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Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Verstellgetriebevorrichtung mit diesem Wellgetriebe sowie ein Fahrzeug mit diesem Wellgetriebe.
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Wellgetriebe sind Übersetzungs- oder Transmissionsgetriebe, welche aus drei Unterbaugruppen aufgebaut sind. Eine Wellgeneratoreinrichtung bildet oftmals einen Eingang oder einen Ausgang in das Wellgetriebe und weist eine ovale oder elliptische geformte und in radialer Richtung umlaufende Außenfläche auf. Diese greift in eine meist als Flexspline bezeichnete Komponente als zweite Unterbaugruppe ein, welche derart elastisch ausgebildet ist, dass diese durch die Wellgeneratoreinrichtung in radialer Richtung verformt werden kann. Auf der radialen Außenseite des Flexsplines ist eine Außenverzahnung angeordnet. Als dritte Unterbaugruppe weist das Wellgetriebe ein Hohlrad auf, welches eine Innenverzahnung trägt. Die Außenverzahnung des Flexspline greift üblicherweise an zwei gegenüberliegenden Positionen in die Innenverzahnung des Hohlrades ein. Durch eine Rotationsbewegung der Wellgeneratoreinrichtung werden die Eingriffspositionen zwischen Außenverzahnung und Innenverzahnung in Umlaufrichtung bewegt. Durch eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen zwischen der Außenverzahnung und der Innenverzahnung ergibt sich eine Relativbewegung zwischen dem Wellgenerator und dem Flexspline.
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Die Druckschrift
DE 38 76 566 T2 offenbart ein Distorsionswellen-Getriebe, bestehend aus einem ersten steifen kreisförmigen Zahnkranz, einem zweiten steifen kreisförmigen Zahnkranz, der längs der Achse des ersten Zahnkranzes an diesem angrenzend angeordnet ist und eine von der Zähnezahl des ersten Zahnkranzes abweichende Zähnezahl hat, einem Flexozahnkranz, der koaxial innerhalb beider kreisförmiger Zahnkränze angeordnet ist und die gleiche Zähnezahl wie der erste kreisförmige Zahnkranz hat, und einem Wellengenerator zur Verformung des Flexozahnkranzes in eine nicht kreisförmige Konfiguration, um den Flexozahnkranz in teilweise Eingriffnahme mit den Zähnen des ersten und zweiten kreisförmigen Zahnkranzes zu bringen, und zur Drehung der verformten Konfiguration des Flexozahnkranzes, um eine Relativdrehung zwischen dem ersten und zweiten Zahnkranz hervorzurufen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wellgetriebe vorzuschlagen, welches sich durch ein verbessertes Betriebsverhalten auszeichnet und zugleich kostengünstig in der Herstellung ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Verstellgetriebevorrichtung mit dem Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie ein Fahrzeug mit dem Wellgetriebe mit dem Merkmal des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Wellgetriebe, welches vorzugsweise für ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Kraftfahrzeug, geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Wellgetriebe wird insbesondere als Harmonic-Drive-Getriebe bezeichnet. Beispielsweise ist das Wellgetriebe getriebetechnisch mit einer Welle verbunden, wobei insbesondere über das Wellgetriebe eine Drehbewegung auf die Welle übertragen wird.
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Das Wellgetriebe weist ein Hohlrad auf, wobei das Hohlrad eine Innenverzahnung aufweist. Insbesondere ist das Hohlrad als ein starres, innenverzahntes Getriebeelement ausgebildet. Vorzugsweise ist die Innenverzahnung als zu einer Rotationsachse des Wellgetriebes axial verlaufende Stege oder Zähne oder Nuten ausgebildet. Optional ergänzend kann das Hohlrad beispielsweise mit einer Anschlagscheibe und/oder einer Nockenwelle gekoppelt oder mit diesen einstückig verbunden.
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Das Wellgetriebe weist einen Wellgenerator auf. Der Wellgenerator bildet vorzugsweise einen Antrieb und weist einen ovalen, insbesondere elliptischen Grundkörper auf. Der Grundkörper ist um eine Rotationsachse des Wellgetriebes drehbar. Der Wellgenerator weist eine Außenmantelfläche auf, wobei die Außenmantelfläche in einer axialen Ansicht gekrümmt ausgebildet ist. Insbesondere ist der Wellgenerator, vorzugsweise der Grundkörper, zylindrisch ausgebildet. Besonders bevorzugt bildet somit eine radial äußere Zylindermantelfläche die Außenmantelfläche des Wellgenerators.
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Das Wellgetriebe weist eine Radiallagereinrichtung auf, wobei die Radiallagereinrichtung eine Mehrzahl von Wälzkörpern und einen verformbaren Käfig zur Aufnahme der Wälzkörper aufweist. Die Funktion des Wellgenerators ist es, die Radiallagereinrichtung, vorzugsweise den Käfig, anzutreiben und/oder zu verformen. Der Käfig ist derart verformbar ausgebildet, dass dieser durch den Wellgenerator insbesondere in eine ovale und/oder elliptische Form verformt werden kann. Insbesondere ist der Käfig als ein Taschenkäfig oder ein Schnappkäfig ausgebildet, so dass die Wälzkörper gleichmäßig voneinander beabstandet in Umlaufrichtung durch den Käfig geführt sind. Vorzugsweise ist der Käfig aus einem elastischen Material, insbesondere aus einer Metalllegierung oder einem Kunststoff.
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Insbesondere weist die Radiallagereinrichtung mehr als 20, vorzugsweise mehr als 40, im Speziellen mehr als 60 Wälzkörper auf. Alternativ oder optional ergänzend weist die Radiallagereinrichtung weniger als 70, vorzugsweise weniger als 50, im Speziellen weniger als 30 Wälzkörper auf.
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Die Wälzkörper sind zwischen der Außenmantelfläche und der Innenverzahnung abwälzend angeordnet. Insbesondere weist der Wellgenerator hierzu an seiner Außenmantelfläche mindestens eine Laufbahn auf. Insbesondere weist die Laufbahn eine entsprechende Oberfläche, z.B. rollierte Oberfläche oder eine Laufrille auf, wobei die Wälzkörper vorzugsweise in der Laufrille geführt werden. Optional ergänzend weist die Radiallagereinrichtung ein Schmiermittel, z.B. Schmierfett oder Schmieröl etc., auf.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Wellgenerator einen ersten Kontaktpartner und die Innenverzahnung einen zweiten Kontaktpartner zu den Wälzkörpern bilden. Insbesondere stehen die Wälzkörper nur und/oder ausschließlich bereichsweise mit der Innenverzahnung in Eingriff. Vorzugsweise stehen die Wälzkörper und die Innenverzahnung in genau zwei Eingriffsbereichen miteinander im Eingriff und sind in dazwischenliegenden Zwischenbereichen voneinander getrennt und/oder stehen dort außer Eingriff. Besonders bevorzugt sind die beiden Eingriffsbereiche diametral gegenüberliegend angeordnet. Im Speziellen steht dabei jeweils genau ein Wälzkörper in den Eingriffsbereichen mit der Innenverzahnung in Eingriff. Alternativ stehen jeweils mindestens zwei Wälzkörper in den Eingriffsbereichen mit der Innenverzahnung in Eingriff. Insbesondere verformt der Wellgenerator den Käfig derart, so dass der bereichsweise Eingriff gebildet ist.
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Insbesondere sind die Wälzkörper derart ausgebildet, dass diese zwischen zwei benachbarten Zähnen der Innenverzahnung in Umlaufrichtung in Bezug auf die Rotationsachse anliegen und vorzugsweise in radialer Richtung teilweise zwischen den beiden Zähnen aufgenommen sind. Insbesondere ist in dem Eingriffsbereich mindestens einer der Wälzkörper zu mehr als 30%, vorzugsweise zu mehr als 50%, im Speziellen zu mehr als 70% in radialer Richtung zwischen einer Zahngrundlinie und einer Zahnkopflinie angeordnet. Alternativ oder optional ergänzend ist der mindestens eine Wälzkörper zu weniger als 90%, vorzugsweise zu weniger als 60%, im Speziellen zu weniger als 40% zwischen der Zahngrundlinie und der Zahnkopflinie angeordnet.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch den direkten Eingriff der Wälzkörper mit der Innenverzahnung die Reibung zwischen Hohlrad und Wellgenerator reduziert werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin dass durch den Wegfall des Außenrings der Radiallagereinrichtung, zum einen das Gewicht des Wellgetriebes und zum anderen Kosten eingespart werden können. Ferner wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine kompakte und einfache Bauart des Wellgetriebes ermöglicht.
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In einer ersten möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist die Radiallagereinrichtung eine Anzahl von n Wälzkörpern und die Innenverzahnung eine Anzahl von n-2 Zähnen auf. Beispielsweise weist die Radiallagereinrichtung 50 Wälzkörper und das Hohlrad 48 Zähne auf. Insbesondere ergibt sich dadurch ein Übersetzungsverhältnis von 25:1.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung weist die Radiallagereinrichtung eine Anzahl von n Wälzkörpern und die Innenverzahnung eine Anzahl von n+2 Zähnen auf. Beispielsweise weist die Radiallagereinrichtung 50 Wälzkörper und das Hohlrad 52 Zähne auf. Durch den geringfügigen Unterschied der Anzahl der Zähne bzw. der Wälzkörper wird somit vorzugsweise eine Übersetzung mit einem Übersetzungsverhältnis von i<1 bzw. eine Untersetzung mit einem Untersetzungsverhältnis von i>1 ermöglicht.
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In einer konkreten Umsetzung ist der Käfig als ein Segmentkäfig ausgebildet. Insbesondere umfasst der Segmentkäfig für jeden Wälzkörper ein separates Segmentteil, wobei die einzelnen Segmentteile miteinander zu einer Art Kette verbunden sind. Vorzugsweise weist jedes Segmentteil mindestens eine Tasche zur Aufnahme des Wälzkörpers auf. Die einzelnen Segmenteile sind beispielsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden.
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In einer bevorzugten Realisierung sind die Wälzkörper als Kugeln ausgebildet. Insbesondere sind die Kugeln einreihig oder mehrreihig angeordnet. Vorzugsweise sind die Kugeln als Stahlkugeln ausgebildet. Alternativ können die Wälzkörper auch als Kugelrollen ausgebildet sein.
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In einer alternativen Realisierung sind die Wälzkörper als Zylinderrollen ausgebildet. Insbesondere sind die Zylinderrollen einreihig oder mehrreihig angeordnet. Vorzugsweise sind die Zylinderrollen als Stahlrollen ausgebildet.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Verstellgetriebevorrichtung mit dem Wellgetriebe wie dies zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Insbesondere dient die Verstellgetriebevorrichtung zur Verstellung einer Welle in einem Fahrzeug, im Speziellen in dem Motor des Fahrzeugs. Vorzugsweise ist die Welle eine Nockenwelle und/oder eine Kurbelwelle oder eine Zwischenwelle zur Verbindung mit der Nockenwelle und/oder der Kurbelwelle. Besonders bevorzugt ist die Verstellgetriebevorrichtung als elektrische Verstellgetriebevorrichtung ausgebildet. Vorzugsweise weist die Verstellgetriebevorrichtung hierzu eine Antriebseinrichtung, besonders bevorzugt einen Elektromotor, auf, welcher mit dem Wellgetriebe getriebetechnisch verbunden ist.
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Die Verstellgetriebevorrichtung weist einen Außenrotor auf, wobei das Hohlrad relativ zu dem Außenrotor in Umlaufrichtung verdrehbar ist. Prinzipiell hat der Außenrotor die Funktion eine Drehbewegung auf die Welle zu übertragen. Besonders bevorzugt jedoch hat der Außenrotor die Funktion eine Drehbewegung auf die Nockenwelle zu übertragen, so dass ein Öffnen bzw. Schließen von Ventilen gesteuert wird. Der Außenrotor ist hierzu getriebetechnisch mit der Kurbelwelle verbunden, wobei eine Drehbewegung der Kurbelwelle auf den Außenrotor bzw. auf die Nockenwelle übertragen wird, so dass die Nockenwelle angetrieben wird. Der Außenrotor kann einen Antrieb oder einen Abtrieb der Verstellgetriebevorrichtung bilden. Prinzipiell kann der Außenrotor über einen Zahnriemen und/oder über Stirnräder mit der Kurbelwelle verbunden sein. Besonders bevorzugt jedoch ist der Außenrotor über eine Kette mit der Kurbelwelle verbunden, wobei der Außenrotor als ein Kettenrad ausgebildet ist.
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Der Käfig ist drehfest mit dem Außenrotor verbunden. Insbesondere ist der Außenrotor mit dem Käfig kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder reibschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden.
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Die Verstellgetriebevorrichtung ist zur Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine oder zur Änderung einer Phasenlage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle ausgebildet. Insbesondere ist die Verstellgetriebevorrichtung als ein Nockenwellenversteller oder als ein Kompressionssteller ausgebildet. Insbesondere dient der Nockenwellenversteller dazu die Phasenlage der Nockenwelle, vorzugsweise eine Einlass- und/oder eine Auslassnockenwelle, relativ zu der Phasenlage der Kurbelwelle des Fahrzeugs zu verstellen. Insbesondere ist der Nockenwellenversteller ein elektrischer oder ein elektromechanischer Nockenwellenversteller. Insbesondere ist der Nockenwellenversteller ein VCT-System.
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Insbesondere dient der Kompressionssteller dazu, ein Verdichtungsverhältnis einer Hubkolbenmaschine zu verändern. Insbesondere ist der Kompressionssteller ein elektrischer oder ein elektromechanischer Kompressionssteller. Insbesondere ist der Kompressionssteller ein VCR-System.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit dem Wellgetriebe wie dies zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
- 1 zeigt in einer vereinfachten Schematischen Darstellung in einer Vorderansicht ein Wellgetriebe als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt grob schematisiert ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wellgetriebe. Das Wellgetriebe 1 kann in ein Gehäuse eingebaut sein, welches nicht Teil des Wellgetriebes 1 ist. Im Fall der Verwendung des Wellgetriebes 1 als Stellgetriebe eines elektrischen Nockenwellenverstellers handelt es sich bei dem Gehäuse 2 um ein drehbares, durch ein Zugmittel, insbesondere eine Kette, antreibbares Gehäuse bzw. einen Außenrotor des Nockenwellenverstellers. Ferner kann das Wellgetriebe 1 mit einer Welle, welche mit einer Nockenwelle identisch oder fest verbunden sein. Bei Verwendung des Wellgetriebes 1 innerhalb einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors ist das Gehäuse mit einem Motorblock fest verbunden oder integraler Bestandteil des Motorblocks, das heißt, in jedem Fall nicht rotierbar. Bei der Welle handelt es sich in diesem Fall um eine Exzenterwelle, die über ein Nebenpleuel mit dem Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine zusammenwirkt.
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Unabhängig von Verwendung und Einbausituation des Wellgetriebes 1 weist dieses ein mit der Welle verbundenes starres Getriebebauteil ausgebildet als ein Hohlrad 2 auf. Die Rotationsachse des Hohlrades 2 ist mit R bezeichnet und mit der Symmetrieachse des Wellgetriebes 1 identisch. Das Hohlrad 2 weist eine Innenverzahnung 3 auf.
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Das Wellgetriebe 1 weist eine Radiallagereinrichtung 4 und einen Wellgenerator 5 auf, welche koaxial und/oder konzentrisch zu der Rotationsachse R angeordnet sind. Die Radiallagereinrichtung 4 wird durch einen flexiblen, das heißt nachgiebigen, Kä6 und eine Mehrzahl von Wälzkörpern 7 gebildet. Der Kä6 ist zur Aufnahme der Wälzkörper 7 ausgebildet und beispielsweise als ein Taschenkäfig oder als ein Schnappkäfig und/oder als ein Segmentkäfig ausgebildet. Beispielsweise ist der Kä 6 aus einem elastischen Kunststoff oder Metall.
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Eine Außenmantelfläche 8 des Wellgenerators 5 fungiert hierbei als Laufbahn für die Wälzkörper 7, wobei die Wälzkörper 7 auf der Außenmantelfläche 8 abrollen. Beispielsweise sind die Wälzkörper 7 als Kugeln, Zylinderrollen, Kugelrollen oder Tonnenrollen etc. ausgebildet. Der Wellgenerator 5 weist eine ovale bzw. elliptische Kontur auf und wirkt direkt mit der Radiallagereinrichtung 4 zusammen bzw. verformt den Kä6, so dass in genau zwei diametral gegenüberliegenden Eingriffsbereichen 9, jeweils mindestens einer der Wälzkörper 7 mit der Innenverzahnung 3 ineinandergreift. Beim Betrieb des Wellgetriebes 1 wird der Kä6 permanent durch den Wellgenerator 5 verformt.
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Beispielsweise weist die Radiallagereinrichtung 4 die gleiche Anzahl an Wälzkörpern 7 auf wie die Innenverzahnung 3 an Zähnen aufweist. Somit ergibt sich nur eine Kupplung, keine Übersetzung. Dies ist eine günstige bzw. „Standardausführung“ beim elektrischen Nockenwellenversteller. Alternativ weist die Radiallagereineinrichtung 4 eine Anzahl von n Wälzkörpern 7, z.B. 60, und das Hohlrad 2 eine Anzahl von n+2 und somit 62 Zähne auf, wodurch sich insbesondere eine Untersetzung von i>1 ergibt. In einer weiteren Alternative weist die Radiallagereineinrichtung 4 eine Anzahl von n Wälzkörpern 7, z.B. 60, und das Hohlrad 2 eine Anzahl von n-2 und somit 58 Zähne auf, wodurch sich insbesondere eine Übersetzung von i<1 ergibt.
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Über die Radiallagereinrichtung 4 werden Radialkräfte - bezogen auf die Rotationsachse R - übertragen, wobei in den Eingriffsbereichen 9 die Wälzkörper 7 mit der Innenverzahnung 3, kämmen, so dass ein Drehmoment auf das Hohlrad 2 übertragbar ist. Mit zunehmendem Abstand von dem Eingriffsbereich 9 in Umlaufrichtung in Bezug auf die Rotationsachse R, sind die Wälzkörper 7 zunehmend von der Innenverzahnung 3 beabstandet. Die geringfügig unterschiedliche Zähnezahl bzw. Wälzkörperanzahl sorgt dafür, dass sich beim Wandern der Eingriffsbereiche 9, welches durch Rotation des Wellgenerators 5 relativ zu dem Kä6 bewirkt wird, das Hohlrad 2 vergleichsweise langsam verdreht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Hohlrad
- 3
- Innenverzahnung
- 4
- Radiallagereinrichtung
- 5
- Wellgenerator
- 6
- Käfig
- 7
- Wälzkörper
- 8
- Außenmantelfläche
- 9
- Eingriffsbereiche
- R
- Rotationsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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