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Die Erfindung betrifft ein insbesondere als Stellgetriebe in einem Kraftfahrzeug geeignetes Wellgetriebe, welches ein an einem Gehäuse drehfest angebundenes Hohlrad aufweist, wobei eine Innenverzahnung des Hohlrades mit einer Außenverzahnung eines flexiblen, durch einen Wellgenerator verformbaren Getriebeelementes kämmt.
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Wellgetriebe, die in jedem Fall ein elastisches Zahnrad aufweisen, sind zum Beispiel aus der
EP 0 514 829 B1 sowie aus der
EP 0 741 256 B1 bekannt. Derartige Wellgetriebe sollen als hochübersetzte Getriebe zum Einsatz in Robotern geeignet sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wellgetriebe gegenüber dem Stand der Technik insbesondere hinsichtlich eines besonders günstigen Verhältnisses zwischen der Verformbarkeit eines elastischen, verzahnten Getriebeelementes und der Dauerhaltbarkeit des Getriebes weiterzuentwickeln, wobei insgesamt ein kompakter Aufbau sowie eine besondere Eignung für die Verwendung als Stellgetriebe in einem Kraftfahrzeug gegeben sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Wellgetriebe weist in an sich bekanntem Grundaufbau ein innenverzahntes Hohlrad auf, welches drehfest relativ zu einem Gehäuse angeordnet ist. Hierbei kann das Gehäuse entweder Teil des Wellgetriebes oder Teil einer Umgebungskonstruktion sein. Im letztgenannten Fall kann es sich bei dem Gehäuse beispielsweise um einen Motorblock einer Brennkraftmaschine oder um ein fest mit dem Motorblock verbundenes Teil handeln. Im Fall eines Nockenwellenverstellers, welcher mit dem Wellgetriebe als Stellgetriebe arbeitet, kann das Gehäuse des Wellgetriebes mit einem rotierbaren Gehäuse des Nockenwellenverstellers identisch sein.
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In jedem Fall kämmt die Innenverzahnung des Hohlrades mit der Außenverzahnung eines flexiblen Getriebeelementes, welches beim Betrieb des Wellgetriebes durch einen Wellgenerator laufend verformt wird. Der Wellgenerator stellt hierbei eine Komponente des Wellgetriebes dar und arbeitet vorzugsweise mit einem Wälzlager, insbesondere einem Kugellager. Alternativ kann das Wellgetriebe einen Wellgenerator mit einem Lager sonstiger Bauart, beispielsweise einem Nadellager, Rollenlager oder Gleitlager, umfassen. Erfindungsgemäß ist das Hohlrad nicht starr, sondern mittels eines zwar in Umfangrichtung steifen, aber in Radial- sowie in Axialrichtung nachgiebigen, Balges am Gehäuse befestigt.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass mindestens ein Teil eines Wellgetriebes bauartbedingt permanent Verformungen aufnehmen und zugleich Kräfte und Drehmomente weiterleiten muss. Bei einem solchen Teil handelt es sich beispielsweise um einen Flexring oder einen Flextopf. Dies ist auch bei dem erfindungsgemäßen Wellgetriebe der Fall. Im Unterschied zu im Stand der Technik, insbesondere in den genannten Dokumenten
EP 0 514 829 B1 und
EP 0 741 256 B1 , beschriebenen Ansätzen, die Flexibilität des nachgiebigen, verzahnten Getriebeelementes durch dessen Formgebung zu erhöhen, wird beim anmeldungsgemäßen Wellgetriebe jedoch ein anderer Weg beschritten, indem ein in sich starres Getriebeelement, nämlich das innenverzahnte Hohlrad, mittels eines Balges weich im oder am Gehäuse aufgehängt wird.
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Die weiche Aufhängung des Hohlrades hat hierbei nicht isotope Eigenschaften: Die Steifigkeit der Aufhängung ist in Umfangsrichtung des Hohlrades größer als in Axialrichtung sowie in Radialrichtung des Hohlrades. Dies bedeutet, dass eine am Außenumfang des Hohlrades angreifende Kraft entweder zu keiner oder lediglich zu einer geringfügigen Verdrehung des Hohlrades gegenüber dem Gehäuse führt. In jedem Fall ist die Verlagerung eines Punktes am Außenumfang des Hohlrades, welche durch eine tangential angreifende Kraft bestimmter Größe bewirkt wird, wesentlich geringer, beispielsweise um den Faktor zwei, um den Faktor fünf, oder um den Faktor zehn geringer, als eine Verlagerung desselben Punktes in axialer Richtung oder in radialer Richtung des Hohlrades, wenn eine Kraft desselben Betrages in Axialrichtung beziehungsweise in Radialrichtung des Hohlrades und damit des gesamten Wellgetriebes angreift.
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Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass gerade die derart anisotrop weiche Aufhängung des Hohlrades im oder am Gehäuse für eine besondere Schonung des flexiblen Verzahnungsbauteils, das heißt des Flexrings oder Flextopfes, bei uneingeschränkter Funktionalität sorgt. Mit Hilfe des Balges, insbesondere Metallbalges, werden insbesondere Axialversatz- und Winkelfehler beim Betrieb des Wellgetriebes ausgeglichen. Hierbei werden durch elastische Verschiebungen des in sich starren, innenverzahnten Hohlrades Spannung im flexiblen Verzahnungsbauteil, das heißt in dem außenverzahnten Getriebeelement, gemindert. Zugleich ist der vorhandene Bauraum sehr gut ausgenutzt und im Vergleich zu einem herkömmlichen Wellgetriebe, bei welchem ein verzahntes Hohlrad starr mit einem Gehäuse verbunden ist, höchstens unwesentlich vergrößert.
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Der insgesamt eine Ringform aufweisende Balg, mit welchem das innenverzahnte Hohlrad am Gehäuse befestigt ist, liegt in einer Ebene, welche normal zur Rotationsachse des Wellgetriebes, das heißt zur Symmetrieachse des Hohlrades, ausgerichtet ist. In bevorzugter Ausgestaltung überragt der Balg das Hohlrad radial sowohl nach innen als auch nach außen. Das Hohlrad ist vorzugsweise direkt am Balg befestigt. Die Befestigung kann hierbei formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig hergestellt sein. In vergleichbarer Weise kann das Ausgleichselement in beliebiger Weise, beispielsweise durch Verschraubungen, direkt am Gehäuse befestigt sein. Ebenso ist es möglich, den Balg mit Hilfe eines ringförmigen oder einzelner, voneinander getrennter Zwischenelemente am Gehäuse zu befestigen.
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Zwischen dem Hohlrad und dem Gehäuse ist in bevorzugter Ausgestaltung ein ringförmig umlaufender Spalt sowie ein stirnseitiger Spalt gebildet, wobei das Hohlrad auf derjenigen Stirnseite, welche dem stirnseitigen Spalt abgewandt ist, mit einem Scheibenabschnitt des Balges verbunden ist. An den genannten Scheibenabschnitt des Balges schließt vorzugsweise mindestens ein gekrümmter Verbindungsabschnitt des Balges an, der in einen weiteren Scheibenabschnitt übergeht, welcher am Gehäuse befestigt ist. Der Balg weist somit mindestens eine Wulst, beispielsweise eine einzige, nach innen gerichtete Wulst, auf.
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Unabhängig von der Anzahl der Wülste, welche der Balg aufweist, ist die in Axialrichtung gemessene Breite des Balges vorzugsweise geringer als die in derselben Richtung gemessene Breite des innenverzahnten Hohlrades. Insbesondere im Falle eines Balges, welcher aus mehr als einer Wulst gebildet ist, kann jedoch auch der Balg breiter als das Hohlrad sein.
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Das Wellgetriebe ist beispielsweise als Stellgetriebe in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors, geeignet. Alternativ ist das Wellgetriebe beispielsweise als Stellgetriebe in einem elektrischen Nockenwellenversteller verwendbar.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt:
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1 ausschnittsweise ein Wellgetriebe in einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wellgetriebe ist zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, vorgesehen. Hierbei ist das Gehäuse 2 des Wellgetriebes 1 fest mit dem Motorblock des Hubkolbenmotors verbunden oder integraler Teil des Motorblocks.
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Am Gehäuse 2 ist ein innenverzahntes Hohlrad 3 mittels eines als Ausgleichselement fungierenden Balges 4 befestigt. Die Anbindung des Hohlrades 3 über den Balg 4 am Gehäuse 2 sorgt für eine geringfügige, im Folgenden noch näher erläuterte Nachgiebigkeit des Hohlrades 3 gegenüber dem Gehäuse 2 in radialer sowie in axialer Richtung, wobei stets eine drehfeste, das heißt in Umfangsrichtung steife Verbindung zwischen dem Hohlrad 3 und dem Gehäuse 2 gegeben ist.
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Die Innenverzahnung des Hohlrades 3 kämmt mit einer Außenverzahnung 11 eines flexiblen, topfförmigen Getriebeelementes 6, welches auch als Flextopf bezeichnet wird. Hierbei wird die Außenverzahnung 11 des Getriebeelementes 6 mit Hilfe eines Wellgenerators 7 an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen im Eingriff mit der mit 13 bezeichneten Innenverzahnung des Hohlrades 4 gebracht, während in den übrigen Umfangsbereichen die Außenverzahnung 11 des Getriebeelementes 6 von der Innenverzahnung 13 des Hohlrades 3 abgehoben ist.
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Der Wellgenerator 7 wird durch eine nicht dargestellte Verstellwelle elektrisch angetrieben und arbeitet mit einem Wälzlager, welches einen starren Innenring 8 aufweist. Der Innenring 8 hat eine elliptische Form und wird durch die Verstellwelle angetrieben. Auf dem Innenring 8 rollen Wälzkörper 9, nämlich Kugeln ab. Ein Wellring 10, der die Kugeln 9 umgibt, ist nachgiebig und passt sich permanent der elliptischen Form des Innenrings 8 an. Der Wellring 10 kontaktiert die Innenseite eines mit 12 bezeichneten zylindrischen Abschnitts, das heißt Hülsenabschnitts, des nachgiebigen, topfförmigen Getriebeelementes 6. Auf der dem Wellring 10 gegenüberliegenden Außenseite des zylindrischen Abschnitts 12 befindet sich die Außenverzahnung 11 des Getriebeelementes 6, welche mit der Innenverzahnung 13 des Hohlrades 3 zusammenwirkt. Eine geringfügig unterschiedliche Zähnezahl der Außenverzahnung 11 des Getriebeelementes 6 einerseits und der Innenverzahnung 13 des Hohlrades 3 andererseits sorgt dafür, dass sich bei einer vollen Umdrehung des Innenrings 8 das topfförmige Getriebeelement 6 geringfügig gegenüber dem Hohlrad 3 und damit auch dem Gehäuse 2 verdreht. Das Wellgetriebe 1 stellt damit ein hoch übersetztes Getriebe dar, wobei das Übersetzungsverhältnis bei 90:1 oder mehr liegen kann.
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Ein Boden 14 des flexiblen Getriebeelementes 6 ist auf der der Verzahnung 11 abgewandten Seite des zylindrischen Abschnitts 12 an diesen angeschlossen. Das gesamte Getriebeelement 6 ist damit einstückig, nämlich als Blechteil aus Stahlblech, ausgebildet. Auch die Verzahnung 11 des Hülsenabschnitts 12 ist unmittelbar aus diesem geformt. Der Boden 14 des Getriebeelementes 6 weist eine zentrale Öffnung auf, welche konzentrisch zu einer Abtriebswelle 15 angeordnet ist, wobei die Rotationsachse der Abtriebswelle 15 mit R bezeichnet ist. Der Boden 14 des Getriebeelementes 5 ist fest mit der Abtriebswelle 15 verbunden.
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Der als Ausgleichselement fungierende, ein Drehmoment zwischen dem Gehäuse 2 und dem Hohlrad 3 überragende Balg 4 hat in der Schnittdarstellung nach 1 eine U-Form. Hierbei ist ein mit 16 bezeichneter erster Scheibenabschnitt des Balges 4 an einer Stirnseite des Hohlrades 3 befestigt. Von dieser Stirnseite aus erstreckt sich der Scheibenabschnitt radial über das Hohlrad 3 hinaus nach innen und geht in einen wulstförmigen Verbindungsabschnitt 18 über, welcher wiederum in einen zweiten Scheibnabschnitt 17 übergeht, der – im Gegensatz zum ersten Scheibenabschnitt 16 – über das Hohlrad 3 hinaus radial nach außen ragt und mittels Verschraubungen 5 am Gehäuse 2 befestigt ist.
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Das Hohlrad 3 ist, wie ebenfalls aus 1 hervorgeht, durch einen ringförmig umlaufenden, zylindrischen Spalt 19 sowie durch einen stirnseitigen Spalt 20 vom Gehäuse 2 beabstandet. Hierbei befindet sich der stirnseitige Spalt 20 auf derjenigen Stirnseite des Hohlrades 3, welche dem Balg 4 gegenüber liegt. Die in Axialrichtung des Wellgetriebes 1 gemessene Breite des Hohlrades 3 ist größer als die Breite des als Ausgleichskupplung fungierenden Balges 4.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Hohlrad
- 4
- Balg
- 5
- Verschraubung
- 6
- flexibles Getriebeelement
- 7
- Wellgenerator
- 8
- Lagerinnenring
- 9
- Kugel
- 10
- Wellring
- 11
- Verzahnung des flexiblen Getriebeelementes
- 12
- Hülsenabschnitt
- 13
- Verzahnung des Hohlrades
- 14
- Boden
- 15
- Abtriebswelle
- 16
- erster Scheibenabschnitt
- 17
- zweiter Scheibenabschnitt
- 18
- Verbindungsabschnitt
- 19
- ringförmiger umlaufender Spalt
- 20
- stirnseitiger Spalt
- R
- Rotationsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0514829 B1 [0002, 0008]
- EP 0741256 B1 [0002, 0008]
- DE 102004009128 A1 [0003]
- DE 102013220220 A1 [0003]
- DE 102014202060 A1 [0003]
- DE 102011109895 A1 [0007]
- DE 4031486 A1 [0007]
- DE 4217765 A1 [0007]
