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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe für einen elektrischen Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung in einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Aus
DE 10 2016 216 820 A1 ist ein Wellgetriebe als Teil eines elektrischen Nockenwellenverstellers beschrieben. Das Wellgetriebe weist ein von einer Kurbelwelle antreibbares Antriebsrad auf, das mit einem flexiblen außenverzahnten Getriebeelement festverbunden ist, das im Betrieb im Bereich der Außenverzahnung verformbar ist. An der Verbindungsstelle zwischen dem flexiblen Getriebeelement und Antriebsrad wird im Betrieb die Verformung bei flexiblem Zahneingriff des Getriebeelements durch die feste Verbindung behindert. Die Behinderung der Verformung in radialer und axialer Richtung führt zu einer Spannungserhöhung im besagten Getriebeelement.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wellgetriebe der vorgenannten Art vorzuschlagen, bei dem die angegebenen Nachteile vermieden werden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Vorgeschlagen wird ein Wellgetriebe für einen elektrischen Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung in einer Brennkraftmaschine mit einem Antriebsrad und einem flexiblen Zahnring. Erfindungsgemäß ist dieser über mehrere Toleranzausgleichselemente mit Spiel in radialer und axialer Richtung sowie in Umfangsrichtung mit formschlüssiger Verbindung zur Drehmomentübertragung am Antriebsrad befestigt. Auf diese Weise werden eine schwimmende Lagerung des flexiblen Zahnrings und Verformung desselben in axialer und radialer Richtung und gleichzeitig eine Drehmomentübertragung ermöglicht. Dadurch ist eine Reduzierung der Spannungen in demselben und eine bessere Ausnutzung des Bauraums erreichbar. Die schwimmende Lagerung der Kragenhülse wird mittels der Toleranzausgleichselemente hergestellt, die ein gleichzeitiges Tragen mehrerer Formschlussstellen mit deutlich geringerem fertigungstechnischem Aufwand ermöglichen. Denkbar ist auch, dass das Antriebsrad drehfest mit einem Gehäuse verbunden ist, wobei der Zahnring in erfindungsgemäßer Weise in axialer und radialer Richtung über Toleranzausgleichselemente entkoppelt und in Umfangsrichtung formschlüssig zur Drehmomentübertragung am Gehäuse befestigt ist.
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Die Erfindung ist weiterhin besonders vorteilhaft in Getrieben mit flexiblem Zahneingriff einsetzbar, wobei ein flexibles Getriebeelemente mit reduzierter Steifigkeit gegen insbesondere elliptische Verformung an einem Antriebsrad als Antriebswelle befestigt wird. Das erfindungsgemäße Wellgetriebe ist sowohl in einem elektrischen Nockenwellenversteller als auch in einer Aktorik zur variablen Einstellung der Kompression in einer Brennkraftmaschine verwendbar.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 eine geschnittene Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wellgetriebes in einem elektrischen Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung in einer Brennkraftmaschine,
- 2 einen flexiblen Zahnring des Wellgetriebes in einer Einzelansicht,
- 3 ein erfindungsgemäßes Toleranzausgleichselement des Wellgetriebes in einer Einzelansicht,
- 4 eine Explosivdarstellung des Wellgetriebes im Nockenwellenversteller.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 und 4 zeigen ein erfindungsgemäßes Wellgetriebe für einen elektrischen Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung in einer Brennkraftmaschine. Ein Antriebsrad 1 des Nockenwellenverstellers, das von einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antreibbar ist, bildet eine Antriebswelle des Wellgetriebes 2. Das Antriebsrad 1 ist beispielhaft als Kettenrad eines Kettentriebs ausgeführt, über den es mit einer Kurbelwelle zur Übertragung eines Drehmoments verbindbar ist. Denkbar ist auch, das Antriebsrad 1 als Riemenrad eines, insbesondere trocken laufenden, Riementriebs zur Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle auszuführen. Das Antriebsrad 1 umschließt ein koaxial angeordnetes Wellgetriebe 2 radial außen gehäuseartig. Dieses weist ein flexibles Getriebeelement mit flexiblen Zahneigriff, hier ein Zahnring 3 mit einem flexiblen zylindrischen Abschnitt mit einer Außenverzahnung 14 zum flexiblen Zahneigriff, auf. Der flexible Zahnring 3 ist in 2 in einer Einzelansicht dargestellt. An einem axialen Ende ist der Zahnring 3 mit einem am Außendurchmesser radial abstehenden Befestigungskragen 4 oder Flansch über axiale Schraubenverbindungen 5 mit dem Antriebsrad 1 zur Übertragung eines Drehmoments verbunden ist. Der Zahnring 3 bildet mit dem Befestigungskragen 4 eine sogenannte Kragenhülse die in einer Einzelansicht in 3 dargestellt ist. Der flexible Zahnring 3 ist auf einem sogenannten Wellgenerator 6 des Wellgetriebes 2, diesen ringförmig umfassend, abgestützt. Der Wellgenerator 6 wird hier durch ein Wälzlager mit einem flexiblen Außenring und einem unrund ovalen, insbesondere elliptischen, Innenring gebildet.
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Am Antriebsrad 1 ist ein stirnseitig axial vorstehender Flansch 7 zur Befestigung des Befestigungskragens 4 vorgesehen. Im Bereich der Schraubenverbindungen 5 sind am Befestigungskragen 4 des Zahnrings 3 mehrere zylindrische Durchgangslöcher 8, vorzugsweise mindestens drei derselben, vorgesehen. In diese sind, bevorzugt gehärtete, Toleranzausgleichselemente 9 mittels Spielpassung eingelegt. Die Toleranzausgleichselemente 9 sind jeweils als kreisrunder Ring ausgeführt, an deren zentraler Durchgangsöffnung jeweils eine Schraube der Schraubenverbindungen 5 axial hindurchgeführt ist. Ein als Ring ausgeführtes Toleranzausgleichselement 9 ist in 3 dargestellt.
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Die Toleranzausgleichselemente 9 stehen an den Außenseiten der Durchgangslöcher 8 stirnseitig geringfügig axial über, so dass sich im Klemmverband der Schraubenverbindungen 5 mit den Toleranzausgleichselementen 9 und dem Antriebsrad 1 eine geringfügige axiale Freistellung S des Befestigungskragens 4 des Zahnrings 3 einstellt (1). Hierdurch wird eine Entkopplung des Zahnrings 3 in radialer und axialer Richtung erreicht und so eine Deformation desselben zum flexiblen Zahneingriff im Betrieb ermöglicht. Zugleich wird eine form- und/oder reibschlüssige Verbindung in Umfangsrichtung zur Drehmomentübertragung am Zahnring 3 ermöglicht. Auf diese Weise wird eine Reduzierung der Steifigkeit der Anbindung des flexiblen Zahnrings 3 an das Antriebsrad 1 und dadurch eine, insbesondere elliptische, Verformung des Zahnrings 3 zum flexiblen Zahneingriff ermöglicht.
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Es ist eine Relativbewegung zwischen Kragenhülse und den Toleranzausgleichselementen in axiale Richtung möglich, so dass die Verformung der Kragenhülse durch den Wellgenerator 6 nicht unterbunden wird. In Umfangsrichtung, d.h. Drehmomentübertragungsrichtung des Zahnrings 3 ist das Spiel zwischen den Durchgangslöchern 8 und Toleranzausgleichselementen 9 minimal, um ein möglichst geringes Verdrehspiel in der Anwendung zu erzielen. Optional kann in radiale Richtung ein größeres Spiel als ins tangentiale Richtung, beispielsweise über sich radial erstreckende Langlöcher am Befestigungskragen 4 des Zahnrings 3, vorgesehen sein.
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Ein koaxial angeordnetes Abtriebshohlrad 10 ist radial außen vom Antriebsrad 1 umfasst und bildet eine Abtriebswelle des Wellgetriebes 2. Bei dem dargestellten elektrischen Nockenwellenversteller ist die Lagerung der Antriebs- und Abtriebswelle des Wellgetriebes 2 durch ein Gleitlager zwischen Antriebsrad 1 und Abtriebshohlrad 10 realisiert. Hierbei ist das Antriebsrad 1 mit dem Innendurchmesser auf dem Außendurchmesser des Abtriebshohlrads 10 abgestützt. Die Toleranzausgleichselemente 9 können kraftschlüssig, wie hier beispielsweise durch die Schraubverbindungen 5, mit der Abtriebs- oder der Antriebswelle des Wellgetriebes verbunden sein. Im Klemmverband der Schraubenverbindungen 5 befinden sich außerdem zwei Einschränkungsabschnitte nämlich ein Deckel 11 und eine Scheibe 12. Dabei ist die axiale Freistellung S des Zahnrings 3 durch den Deckel 11 nach axial außen und durch die Scheibe 12 nach axial innen begrenzt.
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Am Inndurchmesser des Abtriebshohlrads 10 ist eine Innenverzahnung 13 vorgesehen, die der flexible Zahnring 3 mit einer Außenverzahnung 14 eingreift. Dabei zentriert sich der Zahnring 3 mit der Außenverzahnung 14 in der der Innenverzahnung 13 des Abtriebshohlrads 10. Durch diese beiden Lagerungen sind der Befestigungskragen 4 des Zahnrings 3 und der Flansch 7 des Antriebsrads 1 zueinander positioniert. Da alle Bauteile mit Fertigungstoleranzen behaftet sind, sind der Befestigungskragen 4 und der Flansch 7 immer zueinander versetzt angeordnet, wodurch eine direkte Verbindung beider und zu große Zwangskräfte vermieden werden. Alternativ kann viel Spiel vorgehalten werden, was aber in vielen Anwendungen nachteilig ist und zu einer ungleichen Lastverteilung auf alle Übertragungselemente führt, da nicht alle Stellen tragen, wodurch die Fähigkeit ein Drehmoment zu übertragen eingeschränkt wird.
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In der Erfindung wird der o.g. Versatz durch Spiel zwischen dem Innendurchmesser der Toleranzausgleichselemente 9 und dem Außendurchmesser der Schrauben der Schraubenverbindungen 5 ausgeglichen. So können sich bei der Montage die Bauteile spannungsfrei zueinander positionieren, ohne dass eine Zwangskraft entsteht. Nach dem Verschrauben ist es nicht mehr relevant, ob zwischen Schrauben der Schraubenverbindungen 5 und den Toleranzausgleichselementen 8 unterschiedliche Abstände vorliegen, da die Drehmomentübertragung zwischen Toleranzausgleichselementen 9 und Antriebswelle bzw. Antriebsrad 1 reibschlüssig übertragen wird.
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4 zeigt das Wellgetriebe in einem elektrischen Nockenwellenversteller in einer Explosivdarstellung. Der Deckel 11, der Zahnring 3 mit dem Befestigungskragen 4, der Wellgenerator 6, die Scheibe 12, das Antriebsrad 1 mit dem Flansch 7 und das Abtriebshohlrad 10. Im Bereich der Durchgangslöcher 8 am Befestigungskragen 4 des Zahnrings 3 ist die Einlage der Toleranzausgleichselemente 9 angedeutet. Am Deckel 11, an der Scheibe 12 und dem Flansch 7 des Antriebsrads 1 sind korrespondierend zu den Durchgangslöchern 8 am Befestigungskragen 4 Schraubenbohrungen ausgebildet, an denen die Schrauben der Schraubenverbindungen 5 hindurchgeführt bzw. eingreifen. Der Deckel 11, die Toleranzausgleichselemente 9, die Scheibe 11 und das Antriebsrad 1 befinden sich so im Klemmverband der Schraubenverbindungen 5 ( 1), während der Zahnring 3 mit dem Befestigungskragen 4 in Umfangsrichtung formschlüssig zur Drehmomentübertragung und zugleich in radialer und axialer Richtung entkoppelt angeordnet ist.
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Über einen nicht dargestellten elektrischen Antrieb ist ein Verstellmoment auf den Wellgenerator 6 des Wellgetriebes 2 übertragbar. Das Verstellmoment wird über den Befestigungskragen 4 am Antriebsrad 1 abgestützt und über die flexible Außenverzahnung 14 des Zahnrings 3 auf die Innenverzahnung 13 des Abtriebshohlrads 10 und von diesem auf eine Nockenwelle 15 oder ein mit dieser drehfest verbundenes Bauteil übertragen, wodurch die Nockenwelle 15 zur Einstellung der Ventilsteuerzeiten der Brennkraftmaschine verstellbar ist. Das Wellgetriebe 2 bildet auf diese Weise ein Verstellgetriebe des elektrischen Nockenwellenverstellers.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsrad
- 2
- Wellgetriebe
- 3
- Zahnring
- 4
- Befestigungskragen
- 5
- Schraubenverbindung
- 6
- Wellgenerator
- 7
- Flansch
- 8
- Durchgangsloch
- 9
- Toleranzausgleichselement
- 10
- Abtriebshohlrad
- 11
- Deckel
- 12
- Scheibe
- 13
- Innenverzahnung
- 14
- Außenverzahnung
- 15
- Nockenwelle
- S
- Freistellung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016216820 A1 [0002]
