-
Die Erfindung betrifft einen für die Verwendung in einem Wellgenerator eines Wellgetriebes vorgesehenen Lagerring. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lagerrings.
-
Ein Wellgetriebe einschließlich eines Wellgenerators ist beispielsweise aus der
DE 10 2016 201 536 A1 bekannt. Der Wellgenerator des bekannten Wellgetriebes weist ein Kugellager mit einem elliptischen Innenring und einem flexiblen Außenring auf. Durch den flexiblen Außenring, welcher beim Betrieb des Wellgenerators durch die auf dem elliptischen Innenring abrollenden Kugeln permanent verformt wird, wird in gleicher Weise ein flexibles Getriebeelement, welches den flexiblen Außenring unmittelbar umgibt, in eine nicht kreisrunde Form gezwungen. Im Fall des Wellgetriebes nach der
DE 10 2016 201 536 A1 weist das flexible Getriebeelement mindestens eine außenseitige, ringförmig umlaufende Verstärkung auf. Der Innenring des bekannten Wellgenerators wird über eine Ausgleichskupplung in Form einer Oldham-Kupplung elektrisch angetrieben.
-
Ein weiteres als Wellgetriebe ausgebildetes Stellgetriebe ist in der
DE 10 2017 111 682 A1 offenbart. Auch in diesem Fall arbeitet ein Wellgenerator mit einem Kugellager als Wälzlager, wobei der in sich starre Innenring des Wälzlagers eine nicht kreisrunde Wälzkörperlaufbahn, das heißt Kugellaufbahn, aufweist.
-
Ein in der
DE 10 2016 218 927 A1 beschriebenes Wellgetriebe weist ebenfalls einen Wellgenerator mit einem Kugellager auf, das einen starren Innenring und einen nachgiebigen Außenring umfasst, welcher zur Verformung eines flexiblen, verzahnten Getriebeelementes vorgesehen ist. In diesem Fall ist eine axiale Sicherungsfunktion unmittelbar durch Konturen des flexiblen, außenverzahnten Getriebeelementes sowie des Außenrings gegeben.
-
Weitere Bauformen von Wellgetrieben, welche als Stellgetriebe verwendbar sind, sind zum Beispiel aus den Dokumenten
DE 10 2016 217 055 A1 ,
DE 10 2016 207 930 B3 und
DE 10 2016 204 017 B3 bekannt. In allen Fällen handelt es sich um Wellgetriebe, die in Nockenwellenverstellern von Verbrennungsmotoren verwendbar sind.
-
Verschiedene Wellgetriebe, die insbesondere für Vorrichtungen zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses von Verbrennungsmotoren geeignet sind, sind zum Beispiel aus den Dokumenten
DE 10 2016 219 919 A1 und
DE 10 2015 009 214 U1 bekannt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten Fortschritte bei der Herstellung von Lagerringen, welche für den Einsatz in Wellgeneratoren von Wellgetrieben vorgesehen sind, zu erzielen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Lagerring mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings gemäß Anspruch 8. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt den Lagerring, und umgekehrt.
-
Der Lagerring weist innenseitig eine Verzahnung und außenseitig eine Wälzkörperlaufbahn mit nicht kreisrunder, insbesondere elliptischer Form auf. Stellt der Lagerring einen Innenring eines Kugellagers dar, so handelt es sich bei der Wälzkörperlaufbahn um eine Kugellaufbahn. Alternativ können zum Beispiel Nadeln oder Rollen als Wälzkörper, welche auf dem Lagerring abrollen, vorgesehen sein. Die Innenverzahnung ermöglicht die Übertragung eines Antriebsmomentes auf den Lagerring. Dies kann beispielsweise geschehen, indem ein antreibendes Element, welches eine mit der Innenverzahnung korrespondierende Gegenverzahnung aufweist, in den Lagerring eingesteckt wird. Das antreibende Element und der Lagerring rotieren in diesem Fall mit der identischen Drehzahl. Alternativ ist es möglich, den Innenring, das heißt Lagerring des Wellgenerators, anzutreiben, indem ein außenverzahntes Antriebszahnrad mit der Innenverzahnung des Lagerrings kämmt. In diesem Fall rotiert das Antriebszahnrad schneller als der Lagerring, womit ein Untersetzungsgetriebe gebildet ist. Unabhängig davon, ob der Lagerring direkt oder über ein untersetzendes Getriebe angetrieben ist, kann zwischen eine antreibende Welle und den Lagerring eine Ausgleichkupplung, insbesondere in Form einer Oldham-Kupplung, geschaltet sein.
-
In jedem Fall weist die Innenverzahnung des Lagerrings, welcher als Innenring eines Wellgenerators eines Wellgetriebes zum Einsatz kommt, mindestens einen im Vergleich zu den übrigen Zähnen der Innenverzahnung modifizierten Zahn auf, welcher eine Winkelmarkierung darstellt. Damit ist eine äußerst raumsparende Möglichkeit gegeben, den Lagerring in definierter Winkelstellung zu positionieren. Dies ist insbesondere bei der Herstellung des Lagerrings von Vorteil, welche in folgenden Schritten erfolgen kann:
- - Bereitstellung eines ringförmigen Rohlings, welcher eine Innenverzahnung mit mindestens einer durch diese gebildeten Winkelmarkierung in Form eines modifizierten Zahnes sowie eine Mantelfläche mit nicht kreisrunder, insbesondere elliptischer Grundform aufweist,
- - Ausrichten des ringförmigen Rohlings in definierter Winkelposition mit Hilfe der Winkelmarkierung,
- - Erzeugung einer nicht kreisrunden, insbesondere elliptischen Wälzkörperlaufbahn durch Schleifen der Mantelfläche.
-
Durch die Winkelmarkierung, welche in Form des mindestens einen modifizierten Zahnes gegeben ist, ist sichergestellt, dass sich der Rohling, aus welchem der Lagerring hergestellt wird, beim Schleifen, das heißt der Nachbearbeitung der Mantelfläche, in der korrekten Positionierung in einer Bearbeitungsmaschine gehalten ist.
-
Sowohl in Anwendungsfällen, in denen die Innenverzahnung eine Drehmoment übertragende Funktion zwischen drehfest miteinander verbundenen Bauteilen aufweist, als auch in Anwendungsfällen, in welchen die Innenverzahnung eine Funktion innerhalb eines untersetzenden Getriebes hat, wirkt sich die Modifikation des zur Winkelfestlegung bestimmten Zahnes praktisch nicht auf die Funktion der Innenverzahnung aus. Die Innenverzahnung einschließlich des mindestens einen modifizierten Zahnes ist rationell beispielsweise durch Räumen oder durch Tiefziehen herstellbar. Ein zusätzliches Entgraten des modifizierten Zahnes ist in vorteilhafter Verfahrensführung nicht vorgesehen. Vielmehr geschieht die Entgratung des mindestens einen modifizierten Zahnes vorzugsweise zusammen mit der Entgratung der übrigen Innenverzahnung.
-
In bevorzugter Ausgestaltung unterscheidet sich der modifizierte Zahn von den übrigen Zähnen der Innenverzahnung durch eine verringerte Zahnhöhe. Die verbleibenden Zahnflanken sowie Zahnfüße sind dagegen im Vergleich zur übrigen Innenverzahnung vorzugsweise nicht verändert. Für die exakte Positionierung des Lagerrings im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist bereits ein einziger modifizierter Zahn ausreichend. Sofern die Innenverzahnung zwei modifizierte Zähne aufweist, liegen diese einander beispielsweise diametral gegenüber. Hat die Wälzkörperlaufbahn eine elliptische Form, so fällt eine durch die beiden modifizierten Zähne gelegte Gerade vorzugsweise mit der Kleinachse der entsprechenden, nicht zu einem Kreis entarteten Ellipse zusammen.
-
Eine mittig zwischen den beiden Stirnseiten des Lagerrings angeordnete, zur Mittelachse des Lagerrings normale Ebene wird als Mittelebene des Lagerrings bezeichnet. Im Unterschied zur Innenverzahnung des Lagerrings ist die Wälzkörperlaufbahn des Lagerrings gemäß möglicher Ausgestaltungen nicht symmetrisch zur Mittelebene ausgebildet. Vielmehr kann die Wälzkörperlaufbahn in Axialrichtung des Lagerrings weiter von dessen erster Stirnseite als von dessen anderer Stirnseite beabstandet sein. Beispielsweise ist auf der ersten Stirnseite des Lagerrings eine ringförmig umlaufende Stufe ausgebildet, wogegen auf der zweiten Stirnseite keine solche Stufe vorhanden ist.
-
Der Lagerring ist insbesondere für die Verwendung in einem Wellgetriebe einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors geeignet. Ebenso kommt die Verwendung des Lagerrings in einem Wellgetriebe eines Nockenwellenverstellers in Betracht.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung (1 bis 4) sowie ein nicht beanspruchtes Vergleichsbeispiel (5) anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 einen Lagerring eines Wellgenerators in Draufsicht,
- 2 ein Detail aus 1,
- 3 in einer Schnittdarstellung den Lagerring zusammen mit Wälzkörpern,
- 4 den Lagerring in perspektivischer Ansicht,
- 5 in einer Ansicht analog 1 einen nicht beanspruchten Lagerring eines Wellgenerators.
-
Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile oder geometrische Merkmale sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
Ein mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Lagerring ist zur Verwendung in einem nicht weiter dargestellten Wellgenerator vorgesehen. Der Wellgenerator ist Teil eines Stellgetriebes einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors. Bei dem Lagerring 1 handelt es sich um einen Wälzlager-Innenring. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Lagerrings 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
-
Der Lagerring 1 weist an seiner Innenumfangsfläche eine Verzahnung 2 auf, welche sich in Axialrichtung durch den gesamten Lagerring 1 erstreckt. Die Mittelachse des Lagerrings 1, das heißt Rotationsachse des Wälzlagers, welches den Lagerring 1 als Innenring umfasst, ist mit R bezeichnet. Die beiden Stirnseiten des Lagerrings 1 sind mit S1, S2 bezeichnet. Mittig zwischen den beiden Stirnseiten S1, S2 liegt eine Mittelebene ME, welche normal zur Rotationsachse R angeordnet ist.
-
Die Verzahnung 2 ist größtenteils aus gleichartigen Zähnen 3 gebildet. Lediglich an zwei Stellen der Verzahnung 2 befinden sich gegenüber den übrigen Zähnen 3 modifizierte, abgeflachte Zähne 4. Die modifizierten Zähne 4 haben die Funktion einer Winkelmarkierung.
-
Bei der Herstellung des Lagerrings 1 wird von einem nicht dargestellten Rohling ausgegangen, an dessen Innenumfangsfläche bereits die Verzahnung 2, das heißt Innenverzahnung, ausgebildet ist. Die Außenumfangsfläche des Rohlings hat bereits eine elliptische, nicht kreisrunde Grundform. Ein solcher Rohling ist durch zerspanende und/oder umformende Verfahren herstellbar. Insbesondere ist eine Formgebung des Rohlings durch Tiefziehen möglich. Der die Verzahnung 2 unmittelbar umgebende, zylindrische Abschnitt des Rohlings wird als Innenabschnitt 5 bezeichnet. Die Form des Innabschnitts 5 wird im Laufe der weiteren Bearbeitung nicht verändert.
-
Der Innenabschnitt 5 geht radial nach außen in einen Außenabschnitt 6 über, welcher im Vergleich zum Innenabschnitt 5 eine geringere, in axiale Richtung gemessene Dicke aufweist. Der Außenabschnitt 6 grenzt unmittelbar an die erste Stirnseite S1, während er von der zweiten Stirnseite S2 beabstandet ist. Die Mantelfläche des Außenabschnitts 6 ist bereits beim Rohling zur Herstellung einer Wälzkörperlaufbahn 7 vorbereitet. Die Wälzkörperlaufbahn 7, das heißt Kugellaufbahn, wird durch Schleifen erzeugt. Zu diesem Zweck wird der Rohling in winkelgerechter Positionierung in eine Bearbeitungsmaschine eingespannt. Die richtige Winkelstellung des Rohlings ergibt sich automatisch aus der Anordnung der als Winkelmarkierungen fungierenden abgeflachten Zähne 4. Eine Fehlmontage des Rohlings ist ausgeschlossen, da ein Gegenstück auf Seiten der Bearbeitungsmaschine entsprechende Gegenkonturen, die den abgeflachten Zähnen 4 angepasst sind, aufweist.
-
Einzelheiten der Verzahnung 2 gehen aus 2 hervor: Die Zahnflanken sind im Fall der Zähne 3 mit 10 und im Fall der abgeflachten Zähne 4 mit 11 bezeichnet. Die Zahnköpfe sind mit 12 bei den Zähnen 3 und mit 13 bei den abgeflachten Zähnen 4 bezeichnet. Die Zahnfüße, welche mit 14 bezeichnet sind, sind bei der gesamten Verzahnung 2 einheitlich ausgebildet.
-
In 3 sind zusätzlich zum Innenring 1 zwei Wälzkörper 8, nämlich Kugeln, skizziert. Die Mittelebene ME schneidet die Kugeln 8 außerhalb deren Mittelpunkte. Im Ausführungsbeispiel ragen die Kugeln 8 - in Axialrichtung des Lagerrings 1 betrachtet - über die erste Stirnseite des Lagerrings 1 hinaus. In der Gegenrichtung ragt der Innenabschnitt 5 axial über die Kugeln 8 hinaus.
-
In 5 ist ein Vergleichsbeispiel veranschaulicht, in welchem ein Lagerring eines Wellgenerators ausschließlich Zähne 3 einheitlicher Form aufweist. Zur Winkelmarkierung sind in diesem Fall zwei Bohrungen 9 vorgesehen. Durch die Bohrungen 9 ist der Lagerring signifikant geschwächt. Eine solche Schwächung ist beim erfindungsgemäßen Lagerring 1 vollständig vermieden. Hinsichtlich der Geometrie der Laufbahn 7 stimmt das Vergleichsbeispiel nach 5 mit dem Lagerring 1 nach 1 überein. Mit GA ist die Großachse der elliptischen Laufbahn 7 bezeichnet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Innenring
- 2
- Verzahnung, Innenverzahnung
- 3
- Zahn
- 4
- abgeflachter Zahn
- 5
- Innenabschnitt
- 6
- Außenabschnitt
- 7
- Wälzkörperlaufbahn
- 8
- Kugel
- 9
- Bohrung
- 10
- Zahnflanke
- 11
- Zahnflanke (beim abgeflachten Zahn)
- 12
- Zahnkopf
- 13
- Zahnkopf (beim abgeflachten Zahn)
- 14
- Zahnfuß
- GA
- Großachse
- ME
- Mittelebene
- R
- Rotationsachse
- S1 ,S2
- Stirnseiten
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102016201536 A1 [0002]
- DE 102017111682 A1 [0003]
- DE 102016218927 A1 [0004]
- DE 102016217055 A1 [0005]
- DE 102016207930 B3 [0005]
- DE 102016204017 B3 [0005]
- DE 102016219919 A1 [0006]
- DE 102015009214 U1 [0006]
