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Die Erfindung betrifft ein als Stellgetriebe eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers verwendbares Wellgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiges Wellgetriebe ist beispielsweise aus der
DE 10 2016 218 927 A1 bekannt. Das bekannte Wellgetriebe umfasst ein als Kragenhülse ausgebildetes elastisches Getriebeelement, welches einen an einen Kragen, das heißt Flansch, anschließenden hülsenförmigen Abschnitt aufweist, an dessen Innenseite ein Absatz gebildet ist, der eine in Axialrichtung wirksame Sicherung gegenüber einem Außenring eines Wellgenerators darstellt.
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Aus der
EP 0 741 256 B1 ist ein für ein Wellgetriebe vorgesehenes nachgiebiges Verzahnungsbauteil bekannt, welches die Form einer Kragenhülse hat. Ein weiteres elastisches Getriebeelement eines Wellgetriebes ist zum Beispiel aus der
EP 0 514 829 B1 bekannt. Die in den genannten Dokumenten beschriebenen Wellgetriebe sollen als hochübersetzte Getriebe für den Einsatz in Robotern geeignet sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten weiterentwickeltes, für die Verwendung in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller geeignetes Wellgetriebe anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2.
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Das Wellgetriebe umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption ein Antriebsrad, eine mit diesem verbundene Kragenhülse, welche einen hülsenförmigen, das heißt im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt mit einer Außenverzahnung sowie einen radial nach außen gerichteten Flanschabschnitt aufweist, einen mit der Kragenhülse, das heißt dem elastischen Getriebeelement des Wellgetriebes, zusammenwirkenden, einen nachgiebigen Außenring aufweisenden Wellgenerator, sowie ein innenverzahntes Abtriebsrad, wobei über einen auf der Innenseite des hülsenförmigen Abschnitts der Kragenhülse angeordneten Axialanschlag eine Axialkraft zwischen dem Außenring und der Kragenhülse und damit auch dem Gehäuse des Wellgetriebes übertragbar ist.
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Der Axialanschlag ist unmittelbar durch die Kragenhülse gebildet, die gleichzeitig ein Sicherungselement bildet. Es hat sich gezeigt, dass eine eventuelle Materialschwächung der Kragenhülse, welche zur Halterung des gesonderten Sicherungselementes erforderlich ist, nicht erforderlich ist.
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Die Erfindung macht einen Deckel als axiales Sicherungselement entbehrlich. Damit steht radial innerhalb des Wellgetriebes mehr Bauraum zur Verfügung, und die gesamte Vorrichtung wird leichter. Die Erfindung macht dabei von der Erkenntnis Gebrauch, dass die durch die elliptischen Verformungen entstehenden Axialkräfte nicht so groß sind, dass eine Abstützung über die volle axiale Stirnfläche des Innenrings erforderlich ist. Vielmehr ist es ausreichend, wenn der Innenring nur partiell abgestützt ist. Dazu können ein oder mehrere Ringsegmente als Abstützelemente verwendet werden.
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Gemäß einer ersten möglichen Bauform ist der Axialanschlag durch eine Durchstellung gebildet. Die Durchstellung lässt sich in unaufwändiger Weise bei der Herstellung der aus Blech ausgebildeten Kragenhülse fertigen.
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Vorzugsweise wird die Durchstellung im gleichen Verfahrensschritt eingebracht wie die Verzahnung.
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Die Durchstellung kann als eine umlaufende Sicke ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Kragenhülse gleichmäßig belastet. Alternativ weist die Kragenhülse mehrere, einzelne, voneinander beabstandete Durchstellungen auf. Diese können kürzer ausfallen und sind vorteilhaft, weil sie der Deformierbarkeit der Kragenhülse weniger Widerstand entgegensetzen.
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In einer weiteren Ausbildungsform ist der Axialanschlag durch eine einteilig mit der Kragenhülse ausgebildete Lasche ausgebildet. Wie bei den Durchstellungen können auch mehrere Laschen vorgesehen sein. Die Laschen sind vorzugsweise aus dem Blech der Kragenhülse vorgestanzt und nach radial innen gebogen. Das Biegen kann auch nach der Montage des Wellgenerators erfolgen, so dass größere Freiheiten bei der Montage bestehen, da die Kragenhülse zuerst verbaut werden kann.
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Die Kragenhülse ist rationell durch spanlose Verfahren herstellbar. Hierbei wird von einem Blechrohling ausgegangen, welcher eine Kragenform mit einem Hülsenabschnitt und einem an diesen anschließenden, radial nach außen gerichteten Flansch beschreibt, wobei durch umformende Bearbeitung an der Außenumfangsfläche des Hülsenabschnitts eine Verzahnung und an der Innenumfangsfläche des Hülsenabschnitts eine zur Halterung eines als Axialanschlag gegenüber einem Wellgenerator vorgesehenen Sicherungselementes erzeugt wird.
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Im Flanschabschnitt der Kragenhülse können weitere Aussparungen angeordnet sein, die keine Laschen bilden. Solche Aussparungen dienen der gezielten Herabsetzung der Steifigkeit des Kragens des elastischen Getriebeelementes und weisen beispielsweise eine längliche, konkav - bezogen auf die Mittelachse der Kragenhülse - gekrümmte Form auf.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wellgetriebe in einer Schnittdarstellung,
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wellgetriebe in einer Darstellung analog 1,
- 3 einen Ausschnitt eines ersten erfindungsgemäßen Wellgetriebes und
- 4 einen Ausschnitt eines zweiten erfindungsgemäßen Wellgetriebes.
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Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wellgetriebe ist zur Verwendung in einem nicht weiter dargestellten elektrischen Nockenwellenversteller eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Wellgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Ein Antriebsrad 2 des Wellgetriebes 1 ist im Ausführungsbeispiel einstückig mit einem Kettenrad 3 ausgebildet, welches in an sich bekannter Weise von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, das heißt Hubkolbenmotors, angetrieben wird und mit halber Kurbelwellendrehzahl rotiert. Mit gleicher Funktion ist auch ein Riemenantrieb oder ein Antrieb des Antriebsrades 2 über Zahnräder möglich. Das Antriebsrad 2 wird auch als Gehäuse des Wellgetriebes 1 bezeichnet.
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Mit dem Antriebsrad 2 ist eine Anschlagscheibe 4 fest verbunden. Weiter ist mit dem Antriebsrad 2 ein flexibles Getriebeelement 7, nämlich eine Kragenhülse, drehfest verbunden. Die Kragenhülse 7 wirkt zusammen mit einem als Hohlrad ausgebildeten Abtriebsrad 5, welches mit einer Abtriebswelle 6 verbunden ist. Die Abtriebswelle 6 ist mit der zu verstellenden Nockenwelle verbunden oder identisch.
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Das Abtriebsrad 5 weist eine Innenverzahnung 12 auf, welche mit einer Außenverzahnung 11 der Kragenhülse 7 zusammenwirkt. Die Außenverzahnung 11 befindet sich am Umfang eines mit 10 bezeichneten hülsenförmigen Abschnitts, das heißt Hülsenabschnitts, der Kragenhülse 7, an welchen ein radial nach außen gerichteter Flanschabschnitt 8, kurz als Flansch bezeichnet, der Kragenhülse 5 anschließt. Der Flansch 8, das heißt Kragen, ist fest mit dem Antriebsrad 2 verbunden.
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Der Axialanschlag 23 ist am Innenumfang des hülsenförmigen Abschnitts 10 ausgebildet. Dazu ist er im Falle der 3 als Durchstellung 24 ausgebildet. Die Durchstellung ist mittels eines Stempels eingebraucht und weist eine kompakte, vorliegend würfelförmige Form auf. Eine Verformung der Kragenhülse 7 ist dadurch nahezu ungehindert möglich, weil diese durch die kompakte Durchstellung kaum versteift ist.
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Alternativ dazu ist in 4 vorgesehen, den Axialanschlag 23 als nach innen gebogene Lasche 25 auszubilden.
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In beiden Ausführungsbeispielen sichert der Axialanschlag 23 einen Außenring 22 eines insgesamt mit 15 bezeichneten Wellgenerators in axialer Richtung, bezogen auf die mit M bezeichnete Mittelachse des Wellgetriebes 1. Der Wellgenerator 15 weist einen Innenring 16 mit nicht kreisrunder, elliptischer Außenkontur auf. Auf dem als Lagerring gestalteten Innenring 16 rollen Kugeln 20 als Wälzkörper ab. Eine weitere Laufbahn für die Kugeln 15 ist durch den Außenring 22 gebildet. Der Innenring 16 ist in nicht dargestellter Weise direkt, das heißt getriebelos, mittels eines Elektromotors angetrieben, wobei zwischen den Elektromotor und den Innenring 16 eine Ausgleichskupplung 18 in Form einer Oldham-Kupplung geschaltet ist. Die Oldham-Kupplung 18 umfasst eine aus Kunststoff gefertigte Oldhamscheibe 17. Der Innenring 16 ist gegenüber der Oldhamscheibe 17 beschränkt in Radialrichtung verschiebbar und Teil eines insgesamt mit 19 bezeichneten Wälzlagers, das heißt Kugellagers. Die Kugeln 20 des Kugellagers 19 sind in einem Käfig 21 geführt.
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Bei der Rotation des Innenrings 16 passt sich der Außenring 22 permanent der nicht kreisrunden Form des Innenrings 16 an. Der mit der Außenverzahnung 11 versehene Bereich der Kragenhülse 7 umgibt unmittelbar den Außenring 22 und ist in entsprechender Weise permanent verformbar. Durch die elliptische Form des Innenrings 16 wird die Außenverzahnung 11 lediglich an zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen in Eingriff mit der Innenverzahnung 12 des Hohlrades 5 gebracht. Die Innenverzahnung 12 befindet sich in einem zylindrischen Abschnitt 13 des Hohlrades 5. An den zylindrischen Abschnitt 13 schließt sich ein mit 14 bezeichneter Boden des Hohlrades 5 an. Der Boden 14 stellt zusätzlich zum Axialanschlag 23 eine Axialsicherung - auf der dem Axialanschlag 23 gegenüberliegenden Seite - dar, welche eine axiale Verschiebung des Außenrings 22, abgesehen von einem geringen Spiel, verhindert.
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Solange der Innenring 16 mit der Drehzahl des Antriebsrades 2 rotiert, bleiben die Eingriffsbereiche zwischen den Verzahnungen 11, 12 in denselben Umfangsbereichen der Kragenhülse 7 beziehungsweise des Abtriebsrades 5. In diesem Betriebszustand ändert sich die Phasenrelation zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors nicht. Weicht jedoch die Drehzahl, mit welcher der Innenring 16 rotiert, von der Drehzahl des Antriebsrades 2 ab, so wandert der Eingriffsbereich zwischen den Verzahnungen 11, 12 am Umfang des Abtriebsrades 5. Eine geringfügig unterschiedliche Zähneanzahl zwischen den Verzahnungen 11, 12 sorgt dafür, dass es zu einer Winkelverstellung zwischen der Kragenhülse 7 und dem Abtriebsrad 5 kommt. Das Wellgetriebe 1 stellt damit ein hochuntersetztes Stellgetriebe dar.
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Eine den Innenring 16 belastende Axialkraft, welche in Richtung zum Flanschabschnitt 8, das heißt in Richtung zu der Nockenwelle abgewandten Stirnseite des Wellgetriebes 1 wirkt, würde über die Wälzkörper 20 auf den Außenring 22 übertragen werden. Eine Verlagerung des Außenrings 12 in Axialrichtung wird hierbei durch den Axialanschlag 23 verhindert. Der Axialanschlag 23 ist derart ausgeprägt, dass auch unter Berücksichtigung eines Montagespiels zwischen der Kragenhülse 7 und dem Wellgenerator 15 die gewünschte Sicherungsfunktion in axialer Richtung gegeben ist.
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In der Ausführungsform nach 6 läuft der Kragenabschnitt 29 in Form von Haken 31 aus, welche allgemein als Befestigungsabschnitte bezeichnet werden. Jeder Haken 31 hintergreift den Rand einer Aussparung 9 derart, dass er an einer mit St bezeichneten Stirnfläche des Antriebsrades 2 anliegt. Der Haken 31 erstreckt sich damit in einen Bereich zwischen dem Flansch 8 und der Stirnfläche St. Auf diese Weise bleibt zwischen dem Flansch 8 der Kragenhülse 7 und der Stirnfläche St ein Spalt Sp erhalten, welcher eine ungehinderte elastische Verformung des elastischen Getriebeelementes 7, insbesondere des Kragens 8, ermöglicht. Die möglichen Verformungen der Kragenhülse 7 schließen auch axiale Verlagerungen von Flächenbereichen des Flansches 8 ein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Antriebsrad
- 3
- Kettenrad
- 4
- Anschlagscheibe
- 5
- Hohlrad, Abtriebsrad
- 6
- Abtriebswelle
- 7
- Kragenhülse, elastisches Getriebeelement
- 8
- Kragen, Flansch
- 9
- Aussparung im Kragen
- 10
- Hülsenabschnitt
- 11
- Außenverzahnung
- 12
- Innenverzahnung
- 13
- zylindrischer Abschnitt
- 14
- Boden
- 15
- Wellgenerator
- 16
- Innenring
- 17
- Oldhamscheibe
- 18
- Ausgleichskupplung
- 19
- Wälzlager
- 20
- Kugel
- 21
- Käfig
- 22
- Außenring
- 23
- Axialanschlag
- 24
- Durchstellung
- 25
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- 26
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- 27
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- 28
- Sicherungselement
- 29
- Kragenabschnitt
- 30
- Hülsenabschnitt
- 31
- Haken, Befestigungsabschnitt
- M
- Mittelachse
- Sp
- Spalt
- St
- Stirnfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016218927 A1 [0002]
- EP 0741256 B1 [0003]
- EP 0514829 B1 [0003]
- DE 102004009128 A1 [0004]
- DE 102013220220 A1 [0004]
- DE 102014202060 A1 [0004]
- DE 102016223513 A1 [0004]
- DE 102013216183 A1 [0004]
- DE 112012000049 T5 [0004]
- DE 3738521 C1 [0004]
- DE 102019105760 A1 [0004]
