Hintergrund der Erfindung Die Vorteile einer drosselklappenfreien Laststeuerung von Ottomotoren durch vollvariable Einlassventilsteuerungen sind bekannt. Durch die Entdrosselung gelingt es, die ansonsten über weite Lastzustände des Verbrennungsmotors auftretenden Drosselverluste auszuschalten. Das wirkt sich positiv auf die Hö- he des Kraftstoffverbrauchs und des Motorenmoments aus.

Bei variablen mechanischen Ventiltrieben soll die Hubeinstellung der einlass- seitigen Ladungswechselventile möglichst spontan, exakt und mit hoher Ver- stellgeschwindigkeit erfolgen. Als Verstellmechanismus dient dabei eine Ver- stellwelle mit Rastkurven oder Exzentern. Je nach System und konstruktiver Ausführung sind zur Einstellung des ge- wünschten Ventilhubs und somit zur entsprechenden Verdrehung der Verstell- welle erhebliche Betätigungsmomente nötig. Diese sind eine Folge der auf die Verstellwelle wirkenden Reaktionskräfte des Ventiltriebs. Bei einer Verstellung in Richtung hohen Ventilhubs muss die Verstellwelle gegen die Reaktionskräfte des Ventiltriebs bewegt werden. Dabei treten aufgrund der oszillierenden Be- wegungen der Ladungswechselventile stark schwellende Drehmomente auf.

Für eine optimale Funktion des Ventiltriebs ist eine spielfreie und äußerst steife Abstützung der Verstellwellenmomente erforderlich. Davon hängt die Positio- niergenauigkeit und die Funktion eines vollvariablen Ventiltriebs sowie die Re- gelbarkeit eines mit diesem System ausgestatteten Verbrennungsmotors ab.

Dabei sollten die Verstellzeiten von minimalem auf maximalen Hub weniger als 300 Millisekunden betragen.

Auch der benötigte Bauraum und der Verstellbereich sowie die Systemkosten, der Montageaufwand und die Zuverlässigkeit sind wichtige Parameter.

Der Leistungsbedarf des elektrischen Antriebs der Verstellwelle darf das Bord- netz nicht zu stark belasten. Deshalb sind kleine, schnell laufende Elektromoto- ren in Verbindung mit Getrieben von hohem Übersetzungsverhältnis anzustre- ben.

Als denkbare Lösung dafür kommen Schneckengetriebe in Frage. Diese besit- zen jedoch einen schlechten Wirkungsgrad und sind anfällig gegen Verschleiß, der wiederum Spiel verursacht. Außerdem haben Schneckengetriebe einen eng begrenzten Übersetzungsbereich.

Vorstellbar sind auch hydraulische Versteller, ähnlich den Nockenwellenver- stellern, die als Flügelzellen-oder Drehflügel-oder als steilverzahnte Versteller ausgebildet sein können. Ihre Funktion hängt jedoch stark von dem Schmieröl- druck ab, der wiederum von der Schmieröltemperatur und von einem laufenden Verbrennungsmotor abhängig ist. Ihre Verstelidynamik und ihre Steifigkeit sind gering.

Eine weitere Lösung stellen direkt gekoppelte Stirnradgetriebe dar, deren Wir- kungsgrad jedoch niedrig und deren Verdrehspiel und Kosten groß sind.

In der DE 42 23 172 C1 ist eine Vorrichtung zum Steuern der Zylinderladung eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors beschrieben, mit einem vollvaria- blen Ventiltrieb, der eine vererbbare Verstellwelle mit Verstellmitteln für die Einlassventile aufweist. Der Antrieb dieser Verstellwelle wird in der DE 42 23 172 C1 nicht beschrieben.

Aufgabe der Erfindung Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, einen möglichst steifen, kompakten und zuverlässig sowie exakt funktionierenden Versteller für die Ver- stellwelle eines vollvariablen, mechanischen Ventiltriebs eines Verbrennungs- motors zu schaffen.

Zusammenfassung der Erfindung Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Der Antrieb durch den elektrischen Verstellmotor gestattet eine exakte, schnelle und von der Temperatur und Qualität des Motorschmieröls unabhän- gige Verdrehung der Verstellwelle. Damit ist eine entscheidende Vorausset- zung für eine hohe Positioniergenauigkeit und für ein exaktes Funktionieren des mechanischen, vollvariablen Ventiltriebs und die davon abhängige Regel- barkeit des Verbrennungsmotors gegeben.

Der Spindeltrieb sichert einen steifen, spielfreien Antrieb. Er besitzt ein frei wählbares, hohes Übersetzungsverhältnis zwischen Verstellwelle und Ver- stellmotor. Letzterer kann bei hoher Übersetzung entsprechend klein dimen- sioniert werden. Auf diese Weise können Bauraum und Kosten gespart wer- den.

Von Vorteil ist, dass der Verstellmotor, der Spindeltrieb und die Verstellwelle fluchtend angeordnet sind. Dadurch baut der Versteller sehr kompakt und kann aufgrund seines geringen Platzbedarfs an der Stirnseite des Verbrennungs- motors untergebracht werden. Die dazu erforderliche Bearbeitung des Motor- gehäuses bzw. des Zylinderkopfes ist wegen der fluchtenden Anordnung der Bauteile des Verstellers unaufwendig. Aus dem gleichen Grund ist der Ver- steller leicht zu montieren. Aufgrund der fluchtenden Anordnung der Funktion- steile treten im Versteller keinerlei Querkräfte auf, was sich positiv auf Reibung und Verschleiß der Bauteile auswirkt.

Es hat auch Vorteile, dass der Spindeltrieb eine Spindelmutter und eine in die- se einschraubbare Spindel aufweist und dass die Spindelmutter eine Außen- schrägverzahnung und eine Innenschrägverzahnung besitzt, die mit der Innen- schrägverzahnung einer Führungshülse und der Außenschrägverzahnung der Verstellwelle drehfest und spielfrei verbunden ist. Der Spindeltrieb ist mecha- nisch einfach aufgebaut und besteht nur aus den drei Teilen Spindel, Spindel- mutter und Führungshülse, wovon nur die ersten beiden Teile beweglich sind.

Dadurch nimmt der Spindeltrieb wenig Platz in Anspruch und lässt sich kosten- günstig fertigen. Dadurch, dass die Führungshülse zusammen mit dem Ver- stellmotor am Gehäuse oder Zylinderkopf des Verbrennungsmotors befestigt sind, wird das Verstellmoment auf kürzestem Wege abgestützt. Dies trägt zur steifen Gesamtkonstruktion und zur einfachen Montage des Verstellers bei. Zur Vereinfachung der Konstruktion trägt auch bei, dass die Spindel einstückig mit der Welle des Stellmotors ausgebildet ist. Auf diese Weise entfällt eine geson- derte Kupplung und Lagerung der Spindel. Die Lagerung der Welle des Ver- stellmotors erfährt aufgrund fehlender Querkräfte keine Mehrbelastung.

Die Ausbildung der Spindel als selbsthemmende Gleitspindel hat den Vorteil einer einfachen Drehlagefixierung der Verstellwelle, der aber durch den Nach- teil eines niedrigen mechanischen Wirkungsgrades des Spindeltriebs erkauft werden muss. Dem gegenüber besitzt ein Kugelgewinde einen hohen mecha- nischen Wirkungsgrad, aber eine nur geringe Selbsthemmung. Diese muss durch ein aktives Haltemoment eines entsprechend bestromten Verstellmotors ersetzt werden.

Durch eine zweite Schrägverzahnung zwischen der Spindelmutter und der Ver- stellwelle anstelle der Geradverzahnung ist eine Erhöhung des Übersetzungs- verhältnisses des Spindelteils möglich. Dieses errechnet sich aus dem Verhält- nis der Steigung der Spindel und der Steigungsdifferenz der beiden Schräg- verzahnungen. Auf diese Weise sind Übersetzungsverhältnisse von über 400 : 1 möglich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der einzigen Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.

Die einzige Figur zeigt eine perspektivische Ansicht der Verstellwelle und ei- nem Versteller mit einem teilgeschnittenen Spindeltrieb und einem Verstellmo- tor.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung Die einzige Figur stellt eine Verstellwelle 1 mit Verstellnocken 2 dar, die in drehfester Verbindung mit einem Versteller 3 stehen. Dieser besteht aus einem Spindeltrieb 4 und einem elektrischen Verstellmotor 5. Der Spindeltrieb weist eine Spindel 6 auf, die einstückig mit einer nicht dargestellten Welle des Ver- stellmotors 5 ausgebildet ist.

Die Spindel 6 ist in ein Spindelmuttergewinde 11 einer Spindelmutter 7 ein- schraubbar. Diese trägt an ihrem Außenumfang eine Außenschrägverzahnung 8, die in eine entsprechende Innenschrägverzahnung 9 am Innenumfang einer Führungshülse 10 passt. Am Innenumfang der Spindelmutter 7 befindet sich neben dem Spindelmuttergewinde 11 eine Innengeradverzahnung 12, die zu- sammen mit einer entsprechenden Außengeradverzahnung 13 der Verstell- welle 1 einen Schiebesitz bilden.

Die Führungshülse 10 besitzt einen Hülsenflansch 14, der zusammen mit ei- nem Motorflansch 15 des Verstellmotors 5 mittels gemeinsamer, nicht darge- stellter Flanschschrauben an einem nicht dargestellten Zylinderkopf an- schraubbar ist.

Der Versteller 3 funktioniert wie folgt : Im Verstellfall treibt der Verstellmotor 5 die Spindel 6 an. Dadurch wird die Spindelmutter 7 axial verschoben. Der axialen Verschiebung wird durch die Außenschrägverzahnung 8 der Spindelmutter 7, die sich auf der Innenschräg- verzahnung 9 der Führungshülse 10 und über deren Hülsenflansch 14 auf dem Zylinderkopf abstützt, eine Drehbewegung überlagert, die von der Steigung der Schrägverzahnung abhängt.

Die Drehbewegung der Spindelmutter 7 wird durch aus der Innengeradverzah- nung 12 der Spindelmutter 7 und der Außengeradverzahnung 13 der Verstell- welle 1 gebildeten Schiebesitz auf die Verstellwelle 1 übertragen, die durch ein nicht dargestelltes Festlager axial festgelegt ist.

Zur Lagefixierung der Verstellwelle 1 wird der Verstellmotor mit Gegenstrom beaufschlagt, sofern der Spindeltrieb 4 nicht selbsthemmend ausgebildet ist.

Der erfindungsgemäße Versteller zeichnet sich durch folgende Merkmale aus : hohes Übersetzungsverhältnis zwischen Verstellwelle und Verstellmotor ; geringer Bauraumbedarf ; kompakte Anordnung des gesamten Verstellers an der Stirnseite des Verbrennungsmotors ; Verwendung einfacher mechanischer Bauteile ; wenig bewegte Bauteile ; steife Gesamtkonstruktion ; kostengünstiges Gesamtsystem ; einfaches Montagekonzept des Verstellers durch dessen axiales Auf- schieben auf die Verstellwelle.

Bezugszeichen 1 Verstellwelle 2 Verstellnocken 3 Versteller 4 Spindeltrieb 5 Verstellmotor 6 Spindel 7 Spindelmutter 8 Außenschrägverzahnung 9 Innenschrägverzahnung 10 Führungshülse 11 Spindetmuttergewinde<BR> 12 Innengeradverzahnung 13 Außengeradverzahnung 14 Hülsenflansch 15 Motorflansch