DE102016207046A1

DE102016207046A1 - Wellgetriebe

Info

Publication number: DE102016207046A1
Application number: DE102016207046.0A
Authority: DE
Inventors: Bastian Hain; Tobias Preuss; Michael Keck
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2017-02-23

Abstract

Ein Wellgetriebe (1) umfasst ein flexibles, außenverzahntes, mindestens eine Dichtungsaufnahmekontur (15, 16) aufweisendes Getriebebauteil (5), welches mit einem starren, innenverzahnten Getriebebauteil (4) kämmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein insbesondere als Stellgetriebe in einem Kraftfahrzeug verwendbares Wellgetriebe, welches ein flexibles, außenverzahntes Getriebebauteil aufweist, das mit einem starren, innenverzahnten Getriebebauteil kämmt.
Ein derartiges Wellgetriebe ist beispielsweise aus der EP 0 741 256 B1 bekannt. Dieses Wellgetriebe umfasst ein elastisches Zahnrad und soll als hochübersetztes Getriebe für den Einsatz in Robotern geeignet sein. Ein weiteres elastisches Getriebeelement eines Wellgetriebes ist zum Beispiel aus der EP 0 514 829 B1 bekannt.
Wellgetriebe, die zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sind, sind zum Beispiel aus der DE 10 2004 009 128 A1 , aus der DE 10 2013 220 220 A1 sowie aus der DE 10 2014 202 060 A1 bekannt. In allen Fällen handelt es sich um Getriebe von elektrischen Nockenwellenverstellern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik insbesondere hinsichtlich eines kompakten, montagefreundlichen Aufbaus bei zugleich hoher Funktionssicherheit weiterentwickeltes Wellgetriebe anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Wellgetriebe weist in an sich bekanntem Grundaufbau ein flexibles, außenverzahntes Getriebebauteil auf, welches mit einem starren, innenverzahnten Getriebebauteil kämmt. Erfindungsgemäß ist in dem flexiblen Getriebebauteil mindestens eine Dichtungsaufnahmekontur ausgebildet. Eine in dieser Dichtungsaufnahme befindliche Dichtung dient beispielsweise der Abdichtung gegenüber einem Gehäuse, wobei es sich bei dem Gehäuse um ein nicht drehbares Bauteil, welches nicht zwangsläufig dem Wellgetriebe zuzurechnen ist, oder um eine Komponente des Wellgetriebes, insbesondere eine rotierende Komponente, handeln kann.
Zusätzliche Bauteile, welche die Dichtung oder Dichtungen aufnehmen, sind nicht erforderlich, was sowohl hinsichtlich des Montageaufwands als auch hinsichtlich der Dichtungsfunktion sowie des Bauraumbedarfs von Vorteil ist. Im Fall einer Rotation des flexiblen, außenverzahnten Getriebebauteils liegt ein weiterer Vorteil der Integration der Dichtungsaufnahmekontur in dieses Bauteil in der Minimierung der rotierenden Massen. Die Dichtung am flexiblen Getriebebauteil kann prinzipiell beispielsweise durch eine Gummierung oder durch Papier realisiert sein. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist mindestens eine statisch dichtende O-Ring-Dichtung in die Dichtungsaufnahmekontur des flexiblen Getriebebauteils eingelegt.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung ist die Dichtungsaufnahmekontur zur Aufnahme einer eine Befestigungsöffnung des flexiblen Getriebebauteils abdichtenden Dichtung ausgebildet. Außer einer O-Ring-Dichtung kommt hierfür auch eine Formdichtung, das heißt eine Dichtung mit einem im Vergleich zu einem kreisförmigen Querschnitt komplexeren Querschnitt, in Betracht. Die Dichtung kann entweder aus einem einheitlichen Material aufgebaut oder aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt sein.
In allen Fällen kann zur Abdichtung jeder Befestigungsöffnung des flexiblen Getriebebauteils jeweils eine separate Dichtung vorgesehen sein, welche die Befestigungsöffnung konzentrisch umschließt. Jede Dichtung, die jeweils einer Befestigungsöffnung zugeordnet ist, ist in dieser Ausgestaltung um ein mehrfaches kleiner als das flexible Getriebebauteil. Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass vergleichsweise große Dichtungen, deren Abmessungen annähernd den Außenabmessungen des flexiblen Getriebebauteils entsprechen, derart angeordnet sind, dass zwischen den Dichtungen ein Ringraum gebildet ist, in welchem sich mehrere Befestigungsöffnungen befinden.
In bevorzugter Bauform ist das flexible Getriebebauteil als Kragenhülse ausgebildet, das heißt als Hülse, an welche ein radial nach außen gerichteter Flansch angeformt ist. Die mindestens eine Dichtungsaufnahmekontur befindet sich hierbei am Flansch des Getriebebauteils. Eine angewandelte Bauform des flexiblen Getriebebauteils weist statt eines nach außen gerichteten Flansches einen an einen hülsenförmigen Abschnitt anschließenden, radial nach innen gerichteten Abschnitt auf, wobei in diesem Fall von einer Topfform des Getriebebauteils gesprochen wird. Die mindestens eine Dichtungsaufnahmekontur ist hierbei in den nicht notwendigerweise geschlossenen Boden des topfförmigen Getriebebauteils integriert.
Der Flansch des flexiblen Getriebebauteils weist gemäß einer möglichen Weiterbildung mindestens eine Ausnehmung, insbesondere in länglicher Form, auf. Bei der Ausnehmung handelt es sich um eine Durchbrechung, welche die Nachgiebigkeit des Getriebebauteils gezielt erhöht.
Das Wellgetriebe ist insbesondere als Stellgetriebe zur Verstellung einer Exzenterwelle vorgesehen, die die Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors ermöglicht. Hinsichtlich Mechanismen zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors wird beispielhaft auf die EP 1 154 134 A2 sowie auf die EP 1 307 642 B1 hingewiesen.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teilweise schematisiert:
1 ein Wellgetriebe in einer Schnittdarstellung,
2 ein flexibles Getriebebauteil des Wellgetriebes nach 1,
3 ausschnittsweise eine alternative Bauform eines flexiblen Getriebebauteils für ein Wellgetriebe,
4 in einer Darstellung analog 3 eine weitere Ausgestaltung eines flexiblen Getriebebauteils für ein Wellgetriebe.
Ein in 1 skizziertes, insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wellgetriebe ist als Stellgetriebe in ein Gehäuse 2 eingebaut, welches fest relativ zu einem Motorblock eines Hubkolbenmotors in einem Kraftfahrzeug ist. Insbesondere kann das Gehäuse 2, soweit in 1 sichtbar, integraler Bestandteil des Motorblocks des Hubkolbenmotors sein. Das Wellgetriebe 1 dient der Verstellung einer Welle 3, nämlich einer Exzenterwelle, welche um eine Rotationsachse R schwenkbar ist. Die Welle 3 wirkt über ein nicht dargestelltes Nebenpleuel auf den Kurbeltrieb des Hubkolbenmotors ein, womit das Verdichtungsverhältnis dieses Motors verstellbar ist. Ein starres Getriebeelement, nämlich Hohlrad 4, fungiert als Ausgangselement des Wellgetriebes 1 und ist fest mit der Welle 3 verbunden. Die Welle 3 ist im Gehäuse 2 gelagert.
Bei dem Hohlrad 4 handelt es sich um ein innenverzahntes Getriebeelement, welches mit einem flexiblen, außenverzahnten Getriebeelement 5 zusammenwirkt. Die mit der Innenverzahnung des Hohlrades 4 kämmende Außenverzahnung des flexiblen Getriebeelementes 5 wird durch einen Wellgenerator 6 mit einer Kraft in radialer Richtung, bezogen auf die Rotationsachse R, beaufschlagt. Der Wellgenerator 6 weist ein Wälzlager 7 mit einem Innenring 8 und einem Außenring 9 auf. Zwischen den Lagerringen 8, 9 des Wellgenerators 6 rollen Kugeln 10 als Wälzkörper ab. Der Innenring 8 ist in nicht dargestellter Weise durch einen Stellmotor elektrisch angetrieben und weist eine starre, elliptische Außenkontur auf. Im Unterschied zum Innenring 8 ist der Außenring 9 elastisch nachgiebig und passt sich permanent der elliptischen Form des Innenrings 8 an. Hierdurch befindet sich die Außenverzahnung des den Außenring 9 umgebenden flexiblen Getriebeelementes 5 permanent an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen im Eingriff mit der Innenverzahnung des Hohlrades 4, während in den dazwischenliegenden Umfangsbereichen die Verzahnungen des flexiblen Getriebeelementes 5 und des Hohlrades 4 voneinander abgehoben sind. Durch eine geringfügig unterschiedliche Zähnezahl der Außenverzahnung des flexiblen Getriebeelementes 5 einerseits und der Innenverzahnung des Hohlrades 4 andererseits bewirkt eine Rotation des Innenrings 8, welche mit einer Wanderung der Eingriffsbereiche zwischen dem flexiblen Getriebeelement und dem Hohlrad 4 einhergeht, eine vergleichsweise langsame Verdrehung zwischen dem Gehäuse 2 und der Welle 3. Das Wellgetriebe 1 stellt damit ein hoch untersetztes Getriebe dar.
Das flexible Getriebeelement 5 weist eine Hutform auf, wobei ein zylindrischer Abschnitt mit 11 und ein hieran anschließender, radial nach außen gerichteter Flanschabschnitt mit 12 bezeichnet ist. Im Flanschabschnitt 12 des flexiblen Getriebeelementes 5 befinden sich mehrere Befestigungsöffnungen 13, die mit Öffnungen 14 im Gehäuse 2 fluchten. Befestigungsmittel zur Halterung des flexiblen Getriebeelementes 5 am Gehäuse 2 sind in 1 nicht dargestellt.
Radial außerhalb und radial innerhalb der Befestigungsöffnungen 13, welche auf einen gedachten, zur Rotationsachse R konzentrischen Kreis liegen, ist eine äußere Sicke 15 beziehungsweise eine innere Sicke 16 im Flanschabschnitt 12 des flexiblen Getriebeelementes 5 ausgebildet. Die Sicken 15, 16 stellen Dichtungsaufnahmekonturen dar, in welche Dichtungen 17, 18, nämlich O-Ring-Dichtungen, eingelegt sind, die am Gehäuse 2 anliegen. Weitere Elemente, welche die Dichtungen 17, 18 in ihrer vorgegebenen Position halten, sind nicht erforderlich. In nicht dargestellter Weise können an der dem Flanschabschnitt 12 gegenüberliegenden Oberfläche des Gehäuses 2 ringförmig umlaufende Rillen ausgebildet sein, in welchen – vergleichbar mit den Sicken 15, 16 – jeweils eine Dichtung 17, 18 einliegt.
In 2 ist das flexible Getriebeelement 5 des Wellgetriebes 1 isoliert dargestellt. In rationeller Weise ist dieses flexible Getriebeelement 5 durch umformende Verfahren aus Stahlblech herstellbar. Dies gilt auch für die Formung des mit 20 bezeichneten Verzahnungsbereichs des Getriebeelementes 5 sowie für die Erzeugung der Dichtungsaufnahmekonturen 15, 16.
Die 3 zeigt eine gegenüber den 1 und 2 abgewandelte Ausgestaltung des Flanschabschnitts 12 des flexiblen Getriebeelementes 5, wobei der in 3 nicht sichtbare zylindrische Abschnitt 11 gegenüber den 1 und 2 unverändert ist. Im Fall von 3 ist jede einzelne Befestigungsöffnung 13 von einer separaten Dichtung 17 umgeben. Radial innerhalb der Befestigungsöffnung 13 und auch der um diese gelegten Dichtung 17, bezogen auf die Rotationsachse R, befindet sich innerhalb des Flanschabschnitts 12 eine längliche, gekrümmte Ausnehmung 19. Die Krümmung der Ausnehmung 19 beschreibt hierbei einen Bogen eines Kreises, dessen Mittelpunkt der Befestigungsöffnung 13 zugewandt und damit der Rotationsachse R abgewandt ist. Bezogen auf die Rotationsachse R weist die Ausnehmung 19 somit eine konkave Form auf. Die Ausnehmung 19 dient der gezielten Erhöhung der Nachgiebigkeit des Flanschabschnitts 12 und damit des gesamten flexiblen Getriebeelementes 5.
Die anhand des Beispiels nach 3 beschriebenen geometrischen Relationen zwischen der Befestigungsöffnung 13 und der Ausnehmung 19 gelten auch für die Bauform des flexiblen Getriebeelementes 5 nach 4. Im Unterschied zum Beispiel nach 3 sind bei der Bauform nach 4 jedoch zwei unterschiedlich dimensionierte Dichtungen 17, 18 gegeben, die – vergleichbar mit dem Ausführungsbeispiel nach 1 – komplett außerhalb beziehungsweise komplett innerhalb der Anordnung aus der Mehrzahl an Befestigungsöffnungen 13 am Flanschabschnitt 12 anliegen. Der zwischen den Dichtungen 17, 18 gebildete Ringraum ist hierbei im Bereich jeder Befestigungsöffnung 13 etwas aufgeweitet. Jede Ausnehmung 19, die ebenso wie im Beispiel nach 3 eine längliche, konkav gekrümmte Form aufweist, ist genau einer Befestigungsöffnung 13 zugeordnet und befindet sich radial innerhalb der inneren Dichtung 18. An den inneren, in 4 unten befindlichen Rand des Flanschabschnitts 12 schließt sich in nicht sichtbarer Weise der zylindrische Abschnitt 11 des flexiblen Getriebeelementes 5 an. Insbesondere radiale Bewegungen sowie Verkippungen dieses zylindrischen Abschnitts 11 werden durch die Ausnehmungen 19 aufgenommen, wobei die Dichtwirkung der Dichtungen 17, 18 hierdurch nicht beeinträchtigt ist.
Bezugszeichenliste

1: Wellgetriebe
2: Gehäuse
3: Welle, Exzenterwelle
4: Hohlrad, starres Getriebebauteil
5: flexibles Getriebebauteil
6: Wellgenerator
7: Wälzlager
8: Innenring
9: Außenring
10: Wälzkörper, Kugel
11: zylindrischer Abschnitt
12: Flanschabschnitt
13: Befestigungsöffnung
14: Öffnung im Gehäuse
15: äußere Sicke, Dichtungsaufnahmekontur
16: innere Sicke, Dichtungsaufnahmekontur
17: Dichtung
18: Dichtung
19: Ausnehmung
20: Verzahnungsbereich
R: Rotationsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0741256 B1 [0002]
EP 0514829 B1 [0002]
DE 102004009128 A1 [0003]
DE 102013220220 A1 [0003]
DE 102014202060 A1 [0003]
EP 1154134 A2 [0011]
EP 1307642 B1 [0011]

Claims

Wellgetriebe (1), mit einem flexiblen, außenverzahnten Getriebebauteil (5), welches mit einem starren, innenverzahnten Getriebebauteil (4) kämmt, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Getriebebauteil (5) mindestens eine Dichtungsaufnahmekontur (15, 16) aufweist.
Wellgetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Dichtungsaufnahmekontur (15, 16) eine statisch dichtende O-Ring-Dichtung (17, 18) eingelegt ist.
Wellgetriebe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsaufnahmekontur (15, 16) zur Aufnahme einer eine Befestigungsöffnung (13) des flexiblen Getriebebauteils (5) abdichtenden Dichtung (17, 18) ausgebildet ist.
Wellgetriebe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Befestigungsöffnung (13) von einer zu dieser konzentrischen Dichtung (17) umschlossen ist.
Wellgetriebe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsöffnung (13) in einem zwischen zwei Dichtungen (17, 18) gebildeten Ringraum angeordnet ist.
Wellgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Getriebebauteil (5) als Kragenhülse ausgebildet ist, wobei die Dichtungsaufnahmekontur (15, 16) an einem Flanschabschnitt (12) des flexiblen Getriebebauteils (5) ausgebildet ist.
Wellgetriebe (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der einem Flanschabschnitt (12) des flexiblen Getriebebauteils (5) mindestens eine längliche Ausnehmung (19) aufweist.
Verwendung eines Wellgetriebes (1) nach Anspruch 1 als Stellgetriebe in einem Kraftfahrzeug.
Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellgetriebe (1) zur Verstellung einer Exzenterwelle (3) zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors vorgesehen ist.