DE102011004071A1 - 3-shaft variable speed gearbox with integrated overload clutch - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein 3-Wellen-Verstellgetriebe, umfassend ein mit einer Antriebswelle drehfest verbindbares Antriebsteil, ein mit einer Abtriebswelle drehfest verbindbares Abtriebsteil und ein mit einer Verstellwelle drehfest verbindbares Stellglied, wobei zwischen zwei der drei Wellen ein erster mechanischer Anschlag zur Begrenzung eines Verstellwinkels zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Stellglied und dem Antriebsteil oder dem Abtriebsteil eine in das Stellglied integrierte Überlastkupplung vorgesehen.The invention relates to a 3-shaft adjusting gear, comprising a drive part that can be connected in a rotationally fixed manner to a drive shaft, an output part that can be connected in a rotationally fixed manner to an output shaft and an actuator that can be connected in a rotationally fixed manner to an adjustment shaft, with a first mechanical stop between two of the three shafts to limit an adjustment angle between Drive shaft and output shaft is provided. According to the invention, an overload clutch integrated into the actuator is provided between the actuator and the drive part or the driven part.
Description
Die Erfindung betrifft ein 3-Wellen-Verstellgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem mit einer Antriebswelle drehfest verbindbaren Antriebsteil, einem mit einer Abtriebswelle drehfest verbindbaren Abtriebsteil und einem mit einer Verstellwelle drehfest verbindbaren Stellglied.The invention relates to a 3-shaft adjusting according to the preamble of claim 1 with a rotatably connected to a drive shaft driving part, a rotatably connected to an output shaft driven part and a rotatably connected to an adjusting actuator.
3-Wellen-Verstellgetriebe kommen beispielsweise in Verbrennungsmotoren zum Verstellen von Phasenwinkeln, vorrangig zur Verstellung der Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile zum Einsatz (Nockenwellenversteller, Phasenversteller für Aktuatorwellen bei variablen Ventiltrieben). Der Phasenversteller ist dabei als Stellglied in einem 3-Wellen-System angeordnet. Primär wird dem 3-Wellen-System über die Antriebswelle (Kettenrad) die Antriebsleistung zugeführt, welche über die Abtriebswelle (z. B. Nockenwelle) wieder abgegeben wird. Das Stellglied ist dabei als Bindeglied zwischen der Antriebswelle und der zu treibenden Welle im Leistungsfluss angeordnet. Es erlaubt über eine dritte Welle (Verstellwelle) überlagert zur Antriebsleistung zusätzlich mechanische Leistung in das Wellensystem einzukoppeln oder aus diesem abzuführen. Dadurch kann die von der Antriebswelle vorgegebene Bewegungsfunktion (Phasenwinkel) zur Abtriebswelle verändert werden.3-shaft adjusting are used for example in internal combustion engines for adjusting phase angles, primarily for adjusting the opening and closing times of the gas exchange valves used (camshaft adjuster, phaser for actuator shafts in variable valve trains). The phase adjuster is arranged as an actuator in a 3-shaft system. Primarily, the drive power is supplied to the 3-shaft system via the drive shaft (sprocket), which is output again via the output shaft (eg camshaft). The actuator is arranged as a link between the drive shaft and the shaft to be driven in the power flow. It allows a third shaft (adjusting shaft) superimposed on the drive power additionally coupled mechanical power into the shaft system or remove it. As a result, the predetermined by the drive shaft movement function (phase angle) can be changed to the output shaft.
Beispiele für derartige 3-Wellen-Verstellgetriebe sind Taumelscheibengetriebe und Innenexzentergetriebe, welche beispielsweise in der
Verschiedene Phasenversteller sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise sind in
Aus der
Ein Sonderfall eines 3-Wellen-Verstellgetriebes ist eine 2-Wellen-Anordnung in Verstellantrieben, bei denen die Antriebswelle gehäusefest ist, d. h. es wird nur Leistung zwischen Verstellwelle und Abtriebswelle übertragen. Eine solche Vorrichtung dient dazu, eine mit hoher Geschwindigkeit und niedriger Last eingespeiste Antriebsleistung eines Stellers in eine Abtriebsleistung mit geringer Geschwindigkeit und hoher Last zu wandeln und findet Verwendung beispielsweise in Untersetzungsvorrichtungen für Stellantriebe im Automotivbereich sowie in Industrieanwendungen, z. B. der Robotik.A special case of a 3-shaft variable speed is a 2-shaft arrangement in adjusting drives, in which the drive shaft is fixed to the housing, d. H. only power is transferred between the adjusting shaft and the output shaft. Such a device serves to convert a high-speed and low-load drive power of an actuator into a low-speed, high-load output, and finds application in, for example, automotive type reduction drives as well as in industrial applications, e.g. B. robotics.
Um die Peripherie bei Steuerungsfehlern der Aktuatorik vor unerwünschten Kollisionen von Bauteilen zu schützen, wird der Verstellbereich bzw. der Antriebsbereich durch Begrenzung des Drehwinkels einer der drei Wellen relativ zu einer zweiten Welle bzw. relativ zum Gehäuse eingeschränkt. Dazu wird ein mechanischer Anschlag als integraler Bestandteil der Vorrichtung verwendet. Im bekannten Stand der Technik der Nockenwellenversteller ist der Anschlag zwischen der Abtriebswelle und der Antriebswelle vorgesehen, da die Verstellwelle in der Regel einen Winkel von mehr als 360° zurücklegt.In order to protect the periphery in the event of control errors of the actuators from undesired collisions of components, the adjustment range or the drive range is limited by limiting the angle of rotation of one of the three shafts relative to a second shaft or relative to the housing. For this purpose, a mechanical stop is used as an integral part of the device. In the known state of the art of the camshaft adjuster, the stop between the output shaft and the drive shaft is provided because the adjusting shaft usually covers an angle of more than 360 °.
In einer solchen Ausführung wird dann die nicht unmittelbar im Verstellwinkel bzw. Antriebswinkel begrenzte Verstellwelle im Falle des Anschlages über die Getriebekinematik und die Steifigkeit der Getriebeglieder abgebremst, sobald die Abtriebsseite die Grenze des Drehwinkels erreicht. Dabei können sich in Folge der extrem hohen Lasten Getriebeteile so stark verformen, dass sie untereinander kollidieren und das Stellglied zum Verklemmen bringen. Weiterhin können Getriebeteile frühzeitig ermüden bzw. müssen für den Normalbetrieb überdimensioniert werden, um auch die hohen Lasten im Falle des ungebremsten Anschlags zu ertragen.In such an embodiment, the adjustment shaft, which is not limited directly in the adjustment angle or drive angle, is then braked in the case of the stop via the transmission kinematics and the rigidity of the transmission elements as soon as the output side reaches the limit of the rotation angle. As a result of the extremely high loads gear parts can deform so much that they collide with each other and bring the actuator to jamming. Furthermore, gear parts can tire early or must be oversized for normal operation to endure even the high loads in the case of unbraked stop.
Die Aufgabe der Einfindung besteht darin, ein 3-Wellen-Verstellgetriebe derart auszubilden, dass die beim Erreichen eines Anschlages im Stellglied auftretenden Impulslasten in ihrer Wirkung derart gedämpft sind, dass eine Verklemmung bzw. Beschädigung des Getriebes verhindert wird.The object of Einfindung is to form a 3-shaft adjustment such that the pulse loads occurring when reaching a stop in the actuator are so attenuated in their effect that a deadlock or damage to the transmission is prevented.
Die Lösung der Aufgabenstellung gelingt mit einem 3-Wellen-Verstellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch welche eine Entkopplung der Getriebeteile im Anschlagfall erreicht wird.The solution of the problem is achieved with a 3-shaft adjusting with the features of claim 1, through which a decoupling of the gear parts is achieved in the case of a stop.
Ein 3-Wellen-Verstellgetriebe umfasst zunächst in bekannter Weise ein mit einer Antriebswelle drehfest verbindbares Antriebsteil, ein mit einer Abtriebswelle drehfest verbindbares Abtriebsteil und ein mit einer Verstellwelle eines Stellers drehfest verbindbares Stellglied. Zwischen zwei der drei Wellen, meist zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil ist ein erster mechanischer Anschlag zur Begrenzung eines Verstellwinkels zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle vorgesehen.A 3-shaft adjusting initially comprises in a known manner with a drive shaft rotatably connectable drive part, a rotatably connected to an output shaft driven part and a rotatably connected to an adjusting shaft of an actuator actuator. Between two of the three shafts, usually between the drive part and the output part, a first mechanical stop for limiting an adjustment angle between the drive shaft and the output shaft is provided.
Erfindungsgemäß ist zwischen dem Stellglied und dem Antriebsteil oder zwischen dem Stellglied und dem Abtriebsteil eine in das Stellglied integrierte Überlastkupplung vorgesehen.According to the invention, an overload clutch integrated in the actuator is provided between the actuator and the drive part or between the actuator and the output part.
In der nachfolgenden Beschreibung wird von einem elektromechanischen Nockenwellenversteller mit einem Wellgetriebe als besonders bevorzugte Ausführungsform in Flachbauweise ausgegangen. Selbstverständlich sind dabei die Lösungen auf Wellgetriebe in Topfbauform wie auf andere Getriebebauformen übertragbar. Die Erfindung ist auch auf andere Getriebeformen übertragbar, bei denen das Stellglied eine Stirnradverzahnung aufweist. In the following description is assumed by an electromechanical camshaft adjuster with a wave gear as a particularly preferred embodiment in flat construction. Of course, the solutions are transferable to wave gear in pot design as on other types of transmissions. The invention is also applicable to other types of transmissions in which the actuator has a spur gear.
Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass eine vollständige Entkopplung ohne ein zusätzliches Getriebebauteil möglich ist. Durch die hohen Geschwindigkeiten der Verstellwelle treten an dieser nur geringe Lasten auf, so dass ein ”Oversnapping”, also ein Umschnappen der Verstellwelle, als preiswerte und platzsparende Lösung für eine Rutschkupplung erscheint.The advantages of the invention are to be seen in particular in that a complete decoupling without an additional transmission component is possible. Due to the high speeds of the adjusting shaft occur at this only small loads, so that an "oversensing", so a snapping the adjusting shaft, as an inexpensive and space-saving solution for a slip clutch appears.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Überlastkupplung dadurch gebildet, dass das Stellglied eine in radialer Richtung mit einer Elastizität behaftete Stirnradverzahnung aufweist.In a particularly preferred embodiment, the overload clutch is formed by the fact that the actuator has a spur gear in the radial direction with an elasticity.
Die Elastizität kann dabei beispielsweise durch eine elastische Schicht oder auch durch elastische Wälzkörper gebildet sein, wobei als elastische Wälzkörper z. B. Hohlkugeln oder Hülsen oder Wälzkörper aus einem Werkstoff mit geringerem E-Modul verwendbar sind.The elasticity may be formed for example by an elastic layer or by elastic rolling elements, wherein as elastic rolling elements z. B. hollow balls or sleeves or rolling elements of a material with a lower modulus of elasticity can be used.
Das erfindungsgemäße Konzept basiert auf einer torsionsweichen Verzahnung des Stellgliedes. Durch die Trägheit der Verstellwelle und des Elektromotors entsteht im Anschlagfall ein sogenanntes Kollisionsmoment, welches in Analogie zum Normaleingriffswinkel neben der tangentialen Zahnkraft auch eine radiale Zahnkraft in den Verzahnungsteilen verursacht.The concept according to the invention is based on a torsionally soft toothing of the actuator. Due to the inertia of the adjusting and the electric motor creates a so-called collision torque in the attack case, which causes in addition to the tangential force a radial tooth force in the teeth in analogy to the normal engagement angle.
Die radiale Steifigkeit des Stellgliedes wirkt im Normalfall dieser Kraft entgegen. Gemäß der Erfindung ist die radiale Elastizität so zu dimensionieren, dass ab einem bestimmten Betrag der Radialkraftkomponente des übertragenen Drehmoments (z. B. des Kollisionsmomentes) die Zähne zweier korrespondierender Zahnräder aneinander radial ausweichen. Die Zähne schieben sich dann tangential unter hoher radialer Verspannung an den Zahnköpfen aneinander auf, bis sie wieder in die Zahnlücke zurückgeschoben wurden und die Verstellwelle umschnappt.The radial stiffness of the actuator normally counteracts this force. According to the invention, the radial elasticity is to be dimensioned such that, starting from a certain amount of the radial force component of the transmitted torque (for example, the collision moment), the teeth of two corresponding toothed wheels radially dodge one another. The teeth then move tangentially together under high radial tension on the tooth heads until they are pushed back into the tooth space and snap over the adjusting shaft.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert.Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the figures.
Es zeigen:Show it:
Die Drehrichtung des Stirnrades
Durch eine bewusste Absenkung der radialen Steifigkeit des Stirnrades
Das Überschnappen innerhalb der Verzahnung
Zwischen dem Außenring
In
Es hat sich bezüglich der Geräuschentwicklung als vorteilhaft herausgestellt, dass die elastische Schicht so dimensioniert ist, dass bei Normalbetrieb der Getriebeglieder die Verzahnungen leicht radial gegeneinander verspannt sind.It has proven to be advantageous in terms of noise that the elastic layer is dimensioned so that during normal operation of the gear members, the teeth are slightly braced radially against each other.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 0101
- Hohlradring gear
- 0202
- Innenverzahnunginternal gearing
- 0303
- Stirnradspur gear
- 0404
- Außenverzahnungexternal teeth
- 0505
- 0606
- Innenringinner ring
- 0707
- Außenringouter ring
- 0808
- Wälzkörperrolling elements
- 0909
- Außenverzahnungexternal teeth
- 1010
- 1111
- elastische Schichtelastic layer
- 1212
- gewellte Blechhülsecorrugated sheet metal sleeve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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