DE102013015843A1

DE102013015843A1 - Taumelkörpergetriebe

Info

Publication number: DE102013015843A1
Application number: DE102013015843.5A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Müller; Michael Frank; Alexander Salzseiler
Original assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Current assignee: Hochschule Munchen
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2015-04-09
Also published as: US20150087462A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeeinrichtung mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad, wobei das Sonnenrad und das Hohlrad koaxial zur Getriebeachse angeordnet sind, sowie mit einem Transmitterelement und einer Aktuierungseinrichtung. Das Transmitterelement umfasst einen umlaufenden Transmitterring, der exzentrisch zur Getriebedrehachse angeordnet ist und bereichsweise mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad in Eingriff steht. Die Aktuierungseinrichtung weist einen Taumelkörper auf, wobei der umlaufende Transmitterring mittels des Taumelkörpers exzentrisch um die Getriebedrehachse bewegbar ist, um das Sonnenrad und das Hohlrad relativ zueinander zu bewegen. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Nockenwellenversteller für einen Verbrennungsmotor mit einer solchen Getriebeeinrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeeinrichtung mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad, wobei das Sonnenrad und das Hohlrad koaxial zu einer Getriebedrehachse angeordnet sind, sowie mit einem Transmitterelement und einer Aktuierungseinrichtung. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen entsprechenden Nockenwellenversteller für einen Verbrennungsmotor.
Herkömmliche Planetengetriebe werden in der Technik als ein- oder mehrstufige Getriebe für sehr unterschiedliche Anwendungen eingesetzt. Dabei können die Planetengetriebe als Zahnradgetriebe oder Reibradgetriebe ausgebildet sein und neben gestellfesten Achsen, die ihre Position im Getriebegehäuse nicht verändern, auch umlaufende Achsen aufweisen, die auf Kreisbahnen im Getriebe umlaufen. Neben der Übersetzung einer Drehbewegung lassen sich mit Planetengetriebe in einfacher Weise Additions- oder Verteilungsgetriebe realisieren. Da Planetengetriebe immer mindestens zwei gestellfeste Wellen sowie eine umlaufende Welle aufweisen, erfolgt im Gegensatz zu einfachen einstufigen Standgetrieben immer mindestens eine zweistufige Getriebeübersetzung mit einem relativ hohen Übersetzungsverhältnis. Bei der Anordnung eines äußeren Hohlrads und eines inneren Sonnenrads in einer Ebene lässt sich ein besonders schmales Planetengetriebe realisieren.
Die Möglichkeit eines Planetengetriebes bei einem Dreiwellenbetrieb zwei Wellen zum Antrieb des Getriebes zu verwenden und immer eine Welle zum Abtrieb einzusetzen ermöglicht ein großes Spektrum unterschiedlicher Anwendungen, beispielsweise zum Antrieb von Hybridfahrzeugen. Auch drehwinkelverstellbare Übertragungsvorrichtungen, die zur Leistungssteigerung und Kraftstoffeinsparung in modernen Verbrennungsmotoren als Nockenwellenversteller eingesetzt werden, sind üblicherweise als einstufige oder mehrstufige Planetengetriebe ausgeführt.
Nockenwellenversteller ermöglichen während des Betriebs von Verbrennungsmotoren eine Anpassung der Ventilöffnungszeiten auf das Lastverhalten des Motors. Die Veränderung der Überschneidungszeiten der Auslassventile und Einlassventile ermöglicht neben einer Kraftstoffeinsparung sowie einem Leistungs- und Drehmomentgewinn auch eine Emissionsreduzierung, die im Hinblick auf ständig steigende Anforderung zur Erfüllung von Abgasnormen wichtig ist.
Neben Planetengetrieben werden als Nockenwellenversteller eine ganze Reihe unterschiedlicher Konstruktionen und Konzepte drehwinkelverstellbare Übertragungsvorrichtungen eingesetzt. Am weitesten verbreitet sind heutzutage hydraulische Nockenwellenversteller, die auf einen aus der Hydrauliktechnik bekannten Schwenkmotor basieren, der zur Steigerung des übertragbaren Moments mit mehreren Flügeln ausgestattet ist. Hydraulische Nockenwellenversteller werden im Verbrennungsmotor über den Motorölkreislauf angetrieben, weshalb die Funktion des Nockenwellenversteller von dem Druck und der Temperatur des Motoröls abhängt und damit von der Betriebstemperatur und der Drehzahl des Verbrennungsmotors.
Darüber hinaus sind elektrische Nockenwellenversteller bekannt, die unabhängig vom Öldruck funktionieren. Durch den elektrischen Antrieb des Nockenwellenverstellers lassen sich diese auch bei einem außer Betrieb befindlichen Verbrennungsmotor verstellen und es können zusätzliche Hydraulikpumpen im Motorölkreislauf vermieden werden. Die DE 41 10 195 A1 beschreibt einen elektrischen Nockenwellenversteller, bei dem ein Elektromotor eine relative Drehwinkelverstellung der Nockenwelle zum Nockenwellenrad bewirkt. Als Stellgetriebe wird dabei entweder ein Gewindeabschnitt mit einer Keilverzahnung oder ein Planetengetriebe mit einer selbsthemmenden Getriebeübersetzung verwendet. Auch der in der DE 102 48 355 A1 beschriebene Nockenwellenversteller wird mittels eines elektrischen Verstellmotors angetrieben, wobei die Verstellmotorwelle auf ein Doppelexentergetriebe oder ein Doppelplanetengetriebe wirkt. Eine hohe Untersetzung und eine nur geringe Reibung der Getriebestufen ermöglichen eine Selbsthemmung des Nockenwellenverstellers sowie den Einsatz von Dauermagnetrotoren für den Verstellmotor. Demgegenüber beschreibt die EP 573 019 B1 ein paralleles Planentengetriebe mit Innenverzahnung, bei dem mehrere von einer Welle angetriebene Exzenterkörper eine Vielzahl von Zahnrädern mit Außenverzahnung exzentrisch drehen und bereichsweise mit der Innenverzahnung in Eingriff bringen. Weiter sind in der Technik Gleitkeilgetriebe (Harmonic-Drive-Getriebe) bekannt, bei dem ein elastisches Übertragungselement mit einer Außenverzahnung von einem elliptischen Antriebsrad bereichsweise in die Innenverzahnung eines Außenrings gedrückt und so eine hohe Übersetzung bei einer gleichzeitig großen Steifigkeit des Getriebes erreicht wird.
Die im Stand der Technik bekannten Nockenwellenversteller oder drehwinkelverstellbare Übertragungsvorrichtungen weisen je nach Konstruktion und Ausführungsart verschiedene Probleme auf. Während bei hydraulischen Schwenkmotoren eine negative Abhängigkeit vom Druck und Temperatur des Motoröls besteht, weisen entsprechende Nockenwellenversteller mit elektrischem Antrieb Nachteile bei der Verstellgeschwindigkeit, der erforderlichen Antriebsenergie, der Selbsthemmung oder der Laufruhe auf, insbesondere bei einer Ausgestaltung als Exzentergetrieben.
Obwohl sich die in der Technik bekannten Konstruktion und Konzepte zur Nockenwellenverstellung beim Einsatz in modernen Verbrennungsmotoren bewährt haben, bestehen gerade im Hinblick auf die in der Automobilindustrie üblichen großen Stückzahlen kontinuierliche Bestrebungen optimierte Konstruktionen zu realisieren und bestehende Probleme zu beseitigen oder zu minimieren. Weiterhin besteht im Hinblick auf die fortschreitende Innovationstätigkeit zur Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren generell die Notwendigkeit neue Lösungswege zu beschreiben, um eingesetzte Konstruktionen durch optimierte oder kostengünstigere Konzepte zu ersetzen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeeinrichtung bereitzustellen, um die im Stand der Technik bekannten Probleme von Getriebeeinrichtungen mit einer relativen Verstellung von zwei Antriebsbauteilen zu verbessern sowie um eine hohe Positioniergenauigkeit und Betriebssicherheit bei einem möglichst geringen Bauvolumen und Energieeinsatz zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird für eine gattungsgemäße Getriebeeinrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Transmitterelement einen umlaufenden Transmitterring aufweist, der exzentrisch zur Getriebedrehachse angeordnet ist und bereichsweise mit dem Hohlrad und bereichsweise mit dem Sonnenrad in Eingriff steht, und dass die Aktuierungseinrichtung einen Taumelkörper aufweist, wobei der umlaufende Transmitterring mittels des Taumelkörpers exzentrisch um die Getriebedrehachse bewegbar ist, um das Sonnenrad und das Hohlrad relativ zueinander zu bewegen. Eine solche Getriebeeinrichtung, insbesondere als Nockenwellenversteller eines Verbrennungsmotors, bietet einen effektiven Antrieb mit geringer Verlustleistung einer Nockenwelle oder eines Motoraggregats. Diese erfindungsgemäße Konstruktion ist nicht eine bloße Zusammenstellung teiloptimierter Komponenten, sondern vielmehr eine integrale, aufeinander angepasste, komplexe Konstruktion eines Systems zur Leistungsübertragung. Während aktuelle Getriebe im Bereich hoher Übersetzungen meist durch mehrstufige Planetengetriebe realisiert werden, bei denen eine Aktivierung des Getriebes zur relativen Verstellung der Antriebsräder und Abtriebsräder mit einem entsprechend hochdrehenden Motor versehen sein muss, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Bereitstellung einer ein- oder mehrstufigen Getriebeeinrichtung, die durch das Zusammenwirken dreier rotierender Getriebekomponenten und einer Aktivierungseinrichtung auf sehr kleinem Raum eine direkte, sehr hohe Untersetzung ermöglicht. In den meisten Fällen ist das Sonnenrad als Abtriebsrad ausgebildet, das beispielsweise mit einer Nockenwelle gekoppelt ist, während das Hohlrad als Antriebsrad fungiert, das beispielsweise dann mit dem Nockenwellenrad gekoppelt ist, das wiederum fest über einen Steuertrieb mit der Kurbelwelle verbunden ist. In herkömmlichen Getriebeeinrichtungen sind das Sonnenrad und das Hohlrad als verzahnte Elemente ausgebildet, die in einen entsprechend innen- und außenverzahnten Transmitterring eingreifen. Alternativ können das Sonnenrad und das Hohlrad auch als Reibräder oder Triebstockelemente ausgebildet sein, mit denen ebenfalls eine durch die hohe Übersetzung bedingte sichere Selbsthemmung sowie eine Übertragung der Relativbewegung von Sonnenrad und Hohlrad möglich ist.
Das zentrale Element dieser erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung ist der bereichsweise mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad in Eingriff stehende umlaufende Transmitterring, der exzentrisch zur Getriebedrehachse angeordnet ist. Dieser, zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad eingebettete, kreisförmige und biegesteife Ring ermöglicht durch seine besondere Formgebung beim Eingriff mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad eine Kraftumlenkung in Art der Keilwirkung. Durch die Exzentrizität des kreisförmigen Transmitterrings, mittels der die Achse des Transmitterrings achsparallel versetzt zur Getriebedrehachse ist, kommt es bei einer Aktuierung des Transmitterelements zu einer taumelnden Bewegung des Transmitterrings um die Getriebedrehachse, d. h. zu einer Drehbewegung des Transmitterrings mit einer Änderung der Achsenlage des Transmitterrings, die sich mit der Exzentrizität ε um die Getriebedrehachse herum dreht. Zum Antrieb dieser relativen Bewegung des mit der Exzentrizität ε um die Getriebedrehachse taumelnden Transmitterrings gegenüber dem Sonnenrad und Hohlrad, ist die Aktuierungseinrichtung mit einem Taumelkörper versehen.
Während der taumelnde Transmitterring radiale Bewegungen ausführt, kommt es am Sonnenrad und Hohlrad, d. h. Abtriebsrad und Antriebsrad, zu einer tangential wirkenden Kraft, die das Sonnenrad und das Hohlrad relativ zueinander bewegt. Dabei ist die Geometrie von Sonnenrad, Hohlrad und Transmitterring so aufeinander abgestimmt, dass der Transmitterring die außermittige, taumelnde Kreisbewegung mit der Exzentrizität ε ausführt. Mit dieser erfindungsgemäßen Konstruktion lassen sich große Untersetzungen erreichen, die zumindest für zweistufige Getriebeeinrichtungen sehr große Untersetzungsverhältnisse von über 1.000 erreichen, die im derzeitigen Stand der Technik eine technische Begrenzung darstellen.
Hohe Übersetzungs- bzw. Untersetzungsverhältnisse durch Getriebeeinrichtungen mit kleinem Bauraum sind insbesondere für die Winkelverstellung zweier Wellen zueinander erforderlich und werden im großen Umfang bei elektrischen Nockenwellenverstellern eingesetzt. Dabei ist der Hauptanwendungsfall für solche Getriebeeinrichtungen die winkelsynchrone Drehübertragung der Hauptleistung des Steuertriebs auf die Nockenwelle bei einer bestimmten Winkelposition von Antriebsrad zu Nockenwelle. Mit einer über die Aktivierungseinrichtung eingespeisten Nebenleistung erfolgt über das taumelnde Transmitterelement eine relative Bewegung der Achsenlage von Antriebsrad zu Abtriebsrad bzw. zur Nockenwelle. Da die Nebenleistung zur Drehwinkelverstellung nach Möglichkeit klein und die Rückwirkung der Getriebeeinrichtung auf den Aktuator gering sein sollte, wird mittels der erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung eine geeignet hohe Untersetzung bereitgestellt, die nur einen klein dimensionierten Aktuator erfordert. Die hohe Untersetzung der Getriebeeinrichtung verhindert durch die Selbsthemmung des hohen Übersetzungsverhältnisses eine relevante Rückwirkung vom Antrieb auf den Aktuator bzw. stellt sicher, dass die über das Getriebe auf den Aktuator einwirkenden Rückwirkungskräfte vom Aktuator aufgenommen werden können.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der exzentrische umlaufende Transmitterring einen Ringflansch und einen am Ringflansch befestigten Hohlzylinder mit einer Innenverzahnung und einer Außenverzahnung aufweist, wobei die Innenverzahnung des Hohlzylinders in das Sonnenrad und die Außenverzahnung des Hohlzylinders in das Hohlrad eingreift. Diese Konstruktion eines mit einer Exzentrizität ε um die Getriebedrehachse taumelnden Transmitterrings ermöglicht einen einfachen Aufbau der erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung, bei dem zwei unterschiedliche Elemente die zwei dem Transmitterring zugeordneten Funktion erfüllen. Während der Hohlzylinder den bereichsweisen Eingriff mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad ermöglicht, sorgt der Ringflansch in Interaktion mit dem Taumelkörper der Aktuierungseinrichtung für das exzentrische Umlaufen des Transmitterrings um die Getriebedrehachse. Für einen Eingriff in die Innen- und Außenverzahnung des Hohlzylinders können das Sonnenrad und das Hohlrad mit einer passenden Verzahnung oder alternativ als Triebstockelemente ausgebildet sein, d. h. als Antriebsscheibe mit mindestens einseitig achsparallel vorstehenden Bolzen, die konzentrisch auf dem Umfang verteilt sind. Mit der Anordnung des Hohlzylinders zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad wird trotz der taumelnden Bewegung des Hohlzylinders der Eingriff bzw. die Übersetzung zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlzylinder im Wesentlichen in einer orthogonal zur Getriebeachse aufgespannten Ebene umgesetzt, so dass sich ein besonders schmales Getriebe realisieren lässt.
Für eine sichere Übertragung der exzentrischen Bewegung des Taumelkörpers auf den Transmitterring, kann der Taumelkörper direkt innerhalb des Ringflansches angeordnet sein. Dabei ermöglicht die Anordnung des kreisförmigen, um die Exzentrizität ε zur Getriebedrehachse versetzten Taumelkörpers in dem Ringflansch eine einfache und wirkungsvolle Konstruktion zur Übertragung der Aktuierungsbewegung. Darüber hinaus lässt sich in dieser Anordnung in einfacher Weise ein Rollen- oder Kuppellager zwischen dem Taumelkörper und dem Ringflansch positionieren, um Reibungsverluste zu minimieren.
Bevorzugt kann für eine erfindungsgemäße Getriebeeinrichtung der Hohlzylinder aus einem Wellenband ausgebildet sein. Die Kombination eines leicht durch Umformung herzustellenden Wellenbands mit einem Ringflansch ermöglicht bei geringer Wandstärke des Hohlzylinders eine hohe Feingliedrigkeit der Verzahnung der Getriebeeinrichtung über das sich bereits mittels einer einstufigen Getriebeeinrichtungen hohe Untersetzung realisieren lassen, die den effektiven Einsatz in einem Nockenwellenversteller ermöglichen. Neben einer kostengünstigen Fertigung des Transmitterelements bietet ein Wellenband die Möglichkeit die tribologischen Verhältnisse der Kontaktsituation der Innen- und Außenverzahnung des Hohlzylinders zum Sonnenrad und Hohlrad so zu steuern, dass eine rückwirkungssichere Funktion bei erheblich höherer Dynamik möglich ist. Neben einer zweiteiligen Herstellung und anschließender Fixierung des Wellenbandes am Ringflansch ermöglichen bekannte Tiefziehverfahren eine einteilige Herstellung des Transmitterrings mit einer axialen torsionssteifen Fixierung des Wellenbandes am tiefgezogenen Ringflansch. Das kreisförmig ausgebildete Wellenband bildet gleichzeitig eine formschlüssige Verzahnungsgeometrie zum Hohlrad und zum Sonnenrad aus. Die Fixierung am Ringflansch ermöglicht eine verwindungssteife Strukturstabilität des Wellenbands in radialer und axialer Richtung, während andererseits das Wellenband weiterhin eine Elastizität entlang des kreisförmigen Umfangs bereitstellt, die eine Verteilung der Kontaktgeometrie auf mehrere, sich gegenseitig entlastende Kontaktpunkte am Sonnenrad und Hohlrad ermöglicht.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass der Taumelkörper koaxial zu der Getriebedrehachse gelagert ist und eine kreisförmige Aktuierungsscheibe aufweist, wobei die Aktuierungsscheibe exzentrisch zur Getriebedrehachse angeordnet ist. Entsprechend der exzentrischen Anordnung des umlaufenden Transmitterrings zur Getriebedrehachse ist auch die mit dem Transmitterring in Interaktion stehende Aktuierungsscheibe um die Exzentrizität ε versetzt zur Getriebeachse, so dass die Mittelachse der kreisförmigen Aktuierungsscheibe achsparallel um die Getriebedrehachse taumelt. Beim Hauptanwendungsfall, der winkelsynchronen Drehübertragung einer Drehbewegung vom Hohlrad auf das Sonnenrad, d. h. ohne eine relativen Bewegung des Sonnenrads und des Hohlrads zueinander, ändert sich auch die relative Position des Taumelkörpers bzw. der exzentrisch angeordneten Aktuierungsscheibe zum umlaufenden Transmitterring nicht, so dass der Taumelkörper und der Transmitterring sich gemeinsam um die Getriebedrehachse drehen. Nur bei einer Aktuierung des Taumelkörpers zur relativen Verstellung der Drehwinkelposition zwischen Sonnenrad und Hohlrad erfolgt auch eine Bewegung zwischen kreisförmiger Aktuierungsscheibe und Transmitterring, wobei die Anordnung eines Nadel- oder Kugellagers zwischen Transmitterring und kreisförmiger Aktuierungsscheibe die Reibungsverluste reduziert. Günstigerweise kann der Taumelkörper einen Wellenstumpf aufweisen, der fest mit der Aktuierungsscheibe verbunden ist und koaxial zur Getriebedrehachse gelagert ist. Die Lagerung der Aktuierungseinrichtung gegenüber dem Sonnenrad vermeidet insbesondere im Hauptanwendungsfall einer Drehübertragung einen signifikanten Reibungsverlust, wobei beim Einsatz als Nockenwellenversteller durch die Kopplung des Sonnenrads mit der Nockenwelle eine Relativbewegung der Komponenten der Getriebeeinrichtung zueinander vermieden wird.
Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass das Sonnenrad eine Außenverzahnung und das Hohlrad eine Innenverzahnung aufweisen, wobei die Anzahl der Zähne der Außenverzahnung des Sonnenrads kleiner ist als die Anzahl der Zähne der Innenverzahnung des Hohlzylinders und die Anzahl der Zähne der Außenverzahnung des Hohlzylinders kleiner ist als die Anzahl der Zähne der Innenverzahnung des Hohlrads. Zur Verringerung der Verlustleistung kann trotz einer kostengünstigen Herstellung und der Verwendung von Standardkomponenten die Verzahnungsgeometrie der Kontaktpartner durch eine spezielle Auslegung optimiert werden. Im Hinblick auf eine hohe Übersetzung notwendige große Zähneanzahl von Sonnenrad, Hohlrad und Transmitterring müssen die Verzahnungseingriffe nicht notwendigerweise die gleiche Teilung haben, sondern benötigen in einer einfachen Ausführung nur eine ähnliche Teilung, die gemessen an den nur geringen Kontaktpunkten zu keinen technischen Beeinträchtigungen führt. Bei einer entsprechenden Feingliedrigkeit der Verzahnungen von Sonnenrad, Hohlrad und Hohlzylinder, beispielsweise mit einer Mikroverzahnung, bei der die Anzahl der Zähne der ineinander greifenden Verzahnungen bei über 100 liegt, kann bereits mittels einer einstufigen Getriebeeinrichtung eine hohe Untersetzung realisiert werden, bei der der betragsmäßige Unterschied zwischen der Außenverzahnung des Sonnenrads und der Innenverzahnung des Hohlzylinders sowie zwischen der Außenverzahnung des Hohlzylinders und der Innenverzahnung des Hohlrads bevorzugt zwei Zähne, insbesondere ein Zahn, beträgt.
Eine zweckmäßige Variante sieht vor, dass die Aktuierungseinrichtung mit einem Aktuierungsantrieb, bevorzugt einem Elektromotor, gekoppelt ist. Ein solcher einfacher Antrieb der Aktuierungseinrichtung, der im Hinblick auf die Anordnung und Lagerung der Aktuierungseinrichtung gegenüber dem Sonnenrad und Hohlrad eine koaxiale Bewegung ausführt, die über die exzentrisch angeordnete Aktuierungsscheibe, bzw. eines entsprechenden exzentrisch umlaufenden Aktuierungsmittels die Taumelbewegung des kreisförmigen Transmitterrings bewirkt, ermöglicht eine einfache Implementierung einer Nebenleistung in die Getriebeeinrichtung. Dabei kann die Verwendung eines Elektromotors im Unterschied zu herkömmlichen hydraulischen Antrieben oder mechanischen Antrieben eine kostengünstige Lösung zur Betätigung der Aktuierungseinrichtung darstellen, wobei der Elektromotor neben einer normalerweise geringen Baugrößer auch einfach an unterschiedliche Bedingungen anpassbar ist.
Von Vorteil ist es weiter, wenn das Sonnenrad oder ein koaxial gekoppeltes Bauteil eine Lageraufnahme aufweist auf der das Hohlrad gelagert ist. Die Lagerung des Hohlrads auf dem Sonnenrad erleichtert eine relative Drehwinkelverstellung des Hohlrads zum Sonnenrad. Entsprechend ist es bei einem Nockenwellenversteller, bei dem die Drehwinkelverstellung zu dem an das Hohlrad gekoppelten Nockenwellenrades erfolgt, einfacher die Winkellage der Nockenwelle zu verstellen, die mit dem Sonnenrad gekoppelt ist.
Eine besondere Ausführungsform sieht vor, dass die Getriebeeinrichtung zweistufig ausgebildet ist, wobei die zweistufige Getriebeeinrichtung ein erstes und zweites außenverzahntes Sonnenrad, ein erstes und zweites innenverzahntes Hohlrad, ein erstes und zweites exzentrisch umlaufendes Transmitterelement sowie einen ersten und zweiten Taumelkörper aufweist. Eine zweistufige Getriebeeinrichtung ermöglicht eine sehr hohe Untersetzung sowie eine damit verbundene sehr gute Selbsthemmung der Getriebeeinrichtung. Je nachdem welche Elemente der ersten und zweiten Stufe der Getriebeeinrichtung feststehen bzw. miteinander gekoppelt sind, ermöglicht die Kombination mehrerer Stufen eine Änderung des Vorzeichens der Übersetzung, so dass eine Winkelsubtraktion der geringfügig voneinander abweichenden Übersetzungen stattfindet, wodurch sich extrem große Übersetzungsverhältnisse realisieren lassen.
Zur Ausbildung eines multiplikativen Getriebes bei einer zweistufigen Getriebeeinrichtung kann ein Aktuierungsantrieb vorgesehen sein, der mit dem ersten Taumelkörper gekoppelt ist, wobei das erste und zweite Hohlrad sowie das erste Sonnenrad und der zweite Taumelkörper fest miteinander gekoppelt sind, und wobei ein Antrieb mit dem ersten oder zweiten Hohlrad und ein Abtrieb mit dem zweiten Sonnenrad gekoppelt ist. Diese multiplikative Zusammenschaltung der ersten und zweiten Getriebestufe führt über die Multiplikation der Übersetzungsverhältnisse der ersten und zweiten Getriebestufe zu hohen Übersetzungsverhältnissen, die bei einer Anwendung eines solchen zweistufigen Getriebes als Nockenwellenversteller für einen Verbrennungsmotor, bei dem der Antrieb mit dem Nockenwellenrad und der Abtrieb mit der Nockenwelle verbunden ist, zu einer leistungsfähigen Drehwinkelverstellung und sicherer Selbsthemmung der Getriebeeinrichtung. In einer alternativen multiplikativen Getriebeausführung einer zweistufigen Getriebeeinrichtung können das erste und zweite Sonnenrad sowie das erste Hohlrad und der zweite Taumelkörper fest miteinander gekoppelt sein, wobei dann der Aktuierungsantrieb mit dem ersten Taumelkörper, der Haupt-Antrieb mit dem ersten Hohlrad und der Abtrieb mit dem zweiten Sonnenrad gekoppelt ist. Auch diese alternative multiplikative Ausgestaltung führt zu einer hohen Untersetzung und guten Selbsthemmung.
Für die Ausgestaltung eines subtraktiven Getriebes einer zweistufigen Getriebeeinrichtung kann ein Aktuierungsantrieb vorgesehen sein, der mit dem ersten oder zweiten Taumelkörper gekoppelt ist, wobei der erste und zweite Taumelkörper sowie das erste und zweite Sonnenrad fest miteinander gekoppelt sind, und wobei ein Antrieb mit dem ersten Hohlrad und ein Abtrieb mit dem zweiten Hohlrad gekoppelt ist. Eine solche subtraktive Kopplung der ersten und zweiten Getriebestufe ermöglicht eine sehr effektive Getriebekombination mit extrem großer Übersetzung, bei der eine Winkelsubtraktion der Winkel zweier geringfügig voneinander abweichenden Übersetzungen stattfindet. Neben dieser subtraktiven Kopplung der Komponenten der ersten und zweiten Getriebestufe eines zweistufigen Getriebes sind weitere subtraktive Getriebeverschaltungen möglich, beispielsweise eine komplementäre Anordnung bei dem der Antrieb mit dem ersten Sonnenrad und der Abtrieb mit dem zweiten Sonnenrad gekoppelt ist. Subtraktive Getriebe ermöglichen beim Einsatz als Nockenwellenversteller für einen Verbrennungsmotor extrem hohe Untersetzungen und damit auch eine exakte Winkeleinstellung der Nockenwelle zum Nockenwellenrad.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls einen Nockenwellenversteller für einen Verbrennungsmotor mit einer erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung, bei der das Transmitterelement einen umlaufenden Transmitterring aufweist, der exzentrisch zur Getriebedrehachse angeordnet ist und bereichsweise mit dem Hohlrad und bereichsweise mit dem Sonnenrad in Eingriff steht, und bei dem die Aktuierungseinrichtung einen Taumelkörper aufweist, wobei der umlaufende kreisförmige Transmitterring mittels des Taumelkörpers exzentrisch um die Getriebedrehachse bewegbar ist, um das Sonnenrad und das Hohlrad relativ zueinander zu bewegen. Dabei sind das Hohlrad mit einem kurbelwellenfesten Nockenwellenrad des Verbrennungsmotors und das Sonnenrad mit einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt. Ein solcher Nockenwellenversteller ermöglicht mit einer großen Untersetzung und einer guten Selbsthemmung eine sichere Drehwinkelverstellung der Nockenwelle zum Nockenwellenrad eines Verbrennungsmotors trotz der Verwendung von einfachen Bauteilen.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung, insbesondere für einen Nockenwellenversteller eines Verbrennungsmotors;
2a eine perspektivische Seitenansicht der Getriebeeinrichtung aus 1 aus Richtung der Abtriebswelle;
2b eine zum Teil freigeschnittene perspektivische Seitenansicht der Getriebeeinrichtung aus 2a;
3 eine zum Teil freigeschnittene Seitenansicht der Getriebeeinrichtung aus 1 aus Richtung der Abtriebswelle;
4a eine perspektivische Seitenansicht der Getriebeeinrichtung aus 1 aus Richtung der Nebentriebswelle;
4b eine teilweise freigeschnittene Seitenansicht der Getriebeeinrichtung aus 4a;
5 eine Seitenansicht der Getriebeeinrichtung aus 1 aus Richtung der Nebentriebwelle; und
6 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers mit der Getriebeeinrichtung aus 1.
Die Schnittansicht in 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung 1, die als Nockenwellenversteller in einem Verbrennungsmotor genutzt werden kann. In der Schnittdarstellung dieser einstufig ausgebildeten Getriebeeinrichtung 1 erkennt man ein mit einer Abtriebswelle 2 verbundenes Sonnenrad 3 sowie ein das Sonnenrad 3 umgebendes Hohlrad 4. Auf der der Abtriebswelle 2 entgegen gerichteten Seite der Getriebeeinrichtung 1 ist eine Aktuierungseinrichtung 5 vorgesehen, die auf ein Transmitterelement 6 wirkt.
Die als Hohlwelle ausgebildete Abtriebswelle 2, die bei einer Nutzung der Getriebeeinrichtung als Nockenwellenverstellung mit der Nockenwelle (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors gekoppelt ist, ist in dieser Ausführungsform einteilig mit dem Sonnenrad 3 ausgebildet, das sich von der Abtriebswelle 2 sehr weit in Richtung des Hohlrads 4 erstreckt, so dass zwischen Sonnenrad 3 und Hohlrad 4 nur ein relativ geringer Abstand verbleibt, der entlang des Umfangs immer gleich groß ist. Auf dem Außenumfang der Abtriebswelle 2 ist ein Doppelkugellager 7 vorgesehen, auf dem das Hohlrad 4 drehbar gegenüber dem Sonnenrad 3 gelagert ist. Zur Fixierung des Doppelkugellagers 7 am Außenumfang der Abtriebswelle 2 und in einer Lageraufnahme eines Hohlradflansches 8 des Hohlrads 4 sind zwei Sicherungsringe 9 vorgesehen, die das Doppelkugellager 7 gegenüber entsprechenden Anlageschultern an der Abtriebswelle 2 und der Lageraufnahme des Hohlradflansches 8 fixieren. Am Innenumfang der als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 2 ist ein weiteres Doppelkugellager 10 vorgesehen, mittels dem der Wellenstumpf 11 der Aktuierungseinrichtung 5 gegenüber der Abtriebswelle 2 bzw. dem Sonnenrad 3 koaxial zur Getriebedrehachse D gelagert wird. Auch dieses innerhalb der Abtriebswelle 2 angeordnete Doppelkugellager 10 ist mittels zweier Sicherungsringe 9 gegen eine Stufe am Innenumfang der Abtriebswelle 2 und eine Stufe am Wellenstumpf 11 fixiert. Die Getriebedrehachse D ist konzentrisch zur Abtriebswelle 2 und dem Sonnenrad 3 sowie dem Hohlrad 4.
Die auf dem Wellenstumpf 11 koaxial zur Getriebedrehachse D in der Abtriebswelle 2 gelagerte Aktuierungseinrichtung 5 umfasst einen Taumelkörper 12 sowie eine Nebentriebswelle 13 an der ein Aktuator (nicht gezeigt), üblicherweise ein Elektromotor, angeordnet wird, um den Taumelkörper 12 exzentrisch zur Getriebedrehachse D zu bewegen. Während der Wellenstumpf 11 und die gegenüber des Taumelkörpers 12 angeordnete Nebentriebswelle 13 koaxial zur Getriebedrehachse D ausgebildet sind, so dass sowohl die Drehung der Aktuierungseinrichtung im Doppelkugellager 10 als auch der Antrieb der Aktuierungseinrichtung 5 über die Nebentriebwelle 13 konzentrisch zur Getriebedrehachse D erfolgt, ist der Taumelkörper 12 exzentrisch zur Getriebedrehachse D angeordnet ist. Der kreisförmig ausgebildete Taumelkörper 12 ist dabei um die Exzentrizität ε versetzt zur Getriebedrehachse D positioniert, so dass bei einer über die Nebentriebswelle 13 aufgeprägten Drehbewegung die Achse E des kreisförmigen Taumelkörpers 12 mit der Exzentrizität ε um die Getriebedrehachse D taumelt. Bei jeder Drehbewegung der Aktuierungseinrichtung 5 ändert sich daher die Lage der Achse E relativ zur Getriebedrehachse D. Zusammen mit dem kreisförmigen Taumelkörper 12 taumelt auch das am Außenumfang des Taumelkörpers 12 angeordnete und mittels eines weiteren Sicherungsrings 9 fixierte Kugellager 14 und der von außen auf dem Kugellager 14 angeordnete Ringflansch 15 des Transmitterelements 6. Der Ringflansch 15 des Transmitterelements 6 ist eine kreisförmige biegesteife Scheibe, die auf dem Außenring des Kugellagers 14 angeordnet ist und mit der Bewegung des Taumelkörpers 12 mit der Exzentrizität ε um die Getriebedrehachse D taumelt. Auf dem Ringflansch 15 ist als verzahnter Hohlzylinder ein Wellenband 16 äquidistant zur Achse E angeordnet, so dass auch das Wellenband 16 anregt durch den Taumelkörper 12 mit der Exzentrizität ε um die Getriebedrehachse D taumelt.
In der perspektivischen Ansicht der Getriebeeinrichtung 1 in 2a ist neben der vorstehenden Antriebswelle 2 auch das auf dem Doppelkugellager 7 am Außenumfang der Antriebswelle 2 gelagerte Hohlrad 4 zu erkennen. Dabei ist der sich von dem Doppelkugellager 7 radial nach außen erstreckende Hohlradflansch 8 mit einer Reihe von Bohrungen 17 versehen, um das Gewicht des Hohlrads zu reduzieren.
In der ohne das Hohlrad 4 dargestellten perspektivischen Ansicht der Getriebeeinrichtung 1 in 2b ist deutlich das auf dem Ringflansch 15 des Transmitterelements 6 angeordnete Wellenband 16 zu erkennen. Innerhalb des Wellenbands 16 ist das Sonnenrad 3 mit der Außenverzahnung 18 positioniert, wobei die Außenverzahnung 18 im oberen Bereich der 2b mit dem exzentrisch zur Getriebeachse D angeordneten Wellenband 16 in Eingriff steht, während an der Unterseite ein Spalt S zwischen Außenverzahnung 18 und Wellenband 16 besteht.
Der lediglich bereichsweise Eingriff zwischen dem Wellenband 16 und der Außenverzahnung 18 des Sonnenrads 3 ist deutlicher in der Seitenansicht in 3 zu erkennen. Auch diese von der Abtriebswelle 2 aus gesehene Ansicht der Getriebeeinrichtung 1 ist wieder ohne das Hohlrad 4 dargestellt. Das auf dem Ringflansch 15 angeordnete Wellenband 16 ist auch hier wieder um die Exzentrizität ε zur Getriebedrehachse D versetzt positioniert, so dass das Wellenband 16 hier im unteren Bereich der 3 mit der Außenverzahnung 18 des Sonnenrads 3 im Eingriff steht, während auf der gegenüberliegenden Seite der Spalt S zwischen dem Wellenband 16 und der Außenverzahnung 18 entsteht, wobei der Abstand der Verzahnungen hier in etwa das Doppelte der Exzentrizität ε beträgt.
Der bereichsweise Eingriff zwischen dem Wellenband 16 und der Innenverzahnung 19 des Hohlrads 4, das in den 2b und 3 nicht dargestellt ist, erfolgt auf der dem Eingriff von Wellenband 16 und Außenverzahnung 18 des Sonnenrads 3 abgewandten Seite des Wellenbands 16, d. h. auf dem in der 2b unten liegenden Abschnitt des Wellenbands 16, bzw. auf dem in 3 oben liegenden Abschnitt des Wellenbands 1b. Demgegenüber existiert durch die Exzentrizität ε zur Getriebedrehachse D im unteren Bereich der 3 zwischen der Innenverzahnung 19 des Hohlrads 4 (hier nicht dargestellt) und dem Wellenband 16 ein weiterer Spalt, der die Übersetzung zwischen der Innenverzahnung 19 und dem Wellenband 16 ermöglicht.
Die perspektivische Darstellung in 4a zeigt die erfindungsgemäße Getriebeeinrichtung 1 in einer Ansicht von der Seite der Aktuierungseinrichtung 5. An der Aktuierungseinrichtung 5 steht die Nebentriebswelle 13 vom Taumelkörper 12 vor. Der kreisförmige exzentrisch zur Getriebedrehachse D umlaufende Taumelkörper 12 wirkt über das Kugellager 14 auf den Ringflansch 15, so dass das mit dem Ringflansch 15 verbundene Wellenband 16 bereichsweise mit der Innenverzahnung des Hohlrads 4 in Eingriff steht. In der Darstellung dieser perspektivischen Ansicht ohne das Hohlrad 4 in 4b ist deutlich das am kreisförmigen Ringflansch 15 angeordnete Wellenband 16 zu erkennen, das angeregt durch den Taumelkörper 12 der Aktuierungseinrichtung 5 trotz der konzentrischen Anordnung zur Achse E taumelnd gegenüber der Getriebedrehachse D exzentrisch umläuft.
In der in 5 dargestellten Seitenansicht der Getriebeeinrichtung 1 aus Richtung der Aktuierungseinrichtung 6 ist deutlich die Exzentrizität ε des fest mit der Nebentriebswelle 13 verbundenen Taumelkörpers 12 zu erkennen, während die Nebentriebswelle 13 koaxial zur Getriebedrehachse D angeordnet ist. Angeregt durch den exzentrisch angeordneten Taumelkörper 12 ist auch das Kugellager 14 und der Ringflansch 15 der Aktuierungseinrichtung 5 exzentrisch zur Getriebedrehachse D und entsprechend versetzt zum Hohlrad 4 angeordnet.
Die 6 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 20 auf Basis einer drehwinkelverstellbaren Getriebeeinrichtung 1. Die Getriebeeinrichtung 1 sitzt mit der als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 2 fest auf Nockenwelle 21 des Verbrennungsmotors, so dass das Sonnenrad 3 zusammen mit der Nockenwelle 21 um die Getriebedrehachse D umläuft. Auf dem Außenumfang des Hohlrads 4 ist ein Nockenwellenkettenrad 22 angeordnet, das über eine Steuerkette 23 drehwinkelfixiert mit der Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors verbunden ist. Zum Verstellen der Drehwinkellage zwischen dem Hohlrad 4 und dem Sonnenrad 3 der Getriebeeinrichtung 1 entsprechend zwischen dem kurbelwellenfesten Nockenwellenkettenrad 22 und der Nockenwelle 21 ist an der Nebentriebswelle 13 der Aktuierungseinrichtung 5 ein Elektromotor 24 vorgesehen. Dabei kann dieser Motor 24 sich mit der Drehbewegung des Hauptantriebs mitdrehen, so dass die relative Drehbewegung des Hauptantriebs durch den Elektromotor 24 lediglich beschleunigt oder abgebremst wird, um eine gewünschte Drehwinkelverstellung zu erreichen.
Im Folgenden wird die Funktions- und Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung 1 näher erläutert.
Im Betrieb der erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung 1, insbesondere als Nockenwellenversteller 20 in einem Verbrennungsmotor, wird für die Übertragung eines Hauptantriebs, beispielsweise der Übertragung der Bewegung der Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors über die Getriebeeinrichtung 1 auf die angeschlossene Nockenwelle 21, die Drehbewegung des Hauptantriebs von dem auf dem Hohlrad 4 angebrachten Nockenwellenkettenrad 22 über die Innenverzahnung 19 des Hohlrads 4 auf das Wellenband 16 des Transmitterelements 6 und von dort auf die Außenverzahnung 18 des Sonnenrads 3 übertragen, das über die Verbindung zur Abtriebswelle 2 mit der Nockenwelle 21 des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Wie in 1 gut zu erkennen, ermöglicht der gleichzeitige bereichsweise Eingriff des Hohlrads 4 und des Sonnenrads 3 mit dem Transmitterelement 6, wobei der Eingriff zwischen der Innenverzahnung 19 des Hohlrads 4 und dem Wellenband 16 des Transmitterelements 6 auf einer Seite des Transmitterelements 6 erfolgt (in 1 oben) und der Eingriff zwischen der Außenverzahnung 18 des Sonnenrads 3 und dem Wellenband 16 des Transmitterelements 6 auf einer radial gegenüberliegenden Seite des Transmitterelements 6 erfolgt (in 1 unten), die direkte Übertragung der Drehbewegung des Hauptantriebs vom Hohlrad 4 auf das Sonnenrad 3 und verhindert so negative Rückwirkungen über das Transmitterelement 6 und die Aktuierungseinrichtung 5 an dem an der Nebentriebswelle 13 der Aktuierungseinrichtung 5 angebrachten Elektromotor 24.
Für eine Verstellung des Drehwinkels zwischen dem Hohlrad 4 und dem Sonnenrad 3, beim Einsatz eines Nockenwellenverstellers entsprechend zwischen einem am Hohlrad 4 befestigten Nockenwellenkettenrad 22 und einem über die Abtriebswelle 2 am Sonnenrad 3 befestigter Nockenwelle 21, wird neben der ständigen Kurbelwellendrehung über die Nebentriebwelle 13 eine zusätzliche Drehbewegung auf den Taumelkörper 12 übertragen. Dazu ist an der Nebentriebwelle 13 ein geeigneter Antrieb angebracht, üblicherweise ein mitlaufender Elektromotor 24. Über die exzentrische Drehbewegung des Taumelkörpers 12 wird auch das exzentrisch zur Getriebedrehachse D gelagerte Transmitterelement 6 zu einer taumelnden Bewegung um die Getriebedrehachse D angeregt. Zwischen dem Taumelkörper 12 der Aktuierungseinrichtung 5 und dem Ringflansch 15 des Transmitterelements 6 ist ein Kugellager 14 positioniert, um eine Relativbewegung zwischen dem Taumelkörper 12 und dem Ringflansch 15 mit einer möglichst geringen Reibung zu erlauben. Alternativ können auch Rollenlager oder Gleitlager zwischen Taumelkörper 12 und Ringflansch 15 eingesetzt werden. Der exzentrisch vorstehende Bereich des ringförmigen Taumelkörpers 12 drückt über das Kugellager 14 und den Ringflansch 15 das Wellenband 16 des Transmitterelements 6 in Eingriff mit der Innenverzahnung 19 des Hohlrads 4, so dass bei einem Umlauf des Taumelkörpers 12 auch über den gesamten Umfang des Hohlrads 4 das Wellenband 16 sich einmal an der Innenverzahnung 19 des Hohlrads 4 abwälzt. Dabei bewegen sich Hohlrad 4 und Wellenband 16 um den Unterschied zwischen der Zähnezahl der Innenverzahnung 19 des Hohlrads 4 und der Anzahl der Zähne bzw. Wellen des Wellenbands 16 relativ zueinander. Entsprechend ergibt sich das Untersetzungsverhältnis aus der Differenz der Zähnezahl zwischen Sonnenzähnen und Innenzähnen der Innenverzahnung 19 des Hohlrads 4.
Während auf der einen Seite der um die Exzentrizität ε gegenüber der Getriebedrehachse D versetzte Taumelkörper 12 das Wellenband 16 des Transmitterelements 6 in Eingriff mit der Innenverzahnung 19 des Hohlrads 4 drückt, ergibt sich auf der gegenüberliegenden Seite der Getriebeeinrichtung 1 zwischen der Innenverzahnung 19 des Hohlrads 4 und dem Wellenband 16 ein Spalt S, der in etwa das Doppelte der Exzentrizität ε beträgt, so dass eine Überschneidung vorstehender Zähne der Innenverzahnung 19 und des Wellenbands 16 problemlos möglich ist. Dazu muss die Zahnhöhe der Innenverzahnung 19 und die Wellenhöhe des Wellenbands 16 etwas geringer als die Exzentrizität ε des Taumelkörpers 12 sein. Während sich auf dieser abgewandten Seite ein Spalt S zwischen Wellenband 16 und der Innenverzahnung 19 des Hohlrads 4 ausbildet, ist das Wellenband 16 dort gleichzeitig bereichsweise mit der Außenverzahnung 18 des Sonnenrads 3 in Eingriff. Auch dieser bereichsweise Eingriff zwischen Außenverzahnung 18 des Sonnenrads 3 und dem Wellenband 16 wandert beim Umlaufen des Taumelkörpers 12 um den Umfang des Sonnenrads 3, so dass sich bei einer Umdrehung des Taumelkörpers 12 das Sonnenrad 3 um den Unterschied der Zähnezahl zwischen der Außenverzahnung 18 des Sonnenrads 3 und den Zähnen bzw. Wellen des Wellenbands 16 relativ zum Wellenband 16 bewegt. Auch hier ergibt sich das Übersetzungsverhältnis wieder aus der Differenz der Zähnezahl von der Außenverzahnung 18 und Wellenband 16 zu der Anzahl der Zähne der Außenverzahnung 18 des Sonnenrads 3.
Bei einer Verstellung des Drehwinkels zwischen dem Sonnenrad 3 und dem Hohlrad 4 der Getriebeeinrichtung 1, entsprechend einer Drehwinkelverstellung zwischen einer an der Abtriebswelle 2 angeordneten Nockenwelle 21 und einem an dem Hohlrad 4 befestigten Nockenwellenkettenrad 22, wird der an der Nebentriebswelle 13, im Falle der Verwendung eines Elektromotors 24, angeordnete mitdrehende Rotor des Elektromotors 24 beschleunigt oder abgebremst, so dass sich die Lage des Taumelkörpers 12 und damit auch des Transmitterelements 6 relativ zum Sonnenrad 3 und dem Hohlrad 4 verändert. Bei einer reinen Übertragung des Hauptantriebs auf die Abtriebswelle 2, d. h. der reinen Übertragung der Drehbewegung des kurbelwellenfesten Nockenwellenkettenrads 22 zur Nockenwelle 21, verändern Sonnenrad 3 und Hohlrad 4 ihre relative Position zueinander nicht. Durch die Bewegung des Wellenbands 19 des Transmitterelements 6 oder eines entsprechend innen- und außenverzahnten Hohlzylinders, wälzt sich das Wellenband 16 bereichsweise auf der Innenverzahnung 19 des Hohlrads 4 sowie um 180° versetzt bereichsweise auf der Außenverzahnung 18 des Sonnenrads 3 ab, wodurch sich das Sonnenrad 3 und das Hohlrad 4 relativ zueinander bewegen. Da die Zähneanzahl der Innenverzahnung 19 größer ist als die Anzahl der Zähne bzw. Wellen des Wellenbands 16, bewegt sich das Hohlrad 4 relativ zu der durch den Hauptantrieb aufgeprägten Drehbewegung entgegen der Drehrichtung des Taumelkörpers 12 der durch die exzentrische Bewegung ein Abwälzen des Wellenbandes 12 an der Innenverzahnung 19 bewirkt. Demgegenüber bewegt sich das Sonnenrad 3 durch die geringere Zähneanzahl der Außenverzahnung 18 zur Anzahl der Zähne bzw. der Wellen des Wellenbandes 16 relativ zu der durch den Hauptantrieb aufgeprägten Drehbewegung in Richtung der Drehung des Taumelkörpers 12, so dass sich die durch den Taumelkörper 12 angeregten Relativbewegungen des Sonnenrads 3 und des Hohlrads 4 entgegenstehen und somit zum Teil aufheben.
Die in der Ausführungsform in den 1 bis 5 dargestellte erfindungsgemäße Getriebeeinrichtung 1 weist an der Außenverzahnung 18 des Sonnenrads 3 und der Innenverzahnung 19 des Hohlrads 4 eine Mikroverzahnung auf, die mit dem Wellenband 16 des Transmitterelements 6 zusammenwirkt und eine entsprechend wellenförmige Kontur aufweist. Dabei beträgt die Anzahl der Wellen des Wellenbandes etwa 120, während die Anzahl der Zähne der Außenverzahnung 18 und der Innenverzahnung 19 jeweils um eins kleiner bzw. größer ist. Für die Teilübersetzung zwischen dem Wellenband 16 und dem Hohlrad 4 ergibt sich bei einer Zähnezahl des Hohlrads 4 von 121 ein Übersetzungsverhältnis von 1:121. Demgegenüber weist die Außenverzahnung 18 des Sonnenrads 3 einen Zahn weniger auf als die Anzahl der Wellen des Wellenbandes, so dass sich für die Teilübersetzung zwischen Wellenband 16 und Sonnenrad 3 ein Übersetzungsverhältnis von 1:119 ergibt. Da die Richtungen dieser Untersetzungsverhältnisse zwischen Hohlrad und Wellenrad sowie zwischen Sonnenrad und Wellenrad unterschiedlich sind und sich daher teilweise aufheben, müssen die Teilübersetzungen der Getriebeeinrichtung 1 voneinander abgezogen werden. Da sich die Teiluntersetzungen der Getriebeeinrichtung 1 betragsmäßig nur sehr gering unterscheiden, ergibt sich trotz der schon hohen Untersetzungsverhältnisse von etwa 1:120 ein gesamtes Untersetzungsverhältnis von weit über 1:1.000. Auch mit herkömmlichen Verzahnungen mit Zähnezahlen von ca. 50 und Unterschieden der Zähnezahlen von 2 bis 3 ergeben sich für die erfindungsgemäße Getriebeeinrichtung 1 Untersetzungsverhältnisse von über 100. Entsprechend lassen sich mit der erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung 1 Übertragungseinrichtungen mit einem sehr hohen Untersetzungsverhältnis realisieren, obwohl das Getriebe lediglich einstufig ausgebildet ist und darüber hinaus der Eingriff zwischen Sonnenrad 3 und Wellenband 16 sowie zwischen Wellenband 16 und Hohlrad 4 in der gleichen orthogonal zur Getriebedrehachse D aufgespannten Ebene erfolgt.
Bezugszeichenliste

1: Getriebeeinrichtung
2: Abtriebswelle
3: Sonnenrad
4: Hohlrad
5: Aktuierungseinrichtung
6: Transmitterelement
7: Doppelkugellager
8: Hohlradflansch
9: Sicherungsring
10: Doppelkugellager
11: Wellenstumpf
12: Taumelkörper
13: Nebentriebswelle
14: Kugellager
15: Ringflansch
16: Wellenband
17: Bohrungen
18: Außenverzahnung
19: Innenverzahnung
20: Nockenwellenversteller
21: Nockenwelle
22: Nockenwellenkettenrad
23: Steuerkette
24: Elektromotor
D: Getriebedrehachse
E: Achse
S: Spalt
ε: Exzentrizität

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4110195 A1 [0006]
DE 10248355 A1 [0006]
EP 573019 B1 [0006]

Claims

Getriebeeinrichtung (1) mit einem Sonnenrad (3) und einem Hohlrad (4), wobei das Sonnenrad (3) und das Hohlrad (4) koaxial zu einer Getriebedrehachse (D) angeordnet sind, sowie mit einem Transmitterelement (6) und einer Aktuierungseinrichtung (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Transmitterelement (6) einen umlaufenden Transmitterring aufweist, der exzentrisch zur Getriebedrehachse (D) angeordnet ist und bereichsweise mit dem Sonnenrad (3) und bereichsweise mit dem Hohlrad (4) in Eingriff steht, und dass die Aktuierungseinrichtung (5) einen Taumelkörper (12) aufweist, wobei der umlaufende Transmitterring mittels des Taumelkörpers (12) exzentrisch um die Getriebedrehachse (D) bewegbar ist, um das Sonnenrad (3) und das Hohlrad (4) relativ zueinander zu bewegen.
Getriebeeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der exzentrisch umlaufende Transmitterring einen Ringflansch (15) und einen an dem Ringflansch (15) befestigten Hohlzylinder mit einer Innenverzahnung und einer Außenverzahnung aufweist, wobei die Innenverzahnung des Hohlzylinders in das Sonnenrad und die Außenverzahnung des Hohlzylinders in das Hohlrad eingreift.
Getriebeeinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Taumelkörper (12) in dem Ringflansch (15) angeordnet ist.
Getriebeeinrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder aus einem Wellenband (16) ausgebildet ist.
Getriebeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Taumelkörper (12) koaxial zu der Getriebedrehachse (D) gelagert ist und als eine kreisförmige Aktuierungsscheibe ausgebildet ist, wobei die Aktuierungsscheibe exzentrisch zur Getriebedrehachse (D) angeordnet ist.
Getriebeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuierungseinrichtung (5) einen Wellenstumpf (11) aufweist der fest mit dem Taumelkörper (12) verbunden ist, wobei der Wellenstumpf (11) koaxial zur Getriebedrehachse (D) gelagert ist.
Getriebeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (3) eine Außenverzahnung (18) und das Hohlrad (4) eine Innenverzahnung (19) aufweisen, wobei die Anzahl der Zähne der Außenverzahnung (18) des Sonnenrads (3) kleiner ist als die Anzahl der Zähne der Innenverzahnung des Hohlzylinders und die Anzahl der Zähne der Außenverzahnung des Hohlzylinders kleiner ist als die Anzahl der Zähne der Innenverzahnung (19) des Hohlrads (4).
Getriebeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuierungseinrichtung (5) mit einem Aktuierungsantrieb, bevorzugt einem Elektromotor (24), gekoppelt ist.
Getriebeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (3) eine Lageraufnahme aufweist auf der das Hohlrad (4) gelagert ist.
Getriebeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung (1) zweistufig ausgebildet ist, wobei die zweistufige Getriebeeinrichtung ein erstes und zweites außenverzahntes Sonnenrad (3), ein erstes und zweites innenverzahntes Hohlrad (4), ein erstes und zweites exzentrisch umlaufendes Transmitterelement (6) sowie einen ersten und zweiten Taumelkörper (12) aufweist.
Getriebeeinrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuierungsantrieb vorgesehen ist der mit dem ersten Taumelkörper (12) gekoppelt ist, wobei das erste und zweite Hohlrad (4) sowie das erste Sonnenrad (3) und der zweite Taumelkörper (12) fest miteinander gekoppelt sind, und wobei ein Antrieb mit dem ersten oder zweiten Hohlrad (4) und ein Abtrieb mit dem zweiten Sonnenrad (3) gekoppelt ist.
Getriebeeinrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuierungsantrieb vorgesehen ist der mit dem ersten oder zweiten Taumelkörper (12) gekoppelt ist, wobei der erste und zweite Taumelkörper (12) sowie das erste und zweite Sonnenrad (3) fest miteinander gekoppelt sind, und wobei ein Antrieb mit dem ersten Hohlrad (4) und ein Abtrieb mit dem zweiten Hohlrad (4) gekoppelt ist.
Nockenwellenversteller (20) für einen Verbrennungsmotors mit einer Getriebeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Hohlrad (4) mit einem kurbelwellenfesten Nockenwellenrad (22) des Verbrennungsmotors und das Sonnenrad (3) mit einer Nockenwelle (21) des Verbrennungsmotors gekoppelt ist.