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Title:
DEVICE FOR EFFECTING THE RELATIVE ANGULAR ADJUSTMENT BETWEEN TWO ROTATING ELEMENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/102381
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for effecting the relative angular adjustment between two rotating, drive-connected elements that are connected via a transmission element. Said transmission element comprises a setting shaft, is acted upon by a rotor of an electric actuator and, by altering its position relative to the rotating elements, enables the relative angular position of these rotating elements to be altered. The aim of the invention is to design a device for effecting the relative angular adjustment between two rotating elements in which the actuator has a low electrical power consumption, and the device has a reliable emergency operation. To this end, the invention provides that the setting shaft can be actively connected to at least one of the rotating elements.

Inventors:
VON GAISBERG-HELFENBERG ALEXAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2003/004105
Publication Date:
December 11, 2003
Filing Date:
April 19, 2003
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
VON GAISBERG-HELFENBERG ALEXAN (DE)
International Classes:
F01L1/34; F01L1/344; (IPC1-7): F01L1/34; F01L1/344
Foreign References:
US6257186B12001-07-10
US4494496A1985-01-22
DE4110195A11992-10-01
DE4101676A11992-07-23
DE19640943A11997-05-15
DE10036275A12002-02-07
DE10038354A12002-02-28
DE4110195A11992-10-01
Attorney, Agent or Firm:
Schrauf, Matthias (Intellectual Property Management IPM - C106, Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung zwischen zwei rotierenden, antriebsverbundenen Elementen (1, 2), die ü ber ein eine Stellwelle (4) aufweisendes Übertragungs glied (3) verbunden sind, das über einen Rotor (5a) eines elektrischen Stellantriebs (5) beaufschlagt ist, und über das durch Veränderung seiner Relativlage zu den rotieren den Elementen (1, 2) deren relative Winkelstellung verän derbar ist, dadurch gekennzeichnet, d a s s die Stellwelle (4) mit mindestens einem der ro tierenden Elemente (1, 2) wirkverbindbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d a s s durch die Wirkverbindung der Stellwelle (4) mit einem der rotierenden Elemente (1, 2) die relative Win kelstellung der beiden rotierenden Elemente (1, 2) im we sentlichen konstant bleibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, d a s s die Wirkverbindung der Stellwelle (4) mit einem der rotierenden Elemente (1, 2) durch den Rotor (5a) des Stellantriebes (5) erfolgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, d a s s bei unbestromtem Stellantrieb (5), dessen Ro tor (5a) mit mindestens einem der rotierenden Elemente (1, 2) wirkverbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, d a s s die Wirkverbindung zwischen Rotor (5a) und ro tierendem Element (1, 2) durch eine Axialkraftbeaufschla gung (FA1) des Rotors (5a) erfolgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, d a s s bei bestromten Stellantrieb (5) die Wirkverbin dung gelöst ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, d a s s bei bestromten Stellantrieb (5) eine Axialkraft (FA2) zwischen einem Stator (5b) und dem Rotor (5a) des elektrischen Stellantriebs (5) wirksam wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, d a s s die Axialkraftwirkung (FA2) zwischen Stator (5b) und Rotor (5a) durch einen axialen Versatz (7) zwi schen Stator (5b) und Rotor (5a) verursacht wird.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, d a s s der Rotor (5a) des elektrischen Stellantriebs (5) auf einem der rotierenden Elemente (1, 2) gelagert ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, d a s s der Rotor (5a) des elektrischen Stellantriebs (5) mit einer Stellwelle (4) unmittelbar verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d a s s die Wirkverbindung zwischen der Stellwelle (4) und dem rotierenden Element (1, 2) durch ein separat an zusteuerndes Bauteil erfolgt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, d a s s das separat anzusteuernde Bauteil eine reib schlüssige und/oder eine formschlüssige und/oder eine kraftschlüssige Verbindung herbeiführt.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, d a s s die Wirkverbindung reibschlüssig erfolgt.
Description:
Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung zwischen zwei ro- tierenden Elementen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur relativen Winkel- verstellung zwischen zwei rotierenden, antriebsverbundenen Elementen gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind beispielsweise bei Brennkraftmaschinen bekannt und werden dort zur relativen Winkelverstellung der Nockenwelle gegenüber der diese antrei- benden Kurbelwelle vorgesehen. Durch diesen Eingriff in die Ventiltriebskinematik werden die Phasenlage der Ventilöff- nung, die Öffnungsdauer und der Ventilhub in Grenzen variabel beeinflusst.

Aus der DE 100 36 275 AI ist eine gattungsgemässe Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine bekannt. Der Nockenwelle ist im Antrieb von der Kurbelwelle ein Kettenrad zugeordnet, das die Nockenwelle unter Vermittlung eines Über- tragungsgliedes antreibt. Das Übertragungsglied erlaubt es eine Veränderung der relativen Winkelstellung der beiden ro- tierenden Elemente einzustellen. Diese Veränderung wird durch einen elektrischen Stellantrieb bewirkt, dessen Rotor eine Stellwelle des Übertragungsgliedes beaufschlagt und der in jedem Betriebszustand der Vorrichtung mitdreht.

Bei durch Schwingungen ausgelösten Trägheitskräften auf den Rotor des Stellantriebes oder die Stellwelle des Übertra- gungsgliedes können unerwünschte Verstellungen der relativen Winkelstellung erfolgen. Dies muss vom Stellantrieb ausgere- gelt werden und erfordert einen permanenten Energieeinsatz.

Bei Ausfall des Stellantriebs ist diese Funktion nicht mehr möglich, es erfolgen unkontrollierte Verstellungen, die den Betrieb der Brennkraftmaschine erschweren und möglicherweise die Brennkraftmaschine beschädigen können. Da der Stellan- trieb permanent mitlaufen muss, kann sich dieser auch im Normalbetrieb unzulässig erwärmen. In einem solchen Fall müsste die Brennkraftmaschine um eine Beschädigung des Stel- lantriebes zu vermeiden, stillgesetzt werden.

Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die DE 100 38 354 Al und die DE 41 10 195 A1 verwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, bei welcher der Stellantrieb einen geringen elekt- rischen Energieverbrauch und die Vorrichtung einen sicheren Notlauf aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmale gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass im Normalbetrieb das Übertragungsglied bei unveränderter relati- ver Winkelstellung der beiden rotierenden Elemente blockiert werden kann und der Stellantrieb keine Energie benötigt. Dies führt zu einem insgesamt geringeren Energieverbrauch und da- mit zu einer geringeren Wärmebelastung des Stellantriebes.

Sollte es dennoch zu einer unzulässigen Erwärmung des Stell- antriebs kommen, kann dieser bei laufender Brennkraftmaschine zur Abkühlung stillgesetzt werden, ohne dass es zu einer un- kontrollierten Verstellung der relativen Winkelstellung der beiden rotierenden Elemente führt. In einer besonderen Aus- gestaltung der Erfindung, bei der im unbestromten Zustand des Stellantriebes, dessen Rotor mit mindestens einem der rotie- renden Elemente wirkverbunden ist, erfolgt bei Ausfall des Stellantriebes eine automatische Blockierung des Übertra- gungsgliedes, somit ist ein problemloser Notlauf gewährleis- tet.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Nachstehend wird die Erfindung anhand einer schematisierten, teilweisen Schnittdarstellung erläutert, die einen Ausschnitt aus einem Nockenwellenantrieb einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt.

In der teilweise im Schnitt gezeigten Schemadarstellung des Nockenwellenantriebes einer Brennkraftmaschine ist mit 1 ein rotierendes Element, das als Nockenwelle ausgebildet ist, be- zeichnet. Dem rotierenden Element 1 ist im Antrieb von einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein weiteres rotierendes Element 2, welches als Kettenrad ausge- führt ist, zugeordnet. Das rotierende Element 2 treibt das rotierende Element 1 unter Vermittlung eines Übertragungs- gliedes 3 an, so dass das rotierende Element 1 und das rotie- rende Element 2 die gleiche Drehzahl aufweisen. Das an seinem Umfang eine Kette tragende, rotierende Element 2 ist konzen- trisch zum rotierenden Element 1 angeordnet und umschliesst dieses, wobei das Übertragungsglied 3 zwischen dem rotieren- den Element 1 und dem rotierenden Element 2 liegt. Dieses nicht näher dargestellte Übertragungsglied 3 kann beispiels- weise als Planetengetriebe, Taumelscheibengetriebe o. ä. aus- gebildet sein und weist eine Stellwelle 4 auf, die von einem Rotor 5a eines elektrischen Stellantriebes 5 beaufschlagt wird. Das zum Verstellen erforderliche Antriebsmoment wird zwischen dem Rotor 5a und einem Stator 5b des Stellantriebes 5 erzeugt.

Durch eine Relativdrehung der Stellwelle 4 können die beiden rotierenden Elemente 1, 2 in ihrer relativen Winkelstellung zueinander verändert werden. Die Relativdrehung der Stellwel- le 4 wird über den Rotor 5a des Stellantriebes 5 bewirkt. Um einen niedrigen Energieverbrauch und eine zuverlässige Notlauffunktion zu erreichen, ist die Stellwelle 4 erfin- dungsgemäss mit einem der rotierenden Elemente 1 oder 2 wirk- verbindbar, wobei im Ausführungsbeispiel die Wirkverbindung zwischen Stellwelle 4 und rotierendem Element 2 dargestellt ist. Die Wirkverbindung der Stellwelle 4 mit dem rotierenden Element 2 erfolgt durch den Rotor 5a des Stellantriebes 5, der axial verschieblich mit der Stellwelle 4 verbunden ist.

Durch die Wirkverbindung der Stellwelle 4 mit dem rotierenden Element 2 wird das Übertragungsglied 3 blockiert, wodurch die relative Winkelstellung der beiden rotierenden Elemente 1 und 2 konstant bleibt.

Bei unbestromtem Stellantrieb ist der Rotor 5a mit dem rotie- renden Element 2 wirkverbunden. Die Wirkverbindung zwischen Rotor 5a und rotierendem Element 2 erfolgt durch eine Axial- kraftbeaufschlagung FA1 des Rotors 5a, wobei die Beaufschla- gung mittels einer Tellerfeder 6 erzeugt wird. Zur Erzeugung dieser Axialkraft FA1 können auch andere Wirkprinzipien heran- gezogen werden.

Bei bestromtem Stellantrieb ist die Wirkverbindung zwischen Rotor 5a und rotierendem Element 2 gelöst um die elektrische Antriebsleistung des Stellantriebs 5 gering zu halten. Vor- teilhafterweise ist bei bestromtem Stellantrieb 5 eine Axial- kraftkomponente FA2 zwischen Stator 5b und Rotor 5a des Stel- lantriebes 5 wirksam. Dies kann beispielsweise durch einen A- xialversatz 7 zwischen Stator 5b und Rotor 5a erfolgen, da durch diesen Versatz 7 die Magnetkraftwirkung zwischen Rotor 5a und Stator 5b diese Axialkraftkomponente FA2 hervorruft.

Um den Rotor 5a nicht gehäusefest zu lagern und dadurch Rei- bungsverluste zu erzeugen, ist der Rotor 5a auf dem rotieren- den Element 1 gelagert, wobei auch eine Lagerung auf einem anderen rotierenden Element, wie beispielsweise der Stellwel- le 4, denkbar ist. Die Wirkverbindung zwischen der Stellwelle 4 und einem der rotierenden Elemente 1, 2 kann auch durch ein hier nicht dar- gestelltes, separat anzusteuerndes Bauteil erfolgen. Das Bau- teil kann als reibschlüssiges Verbindungselement, wie bei- spielsweise eine Bremse, und/oder als formschlüssiges Verbin- dungselement, wie beispielsweise eine Kupplung, und/oder ein kraftschlüssiges Verbindungselement, wie beispielsweise eine Magnetkupplung, ausgebildet sein.

Jede der oben beschrieben Wirkverbindungsmöglichkeiten kann vorteilhafterweise reibschlüssig erfolgen.