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Die Erfindung betrifft ein insbesondere für die Verwendung in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller geeignetes Wellgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein gattungsgemäßes Wellgetriebe ist beispielsweise aus der
DE 10 2016 217 051 A1 bekannt. Dieses als Stellgetriebe in einem Nockenwellenversteller verwendbare Wellgetriebe umfasst ein Antriebsrad, ein Verstellelement in Form eines Lagerinnenrings, sowie ein Abtriebselement, welches zur Verbindung mit einer Nockenwelle vorgesehen ist. Das Antriebsrad ist in diesem Fall mittels einer Gleitlagerung auf der Nockenwelle gelagert.
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Ein weiteres Wellgetriebe prinzipiell gleicher Bauart ist in der
DE 10 2016 219 076 A1 offenbart. Auch dieses Wellgetriebe arbeitet mit einem flexiblen, außenverzahnten Getriebebauteil, das heißt einem Flexring. Die Außenverzahnung des Flexrings kämmt mit der Innenverzahnung eines Antriebsrades sowie mit der Innenverzahnung eines als Hohlrad gestalteten Abtriebsrades. Zusätzlich zum Flexring weist im Fall der
DE 10 2016 219 076 A1 auch das Abtriebsrad elastische Eigenschaften auf.
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Ein in der
DE 10 2016 201 536 A1 beschriebenes Wellgetriebe weist einen Flexring auf, welcher im Vergleich zu den beiden eingangs genannten Fällen dadurch modifiziert ist, dass er eine außenseitige, ringförmig umlaufende Verstärkung aufweist.
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Bei einem in der
DE 10 2015 223 419 A1 offenbarten Wellgetriebe weist nicht der Flexring, sondern ein den Flexring kontaktierender, nachgiebiger Wälzlageraußenring eine modifizierte Form auf. Die Modifikation ist hierbei in Form einer außenseitigen Materialschwächung des Außenrings gegeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickeltes Wellgetriebe anzugeben, welches sich durch einen besonders kompakten, montagefreundlichen Aufbau sowie geringe Massenträgheitsmomente auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Wellgetriebe umfasst in an sich bekanntem Grundaufbau ein Gehäuseelement, ein mit diesem drehfest verbundenes, mit einer Innenverzahnung versehenes Antriebselement, ein elastisches, außenverzahntes Getriebeelement, sowie ein innenverzahntes Abtriebselement.
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Erfindungsgemäß weist das Antriebselement Formschlusselemente auf, mit welchen es mit dem Gehäuseelement verbunden ist. Der als „Gehäuseelement“ bezeichnete Bestandteil des Wellgetriebes impliziert nicht zwangsläufig, dass das Wellgetriebe ein geschlossenes Gehäuse aufweist. Je nach Anwendungsbereich des Wellgetriebes kann es sich bei dem Gehäuseelement um ein rotierendes oder ein nicht rotierendes Element handeln. Bei Verwendung des Wellgetriebes in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller ist das Gehäuseelement typischerweise als rotierendes Element vorgesehen. Wird das Wellgetriebe dagegen in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors eingesetzt, so ist das Gehäuseelement typischerweise drehfest mit einer nicht rotierenden Umgebungskonstruktion verbunden oder integraler Bestandteil dieser Umgebungskonstruktion.
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In jedem Fall sind dadurch, dass zwischen dem Antriebselement und dem Gehäuseelement ein Formschluss hergestellt ist, gesonderte Verbindungselemente, etwa Schrauben, Sicherungsringe oder Klammern, welche das Antriebselement am Gehäuseelement halten, entbehrlich. Die ohne Zusatzelemente hergestellt Formschlussverbindung zwischen dem Antriebselement und dem Gehäuseelement erlaubt die Übertragung von Kräften und Momenten zwischen dem Antriebselement und dem Gehäuseelement.
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In bevorzugter Ausgestaltung sind die Formschlusselemente als Stecklaschen ausgebildet, welche durch Öffnungen im Gehäuseelement durchgesteckt sind. Die Stecklaschen erstrecken sich im Wesentlichen in Axialrichtung des Antriebselementes, das heißt parallel zur Mittelachse des Wellgetriebes. Die Anzahl der Stecklaschen unterliegt keinen theoretischen Beschränkungen. Vorzugsweise sind mindestens drei Stecklaschen sowie korrespondierende Öffnungen im Gehäuseelement vorhanden. Auch eine höhere Zahl an Stecklaschen, beispielsweise sechs oder acht Laschen, kann gegeben sein.
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Eine geringe Zahl an Stecklaschen, insbesondere eine Ausführung mit genau drei Stecklaschen, hat den Vorteil, dass sich die Stecklaschen zur Bildung von in Umfangsrichtung wirksamen Anschlagkonturen eignen, welche mit Anschlagkonturen, die durch das Abtriebselement gebildet sind, zusammenwirken. Im Fall der Verwendung des Wellgetriebes als Stellgetriebe eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers wird durch die Anschlagkonturen der Verstellbereich des Nockenwellenverstellers begrenzt.
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Die Anschlagskonturen auf Seiten des Abtriebselementes sind in bevorzugter Ausgestaltung durch radial nach außen gerichtete Flügel des Abtriebselementes gebildet. Die in Umfangsrichtung gemessene Breite eines jeden Flügels weicht von der in derselben Richtung gemessenen Breite einer jeden Stecklasche beispielsweise um nicht mehr als 50 % ab.
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Das Abtriebselement ist innerhalb des Wellgetriebes vorzugsweise gleitgelagert. Hierbei weist das Abtriebselement zwei Axiallagerflächen auf, mit welchen es einerseits gegenüber dem Antriebselement und andererseits gegenüber dem Gehäuseelement gelagert ist. In besonders bevorzugter Weise ist die das Abtriebselement gegenüber dem Gehäuseelement lagernde Axiallagerfläche durch die genannten Flügel gebildet.
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Darüber kann das Abtriebselement auch eine gegenüber dem Gehäuseelement wirksame Radiallagerfläche aufweisen, welche vorzugsweise auf der dem Antriebselement abgewandten Seite der Flügel, welche voneinander getrennte Segmente eines Flansches beschreiben, angeordnet ist. In besonders raumsparender Gestaltung greifen die Flügel in einen ringförmigen Absatz an einer Innenumfangsfläche des Gehäuseelementes ein.
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Unabhängig davon, ob die Formschlusselementes des Antriebselements in Öffnungen des Gehäuseelementes eingreifen, welche einen geschlossenen Rand aufweisen, das heißt als Bohrungen, insbesondere in Form von Schlitzen, gestaltet sind, oder mit sonstigen Haltekonturen des Gehäuseelementes zusammenwirken, weist beim fertig montierten Wellgetriebe vorzugsweise jedes Formschlusselement einen umgeformten Endabschnitt auf. Dieser Endabschnitt kann beispielsweise durch Biegen, Verstemmen oder Bördeln seine endgültige Form erhalten. In jedem Fall ist durch die Umformung die Mehrzahl an Formschlusselementen und damit das gesamte Antriebselement spielfrei am Gehäuseelement gehalten. Die Spielfreiheit bezieht sich hierbei zumindest auf die Tangentialrichtung des Antriebselements. Vorzugsweise ist eine in jeglicher Richtung spielfreie Verbindung zwischen dem Antriebselement und dem Gehäuseelement gegeben. Hierbei kann in derjenigen Richtung, in der das Antriebselement in das Gehäuseelement eingesteckt wird, ein Formschluss durch einen Absatz an jeder Stecklasche gegeben sein, wobei der Absatz unmittelbar am Gehäuseelement anschlägt. In der entgegengesetzten Axialrichtung wird dagegen der auch in Axialrichtung wirksame Formschluss erst durch die Umformung der Endabschnitte der Formschlusselemente erzeugt. Prinzipiell sind auch andere Verbindungstechnologien, wie Clips- oder Schnappverbindungen, zwischen dem Antriebselement und dem Gehäuseelement denkbar.
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Das Gehäuseelement des Wellgetriebes kann als Getriebeelement eines Umschlingungsgetriebes, insbesondere als Kettenrad oder Riemenrad, ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, ein Kettenrad oder Riemenrad als gesondertes Element mit dem Gehäuseelement zu verbinden.
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Das Wellgetriebe ist nicht nur für Anwendungen in der Kraftfahrzeugtechnik, sondern auch als Stellgetriebe in industriellen Anwendungen, beispielsweise innerhalb einer Werkzeugmaschine oder eines Industrieroboters, geeignet.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein Wellgetriebe in einer Schnittdarstellung,
- 2 das Wellgetriebe in einer stirnseitigen Ansicht,
- 3 ein Detail des Wellgetriebes in geschnittener Darstellung,
- 4 ein Antriebselement des Wellgetriebes,
- 5 ein Detail des Wellgetriebes in perspektivischer Ansicht.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wellgetriebe ist zur Verwendung in einem nicht weiter dargestellten elektromechanischen Nockenwellenversteller eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Wellgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Das Wellgetriebe 1 umfasst ein Gehäuseelement 2, welches im Ausführungsbeispiel einstückig mit einem Kettenrad 3, welches über die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben wird, ausgebildet ist. Weiter umfasst das Wellgetriebe 1 ein Antriebshohlrad 4, welches allgemein als Antriebselement bezeichnet wird und in nachstehend noch näher erläuterter Weise fest mit dem Gehäuseelement 2 verbunden ist. Neben dem Antriebshohlrad 4 ist ein Abtriebselement in Form ein Abtriebshohlrades 5 im Gehäuseelement 2 schwenkbar gelagert, wobei sich das Antriebshohlrad 4 und das Abtriebshohlrad 5 - in Axialrichtung der Hohlräder 4, 5 betrachtet - überlappen.
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In dem durch das Antriebshohlrad 4 und das Abtriebshohlrad 5 gebildeten Hohlraum befindet sich ein Wellgenerator 6, welcher ein Kugellager als Wälzlager 7 aufweist. Das Wälzlager 7 umfasst einen Innenring 8 mit einer nicht kreisrunden, elliptischen Außenkontur. In den Innenring 8 eingesetzte Bolzen 9 wirken mit einer nicht dargestellten Ausgleichskupplung zusammen. Über die Ausgleichskupplung wird der Innenring 8 durch einen ebenfalls nicht dargestellten Elektromotor angetrieben. Insgesamt handelt es sich bei dem Wellgetriebe 1 um ein Dreiwellengetriebe, wobei die drei Wellen durch das drehbare Gehäuseelement 2, das Abtriebshohlrad 5, sowie den elektrisch angetriebenen Innenring 8 gegeben sind.
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Auf der nicht kreisrund konturierten Laufbahn des Innenrings 8 rollen Kugeln 10 ab, die in einem Käfig 11 geführt sind. Der zugehörige, mit 12 bezeichnete Außenring des Wälzlagers 7 ist im Unterschied zum Innenring 8 als dünnwandiges, nachgiebiges Teil gestaltet und passt sich permanent der unrunden Form des Innenrings 8 an. Hierdurch wird eine Außenverzahnung 13 eines Flexrings 34, welcher den Außenring 12 umgibt, ohne mit diesem fest verbunden zu sein, partiell mit einer Innenverzahnung 14 des Antriebshohlrades 4 sowie mit einer Innenverzahnung 18 des Abtriebshohlrades 5 in Eingriff gebracht. Die Zähnezahl der Innenverzahnung 14 stimmt mit der Zähnezahl der Außenverzahnung 13 überein. Somit bleibt der Flexring 34, welcher allgemein als flexibles Getriebeelement bezeichnet wird, stets in unveränderter Winkellage relativ zum Antriebshohlrad 4. Dementsprechend wird die Verzahnungspaarung 13, 14 als Kupplungsstufe des Wellgetriebes 1 bezeichnet. Dagegen weicht die Anzahl der Zähne der Innenverzahnung 18 geringfügig, nämlich um zwei, von der Zähnezahl der Au-ßenverzahnung 13 ab. Dies bewirkt, dass eine volle Umdrehung des Innenrings 8 in Relation zum Gehäuseelement 2 in eine geringe Verschwenkung zwischen dem Gehäuseelement 2 und dem Abtriebshohlrad 5 umgesetzt wird. Im vorliegenden Fall ist das Wellgetriebe 1 als sogenanntes Plusgetriebe, auch als Getriebe mit positiver Übersetzung bezeichnet, ausgelegt. Dies bedeutet, dass das Abtriebshohlrad 5 in gleicher Richtung wie der Innenring 8 dreht. Alternativ ist auch eine Gestaltung des Wellgetriebes 1 als Minusgetriebe, das heißt als Getriebe mit negativer Übersetzung, möglich.
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Die Innenverzahnung 14 befindet sich an einem zylindrischen Abschnitt 15 des Antriebshohlrades 4. Der zylindrische Abschnitt 15 geht an einer Stirnseite des Wellgetriebes 1 in einen radial nach innen gerichteten Innenbord 16 über. Durch den Innenbord 16 ist ein Axialanschlag gegenüber dem Außenring 12 und damit dem gesamten Wellgenerator 6 gebildet. Auf der dem Innenbord 16 gegenüber liegenden Stirnseite des Antriebshohlrades 4 weist dieses einen Außenbord 17 auf, welcher die Beweglichkeit des Abtriebshohlrades 5 in Axialrichtung begrenzt. Hierbei liegt eine ringförmige, durch das Abtriebshohlrad 5 gebildete Axiallagerfläche 24 an dem radial nach außen gerichteten Außenbord 17 an. Die Axiallagerfläche 24 begrenzt einen zylindrischen Abschnitt 19 des in der Art eines flachen Topfes geformten Abtriebshohlrades 5. Der zylindrische Abschnitt 19 geht auf seiner der Axiallagerfläche 24 abgewandten Seite in einen nicht geschlossenen Boden 20 über, welcher in einer zur Mittelachse der Hohlräder 4, 5 und damit auch zur Rotationsachse der zu verstellenden Nockenwelle normalen Ebene liegt. Der Boden 20 geht an seinem inneren Rand in einen Zapfen 21 über, welcher zur Seite der zu verstellenden Nockenwelle hin aus dem Boden 20 herausragt. Die durch den hohlen Zapfen 21 begrenzte Öffnung ist mit 33 bezeichnet. Durch die Öffnung 33 ist eine nicht dargestellte Zentralschraube gesteckt, mit welcher das Abtriebshohlrad 5 an der Nockenwelle festgeschraubt ist.
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Vom zylindrischen Abschnitt 19 des Abtriebshohlrades 5 gehen drei gleichmäßig, das heißt in 120°-Abständen, am Umfang verteilte Flügel 22 aus, welche als einzelne Segmente eines radial nach außen gerichteten, unvollständigen Flansches zu verstehen sind. Durch jeden Flügel 22 ist eine Axiallagerfläche 23 bereitgestellt, welche im Bereich eines ringförmigen Absatzes 32 am Gehäuseelement 2 anliegt. Somit ist das Abtriebshohlrad 5 in beiden Axialrichtungen durch die Axiallagerflächen 23, 24 innerhalb der aus dem Gehäuseelement 2 und dem Antriebshohlrad 4 gebildeten Baueinheit abgestützt. Eine radiale Abstützung ist durch eine Radiallagerfläche 25 gegeben, welche sich in einem Bereich des zylindrischen Abschnitts 19 zwischen dem Flügel 22 und dem Boden 20 befindet. Somit ist das Abtriebshohlrad 5, abgesehen von eventuellem Lagerspiel, gegenüber dem Gehäuseelement 2 weder in radialer noch in axialer Richtung verlagerbar.
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Im Gehäuseelement 2 befinden sich drei schlitzförmige Öffnungen 26, durch die jeweils eine Stecklasche 27 geführt ist, welche integraler Bestandteil des Antriebshohlrads 4 ist. Die Stecklaschen 27 sind im Wesentlichen in Axialrichtung des Antriebshohlrades 4 ausrichtet. Hierbei schließt an den Außenbord 17 ein kurzer, radial nach außen gerichteter Abschnitt an, welcher in einen längeren, axial ausgerichteten Abschnitt der Stecklasche 27 übergeht. Die Stecklasche 27, welche allgemein als Formschlusselement bezeichnet wird, hat damit insgesamt eine Winkelform. An jeder Stecklasche 27 ist ein Absatz 28 erkennbar, welcher beim zusammengebauten Wellgetriebe 1 am Rand jeweils einer Öffnung 26 am Gehäuseelement 2 anschlägt.
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Der aus der Öffnung 26 herausragende Abschnitt jeder Stecklasche 27 wird als Endabschnitt 29 bezeichnet. Nach dem Zusammenstecken von Antriebshohlrad 4 und Gehäuseelement 2 wird der Endabschnitt 29 soweit umgeformt, im vorliegenden Fall radial nach außen, dass ein Herausziehen des Antriebshohlrades 4 aus dem Gehäuseelement 2 formschlüssig verhindert ist. Darüber hinaus bewirkt die Umformung des Endabschnitts 29, welche im Zuge der Fertigung des Wellgetriebes 1 vorzunehmen ist, auch in Umfangsrichtung eine spielfreie Verbindung zwischen dem Antriebshohlrad 4 und dem Gehäuseelement 2.
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Die Stecklaschen 27 sind nicht nur zur dauerhaft festen Verbindung zwischen dem Antriebshohlrad 4 und dem Gehäuseelement 2 ausgebildet, sondern auch als in Umfangsrichtung gegenüber dem Abtriebshohlrad 5 wirksame Begrenzungselemente. Mit 30 sind Umfangsanschlagsflächen der Stecklaschen 27 bezeichnet. An den Umfangsanschlagsflächen 30 können Umfangsanschlagsflächen 31, welche durch jeden Flügel 22 bereitgestellt sind, anschlagen. Beide Umfangsanschlagsflächen 30, 31 ragen in den ringförmigen Absatz 32 an der Innenumfangsfläche des Gehäuseelementes 2 hinein. Insgesamt ist damit eine Verdrehwinkelbegrenzung des Wellgetriebes 1 ohne zusätzlichen Bauraumbedarf des Wellgetriebes 1 in Axialrichtung realisiert. Das Wellgetriebe 1 ist damit im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen besonders schmal gebaut. Durch den Entfall von Befestigungsmitteln, etwa Schrauben, zur Verbindung des Antriebshohlrades 4 mit dem Gehäuseelement 2 ist zudem die Teileanzahl des Wellgetriebes 1 signifikant reduziert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Gehäuseelement
- 3
- Kettenrad
- 4
- Antriebshohlrad
- 5
- Abtriebshohlrad
- 6
- Wellgenerator
- 7
- Wälzlager
- 8
- Innenring
- 9
- Bolzen
- 10
- Kugel
- 11
- Käfig
- 12
- Außenring
- 13
- Außenverzahnung
- 14
- Innenverzahnung des Antriebshohlrades
- 15
- zylindrischer Abschnitt
- 16
- Innenbord
- 17
- Außenbord
- 18
- Innenverzahnung des Abtriebshohlrades
- 19
- zylindrischer Abschnitt
- 20
- Boden
- 21
- Zapfen
- 22
- Flügel
- 23
- Axiallagerfläche
- 24
- Axiallagerfläche
- 25
- Radiallagerfläche
- 26
- Öffnung im Gehäuseelement
- 27
- Stecklasche, Formschlusselement
- 28
- Absatz an der Stecklasche
- 29
- Endabschnitt der Stecklasche
- 30
- Umfangsanschlagsfläche der Stecklasche
- 31
- Umfangsanschlagsfläche des Flügels
- 32
- ringförmiger Absatz
- 33
- zentrale Öffnung im Abtriebselement
- 34
- flexibles Getriebeelement, Flexring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016217051 A1 [0002]
- DE 102016219076 A1 [0003]
- DE 102016201536 A1 [0004]
- DE 102015223419 A1 [0005]
