DE102016222406A1

DE102016222406A1 - Verstellgetriebe eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102016222406A1
Application number: DE102016222406.9A
Authority: DE
Inventors: Resat Aras; Daniel Heise
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2018-05-17

Abstract

Ein Verstellgetriebe eines Verbrennungsmotors ist als Wellgetriebe ausgebildet. Eine Außenverzahnung (8) eines flexiblen Getriebeelementes (9) des Verstellgetriebes kämmt mit einer Innenverzahnung (6,7) mindestens eines weiteren, in sich starren Getriebeelementes (5,3), wobei mindestens eine der Verzahnungen (6,7,8), vorzugsweise jedoch nicht jede Verzahnung (6,7,8), als Schrägverzahnung ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs geeignetes Verstellgetriebe, welches als Wellgetriebe ausgebildet ist.
Ein Wellgetriebe weist prinzipbedingt ein flexibles verzahntes Getriebeelement auf, welches mit einem weiteren, in sich starren Getriebeelement kämmt.
Wellgetriebe als Komponenten von elektrischen Nockenwellenverstellern 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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickeltes, als Wellgetriebe ausgebildetes Verstellgetriebe eines Verbrennungsmotors anzugeben, welches sich durch eine besonders günstige Relation zwischen fertigungstechnischem Aufwand und Dauerhaltbarkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verstellgetriebe eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses Verstellgetriebe ist in an sich bekannter Grundkonzeption als Wellgetriebe aufgebaut und weist ein flexibles Getriebeelement auf, welches direkt mit mindestens einem weiteren, in sich starren Getriebeelement zusammenwirkt, wobei eine Außenverzahnung des flexiblen Getriebeelementes partiell in eine Innenverzahnung des weiteren Getriebeelementes eingreift. Erfindungsgemäß ist mindestens eine der genannten Verzahnungen, vorzugsweise jedoch nicht jede Verzahnung, als Schrägverzahnung ausgebildet.
Dank der Schrägverzahnung ist im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine höhere Betriebssicherheit erreichbar, wobei ein vergleichsweise weiches System gegeben ist, dessen Eigenfrequenz zu höheren Drehzahlen hin verschoben ist.
Bauteile von Wellgetrieben mit Schrägverzahnung sind prinzipiell aus der DE 10 2004 002 052 B4 sowie aus der DE 10 2013 108 286 B4 bekannt. Bei diesen Wellgetrieben handelt es sich jedoch nicht um Verstellgetriebe von Verbrennungsmotoren.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verstellgetriebes sind miteinander kämmende Verzahnungen einerseits als Geradverzahnung und andererseits als Schrägverzahnung ausgebildet. Beispielsweise weist das flexible Getriebeelement eine Schrägverzahnung auf, welche mit einer Geradverzahnung eines einzigen in sich starren Getriebeelementes oder mit Geradverzahnungen zweier in sich starrer Getriebeelemente kämmt.
Ebenso sind Bauformen realisierbar, in welchen das flexible Getriebeelement eine Geradverzahnung aufweist, während zwei mit dem flexiblen Getriebeelement direkt zusammenwirkende in sich starre Getriebeelemente jeweils schrägverzahnt sind. Vorzugsweise sind hierbei die Innenverzahnungen der in sich starren Getriebeelemente mit einander entgegengesetzter Orientierung schräggestellt.
Das Verstellgetriebe ist beispielsweise in einem elektrischen Nockenwellenversteller eines Verbrennungsmotors verwendbar. Ebenso eignet sich das Verstellgetriebe zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors. Im letztgenannten Fall wird durch das Verstellgetriebe eine Exzenterwelle verstellt, die über ein Nebenpleuel mit weiteren Komponenten eines Kurbeltriebs gekoppelt ist.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 ein Verstellgetriebe eines Verbrennungsmotors in einer schematischen Schnittdarstellung,
2 Verzahnungen des Verstellgetriebes nach 1,
3 und 4 verschiedene alternative Verzahnungsgestaltungen des Verstellgetriebes,
5 Verzahnungen einer weiteren Ausgestaltung eines Verstellgetriebes.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Fällen mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Verstellgetriebe ist als Wellgetriebe ausgebildet und zur Verwendung in einem nicht weiter dargestellten elektrischen Nockenwellenversteller eines Verbrennungmotors vorgesehen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Verstellgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
Ein Antriebselement 2 des Verstellgetriebes 1 ist als Kettenrad ausgebildet und rotiert innerhalb des Verbrennungsmotors in an sich bekannter Weise mit halber Kurbelwellendrehzahl. Die mit R bezeichnete Rotationsachse des Antriebselementes 2 und damit des gesamten Verstellgetriebes 1 ist mit der Rotationsachse einer zu verstellenden Nockenwelle identisch. Bei einer in 1 andeutungsweise dargestellten Welle 4 handelt es sich um die Nockenwelle oder ein fest mit der Nockenwelle verbundenes Teil. In jedem Fall ist die Welle 4 mit einem Abtriebselement 3 verbunden, bei welchem es sich um ein in sich starres Getriebeelement des Verstellgetriebes 1 handelt.
Weiter umfasst das Verstellgetriebe 1 ein Hohlrad 5 als in sich starres Getriebeelement. Das Hohlrad 5 ist fest mit dem Antriebselement 2 verbunden und weist eine Innenverzahnung 6 auf. Diese Innenverzahnung 6 ist neben einer Innenverzahnung 7 des Abtriebselementes 3 angeordnet. Beide Innenverzahnungen 6, 7 kämmen mit einer Außenverzahnung 8 eines flexiblen Getriebeelementes 9, bei welchem es sich in den Gestaltungen nach den 1 bis 4 um einen Flexring handelt.
Abweichend hiervon ist in der Ausgestaltung nach 5 das flexible Getriebeelement 9 als Kragenhülse gestaltet, welche lediglich mit einem einzigen in sich starren Getriebeelement 5 zusammenwirkt.
In allen Fällen wird beim Betrieb des Verstellgetriebes 1 das flexible Getriebeelement 9 permanent durch einen Wellgenerator 10 verformt. Der Wellgenerator 10 weist einen Innenring 11 mit nicht kreisrunder, elliptischer Außenkontur auf, auf welchem Wälzkörper 12, nämlich Kugeln, abrollen, die in einem Kä13 geführt sind. Ein zugehöriger Außenring 14 ist ebenso wie das Getriebeelement 9 nachgiebig gestaltet und passt sich permanent der unrunden Form des Innenrings 11 an. Das flexible Getriebeelement 9 umgibt unmittelbar den Außenring 14, ohne mit diesem fest verbunden zu sein.
In der Ausgestaltung nach 2 ist das flexible Getriebeelement 9, welches in dieser Ausgestaltung auch als Flexring bezeichnet wird, schrägverzahnt. Die mit einem Winkel von 3° gegenüber der durch die Rotationsachse R gegebenen Axialrichtung schräggestellten Zähne der Außenverzahnung 8 des Flexrings 9 kontaktieren die Innenverzahnungen 6, 7, welche beide geradverzahnt sind. Durch Verformungen des flexiblen Getriebeelementes 9 kann der Eingriffsbereich zwischen den Verzahnungen 6, 8, sowie zwischen den Verzahnungen 7, 8 in Axialrichtung der Getriebeelemente 3, 5, 9 wandern. Auf diese Weise ist ein besonders materialschonender Kontakt zwischen dem flexiblen Getriebeelement 9 einerseits und den in sich starren Getriebeelementen 3, 5 andererseits gegeben.
Im Unterschied zur Bauform nach 2 ist in den Bauformen nach den 3 und 4, welche ebenfalls für das Verstellgetriebe 1 nach 1 geeignet sind, der Flexring 9 geradeverzahnt, während die beiden in sich starren Getriebeelemente 3, 5 jeweils schrägverzahnt sind. In beiden Fällen sind die Innenverzahnungen 6, 7 der in sich starren Getriebeelemente 5, 3 in einander entgegengesetzter Orientierung schräg gestellt. Die Anordnung nach 3 wird als konkave Schrägstellung, die Anordnung nach 4 als konvexe Schrägstellung bezeichnet. In beiden Fällen schließen die Zähne der Innenverzahnung 6 mit den Zähnen der Innenverzahnung 7 eine Winkel ungleich 180° ein.
In Ausführungsbeispiel nach 5 ist das flexible Getriebeelement 9, das heißt die Kragenhülse, schrägverzahnt, während das in sich starre Getriebeelement 5 geradverzahnt ist. In umgekehrter Weise sind auch Bauformen möglich, bei welchen die Kragenhülse 9 geradverzahnt und das starre Getriebeelement 5 schrägverzahnt ist.
Bezugszeichenliste

1: Wellgetriebe
2: Antriebselement
3: Abtriebselement
4: Welle
5: Hohlrad
6: Innenverzahnung des Hohlrades
7: Innenverzahnung des Abtriebselementes
8: Außenverzahnung
9: flexibles Getriebeelement
10: Wellgenerator
11: Innenring
12: Wälzkörper
13: Käfig
14: Außenring
R: Rotationsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004009128 A1 [0003]
DE 102013220220 A1 [0003]
DE 102014202060 A1 [0003]
DE 102004002052 B4 [0007]
DE 102013108286 B4 [0007]

Claims

Verstellgetriebe, nämlich Wellgetriebe, eines Verbrennungsmotors, mit einer Außenverzahnung (8) eines flexiblen Getriebeelementes (9), welche mit einer Innenverzahnung (6,7) mindestens eines weiteren, in sich starren Getriebeelementes (5,3) kämmt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Verzahnungen (6,7,8) als Schrägverzahnung ausgebildet ist.
Verstellgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass miteinander kämmende Verzahnungen (6,7,8) einerseits als Geradverzahnung und andererseits als Schrägverzahnung ausgebildet sind.
Verstellgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (8) des flexiblen Getriebeelementes (9) als Schrägverzahnung ausgebildet ist und mit jeweils als Geradverzahnung ausgebildeten Innenverzahnungen (6,7) zweier in sich starrer Getriebeelemente (5,3) kämmt.
Verstellgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (8) des flexiblen Getriebeelementes (9) als Geradverzahnung ausgebildet ist und mit jeweils als Schrägverzahnung ausgebildeten Innenverzahnungen (6,7) zweier in sich starrer Getriebeelemente (5,3) kämmt.
Verstellgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnungen (6,7) der in sich starren Getriebeelemente (5,3) mit einander entgegengesetzter Orientierung schräggestellt sind.
Verstellgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (8) des flexiblen Getriebeelementes (9) mit genau einer Innenverzahnung (7) eines in sich starren Getriebeelementes (5) kämmt.
Verwendung eines Verstellgetriebes nach Anspruch 1 in einem elektrischen Nockenwellenversteller.
Verwendung eines Verstellgetriebes nach Anspruch 1 in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine.