DE102016218574A1

DE102016218574A1 - Stellgetriebe

Info

Publication number: DE102016218574A1
Application number: DE102016218574.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Zierer; Daniel Heise
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-09-27
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: DE102016218574B4; WO2018059614A1

Abstract

Ein Stellgetriebe, insbesondere Wellgetriebe, umfasst ein Außenbauteil (2), welches optional rotierbar ist, sowie ein mit diesem drehfest gekoppeltes, verzahntes Getriebeteil (6), insbesondere in Form eines Hohlrades (6), welches gedämpft mit dem Außenbauteil (2) verbunden ist. Das Stellgetriebe ist insbesondere in einem elektrischen Nockenwellenversteller sowie in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors verwendbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendbares Stellgetriebe, welches ein Außenbauteil, beispielsweise in Form eines rotierbaren Gehäuses, sowie ein mit dem Außenbauteil drehfest gekoppeltes, verzahntes Getriebeteil, insbesondere ein innenverzahntes, gehäusefestes Hohlrad, aufweist.
In der Kraftfahrzeugtechnik werden verschiedene Bauarten von Untersetzungsgetrieben als Stellgetriebe eingesetzt. Bei elektrischen Nockenwellenverstellern kommen zum Beispiel Wellgetriebe zum Einsatz. Beispielsweise sind Wellgetriebe als Stellgetriebe von Nockenwellenverstellern in den Dokumenten DE 10 2004 009 128 A1 , DE 10 2013 220 220 A1 und DE 10 2014 202 060 A1 beschrieben.
Aus der DE 10 2004 038 681 A1 ist ein elektromotorischer Nockenwellenversteller bekannt, bei welchem eine Elastomerkupplung ein Einfach-Innenexzentergetriebe mit einer Nockenwelle verbindet.
Weitere Nockenwellenversteller mit Elastomerkupplungen sind aus den Dokumenten DE 10 2005 018 956 A1 und DE 10 2009 037 403 A1 bekannt. In beiden Fällen kann eine Elastomerkupplung an Stelle einer Oldhamkupplung einen Elektromotor mit einem Stellgetriebe verbinden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickeltes, besonders für einen Betrieb unter den in einem Kraftfahrzeug herrschenden Belastungen, einschließlich Vibrationsbelastungen, geeignetes, kompakt aufgebautes Stellgetriebe anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Stellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Stellgetriebe weist in an sich bekanntem Grundaufbau ein Außenbauteil auf, bei welchem es sich beispielsweise um ein als Ganzes drehbares Gehäuse oder um ein nicht drehbar in eine Umgebungskonstruktion eingebundenes Gehäuse handeln kann. Der Begriff „Gehäuse” impliziert hierbei nicht, dass dieses geschlossen ist. Weiter umfasst das Stellgetriebe ein verzahntes, insbesondere in nenverzahntes, drehfest mit dem Außenbauteil gekoppeltes getriebeteil, insbesondere in Form eines Hohlrades. Erfindungsgemäß ist das letztgenannte Getriebeteil gedämpft, insbesondere über mehrere Dämpfungskörper, mit dem Außenbauteil verbunden. Bei dem verzahnten, gedämpft und zugleich drehfest mit dem Außenbauteil gekoppelten Getriebeteil handelt es sich um ein in sich starres Getriebeelement des Stellgetriebes. Dieses Getriebeteil wirkt in möglichen Ausgestaltungen des Stellgetriebes mit mehreren, ebenfalls in sich starren weiteren Getriebeelementen zusammen. Bei den weiteren Getriebeelementen kann es sich um Planetenräder handeln, womit das Stellgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet ist. Ebenso kann es sich bei dem Stellgetriebe beispielsweise um ein Innenexzentergetriebe handeln.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Stellgetriebe um ein Wellgetriebe. Ein Wellgetriebe arbeitet prinzipbedingt mit einem elastisch verformbaren Getriebeelement. Eine Außenverzahnung dieses flexiblen Getriebeelementes wirkt direkt mit einer Innenverzahnung des gehäusefesten, gedämpft gelagerten Getriebeteils, das heißt drehfest mit dem Außenbauteil gekoppelten Hohlrades, des Stellgetriebes zusammen. Prinzipiell kann ein außenverzahntes nachgiebiges Getriebeelement eines Stellgetriebes die Form einer Kragenhülse, die Form eines Topfes, oder die Form eines Ringes aufweisen.
Bei dem in das erfindungsgemäße Stellgetriebe eingebauten, mit dem innenverzahnten Hohlrad kämmenden, nachgiebigen Getriebeelement handelt es sich vorzugsweise um ein ringförmiges Getriebeelement, das heißt einen Flexring. Die Anzahl der Zähne der Außenverzahnung dieses Flexrings stimmt in bevorzugter Ausgestaltung mit der Anzahl der Zähne der Innenverzahnung des Hohlrades überein. Beim Betrieb des Stellgetriebes kommt es somit zu keiner Verdrehung des Flexrings relativ zum Hohlrad. Die über die Verzahnungen des Hohlrades sowie des Flexrings hergestellte Kopplung stellt damit eine Kupplungsstufe innerhalb des Stellgetriebes dar. Eine Übersetzungsstufe ist durch eine weitere Zahnradpaarung, welche einerseits durch den Flexring und andererseits durch ein weiteres Hohlrad gegeben ist, realisierbar. Das weitere Hohlrad ist hierbei konzentrisch zum gehäusefesten Hohlrad, das heißt zum gedämpft mit dem Außenbauteil verbundenen Getriebeteil, angeordnet, weist jedoch eine Verzahnung, nämlich Innenverzahnung, mit einer von der Verzahnung des gehäusefesten Hohlrades abweichenden Zähnezahl auf.
Die Dämpfungskörper, welche für eine drehfeste und zugleich gedämpfte Kopplung des verzahnten Getriebeelementes, insbesondere innenverzahnten Hohlrades, mit dem Gehäuse sorgen, sind vorzugsweise als Hülsen ausgebildet, durch welche jeweils ein Befestigungselement, insbesondere eine Schraube, gesteckt ist. Die Schraube durchdringt hierbei in vorteilhafter Ausgestaltung nicht nur den hülsenförmigen Dämpfungskörper, sondern auch eine nicht dämpfende Innenhülse, welche innerhalb des Dämpfungskörpers angeordnet ist. Die Innenhülse, welche aus Stahl gefertigt sein kann, ist beispielsweise zwischen das Gehäuse und einen Frontdeckel, welcher stirnseitig am im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse befestigt ist, eingespannt. Die Innenhülse kann mit dem Gehäuse oder mit dem Frontdeckel fest verbunden sein oder einen integralen Bestandteil des Gehäuses beziehungsweise des Frontdeckels darstellen.
In allen Fällen ist durch die Innenhülsen der axiale Abstand zwischen dem Frontdeckel und dem Gehäuse exakt festgelegt. Gleichzeitig ist das innenverzahnte Hohlrad derart an der Baueinheit aus Gehäuse und Frontdeckel angebunden, dass eine Dämpfung in radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung gegeben ist. Diese gedämpfte Anbindung des innenverzahnten Hohlrades am Gehäuse sorgt insbesondere für eine Schonung der mechanisch belasteten Kontakte zwischen der Innenverzahnung des Hohlrades und der Außenverzahnung des Flexrings.
Die Dämpfungskörper sind vorzugsweise aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyamid, insbesondere aus PA66, gefertigt. Ebenso eignet sich zum Beispiel ein Kautschuk zur Herstellung der Dämpfungskörper, Theoretisch sind auch Dämpfungskörper verwendbar, welche ein Hydraulikfluid als dämpfendes Medium enthalten.
In jedem Fall unterdrücken die Dämpfungskörper ein Aufschwingen innerhalb des Stellgetriebes. Soweit Resonanzfrequenzen des Stellgetriebes feststellbar sind, werden diese durch den Einsatz der Dämpfungskörper, welche im Vergleich zum Gesamtgewicht des Stellgetriebes eine zwar geringe, aber nicht vernachlässigbare Masse aufweisen, tendenziell zu niedrigeren Frequenzen hin und damit typischerweise in unkritischere Bereiche verschoben. Die durch die Dämpfungskörper gegebenen Zusatzmassen innerhalb des Stellgetriebes erhöhen dabei dessen Trägheitsmoment sowie dessen Gesamtmasse nicht in einem relevanten Maße.
Das Stellgetriebe ist besonders als Untersetzungsgetriebe in einem elektrischen Nockenwellenversteller eines Kraftfahrzeugs geeignet. Ebenso ist das Stellgetriebe zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors geeignet, wobei es in diesem Fall der Verstellung einer Exzenterwelle dienen kann, weiche mit weiteren Komponenten eines Kurbeltriebs zusammenwirkt. im Fall eines Nockenwellenverstellers ist das Außenbauteil als insgesamt rotierendes, nicht notwendigerweise geschlossenes Gehäuse ausgebildet. Dagegen ist im Fall der Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses das Außenbauteil nicht drehbar in eine Umgebungskonstruktion, insbesondere einen Motorblock, eingebunden. In beiden Fällen stellt das Außenbauteil ein zur Übertragung oder Abstützung eines Drehmoments geeignetes Bauteil dar.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
1 ein Stellgetriebe in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,
2 das Stellgetriebe nach 1 in einer Schnittdarstellung,
3 und 4 Details des Stellgetriebes nach 1.
Bei einem insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Stellgetriebe handelt es sich um ein Untersetzungsgetriebe, nämlich Wellgetriebe, welches in einem elektrischen Nockenwellenversteller eines Hubkolbenmotors zum Einsatz kommt. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Stellgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
Mit einem Gehäuse 2 des Stellgetriebes 1 ist ein Kettenrad 3 festverbunden, welches über einen Ketten- oder Riementrieb durch eine nicht dargestellte Kurbelwelle des Hubkolbenmotors angetrieben wird. Das Gehäuse 2 rotiert zusammen mit dem Kettenrad 3 mit der halben Kurbelwellendrehzahl. Auf der dem Kettenrad 3 abgewandten Stirnseite des Gehäuses 2 ist dieses durch einen Frontdeckel 4 abgedeckt, welcher mit Schrauben 5 am Gehäuse 2 festgeschraubt ist. Ein zur Betätigung des Stellgetriebes 1 vorgesehener Elektromotor ist in den Figuren nicht dargestellt.
Das Gehäuse 2 ist drehfest gekoppelt mit einem innenverzahnten Hohlrad 6, welches mit einem nachgiebigen außenverzahnten Getriebeelement 7, auch als flexibler Zahnring oder kurz als Flexring bezeichnet, direkt zusammenwirkt. Der flexible Zahnring 7 ist unmittelbar um einen Außenring 8 gelegt, welcher ebenfalls verformbar ist und eine Komponente eines Wellgenerators 9 darstellt. Der Wellgenerator 9 weist einen in sich starren Innenring 10 mit elliptischer Außenkontur auf, welcher durch den genannten Elektromotor direkt, das heißt getriebelos, angetrieben wird.
Auf dem Innenring 10 rollen Wälzkörper 11, nämlich Kugeln, ab, die die Innenseite des Außenrings 8 kontaktieren und damit für eine permanente Anpassung der Form des Außenrings 8 und des Flexrings 7 an die elliptische Form des Innenrings 10 sorgen. Die Zähnezahl der Außenverzahnung des Zahnrings 7 stimmt mit der Zähnezahl der Innenverzahnung des Hohlrades 6 überein. Die durch die genannten Verzahnungen gegebene Kopplung zwischen dem Hohlrad 6 und dem Flexring 7 stellt damit eine Kupplungsstufe innerhalb des Stellgetriebes 1 dar. Eine nicht dargestellte Übersetzungsstufe befindet sich axial zwischen der Kupplungsstufe und dem Kettenrad 3 und umfasst ein weiteres innenverzahntes Hohlrad, welches mit einer zu verstellenden Welle, nämlich Nockenwelle, verbunden ist.
Jede Schraube 5, die durch Öffnungen im Frontdeckel 4 gesteckt ist und im Gehäuse 2 festgeschraubt ist, durchdringt eine Innenhülse 12, welche bei festgezogener Schraube 5 zwischen dem Frontdeckel 4 und einer Stirnseite des Gehäuses 2 eingespannt ist. Bei der Innenhülse 12 handelt es sich um eine Hülse aus Stahl. Die Innenhülse 12 ist unmittelbar umgeben von einem ebenfalls hülsenförmigen Dämpfungskörper 13, welcher aus Kunststoff, nämlich PA66, hergestellt ist.
Beim Anziehen der Schraube 5, das heißt Einspannen der Innenhülse 12, wird der Dämpfungskörper 13 gestaucht, wobei er sich in Radialrichtung, bezogen auf seine eigene Mittelachse, aufweitet. Hierbei wird der Dämpfungskörper 13 innerhalb einer Aussparung im Hohlrad 6 an die Wandung dieser Aussparung gepresst. Dies sorgt dafür, dass selbst geringste radiale oder tangentiale Bewegungen des Hohlrades 6 relativ zum Gehäuse 2 nur unter Überwindung von Kräften, welche durch die Dämpfungskörper 13 aufgebracht werden, möglich sind. Aufgrund der elastischen und zugleich dämpfenden Eigenschaften der hülsenförmigen Dämpfungskörper 13 werden jegliche Schwingungen, welche beispielsweise über den Weltgenerator 9 und den Verzahnungskontakt zwischen Flexring 7 und Hohlrad 6 übertragbar sind, wirksam unterdrückt. Im Vergleich zu einem Stellgetriebe ohne Dämpfungselemente weist das erfindungsgemäße Stellgetriebe 1, in welches insgesamt fünf Dämpfungskörper 13 eingebaut sind, keinen erhöhten Raumbedarf auf.
Bezugszeichenliste

1: Wellgetriebe
2: Außenbauteil, Gehäuse
3: Kettenrad
4: Frontdeckel
5: Schraube
6: Getriebeteil, Hohlrad
7: flexibler Zahnring
8: Außenring
9: Wellgenerator
10: Innenring
11: Wälzkörper
12: Innenhülse
13: Dämpfungskörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004009128 A1 [0002]
DE 102013220220 A1 [0002]
DE 102014202060 A1 [0002]
DE 102004038681 A1 [0003]
DE 102005018956 A1 [0004]
DE 102009037403 A1 [0004]

Claims

Stellgetriebe, mit einem Außenbauteil (2) sowie einem mit diesem drehfest gekoppelten, verzahnten Getriebeteil (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeteil (6) gedämpft mit dem Außenbauteil (2) verbunden ist.
Stellgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Dämpfung des Getriebeteils (6) als Hülsen ausgebildete Dämpfungskörper (13) vorgesehen sind, durch welche jeweils eine Schraube (5) gesteckt ist.
Stellgetriebe nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch konzentrisch zu den Dämpfungskörpern (13) angeordnete, jeweils eine Schraube (5) umgebende, nicht dämpfende Innenhülsen (12).
Stellgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich jede Innenhülse (12) zwischen einem Frontdeckel (4) und dem Außenbauteil (2) abstützt.
Stellgetriebe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülsen (12) aus Stahl gefertigt sind.
Stellgetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungskörper (13) aus Polyamid, insbesondere PA66, gefertigt sind.
Stellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Wellgetriebe und das verzahnte Getriebeteil (6) als Hohlrad ausgebildet ist.
Stellgetriebe nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen mit dem Hohlrad (6) direkt zusammenwirkenden flexiblen Zahnring (7), wobei die Zähnezahl der Verzahnungen des Hohlrades (6) einerseits und des flexiblen Zahnrings (7) andererseits identisch ist.
Verwendung eines Stellgetriebes nach Anspruch 1 in einem elektrischen Nockenwellenversteller.
Verwendung eines Stellgetriebes nach Anspruch 1 in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors.