-
Die Erfindung betrifft ein als Stellgetriebe verwendbares Wellgetriebe sowie ein Verfahren zur Montage eines solchen Getriebes.
-
Ein gattungsgemäßes, als Wellgetriebe ausgebildetes Stellgetriebe ist beispielsweise aus der
DE 10 2017 111 682 A1 bekannt. Dieses Stellgetriebe umfasst ein Gehäuse mit einer zylindrischen Grundform, welches eine erste, zur Kopplung mit einem Stellmotor vorgesehene, antriebsseitige Stirnseite und eine zweite, zur Kopplung mit einer Abtriebswelle vorgesehene, abtriebsseitige Stirnseite aufweist, wobei eine Verdrehwinkelbegrenzung zur Begrenzung der Verdrehung der Abtriebswelle gegenüber dem Gehäuse auf der antriebsseitigen Stirnseite angeordnet ist.
-
-
In der
DE 10 2016 220 916 A1 ist ein Einzelteil eines Wellgetriebes, nämlich ein innenverzahntes Hohlrad, beschrieben. Das Hohlrad ist als Sinterkörper ausgebildet, wobei die Innenverzahnung des Hohlrades umformtechnisch erzeugt ist.
-
DE 102011 122 136 A1 lehrt eine Zahnradanordnung, die axial über einen in einer Sicherungsnut angeordneten Sicherungsring gesichert ist. Die zusammengebaute Zahnradanordnung ist jedoch schwer wieder demontierbar.
DE 10 2008 050 472 A1 zeigt einen weiteren Sicherungsring für zwei gegeneinander verspannte Zahnradhälften.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wellgetriebe gegenüber dem genannten Stand der Technik, insbesondere unter den Aspekten Montagefreundlichkeit und Bauraumausnutzung, weiterzuentwickeln.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Montage eines Wellgetriebes gemäß Anspruch 10. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Montageverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt das Wellgetriebe, und umgekehrt.
-
Das Wellgetriebe umfasst in prinzipiell bekannter Grundkonzeption ein Gehäuseelement, in welchem ein innenverzahntes Abtriebselement drehbar gelagert ist. Im Unterschied zum Abtriebselement ist ein flexibles, außenverzahntes, unmittelbar mit dem Abtriebselement zusammenwirkendes Getriebeelement drehfest relativ zum Gehäuseelement positioniert. Erfindungsgemäß ist zur beidseitigen axialen Lagerung des Abtriebselementes im Gehäuseelement ein Federring vorgesehen, welcher in Ringnuten einerseits des Abtriebselementes und andererseits des Gehäuseelementes eingreift.
-
Der unter anderem in das Abtriebselement eingreifende Federring ist in Axialrichtung, bezogen auf die Mittelachse des Wellgetriebes, wesentlich weniger ausgedehnt als das Abtriebselement. Hierbei ist der Federring komplett zwischen den beiden Stirnseiten des Abtriebselementes angeordnet. Zur axialen Sicherung des Abtriebselementes ist somit, ausgehend von dem ohnehin für den Einbau des Abtriebselementes notwendigen Bauraum, kein zusätzlicher Bauraum erforderlich.
-
Der Federring kann grundsätzlich entweder als innenspannender Ring oder als außenspannender Ring gestaltet sein. Derartige Ringe, welche als Sicherungselemente im Maschinenbau verwendet werden, sind auch unter der Bezeichnung Seegerringe bekannt. Zum technischen Hintergrund wird beispielhaft auf die Offenlegungsschrift
DE 1 603 766 A verwiesen.
-
Im Fall des Wellgetriebes ist der Federring vorzugsweise als offener Ring mit zwei Endstücken ausgebildet, wobei die Endstücke in einer stirnseitigen Aussparung platzierbar sind, welche an eine der Ringnuten anschließt. Die Aussparung befindet sich hierbei entweder im Gehäuseelement oder im Abtriebselement des Wellgetriebes. In prinzipiell bekannter Weise kann sich in jedem Endstück des Federrings eine Bohrung befinden, welche zum Angriff eines Werkzeugs, wie in der genannten
DE 1 603 766 A beschrieben, nutzbar ist. Im komplett montierten Wellgetriebe sind die Bohrungen in vorteilhafter Ausgestaltung von beiden Ringnuten in Radialrichtung - bezogen auf die gemeinsame Mittelachse von Gehäuseelement und Abtriebselement - beabstandet.
-
Im Vergleich zu handelsüblichen Seegerringen sind die Anforderungen an die Oberfläche, an die in Axialrichtung gemessene Dicke, sowie an die Ebenheit des im Wellgetriebe zum Einsatz kommenden Federrings vorzugsweise enger toleriert, womit das Axiallagerspiel des Abtriebselements im Gehäuseelement besonders niedrig gehalten wird.
-
Das Wellgetriebe ist in folgenden Schritten montierbar:
- - Bereitstellung eines Gehäuseelementes, welches eine zylindrische Innenumfangsfläche mit einer in dieser befindlichen Ringnut aufweist,
- - Bereitstellung eines als Hohlrad ausgebildeten, innenverzahnten Abtriebselementes, an dessen Mantelfläche eine Ringnut eingeformt ist,
- - Platzierung eines Federringes in einer der Ringnuten derart, dass der Federring weitest möglich in die Ringnut eintaucht,
- - Zusammenschieben von Gehäuseelement und Abtriebselement bis zum Einrasten des Federrings in die andere Ringnut,
- - Befestigung eines flexiblen, außenverzahnten, mit der Innenverzahnung des Abtriebselementes zusammenwirkenden Getriebeelementes am Gehäuseelement,
- - Anordnung eines zur Verformung des flexiblen Getriebeelementes vorgesehenen Wellgenerators in dem durch das Abtriebselement gebildeten Hohlraum.
-
Einzelne der genannten Schritte, insbesondere der vorletzte und der letzte Schritt, können auch in anderer als der aufgelisteten Reihenfolge durchgeführt werden.
-
Bei Ausbildung des Federrings als außenspannender Ring ist der Federring innerhalb des fertig montierten Wellgetriebes derart gespannt, dass er durch seine Vorspannung in die Nut des Gehäuseelementes gedrückt und zugleich vom Boden der an der Umfangsfläche des Abtriebselementes befindlichen Ringnut abgehoben ist. Die Ringnuten im Gehäuseelement sowie im Abtriebselement können auf einfache Weise durch spanende Bearbeitung, nämlich Drehen, hergestellt werden. Das gesamte Gehäuseelement ist ebenso wie das gesamte Abtriebselement ebenfalls durch spanabhebende Fertigungsverfahren herstellbar. Ebenso kommen urformende Verfahren, insbesondere pulvermetallurgische Verfahren, oder eine Kombination verschiedener Herstellungsverfahren für die Fertigung des Gehäuseelementes sowie des Abtriebselementes in Betracht. Dies gilt auch für die Innenverzahnung, welche durch das Abtriebselement gebildet ist.
-
Je nach Anwendungsgebiet des Wellgetriebes kann das Gehäuseelement entweder als rotierendes oder als nicht rotierendes Element in einer Umgebungskonstruktion angeordnet sein. Im Fall einer Gestaltung des Gehäuseelementes als rotierendes Element ist dieses als Antriebselement des Wellgetriebes nutzbar. Das Gehäuseelement kann hierbei als Getriebeelement eines Umschlingungsgetriebes, das heißt als Kettenrad oder Riemenrad, ausgebildet sein. Ebenso ist ein Antrieb des Gehäuseelementes als Getriebeelement eines Stirnradgetriebes möglich.
-
Die drehfeste Kopplung des flexiblen Getriebeelementes mit dem Gehäuseelement kann auf verschiedene Arten hergestellt sein. Zum einen kommt eine drehfeste Kopplung über eine Verzahnung in Betracht. Die Verzahnung des flexiblen Getriebeelementes greift hierbei vorzugsweise in eine unmittelbar durch das Gehäuseelement gebildete Innenverzahnung, welche sich axial neben der Innenverzahnung des Abtriebselementes befindet, ein. Das flexible Getriebeelement hat in diesem Fall eine einfache Ringform und wird auch als Flexring bezeichnet.
-
Zum anderen ist es möglich, das flexible Getriebeelement fest, insbesondere durch Verschraubungen, mit dem Gehäuseelement zu verbinden. In diesem Fall ist das flexible Getriebeelement vorzugsweise als Kragenhülse ausgebildet. Prinzipiell ist auch eine Topfform des flexiblen Getriebeelementes möglich. Sofern es sich bei dem flexible Getriebeelement um eine Kragenhülse handelt, kann diesem Getriebeelement beim komplett montierten Wellgetriebe ein ebenfalls am Gehäuseelement befestigter, der axialen Sicherung eines Wellgenerators dienender Deckel vorgesetzt sein. Bei diesem Deckel kann es sich ebenso wie bei der Kragenhülse um ein Blechteil handeln.
-
Das Wellgetriebe ist besonders zur Verwendung als Stellgetriebe eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers geeignet. Ebenso ist das Wellgetriebe in einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors verwendbar. In diesem Fall dient das Wellgetriebe beispielsweise der Verstellung einer Exzenterwelle, an welcher Nebenpleuel angelenkt sind, die mit weiteren Kurbeltriebskomponenten des Hubkolbenmotors zusammenwirken.
-
Auch für industrielle Anwendungen, beispielsweise als Stellgetriebe in einem Roboter oder in einer Werkzeugmaschine, ist das Wellgetriebe geeignet.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 in einer Schnittdarstellung ein in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller verwendbares Wellgetriebe,
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Anordnung nach 1,
- 3 in perspektivischer Ansicht einen im Wellgetriebe nach 1 eingebauten Federring,
- 4 Details eines zur Aufnahme des Federrings nach 3 vorbereiteten Gehäuseelementes des Wellgetriebes,
- 5 ausschnittsweise das Wellgetriebe mit eingebautem Federring.
-
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wellgetriebe weist ein drehbares Antriebselement 2 auf, welches im Ausführungsbeispiel einstückig mit einem Kettenrad 3 verbunden ist und zugleich als Gehäuseelement des Wellgetriebes 1 fungiert. Innerhalb des Gehäuseelementes 2 ist ein Abtriebselement 4 drehbar angeordnet, welches als Hohlrad ausgebildet ist. Bei dem Wellgetriebe 1 handelt es sich um ein Stellgetriebe eines Nockenwellenverstellers eines Verbrennungsmotors.
-
Bei dem Wellgetriebe 1 handelt es sich um ein Dreiwellengetriebe, wobei eine dritte Welle neben dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 4 durch einen Innenring 5 eines Wellgenerators 19 gebildet ist. Solange keine Verstellung der nicht dargestellten, mit dem Abtriebselement 4 verbundenen Nockenwelle erfolgt, rotieren Antriebselement 2, Abtriebselement 4 und Innenring 5 mit identischer Drehzahl, nämlich halber Kurbelwellendrehzahl des Verbrennungsmotors. Der Innenring 5 ist in nicht dargestellter Weise durch einen Elektromotor angetrieben.
-
An der der Nockenwelle abgewandten Stirnseite des Gehäuseelementes 2 ist mit diesem ein elastisches Getriebeelement 6 verbunden, welches als Kragenhülse ausgebildet ist. Hierbei ist der mit 7 bezeichnete Kragen des elastischen Getriebeelementes 6 mit Hilfe von Schrauben 12 am Gehäuseelement 2 befestigt. Im Kragen 7 befinden sich Aussparungen 8, welche die Elastizität des Getriebeelementes 6 im Vergleich zum einem Kragen ohne Aussparungen verbessern. Mit 9 ist ein radial außerhalb der Aussparungen 8 angeordneter Montageabschnitt des Kragens 7 bezeichnet, welcher an der Stirnseite des Antriebselementes 2 anliegt.
-
An der Innenseite des Kragens 7 geht dieser in einen zylindrischen Abschnitt 10 der Kragenhülse 6 über. Der zylindrische Abschnitt 10 trägt eine Außenverzahnung 11, die unmittelbar durch das elastische Getriebeelement 6 gebildet ist. Zusätzlich zum elastischen Getriebeelement 6 ist mit Hilfe der Schrauben 12 ein Deckel 13 am Antriebselement 2 befestigt. Der Deckel 13 weist, ebenso wie das Getriebeelement 6, eine Hutform, das heißt Kragenform, auf, wobei ein dem Kragen 7 unmittelbar vorgesetzter scheibenförmiger Abschnitt des Deckels 13 mit 14 und ein an den inneren Rand des scheibenförmigen Abschnitts 14 anschließender zylindrischer Abschnitt mit 15 bezeichnet ist. Der zylindrische Abschnitt 15 befindet sich koaxial innerhalb des zylindrischen Abschnitts 10 der Kragenhülse 6 und endet in Form eines radial nach innen gerichteten Innenflansches 16.
-
Der Innenflansch 16 stellt eine in Axialrichtung wirksame Sicherung gegenüber einem Außenring 17 dar, der dem Wellgenerator 19 zuzurechnen ist. Der Außenring 17 ist Teil eines Wälzlagers 18, welches Kugeln 20, das heißt Wälzkörper, aufweist, die in einem Käfig 21 geführt sind. Die Kugeln 20 rollen auf dem Innenring 5 ab, bei welchem es sich um ein in sich starres Bauteil mit nicht kreisrunder, elliptischer Außenkontur handelt. Im Gegensatz zum Innenring 5 ist der Außenring 17 nachgiebig, so dass er sich permanent der unrunden Form des Innenrings 5 anpasst. Der Außenring 17 kontaktiert die Innenwandung des zylindrischen Abschnitts 10 der Kragenhülse 6, ohne mit dieser fest verbunden zu sein. Durch die elliptische Form des Außenrings 17 wird die Außenverzahnung 11 an zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen in Eingriff mit einer Innenverzahnung 22 gebracht, welche unmittelbar durch einen zylindrischen Abschnitt 23 des Abtriebselementes 4 gebildet ist. Eine geringfügig, nämlich um die Zahl zwei, unterschiedliche Zähnezahl der Außenverzahnung 11 einerseits und der Innenverzahnung 22 andererseits sorgt in an sich bekannter Weise dafür, dass eine volle Umdrehung des Innenrings 5, bezogen auf die Winkellage des Antriebselementes 2, in eine vergleichsweise geringe Verschwenkung zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 4 umgesetzt wird. Der Innenring 5 kann in nicht dargestellter Weise über eine Ausgleichskupplung, insbesondere Oldham-Kupplung, angetrieben sein.
-
Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, weist der zylindrische Abschnitt 23 des Abtriebselementes 4 eine außenseitige Einschnürung 24 auf. Radial außerhalb der Einschnürung 24 ist ein ringförmiger Absatz 25 im Gehäuseelement 2 erkennbar. Zur offenen Stirnseite des Abtriebselementes 4 hin, das heißt in Richtung derjenigen Stirnseite, an welcher das elastische Getriebeelement 6 sowie der Deckel 13 am Gehäuseelement 2 befestigt sind, schließt ein erweiterter Bereich 26 des zylindrischen Abschnitts 23 an die Einschnürung 24 an. Der Außendurchmesser des erweiterten Bereichs 26 stellt den maximalen Außendurchmesser des Abtriebselementes 4 dar. Am Übergang zwischen dem erweiterten Bereich 26 und der Einschnürung 24 ist ein Absatz 38 erkennbar. Zwischen dem ringförmigen Absatz 25 des Gehäuseelementes 2 und dem Absatz 38 des Abtriebselementes 4 sind Anschlagkonturen gebildet, welche den Verdrehwinkel zwischen dem Abtriebselement 4 und dem Gehäuseelement 2 begrenzen.
-
An den zylindrischen Abschnitt 23 des Abtriebselementes 4 schließt sich ein Boden 29 an, welcher an derjenigen Stirnseite des Wellgetriebes 1 angeordnet ist, die der zu verstellenden Nockenwelle zugewandt ist. Der Boden 29 ist nicht geschlossen. Ein hohler Zapfen 30, welcher aus dem Boden 29 herausragt, ist in die zu verstellende Nockenwelle einzustecken. Verbindungsmittel zwischen dem Abtriebselement 4 und der Nockenwelle, insbesondere in Form einer Zentralschraube, sind nicht dargestellt.
-
Zur Sicherung des Abtriebselementes 4 gegenüber dem Antriebselement 2 in axialer Richtung ist ein Sicherungsring 28 vorgesehen, welcher einerseits in eine Ringnut 27 in der Mantelfläche des Abtriebselementes 4 und andererseits in eine Ringnut 39 in der Innenumfangsfläche des Gehäuseelementes 2 eingreift. Der Sicherungsring 28 ist isoliert in 3 dargestellt. Bei dem Sicherungsring 28 handelt es sich um einen offenen Federring, das heißt Seegerring, dessen Endstücke mit 31 bezeichnet sind und jeweils eine Bohrung 32 aufweisen, in die ein Zapfen eines Montagewerkzeugs einsetzbar ist. Im Ausführungsbeispiel ist der Sicherungsring 28 als außenspannender Federring gestaltet.
-
Von der in den Anordnungen nach 4 und 5 sichtbaren Stirnseite, das heißt nockenwellenseitigen Stirnseite aus ist im Gehäuseelement 2 eine annähernd halbkreisförmige Aussparung 33 erkennbar, die in Axialrichtung bis zur Ringnut 39 reicht. Die Bohrungen 32 sind bei fertig montiertem Wellgetriebe 1 durch die Aussparung 33 hindurch zugänglich, was eine einfache Demontage des Wellgetriebes 1 ermöglicht. Um das Abtriebselement 4 gegenüber dem Antriebselement 2 in Axialrichtung verschieben zu können, ist der Abstand zwischen den Endstücken 31 mit Hilfe des Montagewerkzeugs zur verringern, so dass der Sicherungsring 28 etwas komprimiert wird und dabei in die Ringnut 27 versenkt wird. Im fertig montierten Zustand, wie in den 1, 2 und 5 dargestellt, ist der Sicherungsring 28 dagegen vom Boden der Ringnut 27 im Abtriebselement 4 abgehoben. So lange das Abtriebselement 4 nicht gegenüber dem Antriebselement 2 verdreht wird, hat der Sicherungsring 28 ausschließlich die Funktion eines in Axialrichtung wirksamen Sicherungselementes. Andernfalls, das heißt während der Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle in Relation zur Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, fungiert der Sicherungsring 28 auch als Gleitlagerelement.
-
In radialer Richtung ist eine Gleitlagerung zwischen einer Innenumfangsfläche 34 des Gehäuseelementes 2 und einer Gleitlagerfläche 37 des zylindrischen Abschnitts 23 des Abtriebselementes 4 gegeben. Die Gleitlagerfläche 37 ist durch die Ringnut 27 unterbrochen und grenzt zur offenen Stirnseite des Abtriebselementes 4 hin an die Einschnürung 24. In radialer Richtung ist damit eine wesentlich großflächigere Abstützung zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 4 als in axialer Richtung gegeben.
-
Vom ringförmigen Absatz 25 bis zur Ringnut 39 ist die Innenumfangsfläche des Gehäuseelementes 2 durchgehend zylindrisch. Zur Einsparung von Masse und Trägheitsmoment weist das Antriebselement 2 zahlreiche Durchbrechungen 35 im Kettenrad 3, radial außerhalb von Gewindebohrungen 36, in welche die Schrauben 12 eingeschraubt sind, auf. Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel könnte das Antriebselement 2 statt durch eine Kette auch durch einen Riementrieb angetrieben sein, wobei in diesem Fall wahlweise eine Ausbildung des Antriebselementes 2 als Riemenrad oder eine Verbindung des Antriebselementes 2 mit einem gesonderten Riemenrad in Betracht kommt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Antriebselement, Gehäuseelement
- 3
- Kettenrad
- 4
- Abtriebselement, Hohlrad
- 5
- Innenring
- 6
- elastisches Getriebeelement, Kragenhülse
- 7
- Kragen
- 8
- Aussparung im Kragen
- 9
- Montageabschnitt des Kragens
- 10
- zylindrischer Abschnitt der Kragenhülse
- 11
- Außenverzahnung der Kragenhülse
- 12
- Schraube
- 13
- Deckel
- 14
- scheibenförmiger Abschnitt des Deckels
- 15
- zylindrischer Abschnitt des Deckels
- 16
- Innenflansch
- 17
- Außenring
- 18
- Wälzlager
- 19
- Wellgenerator
- 20
- Kugel
- 21
- Käfig
- 22
- Innenverzahnung
- 23
- zylindrischer Abschnitt
- 24
- Einschnürung des zylindrischen Abschnitts
- 25
- ringförmiger Absatz
- 26
- erweiterter Bereich des zylindrischen Abschnitts
- 27
- Ringnut
- 28
- Sicherungsring, Federring
- 29
- Boden
- 30
- Zapfen
- 31
- Endstück
- 32
- Bohrung
- 33
- Aussparung
- 34
- Innenumfangsfläche
- 35
- Durchbrechung
- 36
- Gewindebohrung
- 37
- Gleitlagerfläche
- 38
- Absatz
- 39
- Ringnut
