WO2018059614A1 - Stellgetriebe - Google Patents

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Daniel Heise
Peter Zierer
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    • F01L2810/00—Arrangements solving specific problems in relation with valve gears
    • F01L2810/03—Reducing vibration

Definitions

  • the invention relates to a usable particularly in a motor vehicle Stellge- transmission, which has an outer component, for example in the form of a rotatable housing, and a non-rotatably coupled to the outer component, toothed gear part, in particular an internally toothed, fixed housing ring gear.
  • wave gears are used.
  • wave gear drives are described as adjusting gears of camshaft adjusters in the documents DE 10 2004 009 128 A1, DE 10 2013 220 220 A1 and DE 10 2014 202 060 A1.
  • camshaft adjusters with elastomer couplings are known from the documents DE 10 2005 018 956 A1 and DE 10 2009 037 403 A1.
  • an elastomeric clutch may connect an electric motor with a control gear instead of an Oldham clutch.
  • the invention has for its object to provide a comparison with the cited prior art further developed, especially for operation under the prevailing in a motor vehicle loads, including vibration loads, suitable, compact constructed actuating gear.
  • the actuating mechanism has a known per se basic structure External component, which may be, for example, a rotatable as a whole housing or a non-rotatably integrated into a surrounding construction housing.
  • External component which may be, for example, a rotatable as a whole housing or a non-rotatably integrated into a surrounding construction housing.
  • housing hereby does not imply that it is closed, but also includes a toothed, in particular internally toothed, geared part, in particular in the form of a ring gear, non-rotatably coupled to the outer component
  • the toothed, damped and at the same time non-rotatably coupled to the outer component gear part is a self-rigid transmission element of the adjusting gear.
  • the further gear elements may be planetary gears, with which the actuating gear is designed as a planetary gear mechanism.
  • the actuating gear is a wave gear.
  • a wave gear operates in principle with an elastically deformable transmission element.
  • An external toothing of this flexible transmission element acts directly with an internal toothing of the housing-fixed, damped superimposed gearing part, that is, non-rotatably coupled with the outer member ring gear, the adjusting gear together.
  • an externally toothed flexible transmission element of a setting gear may have the form of a collar sleeve, the shape of a pot, or the shape of a ring.
  • meshing with the internal gear ring, compliant gear member is preferably an annular transmission element, that is, a flex ring.
  • the number of teeth of the external teeth of this flex ring is in a preferred embodiment coincides with the number of teeth of the internal teeth of the ring gear.
  • the coupling made on the teeth of the ring gear and the flex ring thus represents a coupling stage within the adjusting gear Translation stage is realized by a further gear pair, which is given on the one hand by the flex ring and on the other hand by a further ring gear.
  • the further ring gear is in this case concentric with the ring gear fixed to the housing, that is to say with the gear part damped with the outer component, but has a toothing, namely internal toothing, with a number of teeth deviating from the toothing of the ring gear fixed to the housing.
  • the damping body which provide for a rotationally fixed and at the same time damped coupling of the toothed transmission element, in particular internally toothed ring gear, with the housing, are preferably formed as sleeves, through which in each case a fastening element, in particular a screw is inserted.
  • screw penetrates not only the sleeve-shaped damping body, but also a non-damping inner sleeve, which is arranged inside the damping body.
  • the inner sleeve which may be made of steel, is clamped, for example, between the housing and a front cover, which is fastened to the end face on the substantially cylindrical housing.
  • the inner sleeve may be fixedly connected to the housing or with the front cover or constitute an integral part of the housing or the front cover.
  • the axial distance between the front cover and the housing is precisely determined by the inner sleeves.
  • the internally toothed ring gear is connected to the unit of housing and front cover such that a damping in the radial direction and in the circumferential direction is given.
  • This damped connection of the internally toothed ring gear on the housing ensures, in particular, that the mechanically loaded contacts between the internal toothing of the ring gear and the external toothing of the flex ring are protected.
  • the damping bodies are preferably made of plastic, for example of polyamide, in particular of PA66. Likewise suitable, for example, a rubber for the production of the damping body.
  • Theoretically dampening bodies are also usable, which contain a hydraulic fluid as a damping medium. In any case, suppress the damping body swinging up within the adjusting gear. As far as resonance frequencies of the adjusting gear can be determined, they are shifted by the use of damping bodies, which have a small but not negligible mass compared to the total weight of the adjusting gear tends to lower frequencies and thus typically shifted to less critical areas. The given by the damping body additional masses within the actuating gear thereby increase its moment of inertia and the total mass not to a relevant extent.
  • the actuating mechanism is particularly suitable as a reduction gear in an electric camshaft adjuster of a motor vehicle.
  • the actuating gear is suitable for use in a device for varying the compression ratio of a reciprocating engine, in which case it can serve to adjust an eccentric shaft, which cooperates with other components of a crank mechanism.
  • the outer component is designed as a total rotating, not necessarily closed housing.
  • the outer component is not rotatably connected in a surrounding construction, in particular an engine block. In both cases, the outer component is a suitable for the transmission or support of a torque component.
  • FIG. 2 shows the adjusting gear of FIG. 1 in a sectional view
  • actuating gear is a reduction gear, namely wave gear, which comes in an electric camshaft adjuster a reciprocating engine used.
  • actuating gear With regard to the basic function of the adjusting gear 1, reference is made to the cited prior art.
  • a sprocket 3 is fixedly connected, which is driven by a chain or belt drive by a crankshaft, not shown, of the reciprocating engine.
  • the housing 2 rotates together with the sprocket 3 at half the crankshaft speed.
  • a provided for actuating the adjusting gear 1 electric motor is not shown in the figures.
  • the housing 2 is rotatably coupled to an internally toothed ring gear 6, which cooperates directly with a resilient external gear element 7, also referred to as a flexible toothed ring or short as a flex ring.
  • the flexible toothed ring 7 is placed directly around an outer ring 8, which is also deformable and constitutes a component of a wave generator 9.
  • the wave generator 9 has an inherently rigid inner ring 10 with an elliptical outer contour, which is driven directly by the said electric motor, that is, gearless.
  • the inner ring 10 On the inner ring 10 roll rolling elements 1 1, namely balls, from which contact the inside of the outer ring 8 and thus ensure permanent adaptation of the shape of the outer ring 8 and the flex ring 7 to the elliptical shape of the inner ring 10.
  • the number of teeth of the external toothing of the toothed ring 7 coincides with the number of teeth of the internal toothing of the ring gear 6.
  • the given by said teeth coupling between the ring gear 6 and the flex ring 7 thus represents a coupling stage within the control gear 1.
  • a translation stage is located axially between the coupling stage and the sprocket 3 and comprises a further internally toothed ring gear, which is connected to a shaft to be adjusted, namely camshaft.
  • the inner sleeve 12 is a sleeve made of steel.
  • the inner sleeve 12 is directly surrounded by a likewise sleeve-shaped damping body 13, which is made of plastic, namely PA66.
  • the damping body 13 When tightening the screw 5, that is clamping the inner sleeve 12, the damping body 13 is compressed, wherein it widens in the radial direction, based on its own central axis. Here, the damping body 13 is pressed within a recess in the ring gear 6 to the wall of this recess. This ensures that even the slightest radial or tangential movements of the ring gear 6 are possible relative to the housing 2 only by overcoming forces which are applied by the damping body 13. Due to the elastic and at the same time damping properties of the sleeve-shaped damping body 13 any vibrations, which can be transmitted, for example, via the wave generator 9 and the tooth contact between the flex ring 7 and ring gear 6, effectively suppressed. Compared to a control gear without damping elements, the actuating gear 1 according to the invention, in which a total of five damping body 13 are installed, no increased space requirement.

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Abstract

Ein Stellgetriebe, insbesondere Wellgetriebe, umfasst ein Außenbauteil (2), welches optional rotierbar ist, sowie ein mit diesem drehfest gekoppeltes, verzahntes Getriebeteil (6), insbesondere in Form eines Hohlrades (6), welches gedämpft mit dem Außenbauteil (2) verbunden ist. Das Stellgetriebe ist insbesondere in einem elektrischen Nockenwellenversteller sowie in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors verwendbar.

Description

Stellgetriebe
Die Erfindung betrifft ein insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendbares Stellge- triebe, welches ein Außenbauteil, beispielsweise in Form eines rotierbaren Gehäuses, sowie ein mit dem Außenbauteil drehfest gekoppeltes, verzahntes Getriebeteil, insbesondere ein innenverzahntes, gehäusefestes Hohlrad, aufweist.
In der Kraftfahrzeugtechnik werden verschiedene Bauarten von Untersetzungsgetrie- ben als Stellgetriebe eingesetzt. Bei elektrischen Nockenwellenverstellern kommen zum Beispiel Wellgetriebe zum Einsatz. Beispielsweise sind Wellgetriebe als Stellgetriebe von Nockenwellenverstellern in den Dokumenten DE 10 2004 009 128 A1 , DE 10 2013 220 220 A1 und DE 10 2014 202 060 A1 beschrieben.
Aus der DE 10 2004 038 681 A1 ist ein elektromotorischer Nockenwellenversteller bekannt, bei welchem eine Elastomerkupplung ein Einfach-Innenexzentergetriebe mit einer Nockenwelle verbindet.
Weitere Nockenwellenversteller mit Elastomerkupplungen sind aus den Dokumenten DE 10 2005 018 956 A1 und DE 10 2009 037 403 A1 bekannt. In beiden Fällen kann eine Elastomerkupplung an Stelle einer Oldhamkupplung einen Elektromotor mit einem Stellgetriebe verbinden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickeltes, besonders für einen Betrieb unter den in einem Kraftfahrzeug herrschenden Belastungen, einschließlich Vibrationsbelastungen, geeignetes, kompakt aufgebautes Stellgetriebe anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Stellgetriebe mit den Merkma- len des Anspruchs 1 . Das Stellgetriebe weist in an sich bekanntem Grundaufbau ein Außenbauteil auf, bei welchem es sich beispielsweise um ein als Ganzes drehbares Gehäuse oder um ein nicht drehbar in eine Umgebungskonstruktion eingebundenes Gehäuse handeln kann. Der Begriff„Gehäuse" impliziert hierbei nicht, dass dieses geschlossen ist. Weiter umfasst das Stellgetriebe ein verzahntes, insbesondere in- nenverzahntes, drehfest mit dem Außenbauteil gekoppeltes getriebeteil, insbesondere in Form eines Hohlrades. Erfindungsgemäß ist das letztgenannte Getriebeteil gedämpft, insbesondere über mehrere Dämpfungskörper, mit dem Außenbauteil verbunden. Bei dem verzahnten, gedämpft und zugleich drehfest mit dem Außenbauteil gekoppelten Getriebeteil handelt es sich um ein in sich starres Getriebeelement des Stellgetriebes. Dieses Getriebeteil wirkt in möglichen Ausgestaltungen des Stellgetriebes mit mehreren, ebenfalls in sich starren weiteren Getriebeelementen zusammen. Bei den weiteren Getriebeelementen kann es sich um Planetenräder handeln, womit das Stellgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet ist. Ebenso kann es sich bei dem Stellgetriebe beispielsweise um ein Innenexzentergetriebe handeln.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Stellgetriebe um ein Wellgetriebe. Ein Wellgetriebe arbeitet prinzipbedingt mit einem elastisch verformbaren Getriebeelement. Eine Außenverzahnung dieses flexiblen Getriebeelementes wirkt direkt mit einer Innenverzahnung des gehäusefesten, gedämpft ge- lagerten Getriebeteils, das heißt drehfest mit dem Außenbauteil gekoppelten Hohlrades, des Stellgetriebes zusammen. Prinzipiell kann ein außenverzahntes nachgiebiges Getriebeelement eines Stellgetriebes die Form einer Kragenhülse, die Form eines Topfes, oder die Form eines Ringes aufweisen.
Bei dem in das erfindungsgemäße Stellgetriebe eingebauten, mit dem innenverzahnten Hohlrad kämmenden, nachgiebigen Getriebeelement handelt es sich vorzugsweise um ein ringförmiges Getriebeelement, das heißt einen Flexring. Die Anzahl der Zähne der Außenverzahnung dieses Flexrings stimmt in bevorzugter Ausgestaltung mit der Anzahl der Zähne der Innenverzahnung des Hohlrades überein. Beim Betrieb des Stellgetriebes kommt es somit zu keiner Verdrehung des Flexrings relativ zum Hohlrad. Die über die Verzahnungen des Hohlrades sowie des Flexrings hergestellte Kopplung stellt damit eine Kupplungsstufe innerhalb des Stellgetriebes dar. Eine Übersetzungsstufe ist durch eine weitere Zahnradpaarung, welche einerseits durch den Flexring und andererseits durch ein weiteres Hohlrad gegeben ist, realisierbar. Das weitere Hohlrad ist hierbei konzentrisch zum gehäusefesten Hohlrad, das heißt zum gedämpft mit dem Außenbauteil verbundenen Getriebeteil, angeordnet, weist je- doch eine Verzahnung, nämlich Innenverzahnung, mit einer von der Verzahnung des gehäusefesten Hohlrades abweichenden Zähnezahl auf.
Die Dämpfungskörper, welche für eine drehfeste und zugleich gedämpfte Kopplung des verzahnten Getriebeelementes, insbesondere innenverzahnten Hohlrades, mit dem Gehäuse sorgen, sind vorzugsweise als Hülsen ausgebildet, durch welche jeweils ein Befestigungselement, insbesondere eine Schraube, gesteckt ist. Die
Schraube durchdringt hierbei in vorteilhafter Ausgestaltung nicht nur den hülsenförm i- gen Dämpfungskörper, sondern auch eine nicht dämpfende Innenhülse, welche innerhalb des Dämpfungskörpers angeordnet ist. Die Innenhülse, welche aus Stahl gefer- tigt sein kann, ist beispielsweise zwischen das Gehäuse und einen Frontdeckel, welcher stirnseitig am im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse befestigt ist, eingespannt. Die Innenhülse kann mit dem Gehäuse oder mit dem Frontdeckel fest verbunden sein oder einen integralen Bestandteil des Gehäuses beziehungsweise des Frontdeckels darstellen.
In allen Fällen ist durch die Innenhülsen der axiale Abstand zwischen dem Frontdeckel und dem Gehäuse exakt festgelegt. Gleichzeitig ist das innenverzahnte Hohlrad derart an der Baueinheit aus Gehäuse und Frontdeckel angebunden, dass eine Dämpfung in radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung gegeben ist. Diese ge- dämpfte Anbindung des innenverzahnten Hohlrades am Gehäuse sorgt insbesondere für eine Schonung der mechanisch belasteten Kontakte zwischen der Innenverzahnung des Hohlrades und der Außenverzahnung des Flexrings.
Die Dämpfungskörper sind vorzugsweise aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyamid, insbesondere aus PA66, gefertigt. Ebenso eignet sich zum Beispiel ein Kautschuk zur Herstellung der Dämpfungskörper. Theoretisch sind auch Dämpfungskörper verwendbar, welche ein Hydraulikfluid als dämpfendes Medium enthalten. In jedem Fall unterdrücken die Dämpfungskörper ein Aufschwingen innerhalb des Stellgetriebes. Soweit Resonanzfrequenzen des Stellgetriebes feststellbar sind, werden diese durch den Einsatz der Dämpfungskörper, welche im Vergleich zum Ge- samtgewicht des Stellgetriebes eine zwar geringe, aber nicht vernachlässigbare Masse aufweisen, tendenziell zu niedrigeren Frequenzen hin und damit typischerweise in unkritischere Bereiche verschoben. Die durch die Dämpfungskörper gegebenen Zusatzmassen innerhalb des Stellgetriebes erhöhen dabei dessen Trägheitsmoment sowie dessen Gesamtmasse nicht in einem relevanten Maße.
Das Stellgetriebe ist besonders als Untersetzungsgetriebe in einem elektrischen No- ckenwellenversteller eines Kraftfahrzeugs geeignet. Ebenso ist das Stellgetriebe zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors geeignet, wobei es in diesem Fall der Verstellung einer Exzenter- welle dienen kann, welche mit weiteren Komponenten eines Kurbeltriebs zusammenwirkt. Im Fall eines Nockenwellenverstellers ist das Außenbauteil als insgesamt rotierendes, nicht notwendigerweise geschlossenes Gehäuse ausgebildet. Dagegen ist im Fall der Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses das Außenbauteil nicht drehbar in eine Umgebungskonstruktion, insbesondere einen Motorblock, einge- bunden. In beiden Fällen stellt das Außenbauteil ein zur Übertragung oder Abstützung eines Drehmoments geeignetes Bauteil dar.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Fig. 1 ein Stellgetriebe in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,
Fig. 2 das Stellgetriebe nach Fig. 1 in einer Schnittdarstellung,
Fig. 3 und 4 Details des Stellgetriebes nach Fig. 1 . Bei einem insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Stellgetriebe handelt es sich um ein Untersetzungsgetriebe, nämlich Wellgetriebe, welches in einem elektrischen Nockenwellenversteller eines Hubkolbenmotors zum Einsatz kommt. Hin- sichtlich der prinzipiellen Funktion des Stellgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
Mit einem Gehäuse 2 des Stellgetriebes 1 ist ein Kettenrad 3 fest verbunden, welches über einen Ketten- oder Riementrieb durch eine nicht dargestellte Kurbelwelle des Hubkolbenmotors angetrieben wird. Das Gehäuse 2 rotiert zusammen mit dem Kettenrad 3 mit der halben Kurbelwellendrehzahl. Auf der dem Kettenrad 3 abgewandten Stirnseite des Gehäuses 2 ist dieses durch einen Frontdeckel 4 abgedeckt, welcher mit Schrauben 5 am Gehäuse 2 festgeschraubt ist. Ein zur Betätigung des Stellgetriebes 1 vorgesehener Elektromotor ist in den Figuren nicht dargestellt.
Das Gehäuse 2 ist drehfest gekoppelt mit einem innenverzahnten Hohlrad 6, welches mit einem nachgiebigen außenverzahnten Getriebeelement 7, auch als flexibler Zahnring oder kurz als Flexring bezeichnet, direkt zusammenwirkt. Der flexible Zahnring 7 ist unmittelbar um einen Außenring 8 gelegt, welcher ebenfalls verformbar ist und eine Komponente eines Wellgenerators 9 darstellt. Der Wellgenerator 9 weist einen in sich starren Innenring 10 mit elliptischer Außenkontur auf, welcher durch den genannten Elektromotor direkt, das heißt getriebelos, angetrieben wird.
Auf dem Innenring 10 rollen Wälzkörper 1 1 , nämlich Kugeln, ab, die die Innenseite des Außenrings 8 kontaktieren und damit für eine permanente Anpassung der Form des Außenrings 8 und des Flexrings 7 an die elliptische Form des Innenrings 10 sorgen. Die Zähnezahl der Außenverzahnung des Zahnrings 7 stimmt mit der Zähnezahl der Innenverzahnung des Hohlrades 6 überein. Die durch die genannten Verzahnungen gegebene Kopplung zwischen dem Hohlrad 6 und dem Flexring 7 stellt damit eine Kupplungsstufe innerhalb des Stellgetriebes 1 dar. Eine nicht dargestellte Übersetzungsstufe befindet sich axial zwischen der Kupplungsstufe und dem Kettenrad 3 und umfasst ein weiteres innenverzahntes Hohlrad, welches mit einer zu verstellenden Welle, nämlich Nockenwelle, verbunden ist.
Jede Schraube 5, die durch Öffnungen im Frontdeckel 4 gesteckt ist und im Gehäu- se 2 festgeschraubt ist, durchdringt eine Innenhülse 12, welche bei festgezogener Schraube 5 zwischen dem Frontdeckel 4 und einer Stirnseite des Gehäuses 2 eingespannt ist. Bei der Innenhülse 12 handelt es sich um eine Hülse aus Stahl. Die Innenhülse 12 ist unmittelbar umgeben von einem ebenfalls hülsenförmigen Dämpfungskörper 13, welcher aus Kunststoff, nämlich PA66, hergestellt ist.
Beim Anziehen der Schraube 5, das heißt Einspannen der Innenhülse 12, wird der Dämpfungskörper 13 gestaucht, wobei er sich in Radialrichtung, bezogen auf seine eigene Mittelachse, aufweitet. Hierbei wird der Dämpfungskörper 13 innerhalb einer Aussparung im Hohlrad 6 an die Wandung dieser Aussparung gepresst. Dies sorgt dafür, dass selbst geringste radiale oder tangentiale Bewegungen des Hohlrades 6 relativ zum Gehäuse 2 nur unter Überwindung von Kräften, welche durch die Dämpfungskörper 13 aufgebracht werden, möglich sind. Aufgrund der elastischen und zugleich dämpfenden Eigenschaften der hülsenförmigen Dämpfungskörper 13 werden jegliche Schwingungen, welche beispielsweise über den Wellgenerator 9 und den Verzahnungskontakt zwischen Flexring 7 und Hohlrad 6 übertragbar sind, wirksam unterdrückt. Im Vergleich zu einem Stellgetriebe ohne Dämpfungselemente weist das erfindungsgemäße Stellgetriebe 1 , in welches insgesamt fünf Dämpfungskörper 13 eingebaut sind, keinen erhöhten Raumbedarf auf.
Bezuqszeichenliste Wellgetriebe
Außenbauteil, Gehäuse
Kettenrad
Frontdeckel
Schraube
Getriebeteil, Hohlrad
flexibler Zahnring
Außenring
Wellgenerator
Innenring
Wälzkörper
Innenhülse
Dämpfungskörper

Claims

Patentansprüche
1 . Stellgetriebe, mit einem Außenbauteil (2) sowie einem mit diesem drehfest gekoppelten, verzahnten Getriebeteil (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeteil (6) gedämpft mit dem Außenbauteil (2) verbunden ist.
2. Stellgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Dämpfung des Getriebeteils (6) als Hülsen ausgebildete Dämpfungskörper (13) vorgesehen sind, durch welche jeweils eine Schraube (5) gesteckt ist.
3. Stellgetriebe nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch konzentrisch zu den Dämpfungskörpern (13) angeordnete, jeweils eine Schraube (5) umgebende, nicht dämpfende Innenhülsen (12).
4. Stellgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich jede Innenhülse (12) zwischen einem Frontdeckel (4) und dem Außenbauteil (2) abstützt.
5. Stellgetriebe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülsen (12) aus Stahl gefertigt sind.
6. Stellgetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungskörper (13) aus Polyamid, insbesondere PA66, gefertigt sind.
7. Stellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Wellgetriebe und das verzahnte Getriebeteil (6) als Hohlrad ausgebildet ist.
8. Stellgetriebe nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen mit dem Hohlrad (6) direkt zusammenwirkenden flexiblen Zahnring (7), wobei die Zähnezahl der Verzahnungen des Hohlrades (6) einerseits und des flexiblen Zahnrings (7) andererseits identisch ist.
9. Verwendung eines Stellgetriebes nach Anspruch 1 in einem elektrischen No- ckenwellenversteller.
10. Verwendung eines Stellgetriebes nach Anspruch 1 in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors.
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