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Die Erfindung betrifft einen für die Verwendung in einem Wellgetriebe geeigneten Wellgenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Wellgenerator ist beispielsweise aus der
DE 20 2015 009 214 U1 bekannt. Dieser Wellgenerator weist einen als Wälzlagerring gestalteten Innenring mit nicht kreisrunder Außenkontur auf, welcher elektrisch angetrieben ist, wobei zwischen den Elektromotor und den Innenring eine Ausgleichskupplung geschaltet ist.
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Die
DE 10 2014 218 234 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Oldhamkupplung, welche mit einem Wellgenerator eines Wellgetriebes zusammenwirkt. Hierbei sind in einem Innenring des Wellgenerators mehrere Bolzen fixiert, welche in einer Scheibe der Oldhamkupplung verschiebbar geführt sind.
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Wellgetriebe arbeiten prinzipiell mit einem nachgiebigen Getriebeelement, welches mit Hilfe eines Wellgenerators verformt wird. Das nachgiebige Getriebeelement ist drehfest, beispielsweise mittels einer Verschraubung oder mit Hilfe von Verzahnungen, mit einem weiteren Getriebeelement, bei welchem es sich zum Beispiel um ein Antriebselement handelt, gekoppelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickelten, für ein Stellgetriebe, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, geeigneten Wellgenerator anzugeben, welcher sich sowohl durch einen fertigungstechnisch vorteilhaften Aufbau als auch durch ein langfristig gleichbleibendes Betriebsverhalten auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wellgenerator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Innenrings eines solchen Wellgenerators gemäß Anspruch 9. Im Folgenden im Zusammenhang mit den Herstellungsverfahren erläuterte Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt den Wellgenerator, und umgekehrt.
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Der Wellgenerator umfasst in prinzipiell bekannter Grundkonzeption einen Innenring mit nichtkreisrunder Außenkontur sowie einen zugehörigen, nachgiebigen Außenring, welcher beim Betrieb des Wellgenerators ein elastisches, außenverzahntes Getriebeelement verformt. Bei dem elastischen, außenverzahnten Getriebeelement kann es sich um einen einfachen Flexring ebenso wie um ein hutförmiges oder ein topfförmiges Getriebeelement handeln. In jedem Fall ist eine Kupplungsvorrichtung vorhanden, welche den Innenring drehfest mit einer Verstellwelle, welche typischerweise elektrisch angetrieben ist, koppelt. Erfindungsgemäß umfasst die Kupplungsvorrichtung einen Mitnehmer, welcher integraler Bestandteil des Innenrings ist, das heißt unmittelbar durch den Innenring gebildet ist. Der Innenring ist auf einfache Weise herstellbar, indem mit Hilfe eines Umformwerkzeugs auf einer der Stirnseiten des Innenrings durch Materialverdrängung von der gegenüberliegenden Stirnseite aus der Mitnehmer geformt wird. Diese spanlose Formung des Mitnehmers kann vor oder nach anderen Fertigungsschritten, beispielsweise der Erzeugung einer Wälzkörperlaufbahn am Außenumfang des Innenrings, erfolgen. Optional wird die spanlose Formung des Mitnehmers durch weitere Bearbeitungsschritte, beispielsweise Schleifen, ergänzt.
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Durch die Herstellung des Innenrings samt Mitnehmer als einstückiges Bauteil ist nicht nur eine rationelle Fertigung möglich, sondern im Vergleich zu herkömmlichen, mehrteiligen Lösungen auch der Verschleiß vermindert. Durch die Vermeidung von verschiedenen Materialien, etwa Kunststoff und Metall, kann keinerlei Problematik unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten auftreten. Der Wellgenerator einschließlich der Kupplungsvorrichtung ist damit für die Verwendung in einem weiten Temperaturbereich, in bevorzugten Bauformen mindestens im Temperaturbereich von - 40° C bis + 150° C, geeignet.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung weist der Innenring des Wellgenerators lediglich einen einzigen Mitnehmer auf. Dieser Mitnehmer weist beispielsweise einen kreisrunden oder ovalen Querschnitt auf. Entsprechendes gilt im Fall mehrerer, gleichartiger Mitnehmer, die durch den Innenring gebildet sind.
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Sowohl bei Ausgestaltungen mit lediglich einem einzigen Mitnehmer als auch bei Ausgestaltungen mit mehreren Mitnehmern handelt es sich bei dem Innenring vorzugsweise um eine Komponente einer Ausgleichskupplung, welche in diesem Fall als Kupplungsvorrichtung vorgesehen ist. Eine solche Ausgleichskupplung ermöglicht während des Betriebs des Wellgetriebes einen Achsversatz zwischen der antreibenden Welle, im vorliegenden Fall der Verstellwelle, und dem angetriebenen Teil, das heißt dem Innenring. Darüber hinaus sind durch die Ausgleichskupplung vorzugsweise in beschränktem Umfang auch Winkelfehler sowie ein Axialversatz ausgleichbar. In jedem Fall stellt die Ausgleichskupplung die drehfeste oder zumindest weitestgehend drehsteife Kopplung zwischen der Verstellwelle und dem Innenring sicher.
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Im Fall mehrerer Mitnehmer am Innenring sind die Mitnehmer beispielsweise in oder an einer Oldham-Scheibe verschiebbar geführt. Weist der Innenring dagegen lediglich einen einzigen Mitnehmer auf, so ist dieser als Komponente einer Einfingerkupplung gestaltbar. Eine mögliche Bauform einer Einfingerkupplung ist in dem Dokument
DE 10 2004 041 769 A1 offenbart.
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Der Innenring des Wellgenerators kann entweder als Innenring einer Gleitlagerung oder als Innenring einer Wälzlagerung ausgebildet sein. Im letztgenannten Fall kann die Wälzlagerung Kugeln, Rollen oder Nadeln als Wälzkörper umfassen.
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Der Wellgenerator ist insbesondere zur Verwendung in einem Wellgetriebe geeignet, welches als Stellgetriebe in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um ein Stellgetriebe eines elektrischen Nockenwellenverstellers oder um ein Stellgetriebe einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors. Hinsichtlich eines möglichen Aufbaus einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors wird beispielhaft auf die
DE 10 2015 220 350 A1 hingewiesen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein Wellgetriebe einschließlich Wellgenerator in einer schematischen Schnittdarstellung,
- 2 einen Innenring des Wellgenerators,
- 3 ein Detail des Innenrings mit zugehörigem Wälzkörper.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wellgetriebe ist im skizzierten Ausführungsbeispiel als Stellgetriebe einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors ausgebildet. Ein Gehäuse 2 ist hierbei starr mit dem Motorblock des Hubkolbenmotors verbunden oder Bestandteil des Motorblocks.
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Das Wellgetriebe 1 weist ein flexibles Getriebeelement 3 auf, welches im vorliegenden Fall topfförmig gestaltet ist. Mit dem flexiblen Getriebeelement 3 ist ein Abtriebselement 4 verbunden, welches mit einer Exzenterwelle verbunden oder identisch ist. Die Exzenterwelle wirkt über ein Nebenpleuel mit weiteren Komponenten des Kurbeltriebs der Hubkolbenmaschine zusammen. Die Mittelachse des Abtriebselementes 4 ist mit der mit R bezeichneten Rotationsachse des gesamten Wellgetriebes 1 identisch.
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Ein im unverformten Zustand zylindrischer Abschnitt des flexiblen Getriebeelementes 3 ist mit einer Außenverzahnung 5 versehen, welche mit einer Innenverzahnung 6 auf Seiten des Gehäuses 2 kämmt. Ein Wellgenerator 7 sorgt dafür, dass die Außenverzahnung 5 lediglich in zwei einander diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten in die Innenverzahnung 6 eingreift. Durch eine geringfügig unterschiedliche Zähnezahl der Außenverzahnung 5 einerseits und der Innenverzahnung 6 andererseits ist in an sich bekannter Weise ein hohes Übersetzungsverhältnis des Wellgetriebes 1 eingestellt.
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Der Wellgenerator 7 umfasst ein Wälzlager 8, nämlich Kugellager, mit einem Innenring 9, auf welchem Kugeln als Wälzkörper 10 abrollen, sowie einem Außenring 11. Der Innenring 9 ist in sich starr und weist eine nicht kreisrunde, elliptische Außenkontur auf. Im Unterschied hierzu ist der Außenring 11 nachgiebig, so dass er sich permanent der unrunden Form des Innenrings 9 anpasst. Der Außenring 11 wiederum kontaktiert den mit der Außenverzahnung 5 versehenen Abschnitt des flexiblen Getriebeelementes 3, ohne mit diesem fest verbunden zu sein.
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Der Innenring 9 ist mittels einer Kupplungsvorrichtung 12 mit einer Verstellwelle 13 gekoppelt, welche elektrisch angetrieben ist. Mit der Verstellwelle 13 ist ein Arm 14 fest verbunden, welcher der Kupplungsvorrichtung 12 zuzurechnen ist und eine Führungsnut 15 aufweist. In der Führungsnut 15 ist ein Mitnehmer 16 geführt, welcher ebenfalls der Kupplungsvorrichtung 12 zuzurechnen ist und unmittelbar durch den Innenring 9 gebildet wird.
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Der Innenring 9 ist als einstückiges Metallteil gefertigt, wobei der Mitnehmer 16 durch Umformung erzeugt ist. Zu diesem Zweck wird ein Umformwerkzeug verwendet, welches Material des Innenrings 9 derart verdrängt, dass eine Vertiefung 17 entsteht, welche auf der dem Mitnehmer 16 gegenüberliegenden Stirnseite des Innenrings 9 erkennbar ist. Durch die Umformung ist weder eine Schwächung des Innenrings 9 noch eine Unwucht hervorgerufen.
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Die Anordnung aus Verstellwelle 13 und Arm 14 ist im vorliegenden Fall in Zusammenwirkung mit dem Mitnehmer 16 als Einfingerkupplung gestaltet. In nicht dargestellter Weise sind, sofern mehrere Mitnehmer 16 durch den Innenring 9 ausgebildet sind, auch andere Kupplungsvarianten, insbesondere Oldham-Kupplungen, realisierbar. Eine zentrale Ausnehmung 18 des Innenrings 9 ist bei der Montage des Wellgetriebes 1 beispielsweise nutzbar, um eine nicht dargestellte Schraube in das Abtriebselement 4 einzuschrauben. Wird das Wellgetriebe 1 abweichend vom skizzierten Ausführungsbeispiel als Stellgetriebe eines elektrischen Nockenwellenverstellers verwendet, so handelt es sich bei dem Abtriebselement 4 um die zu verstellende Nockenwelle oder ein fest mit dieser Nockenwelle verbundenes Teil.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Flexibles Getriebeelement
- 4
- Abtriebselement
- 5
- Außenverzahnung
- 6
- Innenverzahnung
- 7
- Wellgenerator
- 8
- Wälzlager
- 9
- Innenring
- 10
- Wälzkörper
- 11
- Außenring
- 12
- Kupplungsvorrichtung
- 13
- Verstellwelle
- 14
- Arm
- 15
- Führungsnut
- 16
- Mitnehmer
- 17
- Vertiefung
- 18
- Ausnehmung
- R
- Rotationsachse
