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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Aus
DE 10 2016 216 594 B3 ist ein elektrischer Nockenwellenversteller mit einem Stellgetriebe mit einem Wellgenerator mit einem Innenring bekannt, der über eine Ausgleichskupplung von einem Elektromotor antreibbar ist. Eine Drehfeder ist zwischen dem Innenring und einem Antriebselement wirkend angeordnet, das von einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors antreibbar ist. Alternativ kann die Drehfeder auch zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement, insbesondere einem Abtriebsflansch, zur Verbindung mit der Nockenwelle angeordnet sein. Die Ausgestaltung im ersten Fall erfordert die Auslegung der Drehfeder für eine große Winkelverstellung. Im zweiten Fall muss die Drehfeder ein großes Moment im Verstellwinkel ermöglichen. In beiden Ausgestaltungsvarianten bedarf es zusätzlicher Bauteile zu Befestigung und Lagerung der Drehfeder.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wellgetriebe der vorgenannten Art im Aufbau zu vereinfachen und kostengünstig zu gestalten.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es wird ein Wellgetriebe zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Das Wellgetriebe weist einen elastisch verformbaren Zahnring und einen zur elastischen Verformung desselben angeordneten Wellgenerator mit einem Innenring auf, wobei zwischen letzterem und dem Zahnring wirkend angeordnete Rückstellfedermittel vorgesehen sind. Da dabei erfindungsgemäß die Rückstellfedermittel in den Innenring integriert sind, können zusätzliche Bauteile zur Befestigung und Lagerung der Rückstellfedermittel vermieden und Aufbau und Montage des Wellgetriebes vereinfacht werden.
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Die Rückstellfedermittel sind auf einfache Weise in den Innenring integrierbar, wenn sie in einem Aufnahmeraum im Innern des Innenrings zumindest teilweise von diesem umschlossen angeordnet und zugleich in diesem geführt sind.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Zahnring als sogenannter Flextopf ausgeführt. Hierzu ist er abtriebsseitig topfförmig nach radial innen eingezogen und bildet einen zentralen axialen Befestigungsabschnitt zur drehfesten Befestigung mit einer Abtriebswelle, insbesondere einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Rückstellfedermittel als Spiralfeder koaxial in einem als Ringraum gebildeten Aufnahmeraum am Innenring angeordnet sind. Hierbei können sie mit dem Außendurchmesser am Innendurchmesser einer den Aufnahmeraum radial außen begrenzenden radialen Innenwand geführt sein. Zugleich ist eine Führung der Rückstellfedermittel mit den axialen Seiten an den Aufnahmeraum axial begrenzenden Seitenwänden im Innenring möglich.
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Die Rückstellfedermittel sind vorzugsweise mit einem ersten Federende in einer ersten Federeinhängung am Innenring und mit einem zweiten Federende in einer zweiten Federeinhängung am Zahnring drehfest angebunden.
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Die Federeinhängungen an Innenring und Zahnring können jeweils als einfache Bohrung ausgeführt sein, in die das jeweilige Federende formschlüssig drehfest eingesteckt ist. Die Bohrungen sind vorzugsweise als axiale Sacklochbohrungen ausgebildet. Am Innenring kann alternativ eine axiale Durchgangsbohrung als Federeinhängung vorgesehen sein.
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Die erste Federeinhängung ist vorzugsweise an einer den Aufnahmeraum antriebsseitig begrenzenden axialen Seitenwand im Innenring ausgeführt.
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Zur Federeinhängung am Zahnring ist das zweite Federende bevorzugt an einer axialen Durchgangsöffnung an einer den Aufnahmeraum abtriebsseitig begrenzenden axialen Seitenwand des Innenrings hindurchgeführt. Hierbei kann die axiale Durchgangsöffnung als zentrale Durchgangsöffnung am Innenring, die zugleich der Montage dient, ausgeführt sein. Denkbar ist aber auch, zur Durchführung des zweiten Federendes eine zu einer zentralen Durchgangsöffnung separate axiale Durchgangsbohrung am Innenring vorzusehen. Es ist dabei weiterhin besonders vorteilhaft, wenn radial innen das zweite Federende zumindest zweifach eingehängt ist. Dadurch können die als Spiralfeder ausgeführten Rückstellfedermittel zur Montage aufgerollt werden.
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Die zweite Federeinhängung kann auf einfache Weise als axiale Bohrung am Befestigungsabschnitt des Zahnrings ausgeführt sein, in die das zweite Federende formschlüssig drehfest eingesteckt ist.
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Vorzugsweise ist dabei der Zahnring mit dem Befestigungsabschnitt über eine Zentralschraube in einem axialen Klemmverband mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine drehfest zur Übertragung eines Drehmoments verbunden.
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Der Innenring kann durch Umformen aus Blech besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden.
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Figurenliste
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- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Die einzige Figur zeigt in einer geschnittenen Teilansicht ein erfindungsgemäßes Wellgetriebe zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das beispielhaft dargestellte erfindungsgemäße Wellgetriebe zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine weist einen elastisch verformbaren Zahnring 3 mit einer Außenverzahnung 15, einen sogenannten Flexring, und einen zur elastischen Verformung des Zahnrings 3 angeordneten Wellgenerator 1 mit einem Innenring 2 auf. Der Zahnring 3 ist als sogenannter Flextopf am abtriebsseitigen axialen Ende topfförmig nach radial innen eingezogen. Der Wellgenerator 1 ist mit einem nicht dargestellten Stellantrieb, insbesondere einem Elektromotor, verbindbar. Ein stellantriebsseitig eingeleitetes Verstellmoment ist über das Wellgetriebe mit dem Zahnring 3 auf eine Nockenwelle 18 der Brennkraftmaschine übertragbar und eine Phasenverstellung derselben gegenüber einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erreichbar. Hierbei sind zwischen dem Innenring 2 und dem Zahnring 3 wirkende Rückstellfedermittel 4 angeordnet. Diese dienen als Drehfedermittel dazu, wenn der Elektromotor unbestromt ist, beispielsweise durch einen Defekt an der elektrischen Kontaktierung, das Wellgetriebe in eine Vorzugsposition mit einem bestimmten Verstellwinkel vorzugsweise in eine Früh- oder Spätposition der Ventilsteuerzeiten zu überführen.
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Die Rückstellfedermittel 4 sind in den Innenring 2 integriert. Hierzu sind sie in einem Aufnahmeraum 5 im Innern des Innenrings 2 angeordnet. Der Aufnahmeraum 5 wird radial außen durch eine ringförmig umlaufende radiale Innenwand 6 am Innenring 2 und radial innen durch eine zentrale axiale Durchgangsöffnung 7 am Innenring 2 begrenzt. Axial parallel gegenüberliegende innere Seitenwände 8, 9 begrenzen den Aufnahmeraum 5 in axialer Richtung. Der Aufnahmeraum 5 ist auf diese Weise als Ringraum ausgebildet, in den die als Spiralfeder ausgeführten Rückstellfedermittel 4 koaxial angeordnet sind. Diese sind mit dem Außendurchmesser am Innendurchmesser der radialen Innenwand 6 des Innenrings 2 und mit den axialen Seiten an den inneren Seitenwänden 8, 9 des Innenrings 2 geführt.
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Die Rückstellfedermittel 4 sind radial außen mit einem ersten Federende 10 in einer ersten Federeinhängung 11 an einer antriebsseitigen Seitenwand 8 des Innenrings 2 und radial innen mit einem zweiten Federende 12 abtriebsseitig am Innenring 2 durch die Durchgangsöffnung 7 axial hindurchgeführt und in einer zweiten Federeinhängung 13 am Zahnring 3 drehfest angebunden. Hierbei dient die zentrale axiale Durchgangsöffnung 7 zur Montage einer Zentralschraube 14. Alternativ kann das zweite Federende 12 auch durch eine separat zur Durchgangsöffnung 7 ausgebildete axiale Durchgangsbohrung an der abtriebsseitigen Seitenwand 9 am Innenring 2 hindurchgeführt sein.
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Die erste Federeinhängung 11 ist an der antriebsseitigen Seitenwand 8 des Innenrings 2 als axiale Sacklochbohrung ausgebildet, in die das erste Federende 10 formschlüssig drehfest eingesteckt ist. Alternativ kann die erste Federeinhängung 10 als axiale Durchgangsbohrung an der antriebsseitigen Seitenwand 8 ausgeführt sein.
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Der Zahnring 3 ist als sogenannter Flextopf elastisch verformbar ausgeführt und am abtriebsseitigen axialen Ende topfförmig nach radial innen eingezogen. Er bildet dort einen zentralen ringförmigen axialen Befestigungsabschnitt 16, der eine vergrößerte Wandstärke aufweist und radial innen durch eine zentrale axiale Durchgangsöffnung 17 begrenzt ist. Der Befestigungsabschnitt 16 weist eine zentrale ringförmige axiale Klemmfläche 18 auf, an der eine Zentralschraube 14 mit dem Schraubenkopf angreift. Über die Zentralschraube 14 ist der Zahnring 3 in einem axialen Klemmverband mit einem Abtriebselement 19 mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine drehfest zur Übertragung eines Drehmoments verbunden. Das Abtriebselement 19 die hier zur Abstützung und hat Radiallagerfunktion. Alternativ können im Klemmverband zur Anbindung an die Nockenwelle auch ein oder mehrere Zwischenelemente vorgesehen sein. Die zweite Federeinhängung 13 wird durch eine axiale Sacklochbohrung am zentralen Befestigungsabschnitt 16 des Zahnrings 3 gebildet, in die das zweite Federende 12 formschlüssig drehfest eingesteckt ist.
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Der Wellgenerator 1 besteht aus einem unrund ovalen, vorzugsweise elliptischen Innenring 2 und einem über Wälzkörper 20, hier Kugeln, auf diesem gelagerten flexiblen Außenring 21, der am Außenumfang den flexiblen Zahnring 3 mit der Außenverzahnung 15 trägt. Der Wellgenerator 1 und der flexible Zahnring 3 bilden eine sogenannte Verstellwelle, über die ein vom Stellantrieb erzeugtes Verstellmoment übertragbar ist. Vorzugsweise steht dabei der flexible Zahnring 3 mit der Außenverzahnung 15 in drehfestem Eingriff mit einer Innenverzahnung eines nicht dargestellten von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antreibbaren Antriebselements. Der Wellgenerator 1 ist durch den elektrischen Stellantrieb mit einem Verstellmoment antreibbar. Durch die leicht unrund ovale, insbesondere elliptische Form des Innenrings 4 gelangt hierbei der Zahnring 3 nur an diskreten, insbesondere an zwei gegenüberliegenden, Eingriffsstellen mit wenigen Zähnen in Eingriff mit der Innenverzahnung des Antriebselements. Hierbei wird eine Drehwinkelverstellung des flexiblen Zahnrings 3 gegenüber dem Antriebselement erreicht. Dadurch kann über den Zahnring 3 ein Verstellmoment auf eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine mit großer Untersetzung übertragen werden. Auf diese Weise ist am Wellgetriebe ein Abtrieb mit großer Untersetzung und eine Drehwinkelverstellung und damit eine entsprechende Phasenlage der Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erreichbar. Die Steuerzeiten der durch die Nockenwelle ansteuerbaren Gaswechselventile der Brennkraftmaschine können so variabel eingestellt werden. Das erfindungsgemäße Wellgetriebe ist auf diese Weise als Nockenwellenverstellgetriebe in einem elektrischen Nockenwellenversteller verwendbar. Der Wellgenerator 1, der flexible Zahnring 3, das Abtriebselement 19 und die Nockenwelle sind koaxial zu einer Mittelachse 22 angeordnet, die zugleich eine Drehachse bildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgenerator
- 2
- Innenring
- 3
- Zahnring
- 4
- Rückstellfedermittel
- 5
- Aufnahmeraum
- 6
- Innenwand
- 7
- Durchgangsöffnung
- 8
- Seitenwand
- 9
- Seitenwand
- 10
- Federende
- 11
- Federeinhängung
- 12
- Federende
- 13
- Federeinhängung
- 14
- Zentralschraube
- 15
- Außenverzahnung
- 16
- Befestigungsabschnitt
- 17
- Durchgangsöffnung
- 18
- Klemmfläche
- 19
- Abtriebselement
- 20
- Wälzkörper
- 21
- Außenring
- 22
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016216594 B3 [0002]
