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Die Erfindung betrifft ein als Stellgetriebe eines Verbrennungsmotors verwendbares Dreiwellengetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiges Dreiwellengetriebe ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 050 814 A1 bekannt. Es handelt sich hierbei um ein Stellgetriebe eines Nockenwellenverstellers. Ein abtriebsseitiges Hohlrad, welches als Abtriebsring bezeichnet wird, ist gegenüber einem Antriebshohlrad gleitgelagert. Antriebs- und abtriebsseitige Mantelflächen, welche der Gleitlagerung dienen, sind segmentiert ausgestaltet, so dass zugleich eine Winkelbegrenzung gegeben ist.
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Weitere als Dreiwellengetriebe ausgebildete Verstellgetriebe, die zur Verwendung in Nockenwellenverstellern vorgesehen sind, sind zum Beispiel in den Dokumenten
DE 10 2011 004 069 A1 und
DE 10 2014 207 631 A1 beschrieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickeltes, insbesondere für die Verwendung in einem Nockenwellenversteller geeignetes Dreiwellengetriebe anzugeben, welches sich durch einen besonders kompakten und zugleich fertigungsfreundlichen Aufbau auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Dreiwellengetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses Dreiwellengetriebe weist in an sich bekannter Grundkonzeption ein Antriebselement mit einer Außenverzahnung und ein als Hohlrad ausgebildetes Abtriebselement auf. Die Außenverzahnung des Antriebselementes kann insbesondere für den Antrieb durch einen Zahnriemen oder eine Kette vorgesehen sein. Das Abtriebselement weist eine zylindrische Radiallagerfläche sowie einander parallel gegenüberliegende Axiallagerflächen zur beidseitigen axialen Abstützung auf. Insgesamt ist das Abtriebselement damit schwenkbar gegenüber dem Antriebselement gelagert, wobei der Schwenkwinkel durch Anschlagkonturen an den genannten Elementen begrenzt ist. Erfindungsgemäß sind die am Abtriebselement angeordneten Anschlagkonturen ebenso wie Axiallagerflächen des Abtriebselementes durch einen gegenüber der Radiallagerfläche des Abtriebselementes in dessen Axialrichtung und damit in Axialrichtung des gesamten Dreiwellengetriebes versetzten, segmentierten Kragen gebildet. Das Abtriebselement weist damit insgesamt eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, wobei an genau einer Stirnseite dieses Zylinders radial nach außen weisende Kragensegmente angeformt sind. Die in Radialrichtung abstützende Gleitlagerfläche des Abtriebselementes befindet sich damit nicht mittig zwischen den Axiallagerflächen, sondern neben der Anordnung, welche sämtliche Axiallagerflächen umfasst. Es hat sich gezeigt, dass durch dieses Auseinanderziehen von verschiedenen Gleitlagerflächen im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen insbesondere der Raumbedarf in Axialrichtung des Dreiwellengetriebes verringerbar ist.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist der segmentierte Kragen, welcher sowohl eine Axiallagerfunktion als auch eine Anschlagfunktion hat, axial zwischen dem Antriebselement und einem mit diesem starr verbundenen, innenverzahnten Antriebshohlrad angeordnet. Hierbei ist vorzugsweise ein Spiel des segmentierten Kragens in Axialrichtung gegeben. Beim Betrieb des Dreiwellengetriebes übernimmt mindestens eine der Axiallagerflächen eine Lagerfunktion.
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Das außenverzahnte, insbesondere als Ketten- oder Riemenrad gestaltete Antriebselement kann sich in Richtung zum innenverzahnten Antriebshohlrad erstreckende Absätze aufweisen, welche mit dem segmentierten Kragen zusammenwirkende Anschlagkonturen bilden. Zwischen einzelnen Kragensegmenten des Abtriebselementes sind vorzugsweise in der Summe mindestens drei Absätze des Antriebselementes angeordnet. Die Funktion der Absätze, welche sowohl Anschlagkonturen bereitstellen als auch das Antriebshohlrad in der korrekten Positionierung relativ zum Antriebselement halten, kann auch durch gesonderte Abstandstücke übernommen werden, welche zwischen das außenverzahnte Antriebselement und das innenverzahnte Antriebshohlrad eingesetzt sind. Ebenso ist es möglich, die Funktion solcher Abstandstücke in das innenverzahnte Antriebshohlrad zu integrieren.
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In allen genannten Varianten der Verbindung zwischen dem außenverzahnten Antriebselement und dem innenverzahnten Antriebshohlrad kann das Antriebselement mit dem Antriebshohlrad durch Schrauben verbunden sein, welche einen durch den Kragen beschriebenen Ringraum durchdringen. Dies bedeutet, dass die Schrauben radial außerhalb des inneren Randes des segmentierten Kragens, zugleich jedoch radial innerhalb des unterbrochenen, äußeren Rand des Kragens angeordnet sind. Statt durch Schrauben können formschlüssige Verbindungen beispielsweise auch durch Stifte, Nieten oder Hülsen hergestellt sein. Auch in Form von Absätzen können formschlüssige Konturen gegeben sein, mit welchen das außenverzahnte Antriebselement mit mindestens einem weiteren antriebsseitigen Element starr gekoppelt ist.
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Die in Axialrichtung des Dreiwellengetriebes gemessene Dicke des Kragens, das heißt der einzelnen Kragensegemente, ist in bevorzugter Ausgestaltung geringer als die in derselben Richtung gemessene Breite der durch das Abtriebselement bereitgestellten zylindrischen Radiallagerfläche.
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Das Dreiwellengetriebe ist als Stellgetriebe in einem Verbrennungsmotor, insbesondere als Stellgetriebe eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers, verwendbar und vorzugsweise als Wellgetriebe ausgebildet.
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Ein Wellgetriebe arbeitet prinzipbedingt mit einem flexiblen Getriebeelement. Zur Verformung des flexiblen Getriebeelementes, insbesondere in Form eines Flexrings oder einer Kragenhülse, das heißt eines hutförmigen Elementes, ist ein Wellgenerator vorgesehen, welcher vorzugsweise ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager, umfasst. Eine an Axiallagerflächen des Abtriebselementes, das heißt durch die Kragensegmente bereitgestellte Gleitlagerflächen, angelegte, zur Rotationsachse des Wellgetriebes normale Ebene schneidet vorzugsweise die Wälzkörper des Wellgenerators. Sowohl diese, durch die Wälzkörper gelegte Ebene als auch eine hierzu parallele Ebene, welche an die in der Gegenrichtung abstützenden Axiallagerflächen der Kragensegmente gelegt ist, schneidet in vorteilhafter, besonders kompakter Gestaltung auch die Verzahnung des flexiblen Getriebeelementes.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein Dreiwellengetriebe, nämlich Wellgetriebe, in einer Schnittdarstellung,
- 2 das Wellgetriebe nach 1 in einer weiteren Darstellung,
- 3 und 4 ein als Hohlrad ausgebildetes Abtriebselement des Wellgetriebes,
- 5 ein als Kettenrad ausgebildetes Antriebselement des Wellgetriebes.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Dreiwellengetriebe ist als Wellgetriebe ausgebildet und zur Verwendung in einem nicht weiter dargestellten elektromechanischen Nockenwellenversteller vorgesehen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion und Verwendung des Wellgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Das Wellgetriebe 1 umfasst ein als Kettenrad ausgebildetes Antriebselement 2, dessen Außenverzahnung mit 3 bezeichnet ist. Das Kettenrad 2 wird in an sich bekannter Weise über die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angetrieben, wobei es mit halber Kurbelwellendrehzahl rotiert. Ein mit 4 bezeichnetes Abtriebselement des Nockenwellenverstellers ist als Hohlrad ausgebildet und - ebenso wie das gesamte Dreiwellengetriebe 1 - konzentrisch zu einer mit M bezeichneten Mittelachse angeordnet, welche mit der Rotationsachse der zu verstellenden Nockenwelle zusammenfällt. Das Abtriebselement 4 ist mit Hilfe einer nicht dargestellten Zentralschraube, welche durch eine zentrale Öffnung 13 des Abtriebselementes 4 gesteckt ist, mit der zu verstellenden Nockenwelle verbunden.
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Das Abtriebselement 4 ist als im Wesentlichen topfförmiges Bauteil gestaltet, an dessen umlaufenden Rand ein unvollständig ausgebildeter, radial nach außen gerichteter Kragen 5 angeformt ist. Der Kragen 5 ist aus einzelnen, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Kragensegmenten 6 gebildet, wobei die in Umfangsrichtung gemessenen Abstände zwischen den einzelnen Kragensegmenten 6 größer sind als die in derselben Richtung gemessene Erstreckung der einzelnen Kragensegmente 6. Insgesamt drei Kragensegmente 6 sind gleichmäßig am Umfang des Abtriebselementes 4 verteilt, wobei sie an einen äußeren zylindrischen Abschnitt 12 des Abtriebselementes 4 anschließen. Auf der dem Kragen 5 gegenüber liegenden Stirnseite des Abtriebselementes 4 schließt sich an den äußeren zylindrischen Abschnitt 12 ein Boden 15 an, welcher in einer zum Kragen 5 parallelen Ebene liegt. Innerhalb des Bodens 15 ist eine asymmetrische Öffnung 14 erkennbar, welche zu Montage- und Einstellungszwecken nutzbar ist. An seinem radial inneren Rand geht der Boden 15 in einen inneren zylindrischen Abschnitt 16 über, welcher die zentrale Öffnung 13 begrenzt.
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Parallel zum Antriebselement 2 sowie zum Abtriebselement 4 ist ein innenverzahntes Antriebshohlrad 7 angeordnet, welches mit Hilfe von Schrauben 9, allgemein als Verbindungselemente bezeichnet, fest mit dem Antriebselement 2 verbunden ist. Eine dem Antriebshohlrad 7 vorgesetzte Vorsatzscheibe, welche fest mit der Baugruppe, die das Antriebselement 2 und das Antriebshohlrad 7 umfasst, verbunden ist, ist mit 8 bezeichnet. Die genannten Teile 2, 7, 8 werden auch als Gehäuseteile des Dreiwellengetriebes 1 bezeichnet. Somit ist eine der drei Wellen des Wellgetriebes 1 als Gehäuse ausgebildet, welches als Ganzes drehbar ist. Weitere Wellen stellen das Abtriebselement 4 sowie ein Innenring 19 dar, welcher die Funktion einer Verstellwelle hat. Der Innenring 19 ist Teil eines Wellgenerators 17 und wird über eine Ausgleichskupplung 20 von einem nicht dargestellten Elektromotor, insbesondere bürstenlosen Gleichstrommotor, angetrieben.
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Der Innenring 19 ist Teil eines Wälzlagers 18, bei welchem es sich um ein Kugellager handelt. Die mit 21 bezeichneten Wälzkörper, nämlich Kugeln, des Wälzlagers 18 sind in einem Käfig 30 geführt und kontaktieren einen nachgiebigen Außenring 22. Durch eine elliptische, nicht kreisrunde Form des Innenrings 19 wird der Außenring 22 ebenfalls in eine unrunde Form gezwungen. In entsprechender Weise nimmt auch ein um den Außenring 22 gelegtes flexibles Getriebeelement 23, welches auch als Flexring bezeichnet wird, eine von einer kreisrunden Form abweichende Form ein. Eine mit 26 bezeichnete Außenverzahnung des Flexrings 23 wird hierdurch in lediglich zwei einander diametral gegenüber liegenden Umfangsabschnitten in Eingriff mit einer Innenverzahnung 24 des Antriebshohlrades 7 sowie einer Innenverzahnung 25 des Abtriebselementes 4 gebracht. Durch geringfügig voneinander abweichende Zähneanzahlen der verschiedenen Verzahnungen 24, 25, 26 wird eine volle Umdrehung des Innenrings 19 in Relation zum Antriebselement 2 in an sich bekannter Weise in eine vergleichsweise geringe Verschwenkung zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 4 umgesetzt. Das Dreiwellengetriebe 1 fungiert damit als hochuntersetztes Stellgetriebe.
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Der Winkelbereich, innerhalb dessen das Abtriebselement 4 gegenüber dem Antriebselement 2 verschwenkbar ist, entspricht dem Verstellbereich der mit dem Abtriebselement 4 verbundenen Nockenwelle. Die Begrenzung des Verstellbereichs des Dreiwellengetriebes 1 wird durch Zusammenspiel zwischen dem Kragen 5 des Abtriebselementes 4 einerseits und Absätzen 10, 11, welche durch das Antriebselement 2 gebildet sind, andererseits bewerkstelligt. Zwei in den 2 und 5 erkennbare Absätze 10 weisen jeweils eine Kreisbogenform auf, während ein dritter Absatz 11 wesentlich kürzer und lediglich ansatzweise bogenförmig geformt ist. Durch die beiden Absätze 10 sind zwei Schrauben 9 gesteckt, durch den Absatz 11 lediglich eine einzige Schraube 9. Die Schrauben 9 sind mit gleichen Winkelabständen am Umfang eines Ringraums verteilt, in welchem sich auch der Kragen 5, das heißt die Anordnung aus den drei Kragensegmenten 6, befindet. Der genannte Ringraum ist radial nach außen begrenzt durch Mantelflächenabschnitte 28, 29, welche durch die Absätze 10, 11 gebildet sind.
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Jedes Kragensegment 6 weist Anschlagkanten AK auf, welche zum Anschlag an gehäuseseitigen Anschlagkanten GA vorgesehen sind, die durch die Absätze 10, 11 des Kettenrads 2 bereitgestellt werden. In nicht dargestellter Weise können sich Dämpfungselemente zwischen den verschiedenen Anschlagkanten AK, GA befinden.
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Die sich radial von innen nach außen erstreckenden, in einen Ringraum zwischen dem Antriebselement 2 und dem Antriebshohlrad 7 eingreifenden Kragensegmente 6 sind in diesem Ringraum mit Axialspiel AS geführt. Damit ist das gesamt Abtriebselement 4 in Axialrichtung spielbehaftet im Dreiwellengetriebe 1 gelagert. An der Innenseite des Bodens 15 ist in 1 eine Scheibe 27 erkennbar, welche dementsprechend ebenfalls eine in Axialrichtung nicht exakt festgelegte Position hat. Die Scheibe 27 stützt den Außenring 22 sowie den Flexring 23 in Axialrichtung ab, wobei in der entgegengesetzten Axialrichtung die Vorsatzscheibe 8 als Sicherung in Axialrichtung fungiert. Das Abtriebselement 4 ist durch den segmentierten Kragen 5 in beiden axialen Richtungen im Dreiwellengetriebe 1 gesichert.
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Die Kragensegmente 6 bilden Axiallagerflächen AF1, AF2, welche gegenüber dem Antriebshohlrad 7 beziehungsweise dem Antriebselement 2 gelagert sind. Eine Radiallagerfunktion ist im Bereich des Kragens 5 dagegen nicht gegeben. Vielmehr ist eine Radiallagerfläche RF allein durch den äußeren zylindrischen Abschnitt 12 des Abtriebselementes 4 gegeben. Die Breite der Radiallagerfläche RF ist mit BR angegeben. Wie aus 1 hervorgeht, übertrifft die Breite BR der Radiallagerfläche RF die mit BK angegebene, ebenfalls in Axialrichtung des Dreiwellengetriebes 1 gemessene Dicke des Kragens 5. Die mit BA angegebene Dicke des Antriebselementes 2 ohne Berücksichtigung der Absätze 10, 11 ist geringfügig größer als die Breite BR der Radiallagerfläche RF.
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Die Axiallagerflächen AF 1 liegen in einer Ebene E, welche normal zur Mittelachse M ausgerichtet ist und die Radiallagerfläche RF nicht schneidet. Jeder der Wälzkörper 21 wird durch die Ebene E geschnitten. Zwischen der Ebene E und einer zweiten, an die Axiallagerflächen AF 2 gelegten Ebene ist ein Raum mit der Breite BK gebildet. Die komplette, zylindrische Radiallagerfläche RF liegt außerhalb dieses Raumes. Dies bedeutet, dass die Radiallagerfläche RF gegenüber den Axiallagerflächen AF1, AF2 in axialer Richtung des Dreiwellengetriebes 1 versetzt ist. Im Unterschied zu den Axiallagerflächen AF1, AF2 weist die Radiallagerfläche RF keine Unterbrechungen in Umfangsrichtung des Abtriebselementes 4 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Antriebselement
- 3
- Außenverzahnung
- 4
- Abtriebselement
- 5
- Kragen
- 6
- Kragensegmente
- 7
- Antriebshohlrad
- 8
- Vorsatzscheibe
- 9
- Schraube, Verbindungselement
- 10
- Absatz
- 11
- Absatz
- 12
- Zylindrischer Abschnitt
- 13
- Zentrale Öffnung
- 14
- Asymmetrische Öffnung
- 15
- Boden
- 16
- Zylindrischer Abschnitt
- 17
- Wellgenerator
- 18
- Wälzlager
- 19
- Innenring
- 20
- Ausgleichskupplung
- 21
- Wälzkörper
- 22
- Außenring
- 23
- Flexibles Getriebeelement
- 24
- Verzahnung
- 25
- Verzahnung
- 26
- Verzahnung
- 27
- Scheibe
- 28
- Mantelflächenabschnitt
- 29
- Mantelflächenabschnitt
- 30
- Käfig
- AK
- Anschlagkante
- GA
- gehäuseseitige Anschlagkante
- AS
- Axialspiel
- AF1
- Axiallagerfläche
- AF2
- Axiallagerfläche
- RF
- Radiallagerfläche
- BR
- Breite der Radiallagerfläche
- BA
- Breite des Antriebselementes
- BK
- Breite des Kragens
- E
- Ebene
- M
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010050814 A1 [0002]
- DE 102011004069 A1 [0003]
- DE 102014207631 A1 [0003]
