DE102015223905A1

DE102015223905A1 - Verstellgetriebeanordnung

Info

Publication number: DE102015223905A1
Application number: DE102015223905.5A
Authority: DE
Inventors: Bastian Hain; Tobias Preuss
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2017-06-01
Also published as: WO2017092739A1

Abstract

Eine Verstellgetriebeanordnung (1), beispielsweise für einen Nockenwellenversteller, umfasst einen Verstellmotor (2), insbesondere einen Elektromotor, sowie ein durch den Verstellmotor (2) betätigbares Verstellgetriebe (3), welches ein zumindest in Radialrichtung flexibles, zum Verstellmotor (2) koaxiales, wenigstens teilweise innerhalb eines Getriebegehäuses (4) angeordnetes Getriebeelement (10) aufweist. Zwischen dem Verstellmotor (2) und dem flexiblen Getriebeelement (10) ist eine Überlappung in Axialrichtung gegeben, wobei der Verstellmotor (2) radial innerhalb des flexiblen Getriebeelementes (10) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstellgetriebeanordnung, welche einen Verstellmotor sowie ein durch diesen betätigbares Verstellgetriebe umfasst. Eine Komponente des Verstellgetriebes ist als zumindest in Radialrichtung – bezogen auf die Rotationsachse der Welle des Verstellmotors – flexibles Getriebeelement ausgebildet. Dieses flexible, zum Verstellmotor koaxiale Getriebeelement ist zumindest teilweise innerhalb eines Getriebegehäuses des Verstellgetriebes angeordnet.
Eine derartige Verstellgetriebeanordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2014 202 060 A1 bekannt. Diese Verstellgetriebeanordnung ist als Nockenwellenversteller zur Verstellen der Phasenrelation zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine ausgebildet.
Aus der EP 0 514 829 B1 ist ein Spannungswellengetriebe bekannt, welches ein kurzes, flexibles Becher-Element als flexibles Getriebeelement aufweist. Die Flexibilität des Becher-Elements ist durch Schwächungen im Übergangsbereich zwischen einer Nabe und einem zylindrischen, außenverzahnten Abschnitt des insgesamt topfförmigen Elementes erreicht.
Ein weiteres elastisches, topfförmiges Zahnrad ist zum Beispiel in der EP 0 741 256 B1 offenbart. Dieses Zahnrad ist durch einen Wellgenerator verformbar und soll in einem kompakten Drehzahlreduktionsmechanismus eines kleinen Roboters verwendbar sein..
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstellgetriebeanordnung der eingangs genannten Art, welche einen Verstellmotor sowie ein Verstellgetriebe mit einem flexiblen Getriebeelement umfasst, gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich eines kompakten Aufbaus bei zugleich zuverlässigem, spannungs- und reibungsarmem Betrieb anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Verstellgetriebeanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Verstellgetriebeanordnung umfasst einen Verstellmotor, insbesondere einen Elektromotor, sowie ein durch den Verstellmotor betätigbares Verstellgetriebe, welches ein zumindest in Radialrichtung flexibles, zum Verstellmotor koaxiales, wenigstens teilweise innerhalb eines Getriebegehäuses angeordnetes Getriebeelement aufweist. Zwischen dem Verstellmotor und dem flexiblen Getriebeelement ist eine Überlappung in Axialrichtung – bezogen auf die gemeinsame Mittelachse des Verstellmotors und des Verstellgetriebes – gegeben, wobei der Verstellmotor radial innerhalb des flexiblen Getriebeelementes angeordnet ist.
Das Getriebegehäuse kann als Ganzes rotierbar sein, wobei Betriebszustände möglich sind, bei denen die Winkelgeschwindigkeit der Welle des Verstellmotors der Winkelgeschwindigkeit des Getriebegehäuses entspricht. Als Verstellmotor kommt insbesondere ein Elektromotor und als Verstellgetriebe insbesondere ein Wellgetriebe in Betracht.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Verstellgetriebeanordnung ist das flexible Getriebeelement des Verstellgetriebes topfförmig ausgebildet, wobei sich ein am Getriebegehäuse befestigter Flansch des Getriebeelementes, welcher in einer den Verstellmotor schneidenden Ebene angeordnet ist, radial von einem zylindrischen Hülsenabschnitt des Getriebeelementes aus nach außen erstreckt. Der Hülsenabschnitt umgibt hierbei konzentrisch einen Abschnitt des Verstellmotors, wobei zwischen den genannten Abschnitten des Getriebeelementes beziehungsweise des Verstellmotors ein umlaufender Spalt verbleibt, der eine Verformung des Getriebeelements zulässt.
In Axialrichtung überragt der Hülsenabschnitt des flexiblen Getriebeelementes den Verstellmotor vorzugsweise. Hierbei trägt der Hülsenabschnitt in bevorzugter Ausgestaltung ausschließlich in seinem den Verstellmotor überragenden Bereich, also auf seiner dem Flansch abgewandten Seite, eine Außenverzahnung. Radial innerhalb dieser Außenverzahnung des Hülsenabschnitts ist raumsparend ein Wellgenerator in die Verstellgetriebeanordnung integrierbar, welcher vorzugsweise direkt, das heißt getriebelos, durch den Verstellmotor angetrieben ist. Der Wellgenerator befindet sich hierbei in Axialrichtung zwischen den beiden Stirnseiten des Getriebegehäuses.
Die mittels des Wellgenerators beim Betrieb der Verstellgetriebeanordnung permanent verformte Außenverzahnung des flexiblen Getriebeelementes kämmt mit einer Innenverzahnung eines Abtriebselementes des Verstellgetriebes, welches vorzugsweise topfförmig ausgebildet und ebenfalls zwischen den beiden Stirnseiten des Getriebegehäuses angeordnet ist. Das topfförmige Abtriebselement ist beispielsweise zur Verbindung mit einer mittels des Verstellmotors in Relation zum Getriebegehäuse zu verstellenden Abtriebswelle vorgesehen.
Die Verstellgetriebeanordnung ist beispielsweise für einen elektrischen Nockenwellenversteller sowie für eine Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine verwendbar.
Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass durch die ineinander geschachtelte Anordnung von Motor und Getriebe einer Verstellgetriebeanordnung nur wenig Bauraum in axialer Richtung von Motor und Getriebe beansprucht wird, wobei zugleich ein flexibles Getriebeelement in Axialrichtung derart ausgedehnt ist, dass es bei ausreichender Drehmomentübertragungskapazität dennoch eine signifikante elastische Nachgiebigkeit, insbesondere in Radialrichtung, aufweist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt in schematisierter Darstellung:
1 ausschnittsweise eine Verstellgetriebeanordnung mit elektromotorischem Antrieb und einem flexiblen, außenverzahnten Getriebeelement.
Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Verstellgetriebeanordnung ist Teil eines elektrischen Nockenwellenverstellers, hinsichtlich dessen prinzipieller Funktion auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird.
Die Verstellgetriebeanordnung umfasst einen Verstellmotor 2, nämlich Elektromotor, sowie ein Verstellgetriebe 3. Das Verstellgetriebe 3 ist als Dreiwellengetriebe, nämlich Wellgetriebe, ausgebildet.
Ein Getriebegehäuse 4 des Verstellgetriebes 3 wird durch ein nicht dargestelltes Antriebsrad, beispielsweise in Form eines Zahnrades oder einer Riemenscheibe, welches mit dem Getriebegehäuse 4 fest verbunden oder integraler Bestandteil des Getriebegehäuses 4 ist, in Rotation versetzt. Die mit R bezeichnete Rotationsachse des Verstellgetriebes 3 ist mit der Rotationsachse der Motorwelle des Verstellmotors 2 sowie mit der Rotationsachse einer Abtriebswelle 5 identisch. Bei der Abtriebswelle 5 des Verstellgetriebes 3 handelt es sich um eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine oder um ein mit der Nockenwelle drehfest verbundenes Teil. Das Getriebegehäuse 4 wird von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, das heißt eines Hubkolbenmotors, beispielsweise über ein Zugmittel oder über Zahnräder mit der halben Kurbelwellendrehzahl angetrieben.
Solange die Motorwelle des Verstellmotors 2 mit der Drehzahl der Abtriebswelle 5 und damit auch der Nockenwelle rotiert, bleibt die Phasenrelation zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle unverändert. Eine Änderung der genannten Phasenrelation wird erreicht, indem die Motorwelle des Verstellmotors 2 mit gegenüber dem Getriebegehäuse 4 erhöhter oder reduzierter Drehzahl angetrieben wird. Das Verstellgetriebe 3 fungiert hierbei als hoch untersetztes Getriebe, welches die Drehzahlunterschiede zwischen dem Verstellmotor 2 und dem Getriebegehäuse 4 in vergleichsweise geringe Phasenverschiebungen zwischen der Kurbelwelle und der Abtriebswelle 5 umsetzt.
Vom Verstellmotor 2 wird ein Wellgenerator 6 angetrieben, der Teil des Verstellgetriebes 3 ist. Der Wellgenerator 6 weist einen elliptischen Innenring 7 und einen Außenring 8 auf, wobei zwischen dem Innenring 7 und dem Außenring 8 Wälzkörper 9, nämlich Kugeln, abrollen. Der Außenring 8 passt sich permanent der elliptischen Form des Innenrings 7 an. Der Außenumfang des Außenrings 8 kontaktiert den Innenumfang eines flexiblen Getriebeelementes 10. Direkt radial außerhalb des Außenrings 8 weist das flexible Getriebeelement 10 eine Außenverzahnung 11 auf. Die Außenverzahnung 11 wird beim Betrieb des Verstellgetriebes 3 an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen in Eingriff mit einer korrespondierenden Innenverzahnung 12 eines topfförmigen Abtriebselementes 13 gebracht, welches fest mit der Abtriebswelle 5 verbunden ist. Die Zähnezahl der Außenverzahnung 11 unterscheidet sich geringfügig von der Zähnezahl der Innenverzahnung 12, so dass eine volle Umdrehung der Motorwelle des Verstellmotors 2 in Relation zum Getriebegehäuse 4 zu einer lediglich geringen Verdrehung der Abtriebswelle 5 gegenüber dem Getriebegehäuse 4 führt.
Das Getriebegehäuse 4 weist auf seiner der Abtriebswelle 5 abgewandten Stirnseite eine im wesentlichen zylindrische Ausnehmung 14 auf, in welche der Verstellmotor 2 teilweise eingreift und in welcher das Wellgetriebe 6 vollständig angeordnet ist. Ebenso befindet sich das flexible Getriebeelement 10 größtenteils innerhalb der Ausnehmung 14. Hierbei befindet sich ein hülsenförmiger, zur Rotationsachse R konzentrischer Abschnitt 15, kurz auch als Hülsenabschnitt bezeichnet, nahezu vollständig innerhalb der Ausnehmung 14. Der Hülsenabschnitt 15 trägt in einem Abschnitt seines Außenumfangs, welcher den Verstellmotor 2 in Axialrichtung überragt, die Außenverzahnung 11. Es existiert somit eine zur Rotationsachse R normale Ebene, welche das Getriebegehäuse 4, die Verzahnungen 11, 12, sowie den Wellgenerator 6, nicht jedoch den Verstellmotor 2 schneidet.
Eine weitere zur Rotationsachse R normale Ebene, welche im Vergleich zur vorgenannten Ebene näher an der der Abtriebswelle 5 abgewandten und damit dem Verstellmotor 2 zugewandten Stirnseite des Verstellgetriebes 3 angeordnet ist, schneidet erstens das Getriebegehäuse 4, zweitens den Hülsenabschnitt 15 des Getriebeelementes 10 in einem unverzahnten Bereich und drittens den Verstellmotor 2. Insgesamt ist der Hülsenabschnitt 15 damit in Axialrichtung des Verstellgetriebes 3 derart ausgedehnt, dass er selbst ohne Materialschwächungen, etwa innerhalb des nicht verzahnten Bereichs des Hülsenabschnitts 15, eine signifikante Flexibilität aufweist. Gleichzeitig ist dadurch, dass das Verstellgetriebe 3 und der Verstellmotor 2 teilweise ineinander geschachtelt sind, ein sehr kompakter Aufbau der Verstellgetriebeanordnung 1 gegeben.
Der Hülsenabschnitt 15 geht stirnseitig, auf seiner der Außenverzahnung 11 abgewandten Seite, in einen radial nach außen gerichteten Flansch 16 über. Der Flansch 16, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel die gleiche Wandstärke wie der Hülsenabschnitt 15 in dessen unverzahntem Bereich aufweist, ist durch Befestigungsmittel 17 an der Stirnseite des Getriebegehäuses 4 fixiert. Radial nach innen, zur Ausnehmung 14 hin, ist an der Stirnseite des Getriebegehäuses 4 eine Ausnehmung 18 erkennbar, welche zur Nachgiebigkeit des flexiblen Getriebeelements 10 beiträgt.
Bezugszeichenliste

1: Verstellgetriebeanordnung
2: Verstellmotor
3: Verstellgetriebe
4: Getriebegehäuse
5: Abtriebswelle
6: Wellgenerator
7: Innenring
8: Außenring
9: Wälzkörper
10: flexibles Getriebeelement
11: Außenverzahnung
12: Innenverzahnung
13: Abtriebselement
14: Ausnehmung
15: Hülsenabschnitt
16: Flansch
17: Befestigungsmittel
18: Ausnehmung
R: Rotationsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014202060 A1 [0002]
EP 0514829 B1 [0003]
EP 0741256 B1 [0004]

Claims

Verstellgetriebeanordnung (1), mit einem Verstellmotor (2) sowie einem durch diesen betätigbaren Verstellgetriebe (3), welches ein zumindest in Radialrichtung flexibles, zum Verstellmotor (2) koaxiales, wenigstens teilweise innerhalb eines Getriebegehäuses (4) angeordnetes Getriebeelement (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überlappung zwischen dem Verstellmotor (2) und dem flexiblen Getriebeelement (10) in Axialrichtung gegeben ist, wobei der Verstellmotor (2) radial innerhalb des Getriebeelementes (10) angeordnet ist.
Verstellgetriebeanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Getriebeelement (10) topfförmig ausgebildet ist, wobei sich ein am Getriebegehäuse (4) befestigter Flansch (16) des Getriebeelementes (10), welcher in einer den Verstellmotor (2) schneidenden Ebene angeordnet ist, radial von einem Hülsenabschnitt (15) des Getriebeelementes (10) aus nach außen erstreckt.
Verstellgetriebeanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenabschnitt (10) des flexiblen Getriebeelementes (10) den Verstellmotor (2) in Axialrichtung überragt.
Verstellgetriebeanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenabschnitt (15) in seinem den Verstellmotor (2) überragenden Bereich außenverzahnt ist.
Verstellgetriebeanordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass radial innerhalb Außenverzahnung (11) des Hülsenabschnitts (15) ein direkt durch den Verstellmotor (2) angetriebener Wellgenerator (6) angeordnet ist.
Verstellgetriebeanordnung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (11) des flexiblen Getriebeelementes (10) mit einer Innenverzahnung (12) eines topfförmigen Abtriebselementes (13) des Verstellgetriebes (2) kämmt.
Verstellgetriebeanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstellmotor (2) ein Elektromotor und als Verstellgetriebe (3) ein Wellgetriebe vorgesehen ist.
Verwendung einer Verstellgetriebeanordnung (1) nach Anspruch 1 in einem Aggregat eines Verbrennungsmotors.
Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat ein Nockenwellenversteller ist.
Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat eine Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine ist.