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Die Erfindung betrifft ein als Stellgetriebe, insbesondere in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller, verwendbares Wellgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiges Wellgetriebe ist zum Beispiel aus der
DE 10 2016 218 575 A1 bekannt. Dieses Wellgetriebe umfasst ein flexibles, außenverzahntes Getriebeelement in Form einer Kragenhülse, welches mit einem innenverzahnten Getriebeelement, nämlich einem Hohlrad, zusammenwirkt. Zur Verformung des flexiblen Getriebeelementes ist ein Wellgenerator vorgesehen, der ein Wälzlager umfasst. Ein Außenring des Wälzlagers ist gegenüber dem flexiblen Getriebeelement durch eine Stufe, welche in einem hülsenförmigen Abschnitt des flexiblen Getriebeelementes ausgebildet ist, in Axialrichtung des Wellgetriebes gesichert.
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Ein weiteres Wellgetriebe ist zum Beispiel aus der
DE 10 2015 223 419 A1 bekannt. Auch in diesem Fall ist einen Wellgenerator vorhanden, welcher ein Kugellager mit einem in sich starren, nicht kreisrunden Innenring und einem vergleichsweise dünnwandigen, flexiblen Außenring umfasst. Der Außenring weist eine außenseitige Materialschwächung in Form einer umlaufenden Nut auf. Die umlaufende Nut befindet sich in demjenigen Bereich des Außenrings, welcher innenseitig durch die Kugeln des Wälzlagers des Wellgenerators kontaktiert.
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Weitere Bauformen von Wellgetrieben, welche für die Verwendung in Nockenwellenverstellern geeignet sind, sind zum Beispiel in den Dokumenten
WO 2012/110132 A1 ,
DE 10 2014 202 060 A1 , sowie
EP 2 676 010 B1 offenbart. Die Wellgetriebe weisen in allen Fällen einen mit einem Kugellager arbeitenden Wellgenerator auf, wobei es sich im Fall der
WO 2012/110132 A1 um ein zweireihiges Kugellager handelt.
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Ein Wellgetriebe arbeitet prinzipbedingt mit einem nachgiebigen Getriebeelement, wobei ein dieses Getriebeelement verformender Wellgenerator entweder eine Wälzlagerung oder eine Gleitlagerung aufweisen kann. Typischerweise handelt es sich bei einem Innenring des Wellgenerators um ein Bauteil mit nicht kreisrunder, elliptischer Außenkontur.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickeltes Wellgetriebe anzugeben, welches sich durch einen besonders kompakten und zugleich montagefreundlichen Aufbau auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ein Wellgenerator des Wellgetriebes arbeitet in an sich bekannter Grundkonzeption mit einem Radiallager, welches zwei unterschiedliche Lagerringe, nämlich einen Innenring mit nicht kreisrunder Außenkontur sowie einen nachgiebigen Außenring, aufweist.
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Der Außenring des Wälzlagers dient der Verformung eines elastischen, verzahnten Getriebeelementes, welches mit einem Antriebselement verbunden ist, das seinerseits beispielsweise mit einem Ketten- oder Riemenrad verbunden oder identisch ist. Das verzahnte Getriebeelement weist eine Kragenform auf, wobei ein zylindrischer Bereich dieses Getriebeelementes eine Außenverzahnung trägt, während ein an den zylindrischen Bereich anschließender, radial nach außen gerichteter Flansch am Antriebselement befestigt ist. Zwischen dem Außenring und dem flexiblen Getriebeelement ist eine in Axialrichtung wirksame Sicherung gebildet, wobei diese Sicherungsfunktion durch einen den zylindrischen Bereich in Axialrichtung überragenden und mit diesem Bereich in Radialrichtung überlappenden Sicherungsbereich des flexiblen Außenrings gegeben ist.
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Der Außenring weist somit keine komplett glatte, zylindrische Außenumfangsfläche auf. Vielmehr erstreckt sich der Sicherungsbereich des Außenrings von dessen zylindrischer Außenwandung aus radial nach außen. Im Vergleich zu einem Außenring eines herkömmlichen Wellgenerators weist der Außenring des erfindungsgemäßen Wellgetriebes somit eine komplexere Form auf. Dagegen weist das flexible, kragenförmige Getriebeelement eine im Vergleich zur Ausgestaltung nach der genannten
DE 10 2016 218 575 A1 simplere Form auf. Vorzugsweise ist an der Innenumfangsfläche des zylindrischen Bereichs des flexiblen Getriebeelementes, das heißt der Kragenhülse, keine Stufe ausgebildet, was den elastischen Eigenschaften des kragenförmigen Getriebeelementes zu Gute kommt. Gleichzeitig ist ein dem flexiblen Getriebeelement vorgesetzter Deckel, welcher als gesondertes Bauteil eine axiale Sicherungsfunktion übernehmen würde, entbehrlich. Insgesamt ist damit im Vergleich zu herkömmlich gestalteten, für die Verwendung in Nockenwellenverstellern vorgesehenen Wellgetrieben eine axiale Bauraumersparnis in der Größenordnung von etwa 1 mm gegeben, ohne funktionelle Einschränkungen in Kauf nehmen zu müssen, Darüber hinaus sind im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen auch Masse und Trägheitsmomente des Wellgetriebes reduziert.
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Die Fertigung des Außenrings einschließlich des Sicherungsbereichs ist rationell beispielsweise mit Hilfe von Rollieren möglich. Bei dem Außenring handelt es sich vorzugsweise um ein einstückiges Stahlblechteil.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist der Sicherungsbereich des Außenrings durch eine Mehrzahl an dessen Umfang verteilter, den zylindrischen Bereich des flexiblen Getriebeelementes hintergreifender Sicherungslaschen gebildet. Die Sicherungslaschen sind vorzugsweise in der vom flexiblen Getriebeelement weg weisenden Axialrichtung als zur Kontaktierung eines Abtriebselementes des Wellgetriebes vorgesehene Anschlagelemente ausgebildet. Damit übernehmen die Sicherungslaschen, welche integrale Bestandteile des flexiblen Außenrings sind, axiale Sicherungsfunktionen in beiden Axialrichtungen. Bei dem Abtriebselement, an welchem die Sicherungslaschen im bestimmungsgemäßen Betrieb des Wellgetriebes anschlagen können, handelt es sich vorzugsweise um ein innenverzahntes Hohlrad, dessen Innenverzahnung mit der Verzahnung, das heißt Außenverzahnung, des flexiblen Getriebeelementes kämmt.
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Das Radiallager des Wellgenerators kann grundsätzlich entweder als Gleitlager oder als Wälzlager ausgebildet sein. Im letztgenannten Fall handelt es sich beispielsweise um ein Kugellager, insbesondere Rillenkugellager. Unter der „nicht kreisrunden Außenkontur“ ist in diesem Fall die Kugellaufbahn des Kugellagers zu verstehen. Die zwischen dem Innenring und dem Außenring des Wälzlagers abrollenden Wälzkörper, insbesondere Kugeln, können in an sich bekannter Weise in einem Käfig geführt sein.
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Das Wellgetriebe ist besonders zur Verwendung als Stellgetriebe in einem Verbrennungsmotor geeignet. Beispielsweise ist das Wellgetriebe in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller eines Verbrennungsmotors verwendbar. Ebenso ist das Wellgetriebe in einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors verwendbar.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ausschnittsweise ein Wellgetriebe in einer Schnittdarstellung,
- 2 in perspektivischer Darstellung Komponenten des Wellgetriebes nach 1 einschließlich eines flexiblen, kragenförmigen Getriebeelementes,
- 3 ein Detail des Wellgetriebes nach 1.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wellgetriebe ist Teil eines elektrischen Nockenwellenverstellers, hinsichtlich dessen prinzipieller Funktion auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird.
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Das Wellgetriebe 1 ist durch einen nicht dargestellten Elektromotor betätigbar und weist einen Wellgenerator 16 mit einem Wälzlager 22, nämlich einem Rillenkugellager, auf, welches einen Innenring 21, einen Außenring 25 und zwischen den Lagerringen 21, 25 abrollende Wälzkörper 23, nämlich Kugeln, umfasst. Die Kugeln 23 sind in einem aus Kunststoff gefertigten Käfig 24 geführt, bei welchem es sich um einen wälzkörpergeführten Käfig handelt.
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Der Innenring 21 ist über eine Ausgleichskupplung 17, nämlich eine Oldham-Kupplung, durch den genannten Elektromotor antreibbar. Eine Oldhamscheibe der Ausgleichskupplung 17 ist mit 18 bezeichnet. Die Oldhamscheibe 18 ist mit Hilfe von Stiften 19 mit dem Wälzlager 22 gekoppelt. Hierbei sind die Stifte 19 starr mit dem Innenring 21 verbunden, während sie mit Spiel in einer definierten Richtung jeweils in einer Hülse 20, welche in die Oldhamscheibe 18 eingesetzt ist, geführt sind. In hierzu orthogonaler Richtung ist ein nicht dargestelltes zweiflügeliges Element, welches fest mit der Motorwelle des Elektromotors verbunden ist, beschränkt relativ zur Oldhamscheibe 18 verlagerbar. Damit ist in an sich bekannter Weise ein beschränkter Achsversatz zwischen der Motorwelle des Elektromotors und der Rotationsachse des Wälzlagers 22, welche mit der Mittelachse des gesamten Wellgetriebes 1 sowie mit der Rotationsachse der zu verstellenden Nockenwelle identisch ist, kompensierbar.
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Der Innenring 21 weist, wie bei Wellgeneratoren gängig, eine nicht kreisrunde, elliptische Außenkontur auf und ist in sich starr. Im Gegensatz hierzu ist der Außenring 25 nachgiebig, so dass er sich permanent der unrunden Form des Innenrings 21 anpasst. Der Außenring 25 ist unmittelbar umgeben von einem flexiblen Getriebeelement 13, welches als Kragenhülse gestaltet ist.
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Der nach außen gerichtete, mit 15 bezeichnete Flansch, das heißt Kragen, der Kragenhülse 13 ist mit Hilfe von Schrauben 6 unter Zwischenschaltung einer Axiallagerscheibe 5 an einem als nicht geschlossenes Gehäuse des Wellgetriebes 1 ausgebildeten Antriebselement 2 befestigt. Das Gehäuse 2 ist als Ganzes rotierbar, wobei es in prinzipiell bekannter Weise über die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angetrieben wird und mit halber Kurbelwellendrehzahl rotiert. Ein von der Kurbelwelle angetriebenes Kettenrad 3 ist dem Gehäuse 2 zuzurechnen. Ein weiteres, optionales Kettenrad 4 dient dem Antrieb einer weiteren Nockenwelle des Verbrennungsmotors.
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Ein an den Kragen 15 des flexiblen Getriebeelements 13 anschließender, im mechanisch unbelasteten Zustand zylindrischer Bereich 14 der Kragenhülse 13 ist mit einer Außenverzahnung 27 versehen, welche zur Zusammenwirkung mit einer Innenverzahnung 28 vorgesehen ist, die durch ein Hohlrad 7 gebildet ist. Das Hohlrad 7 fungiert als Abtriebselement des Wellgetriebes 1 und ist drehfest mit der zu verstellenden, nicht dargestellten Nockenwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt. In Axialrichtung ist das Abtriebselement 7 zwischen der Axiallagerscheibe 5 und einer Wandung des Gehäuses 2 positioniert. Weiter ist in 1 eine Anschlagscheibe 8 erkennbar, welche fest mit dem Abtriebselement 7 verbunden ist und mit Hilfe von Anschlagkonturen 9 den Verdrehwinkel zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 7, das heißt den Verstellbereich der Nockenwelle, begrenzt. Das Abtriebselement 7 weist eine Topfform mit einem äußeren zylindrischen Abschnitt 10 und einem nicht geschlossenen Boden 11 auf, in dessen Mitte sich ein in die Anschlagscheibe 8 eingesteckter Zapfen 12 befindet. Mit Hilfe einer Zentralschraube ist das Abtriebselement 7 mit der Nockenwelle verbunden.
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Beim Betrieb des Wellgetriebes 1 wird die Außenverzahnung 27 des flexiblen Getriebeelementes 13 durch die unrunde Form des Innenrings 21 lediglich an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen in Eingriff mit der Innenverzahnung 28 des Abtriebselementes 7 gebracht. Eine geringfügig, nämlich um die Zahl zwei, unterschiedliche Zähneanzahl der Innenverzahnung 28 einerseits und der Außenverzahnung 27 andererseits sorgt in prinzipiell bekannter Weise dafür, dass eine volle Umdrehung des Innenrings 21 in Relation zum Gehäuse 2 lediglich in eine relativ kleine Verdrehung zwischen dem Abtriebselement 7 und dem Gehäuse 2 umgesetzt wird. Das Wellgetriebe 1 fungiert damit als hochuntersetztes Stellgetriebe. Solange die Motorwelle des Elektromotors, welcher den Innenring 21 antreibt, mit derselben Drehzahl wie das Gehäuse 2 rotiert, bleibt die Phasenlage der Nockenwelle in Relation zur Kurbelwelle des Verbrennungsmotors unverändert.
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Wie aus 1 hervorgeht, weist das Wellgetriebe 1 kein gesondertes Sicherungselement, etwa in Form eines der Kragenhülse 13 vorgesetzten Deckels, auf, um den die Lagerringe 21, 25 umfassenden Wellgenerator 16 in Axialrichtung innerhalb des Wellgetriebes 1 zu sichern. Diese axiale Sicherungsfunktion wird vielmehr unmittelbar durch den Außenring 25 in direkter Zusammenwirkung mit dem zylindrischen Bereich 14 des flexiblen Getriebeelementes 13 übernommen. Der Außenring 25 weist zu diesem Zweck eine Mehrzahl an Sicherungslaschen 26 auf. Die Sicherungslaschen 26 sind gleichmäßig am Umfang des Außenrings 25 verteilt und werden in ihrer Gesamtheit auch als Sicherungsbereich bezeichnet.
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Der Sicherungsbereich 26 befindet sich auf der dem Kragen 15 abgewandten Stirnseite des flexiblen Getriebeelementes 13. In Radialrichtung überlappt der Sicherungsbereich 26 mit dem zylindrischen Bereich 14 der Kragenhülse 13. Der gesamte Wellgenerator 16 ist damit gegen Herausziehen aus dem Gehäuse 2 gesichert. In der entgegengesetzten Axialrichtung können die Sicherungslaschen 25 am Boden 11 des Hohlrades 7 anschlagen, so dass auch in diesem Sinne eine Sicherung in Axialrichtung gegeben ist.
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Details des flexiblen Getriebeelementes 13 gehen aus den 2 und 3 hervor. Im Kragen 15 sind zusätzlich zu Bohrungen 29, durch die jeweils eine Schraube 6 gesteckt ist, Ausnehmungen 30 vorhanden, welche jeweils zwischen einer Bohrung 29 und dem zylindrischen Bereich 14 angeordnet sind und bezüglich der Bohrungen 29 jeweils eine konvex gekrümmte Form aufweisen. Dies ist gleichbedeutend damit, dass jede Ausnehmung 30 bezüglich der Mittelachse des Getriebeelementes 13 eine konkave Krümmung beschreibt. Die mit 31 bezeichneten Endbereiche jeder Ausnehmung 30 sind aufgeweitet, womit die Nachgiebigkeit des Flansches 15, was Belastungen in axialer Richtung sowie Kippbelastungen betrifft, erhöht ist.
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Im Unterschied zum Flansch 15 weist der zylindrische Bereich 14 keine Durchbrechungen auf. Die Innenumfangsfläche des zylindrischen Bereichs 14 ist durchgehend glatt und zylindrisch. Die Außenverzahnung 27 ist integraler Bestandteil des zylindrischen Bereichs 14 und durch umformende Verfahren herstellbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Antriebselement, Gehäuse
- 3
- Kettenrad
- 4
- zusätzliches Kettenrad
- 5
- Axiallagerscheibe
- 6
- Schraube
- 7
- Abtriebselement, Hohlrad
- 8
- Anschlagscheibe
- 9
- Anschlagkontur
- 10
- äußerer zylindrischer Abschnitt
- 11
- Boden
- 12
- Zapfen
- 13
- flexibles Getriebeelement, Kragenhülse
- 14
- zylindrischer Bereich
- 15
- Flansch, Kragen
- 16
- Wellgenerator
- 17
- Ausgleichskupplung
- 18
- Oldhamscheibe
- 19
- Stift
- 20
- Hülse
- 21
- Innenring
- 22
- Wälzlager, Radiallager
- 23
- Kugel, Wälzkörper
- 24
- Käfig
- 25
- Außenring
- 26
- Sicherungslasche, Sicherungsbereich
- 27
- Außenverzahnung
- 28
- Innenverzahnung
- 29
- Bohrung
- 30
- Ausnehmung
- 31
- Endbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016218575 A1 [0002, 0009]
- DE 102015223419 A1 [0003]
- WO 2012/110132 A1 [0004]
- DE 102014202060 A1 [0004]
- EP 2676010 B1 [0004]
