CN109923334B - 用于轴的调节传动设备以及具有调节传动设备的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种凸轮轴，用于控制例如在机动车中的内燃机中的气门。提出一种用于轴的调节传动设备(1)，所述调节传动设备具有谐波传动机构(6)，其中谐波传动机构(6)具有：正齿轮装置(8)和内转子(5)，其中正齿轮装置(8)具有第一柱形部段(8a)和凸缘部段(8c)，其中第一柱形部段(8a)具有第一直径和外齿部(9)并且内转子(5)具有内齿部(10)，其中外齿部(9)和内齿部(10)局部地彼此接合；外转子(3)，其中内转子(5)相对于外转子(3)可沿旋转方向转动，其中所述正齿轮装置(8)抗扭地与外转子(3)连接，其中正齿轮装置(8)具有用于贴靠在外转子(3)上的第二柱形部段(8b)，其中第二柱形部段(8b)具有第二直径，其中第二直径大于第一直径，并且其中凸缘部段(8c)作为中间部段设置在第一和第二柱形部段(8a，b)之间。

Description

用于轴的调节传动设备以及具有调节传动设备的车辆
技术领域
本发明涉及一种用于轴的调节传动设备。此外，本发明涉及一种具有调节传动设备的车辆。
背景技术
谐波传动机构是变速或传递传动机构，所述变速或传递传动机构由三个子组件构造。波发生器装置通常形成到谐波传动机构中的输入端或输出端并且具有卵形或椭圆形成形的并且沿径向方向环绕的外面。所述外面接合到通常称作为柔轮的作为第二子组件的部件中，所述部件弹性地构成，使得所述部件能够通过波发生器装置沿径向方向变形。在柔轮的径向外侧上设置有外齿部。作为第三子组件，谐波传动机构具有齿圈，所述齿圈承载内齿部。柔轮的外齿部通常在两个相对置的位置处接合到齿圈的内齿部中。通过波发生器装置的旋转运动，外齿部和内齿部之间的接合位置沿旋转方向运动。通过在外齿部和内齿部之间的齿的不同数量，得到波发生器和柔轮之间的相对运动。谐波传动机构的特征通常在于绝对值高的传动比以及非常紧凑的结构方式。
形成最接近的现有技术的文献DE 695 194 23 T2公开一种具有柔性的接合部的柱形罩齿轮装置，具有：环形的、刚性的齿轮，所述齿轮具有内齿部；可变形的齿轮，所述可变形的齿轮具有外齿部，所述可变形的齿轮设置在具有内齿部的刚性的齿轮之内；和波发生器，所述波发生器设置在具有外齿部的可变形的齿轮之内并且具有外齿部的齿轮沿径向方向变形，以便所述齿轮与具有内齿部的刚性的齿轮部分地接合，并且以便使所述齿轮之间的接合位置沿旋转方向转动，其中具有外齿部的可变形的齿轮具有：柱形体部，所述柱形体部在其外侧上在一个敞开的端部处设有外齿；环形的薄膜，所述薄膜的内边缘与体部的另一敞开的端部是连续的；和环形的毂，所述毂与薄膜的外边缘连续地构成，并且其中具有外齿部的可变形的齿轮的体部的端部在薄膜侧设有弯曲区域，所述弯曲区域与装置轴线成直角地弯曲，以便均匀地延伸到薄膜的内边缘中。毂用于将装置安置在其他对象上，使得体部和薄膜从毂突出。
其他谐波传动机构从DE 10 2013 216 183 A1、DE 10 2005 020 305 A1、US 3182 525 A1和WO 2012/103 786 A1中得出。DE 10 2008 045 013 A1示出具有由塑料构成的壳体件的谐波传动机构，其中中间齿环与壳体底部一件式地连接并且具有卡扣锁定连接件。
发明内容
本发明基于如下目的，提出一种用于轴的调节传动设备，所述调节传动设备具有紧凑的结构方式。
所述目的通过一种具有如下特征的调节传动设备以及一种具有如下特征的具有调节传动设备的车辆来实现。本发明的优选的或有利的实施方式在下面的描述和/或附图中得出。
本发明的主题是一种调节传动设备，所述调节传动设备适合于和/或构成用于调节轴的角位置和/或相位。
尤其地，调节传动设备用于调节车辆中的轴，尤其车辆的发动机中的轴。轴优选地构成为凸轮轴，尤其优选进气凸轮轴和/或排气凸轮轴，或者构成为曲轴。尤其地，在发动机的凸轮轴和曲轴之间的相位通过调节传动设备调节。对此，调节传动设备与轴、尤其凸轮轴或曲轴连接。替选地，调节传动设备能够经由中间轴例如与凸轮轴或曲轴连接。原则上，调节传动设备能够构成为液压的调节传动设备。尤其优选地，然而调节传动设备构成为电的调节传动设备。优选地，调节传动设备对此具有驱动装置，尤其优选地具有电动机。
调节传动设备具有谐波传动机构，其中谐波传动机构具有正齿轮装置和内转子。尤其地，内转子具有调节凸轮轴或曲轴的相位的功能。尤其优选地，内转子抗扭地与轴连接。尤其地，内转子以传动的方式与驱动装置连接。可选补充地，谐波传动机构具有波发生器。在另一术语表中，谐波传动机构称作为Harmonic Drive(谐波减速器)，正齿轮装置称作为Flex Spline(柔轮)。
正齿轮装置具有第一柱形部段和凸缘部段。第一柱形部段尤其弹性地构成，使得所述第一柱形部段尤其在谐波传动机构常规运行时能够椭圆形地或至少卵形地变形。优选地，第一柱形部段——至少在拆卸和/或未受负荷状态下——构成为尤其直的空心柱形部段。第一柱形部段尤其优选地与凸缘部段直接连接和/或直接连接在凸缘部段上。凸缘部段尤其具有圆形盘或环形盘的形状，所述圆形盘或环形盘在调节传动设备的径向平面中和/或与主转动轴线同轴地设置。凸缘部段优选沿轴向方向和/或沿旋转方向贴靠在外转子处。
第一柱形部段具有第一直径和外齿部并且内转子具有内齿部，其中外齿部和内齿部局部地彼此接合。尤其地，外齿部和内齿部仅在两个子区域中彼此啮合，所述子区域以180度围绕主转动轴线错开地设置。尤其地，外齿部设置在第一柱形部段的轴向子部段的区域中。
经由形成谐波传动机构的和/或调节传动设备的可选的部分的波发生器，在外齿部和内齿部之间的接合位置能够沿旋转方向改变。外齿部和内齿部的齿的数量不同地构成，使得在正齿轮装置和内转子之间产生相对旋转。优选地，内转子构成为齿圈，尤其优选地构成为输出齿圈。内转子能够一件式地或也多件式地构成。
调节传动设备具有外转子，其中内转子相对于外转子沿旋转方向可转动。原则上，外转子具有将转动运动传递到轴上的功能。尤其优选地，然而外转子具有将转动运动传递到凸轮轴上的功能，使得控制气门的打开或关闭。外转子对此以传动的方式与曲轴连接，其中曲轴的转动运动传递到外转子或凸轮轴上，使得驱动凸轮轴。原则上，外转子能够经由齿带和/或经由正齿轮与曲轴连接。尤其优选地，然而外转子经由链与曲轴连接，其中外转子构成为链轮。外转子能够一件式地或也多件式地构成。外转子能够形成调节传动设备的驱动器或输出装置。
正齿轮装置抗扭地与外转子连接。尤其地，外转子与正齿轮装置可松开地或不可松开地和/或以传动的方式连接。具体地，正齿轮装置的大概形状具有凸缘套形状。
在本发明的范围中，正齿轮装置具有第二柱形部段，用于贴靠在外转子上。尤其地，第二柱形部段具有将正齿轮装置与外转子连接的功能，使得正齿轮装置抗扭地与外转子连接。尤其地，第二柱形部段构成为另一尤其直的空心柱形部段。
第二柱形部段具有第二直径，其中第二直径大于第一直径。尤其地，凸缘部段构成为环形盘，其中第一直径对应于环形盘的内直径并且第二直径对应于环形盘的外直径。优选地，在第一和第二直径之间的差大于1cm，优选大于3cm，特别大于6cm。替选地或可选补充地，在第一和第二直径之间的差小于8cm，优选小于5cm，特别小于2cm。
凸缘部段作为中间部段设置在第一和第二柱形部段之间。尤其地，凸缘部段将第一和第二柱形部段直接地彼此连接。优选地，两个柱形部段直接连接于凸缘部段。
本发明的优点在于，通过正齿轮装置的经由第二柱形部段的根据本发明的连接，能够放弃用于固定的附加的螺丝机构。因此，尤其能够降低调节传动设备的轴向结构长度从而降低整体上所需的结构空间需求。另一优点在于，减小正齿轮装置的刚度从而能够提高正齿轮装置的运行性能和使用寿命。此外，同样通过无螺丝的固定，降低调节传动设备的成本。
在本发明的一个优选的实现方案中，第二柱形部段平放在外转子的径向外侧上并且与外转子抗扭地连接，使得在内转子和正齿轮装置之间的相对转动引起外转子和轴的相对转动。尤其地，力矩路径从外转子经由正齿轮装置伸展至内转子从而伸展到轴上。优选地，第二柱形部段沿径向和/或轴向方向和/或沿旋转方向与外转子形状配合地和/或力配合地和/或摩擦配合地和/或材料配合地连接。
调节传动设备具有环形装置。尤其地，环形装置具有将第二柱形部段与外转子抗扭地连接的功能。对此，环形装置贴靠在第二柱形部段上，其中在环形装置、第二柱形部段和外转子之间形成过盈配合。尤其地，环形装置沿径向方向和/或沿旋转方向直接地贴靠在第二柱形部段的柱形外侧面处。替选地，环形装置间接地经由中间元件、例如橡胶环等接触第二柱形部段。
原则上，环形装置能够构成为环形箍或连接环或压紧套筒或收缩环。尤其优选地，然而环形装置构成为压紧环。尤其地，压紧环推动或压紧到第二柱形部段的柱形外侧面上，使得在径向方向上和/或在旋转方向上形成过盈配合。可选补充地，第二柱形部段在其柱形内侧面处和/或外转子在其径向外侧处具有表面结构部，优选地滚花或粗糙的表面，使得尤其改进摩擦配合。
在本发明的一个替选的或可选补充的实现方案中，第二柱形部段在其柱形内侧面处和/或在其柱形外侧面处具有齿部。尤其地，齿部构成为朝向主转动轴线轴向伸展的连接片或齿或槽。优选地，齿部沿轴向方向和/或沿旋转方向在整个柱形内侧面和/或整个柱形外侧面上延伸地设置。替选地，齿部部段地或局部地沿轴向方向和/或沿旋转方向设置在柱形内侧面处和/或柱形外侧面处。
外转子和/或环形装置形成与齿部的轮廓配合件，使得第二柱形部段与外转子和/或环形元件接合。尤其地，通过齿部沿径向方向和/或沿轴向方向，尤其优选地然而沿旋转方向产生形状配合。
在一个可行的设计方案中，第二柱形部段例如在其柱形内侧面上并且外转子在第二柱形部段的区域中在其径向外侧处具有齿部。在安装时，正齿轮装置、尤其第二柱形部段借助齿部插到外转子上，使得正齿轮装置经由形状配合抗扭地与外转子连接。可选补充地，环形装置能够作为附加的固定装置压紧到第二柱形部段上，使得产生附加的摩擦配合和/或力配合。
在本发明的一个改进方案中，第二柱形部段在轴向端部区域上与外转子和/或环形元件形成形状配合。尤其地，通过轴向端部区域的形状配合，防止正齿轮装置和/或环形装置沿轴向方向的取下或松开。尤其地，形状配合通过轴向的端部区域的改型、优选通过卷边或开槽等来形成。优选地，形状配合在安装正齿轮装置和可能的环形装置之后进行。
第一和第二柱形部段与谐波传动机构的主转动轴线同轴地和/或同心地设置，其中第二柱形部段沿轴向方向与第一柱形部段相同指向。优选地，第一和第二柱形部段以及凸缘部段尤其在沿着主转动轴线的纵向部段中观察形成U形形状。凸缘部段在此形成基腿并且两个柱形部段分别形成侧腿。尤其优选地，两个侧腿不同长地构成，其中通过第二柱形部段形成的侧腿比通过第一柱形部段形成的侧腿更短。尤其地，更短的第二柱形部段用作为用于压紧环的作用面。
将U形尤其同样理解成在基腿和两个侧腿之间的大于5°、特别大于15°的角度偏差。替选地或可选补充地，角度偏差尤其小于20°，特别小于10°。尤其优选地，然而两个侧腿或两个柱形部段刚好彼此平行地定向。
在一个具体的构造实现方案中，两个柱形部段和凸缘部段一件式地彼此连接。尤其地，正齿轮装置由钢合金制成。优选地，正齿轮装置通过成型和/或改型形成。例如，正齿轮装置或两个柱形部段和凸缘部段通过拉压改型或由铸件制成。
在另一具体方案中，正齿轮装置构成为凸缘套筒，其中第二柱形部段通过凸缘部段的改型形成。尤其地，第二柱形部段通过沿旋转方向的弯边形成。优选地，第二柱形部段通过拉压改型和/或通过弯曲改型形成。
在另一具体的设计方案中，调节传动设备构成用于改变往复活塞式机械的压缩比或用于改变凸轮轴和曲轴之间的相位。尤其地，调节传动设备构成为凸轮轴调节器或压缩调节器。尤其地，凸轮轴调节器用于，相对于车辆的曲轴的相位调节凸轮轴的相位、优选进气和/或排气凸轮轴。尤其地，凸轮轴调节器是电的或机电的凸轮轴调节器。尤其地，凸轮轴调节器是VCT系统。尤其地，压缩调节器用于改变往复活塞式机械的压缩比。尤其地，压缩调节器是电的或机电的压缩调节器。尤其地，压缩调节器是VCR系统。
本发明的另一主题形成具有如在上文中描述的调节传动设备的车辆。
附图说明
本发明的其他特征、优点和作用从下面对本发明的优选的实施例的描述以及附图中得出。在此示出：
图1示出作为本发明的一个实施例的调节传动设备的局部的纵剖面图。
具体实施方式
彼此相应的或相同的部分在附图中分别设有相同的附图标记。
图1以纵剖面图示出调节传动设备1的局部。调节传动设备1用于，相对于内燃机的曲轴的相位调节内燃机的凸轮轴的相位。调节传动设备1以传动的方式串联地在曲轴和凸轮轴之间设置。
调节传动设备1具有：驱动器2，所述驱动器构成为外转子3，例如链轮；以及输出装置4，所述输出装置构成为轴，例如进气或排气凸轮轴，所述轴与内转子5、例如输出齿圈抗扭地耦联。例如，驱动器2与曲轴以传动的方式连接，输出装置4例如与凸轮轴以传动的方式连接或者通过凸轮轴形成。例如，凸轮轴能够与内转子5同轴地设置。
调节传动设备1具有谐波传动机构6，以便在驱动器2和输出装置4之间产生相对转动，以改变曲轴和凸轮轴之间的相位。谐波传动机构6通过波发生器7、内转子5和正齿轮装置8形成。谐波传动机构6也称作为谐波减速器(Harmonicdrive)。
波发生器7在轴向俯视图中具有椭圆形状并且能够通过未示出的驱动装置、例如电动机置于旋转。正齿轮装置8具有第一和第二柱形部段8a、b以及凸缘部段8c。第一和/或第二柱形部段8a、b在未受负荷的或拆卸的状态中分别构成为圆的空心柱或套筒。第一和第二柱形部段8a、b关于主转动轴线H相互同轴地和/或同心地设置。两个柱形部段8a、b在此具有不同直径，其中第一柱形部段8a的直径小于第二柱形部段8b的直径。
凸缘部段8c的粗略形状构成为环形的盘并且在关于主转动轴线H的径向平面中延伸。凸缘部段8c将两个柱形部段8a、b直接彼此连接，其中两个柱形部段8a、b相同指向地、例如与凸缘部段8c成直角地关于主轴线H沿轴向方向延伸和/或直接连接于凸缘部段8c。凸缘部段8c能够具有切向地和/或径向地定向的留空部，以便减小在所述部段中的弯曲刚度。这能够用于减小正齿轮装置8的在所述区域中出现的负荷。例如，留空部沿关于主轴线H的旋转方向均匀地彼此间隔开地设置。
例如，正齿轮装置8构成为凸缘套筒，其中第二柱形部段8b通过凸缘的改型形成。第二柱形部段8b沿其轴向延伸比第一柱形部段8a更短。例如，第二柱形部段8b具有大于5mm、优选然而小于20mm的高度。
外转子3具有容纳部段9，用于容纳第二柱形部段8b。尤其地，容纳部段9构成为外转子3的边缘区域的沿旋转方向伸展的缩回部或台阶。第二柱形部段8b借助其柱形内侧面关于主转动轴线H沿径向方向并且沿旋转方向安放在容纳部段9上。关于主轴线H沿轴向方向，凸缘部段8c贴靠在外转子3上和/或第二柱形部段8b贴靠在容纳部段9上。
在轴向端部区域处，第一柱形部段8a具有外齿部10，并且在所述区域中弹性地和/或柔性地构成。波发生器7在外齿部10的区域中在径向内侧处接触第一柱形部段8a。
内转子5具有内齿部11，所述内齿部在两个接合区域中与外齿部10接合。外齿部10和内齿部11的齿的数量不同地构成，使得接合区域沿围绕调节传动设备1的主转动轴线H的旋转方向的伸展引起在内转子5和正齿轮装置8之间的相对转动。
调节传动设备1具有环形装置12。环形装置12压紧到第二柱形部段8b上，其中在环形装置12、第二柱形部段8b和外转子3之间形成过盈配合。第二柱形部段8b因此关于主转动轴线H沿径向方向和/或沿旋转方向摩擦配合地和/或力配合地和/或形状配合地与外转子3或环形装置12连接，使得在内转子5和正齿轮装置8之间的相对转动引起外转子3和轴的相对转动。对此，力矩路径从外转子3经由正齿轮装置8伸展至内转子5从而伸展至轴。
例如，第二柱形部段8b能够在其柱形内侧面处和/或在其柱形外侧面处具有表面结构部，例如卷边、粗糙的表面、齿等，使得例如改进沿旋转方向的摩擦配合。
替选地或可选补充地，第二柱形部段8b在其柱形内侧面处和/或在其柱形外侧面处具有齿部，其中环形装置12和/或容纳部段9形成轮廓配合件从而与第二柱形部段8b接合。在此例如可行的是，正齿轮装置8借助第二柱形部段8b关于主转动轴线H沿轴向方向插到容纳部段9上，使得经由齿部形成沿旋转方向的形状配合。
附图标记列表
1 调节传动设备
2 驱动器
3 外转子
4 输出装置
5 内转子
6 谐波传动机构
7 波发生器
8 正齿轮装置
8a 第一柱形部段
8b 第二柱形部段
8c 凸缘部段
9 容纳部段
10 外齿部
11 内齿部
12 环形装置
H 主转动轴线

Claims (8)

1.一种用于轴的调节传动设备(1)，
所述调节传动设备具有：谐波传动机构(6)，其中所述谐波传动机构(6)具有正齿轮装置(8)和内转子(5)，其中所述正齿轮装置(8)具有第一柱形部段(8a)和凸缘部段(8c)，其中所述第一柱形部段(8a)具有第一直径和外齿部(10)并且所述内转子(5)具有内齿部(11)，其中所述外齿部(10)和所述内齿部(11)局部地彼此接合，
外转子(3)，其中所述内转子(5)相对于所述外转子(3)沿旋转方向能转动，其中所述正齿轮装置(8)抗扭地与所述外转子(3)连接，
其特征在于，
所述正齿轮装置(8)具有用于贴靠在所述外转子(3)上的第二柱形部段(8b)，其中所述第二柱形部段(8b)具有第二直径，其中所述第二直径大于所述第一直径，并且其中所述凸缘部段(8c)作为中间部段设置在所述第一柱形部段(8a)和所述第二柱形部段(8b)之间，并且
所述调节传动设备(1)具有环形装置(12)，其中所述环形装置(12)贴靠在所述第二柱形部段(8b)上，并且其中在所述环形装置(12)、所述第二柱形部段(8b)和所述外转子(3)之间形成过盈配合，所述第一柱形部段(8a)和第二柱形部段(8b)与所述谐波传动机构(6)的主转动轴线(H)同轴地和/或同心地设置，其中所述第二柱形部段(8b)沿轴向方向与所述第一柱形部段(8a)相同指向。
2.根据权利要求1所述的调节传动设备(1)，
所述调节传动设备具有轴，
其特征在于，
所述第二柱形部段(8b)平放在所述外转子(3)的径向外侧上，并且与所述外转子(3)抗扭地连接，使得在所述内转子(5)和所述正齿轮装置(8)之间的相对转动引起所述外转子(3)和所述轴的相对转动。
3.根据上述权利要求1所述的调节传动设备(1)，
其特征在于，
所述第二柱形部段(8b)在其柱形内侧面上和/或在其柱形外侧面上具有齿部，其中所述外转子(3)和/或所述环形装置(12)形成与所述齿部的轮廓配合件，使得所述第二柱形部段(8b)与所述外转子(3)和/或所述环形装置(12)接合。
4.根据上述权利要求1所述的调节传动设备(1)，
其特征在于，
所述第二柱形部段(8b)在轴向的端部区域处与外转子(3)和/或环形装置(12)形成形状配合。
5.根据上述权利要求1至4中任一项所述的调节传动设备(1)，
其特征在于，
所述第一柱形部段(8a)、所述第二柱形部段(8b)和所述凸缘部段(8c)一件式地彼此连接。
6.根据上述权利要求1至4中任一项所述的调节传动设备(1)，
其特征在于，
所述正齿轮装置(8)构成为凸缘套筒，其中所述第二柱形部段(8b)通过所述凸缘部段(8c)的改型形成。
7.根据上述权利要求1至4中任一项所述的调节传动设备(1)，
其特征在于，
所述调节传动设备(1)构成用于改变往复活塞式机械的压缩比或改变凸轮轴和曲轴之间的相位。
8.一种车辆，其具有根据上述权利要求中任一项所述的调节传动设备(1)。
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