit der Stellwelle 4 sind zwei das Stellaggregat 7 axial nach außen begrenzende Scheiben 35, 36. Die Stellwelle 4 trägt radial außenliegend einen Rotor 37 des Stellaggregats 7, der in an sich bekannter Weise von einem Stator 38, der gegenüber dem Zylinderkopf 8 abgestützt ist, angetrieben wird. Um eine Drehbewegung des Rotors 37 mit der Stellwelle 4 zu ermöglichen, ist zwischen Zylinderkopf 8 und den radial außenliegenden Stirnseiten der Scheiben 35, 36 ein radialer Spalt 39ausgebildet. Unerwünschtes, außerhalb des Stellaggregats 7 angeordnetes Schmiermittel wird durch die infolge der rotierenden Scheiben 35, 36 bewirkten Zentrifugalkraft daran gehindert, in axialer Richtung durch den Spalt 39 in das Innere des Stellaggregats 7 einzutreten.

Bei der dargelegten Lagerung des Rotors 37 des Stellaggregats 7 auf der Nockenwelle 6 tritt keine Relativbewegung zwischen Stellwelle 4 und Nockenwelle 6 auf, solange keine Verstellung des Nockenwellenverstellers 1 erfolgt. Dies ist energetisch insofern vorteilhaft, da keine elektrische Energie zur Kompensation der Reibung in dem Lager 34 aufgebracht werden muss, ohne dass eine Verstellung auftritt.

Um die Montage so einfach wie möglich zu gestalten, wird vorzugsweise das überlagerungsgetriebe 2 und das elektrische Stellaggregat 7 als eine komplette Einheit konstruiert. Dies kann beispielsweise durch eine verlängerte hohlzylin- derförmige Stellwelle 4 erfolgen, auf der in einem Endbereich der Rotor 37 angebunden ist und die sich bis in das überlagerungsgetriebe 2 hinein erstreckt. Weiterhin ist es abweichend zu der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform möglich, dass auch der Stator 38 auf der Stellwelle 4 gelagert ist, während eine Verdrehsicherung zwischen Stator 38 und Zylinderkopf 8 vorgesehen ist. Infolge der Anordnung der Lager 34 unmittelbar auf der Nockenwelle kann u. U. ein kleiner Reibradius erzielt werden. Weiterhin kann u. U. die Zahl der erforderlichen Lager reduziert werden, da es möglich ist, dass Stellwelle 4 und Rotor 37 ohne Zwischenschaltung weiterer zusätzlicher Bauelemente gestaltet sind.

Abweichend zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform gemäß Figur 4 ist für das in Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel die Stellwelle 4 nicht über eine Lagerung 34 gegenüber der Nockenwelle 6 abgestützt. Vielmehr ist die Stellwelle 4 und über diese auch das überlagerungsgetriebe 2 mit Antriebsrad 3 über zwei Lager 40, 41 über Scheiben 42, 43 gegenüber dem Zylinderkopf 8 abgestützt. Die Scheiben 42, 43 bilden in axialer Richtung Abschlüsse des Stellaggregats 7 und sind drehfest in die Ausnehmung 39 des Zylinderkopfs 8 eingesetzt. Die radial innenliegenden Bohrungen der Scheiben 42, 43 nehmen Dichtelemente 44, 45 auf, die radial innenliegend unter Abdichtung und Ge- währleistung einer Relativbewegung an der Stellwelle 4 anliegen. Die Lager 40, 41 stützen sich axial nach außen jeweils an einer Scheibe 42, 43 ab sowie axial nach innen an dem Rotor 37. Radial nach innen stützen sich die Lager 40, 41 an der äußeren Mantelfläche der Stellwelle 4 ab, während sich die Lager 40, 41

radial nach außen an Absätzen 46, 47 der Scheiben 42, 43 abstützen. Neben der dargestellten indirekten Abstützung des Rotors 37 über die Scheiben 42, 43 kann auch eine direkte Abstützung über geeignete Aufnahmen in dem Zylinderkopf erfolgen. Die in Figur 5 dargestellte Ausführungsform stellt eine komplett abgedichtete Ausgestaltungsform dar, so dass kein Schmiermittel der Brennkraftmaschine in das Innere des Stellaggregats 7 eindringen kann. Diese Konstruktion erfordert daher u. U. eine Dauerschmiermittelversorgung in den Lagern 40, 41 oder eine Abdichtung mit Radialwellendichthngen oder anderen Dichtelementen, bspw. Spaltlabyrinthdichtungen. U. U. sind für eine Lagerung des Rotors 37 in dem Zylinderkopf 8 im Vergleich zu einer Lagerung 34 gegenüber der Nockenwelle Lager mit einem vergrößerten Durchmesser erforderlich. Hierdurch erhöht sich die Anzahl der Wälzkörper und die Masse der rotierenden Teile. Eine derartige Ausgestaltung hat zum Vorteil, dass die Position des Rotors 37 gegenüber dem Stator 38 lediglich durch die Fertigungstoleranzen des Zylinderkopfs 8 und der Spiele der Lager 40, 41 beeinflusst wird. Allerdings vergrößert sich u. U. der Reibradius der Lager 40, 41 , wodurch der Wirkungsgrad des Stellaggregats 7 u. U. negativ beeinflusst wird. Infolge der vergrößerten Masse der rotierenden Teile kann sich u. U. auch eine Vergrößerung des Trägheitsmoments ergeben.

Für eine antriebsfeste Verbindung von Bauelementen des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1 , beispielsweise eine Antriebsverbindung zwischen Rotor 37 und Stellwelle 4 und/oder eine Kopplung der Stellwelle 4 mit dem zugeordneten Getriebeelement des überlagerungsgetriebes 2 sind vorzugsweise radial klein bauende Verbindungselemente zu wählen. Möglichkeiten hierfür sind beispielsweise eine Welle-Nabe-Verbindung des Typs Polygon P4C oder Polygon P3G. Ebenfalls denkbar ist ein Anvulkanisieren eines elastischen Ausgleichselements in den vorgenannten Kopplungsbereichen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Magnetkupplung mit oder ohne Luftspalt für eine Kopplung eingesetzt werden. Hierdurch kann eine geschlossene Ausbildung des Motors möglich werden. Ein Durchrutschen der Magnetkupplung kann für eine Gestaltung einer überlastsicherung vorteilhaft sein. U. U. ist eine Magnetisierung der umliegenden Bauteile, eine Erhöhung der Kosten und der Massenträgheit hin-

zunehmen sowie die Tatsache, dass Metallpartikel von einer derartigen Magnetisierung angezogen werden können.

Bei erfindungsgemäßen Lösungen sind die Stellaggregate 7 mit einer hohlen Abtriebswelle oder Stellwelle 4 ausgebildet, so dass die Nockenwelle 6 durch das Stellaggregat 7 hindurchgeführt werden kann. Von besonderer Bedeutung ist für eine derartige Ausbildung des Stellaggregats 7 die Abdichtung der Stellwelle 4 gegenüber der Umgebung im Zylinderkopf 8 oder einer das Gehäuse des überlagerungsgetriebes 2 durchsetzenden Welle. Für derartige Dichtun- gen, bspw. entsprechend den Dichtungen 44, 45, können folgende Ausgestaltungen möglich sein:

Labyrinth-Dichtungen, spiralförmige Oberflächentopologien oder -elemente, die das öl von der Innenseite des Stellaggregats 7 weg befördern, mitdrehende, schleudernde Bleche, die das Schmiermittel mittels Fliehkraft von funktionskritischen Stellen weg schleudern, eine komplette Abdichtung des Aktuators, z. B. in Form einer Umsprit- zung, wobei in diesem Fall die mechanische Brems- oder Antriebsleis- tung des Stellaggregats 7 mittels einer Magnetkupplung auf der Stellwelle 4 übertragen werden kann, eine partielle Abdichtung funktionssensitiver Bauteile wie Sensorik, Permanentmagnete, Wicklung.

Das Eindringen von Schmiermittel in das Stellaggregat kann nachteilig sein, wenn sich im Schmiermittel Eisenpartikel, beispielsweise infolge von Abrieb, befinden. Diese werden von einem Magnetfeld des Stellaggregats 7 angezogen und können somit im Laufe der Zeit einen vorhandenen Luftspalt zusetzen oder ein Magnetfeld schwächen.

Während für die Ausführungsformen gemäß Figuren 3 bis 5 die Stellwelle 4, die unmittelbar mit einem Getriebeelement des überlagerungsgetriebes 2 gekoppelt ist, als Abtriebswelle des Stellaggregats 7 ausgebildet ist oder drehfest o-

der über eine geeignete Kupplung mit dieser gekoppelt ist, ist in den in den Figuren 6 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispielen zwischen Stellwelle 4 und einer Abtriebswelle 48 des Stellaggregats 7 eine Getriebestufe 49 zwischengeschaltet, die eine übersetzung von 1 , eine über- oder Untersetzung bewirken kann.

Für das in Figur 6 dargestellte Ausführungsbeispiel ist eine Längsachse 51 -51 des Stellaggregats 7 parallel zu einer Längsachse 50-50 des Nockenwellen- verstellers 1 und der Nockenwelle 6 angeordnet. Gemäß Figur 6 ist die Getrie- bestufe 49 mit zwei kämmenden Stirnrädern 52, 53 ausgebildet, wobei das Stirnrad 52 drehfest auf dem aus dem überlagerungsgetriebe 2 auskragenden Endbereich der Stellwelle 4 getragen ist, während die Abtriebswelle 48 des Stellaggregats 7 das Stirnrad 53 trägt. Das Gehäuse des Stellaggregats 7 ist in einer ersten Ausnehmung 54 angeordnet, wobei die Abtriebswelle 48 auf der dem überlagerungsgetriebe 2 angeordneten Seite des Stellaggregats 7 angeordnet ist. Die erste Ausnehmung 54 mündet in eine weitere Ausnehmung 55, in der die Abtriebswelle 48, der zugeordnete Endbereich der Stellwelle 4, Stirnrad 52 sowie Stirnrad 53 angeordnet sind. Die Ausnehmung 55 kann unter Hindurchtritt der Stellwelle 4 und ggf. Abdichtung mit einem Deckel in Richtung des überlagerungsgetriebes 2 verschlossen sein.

Für das in Figur 7 dargestellte Ausführungsbeispiel sind bei hinsichtlich des Kraftflusses Figur 6 entsprechender Ausgestaltung die Getriebestufe 49 und die Stellwelle 4 auf der der Nockenwelle 6 abgewandten Seite des überlagerungs- gethebes 2 angeordnet. Dies hat zur Folge, dass die Abtriebswelle 48 des Stellaggregats 7 derart verlängert ist, dass sich diese über das überlagerungsgetriebe 2 hinaus von der der Nockenwelle zugewandten Seite bis zu der der Nockenwelle 6 abgewandten Seite des überlagerungsgetriebes 2 erstreckt. U. U. erfordert dies eine zusätzliche Lagerung der Abstützwelle, beispielsweise in dem dem Zylinderkopf 8 abgewandten Endbereich der Abtriebswelle 48. Für die Getriebestufe 49 kann

eine einfache Stirnradstufe, beispielsweise unter Einsatz kostengünstiger

Spritzgussteile, ein Kettentrieb, ein Riementrieb oder eine biegbare Welle gemäß DE 103 52 255 A1

Einsatz finden.

Gemäß dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Einspei- sung der Antriebsbewegung des elektrischen Antriebsaggregats 7 auf der der Nockenwelle abgewandten Seite des überlagerungsgetriebes 2. Hierbei ist die Längsachse 51 -51 des Stellaggregats 7 parallel zu der Längsachse 50-50 der Nockenwelle 6 und des überlagerungsgetriebes 2 angeordnet. Zur Gewährleistung einer derartigen exzentrischen Anordnung ist u. U. in dem überlagerungsgetriebe 2 eine Getriebestufe 49 mit einem Achsversatz zwischen Antriebs- und Abtriebswelle eingesetzt. Das elektrische Stellaggregat 7 stützt sich in diesem Fall an einer Wandung 33 des Zylinderkopfs 8 ab.

Für das in Figur 9 dargestellte Ausführungsbeispiel ist das Stellaggregat 7 auf der der Nockenwelle 6 abgewandten Seite des überlagerungsgetriebes 2 an- geordnet, hier unter teilweiser axialer überdeckung, wobei die Abtriebswelle 48 des Stellaggregats 7 von der Nockenwelle 6 weg weist und die Längsachsen 50-50 und 51 -51 parallel zueinander angeordnet sind. Auf der der Nockenwelle 6 abgewandten Seite der Wandung 33 ist die Getriebestufe 49 angeordnet, über die die durch die Wandung 33 und eine Ausnehmung des Gehäuses des überlagerungsgetriebes 2 auf der der Nockenwelle abgewandten Seite hindurch geführte Stellwelle 4 angetrieben wird.

Figur 10 zeigt eine weitere Ausführungsform, die hinsichtlich des Kraftflusses und der eingesetzten Getriebestufe 49 im Wesentlichen der in Figur 6 darge- stellten Ausführungsform entspricht. Allerdings ist in diesem Fall eine Getriebestufe 49 außerhalb des Zylinderkopfs 8 angeordnet und lediglich die Ausnehmung 54 im Zylinderkopf 8 vorgesehen, die ein Gehäuse des Stellaggregats 7 teilweise aufnimmt. Das Gehäuse des Stellaggregats 7 ist in dem dargestellten

Längsschnitt U-förmig ausgebildet, wobei eine Abstützung der Abtriebswelle 48 des Stellaggregats 7 im Bereich der beiden Seitenschenkel des U erfolgt und zwischen diesen Seitenschenkeln das Stirnrad 52 auf der Abtriebswelle 48 angeordnet ist.

Weiterhin wird vorgeschlagen, das Stellaggregat 7, das überlagerungsgetriebe 2 und die Stellwelle 4 verschachtelt miteinander auszubilden und/oder Funktionseinheiten beider Komponenten miteinander zu verschmelzen:

Beispielsweise kann gemäß dem in Figur 1 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Rotor 37 integral mit der Stellwelle 4 ausgebildet sein, während als separate Baueinheit das Stellaggregat 7, welches gegenüber der Wandung 33 abgestützt ist und mit dem Rotor 37 über den Luftspalt 56 gekoppelt ist, lediglich den Stator 38, also beispielsweise eine geeignete Brems- oder Motorwicklung, besitzt.

Ebenfalls möglich ist, wie in Figur 12 dargestellt, dass die Abtriebswelle 48 des Stellaggregats 7 bereits eine Welle oder ein Getriebeelement 57 des überlagerungsgetriebes 2 besitzt. Weiterhin möglich ist, dass das gesamte überlagerungsgetriebe 2 in das elektrische Stellaggregat 7 mit einem gemeinsamen Ge- häuse integriert ist. Möglich ist auch eine gemeinsame Nutzung von Gehäuseteilen und/oder Komponenten zur Lagerung und/oder zur Leistungsübertragung.

Das elektrische Stellaggregat 7 kann als Antriebseinheit oder als Bremse ausgebildet sein. Neben dem Einsatz eines elektrischen Stellaggregates ist ein beliebiges Stellaggregat, bspw. ein Hydromotor, einsetzbar, welches als Antriebsaggregat und/oder als Bremsaggregat wirkt.

Bezugszeichenliste

1 Nockenwellenversteller 31 Wandung

2 überlagerungsgetriebe 32 Ausnehmung

3 Antriebsrad 33 Gehäusewandung

4 Stellwelle 34 Lagerung

5 Abtriebswelle 35 Scheibe

6 Nockenwelle 36 Scheibe

7 Stellaggregat 37 Rotor

8 Zylinderkopf 38 Stator

9 Gehäuse 39 Spiel

10 Dichtelement 40 Lager

11 Dichtelement 41 Lager

12 Kupplung 42 Scheibe

13 Exzenterwelle 43 Scheibe

14 Lagerelement 44 Dichtelement

15 Taumelscheibe 45 Dichtelement

16 Hohlwelle 46 Absatz

17 Lagerelement 47 Absatz

18 Abtriebskegelrad 48 Abtriebswelle

19 Lagerung 49 Getriebestufe

20 Antriebskegelrad 50 Längsachse

21 Längsachse 51 Längsachse

22 Zentralschraube 52 Stirnrad

23 Schmierstelle 53 Stirnrad

24 Schmierstelle 54 Ausnehmung

25 Zuführausnehmung 55 Ausnehmung

26 Strömungskanal 56 Luftspalt

27 Strömungskanal 57 Getriebeelement

28 Mantelfläche

29 Mantelfläche

30 Bohrung