WO2018219377A1

WO2018219377A1 - Dreiwellengetriebe

Info

Publication number: WO2018219377A1
Application number: PCT/DE2018/100246
Authority: WO
Inventors: Peter Zierer; Rainer Ottersbach
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2018-12-06
Also published as: DE102017112032A1; DE102017112032B4

Abstract

Ein Dreiwellengetriebe umfasst ein Antriebselement (2) mit einer eine Außenverzahnung (3) und ein als Hohlrad ausgebildetes Abtriebselement (4), welches eine zylindrische Radiallagerfläche (RF) sowie Axiallagerflächen (AF1, AF2) zur schwenkbaren Lagerung gegenüber dem Antriebselement (2) aufweist, wobei der Schwenkwinkel zwischen dem Antriebselement (2) und dem Abtriebselement (4) durch am Antriebselement (2) sowie am Abtriebselement (4) ausgebildete Anschlagkonturen (AK, GA) begrenzt ist. Die die am Abtriebselement (4) angeordneten Anschlagkonturen (AK) sind ebenso wie Axiallagerflächen (AF1, AF2) durch einen gegenüber der Radiallagerfläche (RF) in Axialrichtung versetzten, segmentierten Kragen (5) gebildet.

Description

Dreiwellengetriebe

Die Erfindung betrifft ein als Stellgetriebe eines Verbrennungsmotors verwendbares Dreiwellengetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Ein derartiges Dreiwellengetriebe ist beispielsweise aus der DE 10 2010 050 814 A1 bekannt. Es handelt sich hierbei um ein Stellgetriebe eines Nockenwellenverstellers. Ein abtriebsseitiges Hohlrad, welches als Abtriebsring bezeichnet wird, ist gegenüber einem Antriebshohlrad gleitgelagert. Antriebs- und abtriebsseitige Mantelflächen, welche der Gleitlagerung dienen, sind segmentiert ausgestaltet, so dass zugleich eine Winkelbegrenzung gegeben ist.

Weitere als Dreiwellengetriebe ausgebildete Verstellgetriebe, die zur Verwendung in Nockenwellenverstellern vorgesehen sind, sind zum Beispiel in den Dokumenten DE 10 201 1 004 069 A1 und DE 10 2014 207 631 A1 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickeltes, insbesondere für die Verwendung in einem Nockenwellenversteller geeignetes Dreiwellengetriebe anzugeben, welches sich durch einen besonders kompakten und zugleich fertigungsfreundlichen Aufbau auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Dreiwellengetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Dieses Dreiwellengetriebe weist in an sich bekannter Grundkonzeption ein Antriebselement mit einer Außenverzahnung und ein als Hohlrad ausgebildetes Abtriebselement auf. Die Außenverzahnung des Antriebselementes kann insbesondere für den Antrieb durch einen Zahnriemen oder eine Kette vorgesehen sein. Das Abtriebselement weist eine zylindrische Radiallagerfläche sowie einander parallel gegenüberliegende Axiallagerflächen zur beidseitigen axialen Abstützung auf. Insgesamt ist das Abtriebselement damit schwenkbar gegenüber dem Antriebselement gelagert, wobei der Schwenkwinkel durch Anschlagkonturen an den genannten Elementen begrenzt ist. Erfindungsgemäß sind die am Abtriebselement angeordneten Anschlagkonturen ebenso wie Axiallagerflächen des Abtriebselementes durch einen gegenüber der Radiallagerfläche des Abtriebselementes in dessen Axialrichtung und damit in Axialrichtung des gesamten Dreiwellengetriebes versetzten, segmentierten Kragen gebildet. Das Abtriebselement weist damit insgesamt eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, wobei an genau einer Stirnseite dieses Zylinders radial nach außen weisende Kragensegmente angeformt sind. Die in Radialrichtung abstützende Gleitlagerfläche des Abtriebselementes befindet sich damit nicht mittig zwischen den Axiallagerflächen, sondern neben der Anordnung, welche sämtliche Axiallagerflächen umfasst. Es hat sich gezeigt, dass durch dieses Auseinanderziehen von verschiedenen Gleitlagerflächen im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen insbeson- dere der Raumbedarf in Axialrichtung des Dreiwellengetriebes verringerbar ist.

In bevorzugter Ausgestaltung ist der segmentierte Kragen, welcher sowohl eine Axiallagerfunktion als auch eine Anschlagfunktion hat, axial zwischen dem Antriebselement und einem mit diesem starr verbundenen, innenverzahnten Antriebshohlrad angeord- net. Hierbei ist vorzugsweise ein Spiel des segmentierten Kragens in Axialrichtung gegeben. Beim Betrieb des Dreiwellengetriebes übernimmt mindestens eine der Axiallagerflächen eine Lagerfunktion.

Das außenverzahnte, insbesondere als Ketten- oder Riemenrad gestaltete Antriebs- element kann sich in Richtung zum innenverzahnten Antriebshohlrad erstreckende Absätze aufweisen, welche mit dem segmentierten Kragen zusammenwirkende Anschlagkonturen bilden. Zwischen einzelnen Kragensegmenten des Abtriebselementes sind vorzugsweise in der Summe mindestens drei Absätze des Antriebselementes angeordnet. Die Funktion der Absätze, welche sowohl Anschlagkonturen bereitstellen als auch das Antriebshohlrad in der korrekten Positionierung relativ zum Antriebselement halten, kann auch durch gesonderte Abstandstücke übernommen werden, welche zwischen das außenverzahnte Antriebselement und das innenverzahnte Antriebshohlrad eingesetzt sind. Ebenso ist es möglich, die Funktion solcher Abstandstücke in das innenverzahnte Antriebshohlrad zu integrieren.

In allen genannten Varianten der Verbindung zwischen dem außenverzahnten Antriebselement und dem innenverzahnten Antriebshohlrad kann das Antriebselement mit dem Antriebshohlrad durch Schrauben verbunden sein, welche einen durch den Kragen beschriebenen Ringraum durchdringen. Dies bedeutet, dass die Schrauben radial außerhalb des inneren Randes des segmentierten Kragens, zugleich jedoch radial innerhalb des unterbrochenen, äußeren Rand des Kragens angeordnet sind. Statt durch Schrauben können formschlüssige Verbindungen beispielsweise auch durch Stifte, Nieten oder Hülsen hergestellt sein. Auch in Form von Absätzen können form- schlüssige Konturen gegeben sein, mit welchen das außenverzahnte Antriebselement mit mindestens einem weiteren antriebsseitigen Element starr gekoppelt ist.

Die in Axialrichtung des Dreiwellengetriebes gemessene Dicke des Kragens, das heißt der einzelnen Kragensegemente, ist in bevorzugter Ausgestaltung geringer als die in derselben Richtung gemessene Breite der durch das Abtriebselement bereitgestellten zylindrischen Radiallagerfläche.

Das Dreiwellengetriebe ist als Stellgetriebe in einem Verbrennungsmotor, insbesondere als Stellgetriebe eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers, verwendbar und vorzugsweise als Wellgetriebe ausgebildet.

Ein Wellgetriebe arbeitet prinzipbedingt mit einem flexiblen Getriebeelement. Zur Verformung des flexiblen Getriebeelementes, insbesondere in Form eines Flexrings oder einer Kragenhülse, das heißt eines hutförmigen Elementes, ist ein Wellgenerator vor- gesehen, welcher vorzugsweise ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager, umfasst. Eine an Axial lagerflächen des Abtriebselementes, das heißt durch die Kragensegmente bereitgestellte Gleitlagerflächen, angelegte, zur Rotationsachse des Wellgetriebes normale Ebene schneidet vorzugsweise die Wälzkörper des Wellgenerators. Sowohl diese, durch die Wälzkörper gelegte Ebene als auch eine hierzu parallele Ebene, wel- che an die in der Gegenrichtung abstützenden Axiallagerflächen der Kragensegmente gelegt ist, schneidet in vorteilhafter, besonders kompakter Gestaltung auch die Verzahnung des flexiblen Getriebeelementes.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung nä- her erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein Dreiwellengetriebe, nämlich Wellgetriebe, in einer Schnittdarstellung,

Fig. 2 das Wellgetriebe nach Figur 1 in einer weiteren Darstellung, Fig. 3 und 4 ein als Hohlrad ausgebildetes Abtriebselement des Wellgetriebes,

Fig. 5 ein als Kettenrad ausgebildetes Antriebselement des Wellgetriebes.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Dreiwellengetriebe ist als Wellgetriebe ausgebildet und zur Verwendung in einem nicht weiter dargestellten elektromechanischen Nockenwellenversteller vorgesehen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion und Verwendung des Wellgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.

Das Wellgetriebe 1 umfasst ein als Kettenrad ausgebildetes Antriebselement 2, dessen Außenverzahnung mit 3 bezeichnet ist. Das Kettenrad 2 wird in an sich bekannter Weise über die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angetrieben, wobei es mit hal- ber Kurbelwellendrehzahl rotiert. Ein mit 4 bezeichnetes Abtriebselement des No- ckenwellenverstellers ist als Hohlrad ausgebildet und - ebenso wie das gesamte Dreiwellengetriebe 1 - konzentrisch zu einer mit M bezeichneten Mittelachse angeordnet, welche mit der Rotationsachse der zu verstellenden Nockenwelle zusammenfällt. Das Abtriebselement 4 ist mit Hilfe einer nicht dargestellten Zentralschraube, welche durch eine zentrale Öffnung 13 des Abtriebselementes 4 gesteckt ist, mit der zu verstellenden Nockenwelle verbunden.

Das Abtriebselement 4 ist als im Wesentlichen topfförmiges Bauteil gestaltet, an dessen umlaufenden Rand ein unvollständig ausgebildeter, radial nach außen gerichteter Kragen 5 angeformt ist. Der Kragen 5 ist aus einzelnen, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Kragensegmenten 6 gebildet, wobei die in Umfangsrichtung gemessenen Abstände zwischen den einzelnen Kragensegmenten 6 größer sind als die in derselben Richtung gemessene Erstreckung der einzelnen Kragensegmente 6. Insgesamt drei Kragensegmente 6 sind gleichmäßig am Umfang des Abtriebselemen- tes 4 verteilt, wobei sie an einen äußeren zylindrischen Abschnitt 12 des Abtriebselementes 4 anschließen. Auf der dem Kragen 5 gegenüber liegenden Stirnseite des Abtriebselementes 4 schließt sich an den äußeren zylindrischen Abschnitt 12 ein Boden 15 an, welcher in einer zum Kragen 5 parallelen Ebene liegt. Innerhalb des Bodens 15 ist eine asymmetrische Öffnung 14 erkennbar, welche zu Montage- und Einstellungs- zwecken nutzbar ist. An seinem radial inneren Rand geht der Boden 15 in einen inneren zylindrischen Abschnitt 16 über, welcher die zentrale Öffnung 13 begrenzt.

Parallel zum Antriebselement 2 sowie zum Abtriebselement 4 ist ein innenverzahntes Antriebshohlrad 7 angeordnet, welches mit Hilfe von Schrauben 9, allgemein als Verbindungselemente bezeichnet, fest mit dem Antriebselement 2 verbunden ist. Eine dem Antriebshohlrad 7 vorgesetzte Vorsatzscheibe, welche fest mit der Baugruppe, die das Antriebselement 2 und das Antriebshohlrad 7 umfasst, verbunden ist, ist mit 8 bezeichnet. Die genannten Teile 2, 7, 8 werden auch als Gehäuseteile des Dreiwel- lengetriebes 1 bezeichnet. Somit ist eine der drei Wellen des Wellgetriebes 1 als Gehäuse ausgebildet, welches als Ganzes drehbar ist. Weitere Wellen stellen das Abtriebselement 4 sowie ein Innenring 19 dar, welcher die Funktion einer Verstellwelle hat. Der Innenring 19 ist Teil eines Wellgenerators 17 und wird über eine Ausgleichskupplung 20 von einem nicht dargestellten Elektromotor, insbesondere bürstenlosen Gleichstrommotor, angetrieben.

Der Innenring 19 ist Teil eines Wälzlagers 18, bei welchem es sich um ein Kugellager handelt. Die mit 21 bezeichneten Wälzkörper, nämlich Kugeln, des Wälzlagers 18 sind in einem Käfig 30 geführt und kontaktieren einen nachgiebigen Außenring 22. Durch eine elliptische, nicht kreisrunde Form des Innenrings 19 wird der Außenring 22 ebenfalls in eine unrunde Form gezwungen. In entsprechender Weise nimmt auch ein um den Außenring 22 gelegtes flexibles Getriebeelement 23, welches auch als Flexring bezeichnet wird, eine von einer kreisrunden Form abweichende Form ein. Eine mit 26 bezeichnete Außenverzahnung des Flexrings 23 wird hierdurch in lediglich zwei ei- nander diametral gegenüber liegenden Umfangsabschnitten in Eingriff mit einer Innenverzahnung 24 des Antriebshohlrades 7 sowie einer Innenverzahnung 25 des Abtriebselementes 4 gebracht. Durch geringfügig voneinander abweichende Zähneanzahlen der verschiedenen Verzahnungen 24, 25, 26 wird eine volle Umdrehung des Innenrings 19 in Relation zum Antriebselement 2 in an sich bekannter Weise in eine vergleichsweise geringe Verschwenkung zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 4 umgesetzt. Das Dreiwellengetriebe 1 fungiert damit als hochuntersetztes Stellgetriebe. Der Winkelbereich, innerhalb dessen das Abtriebselement 4 gegenüber dem Antriebselement 2 verschwenkbar ist, entspricht dem Verstellbereich der mit dem Abtriebselement 4 verbundenen Nockenwelle. Die Begrenzung des Verstellbereichs des Dreiwellengetriebes 1 wird durch Zusammenspiel zwischen dem Kragen 5 des Abtrieb- selementes 4 einerseits und Absätzen 10, 1 1 , welche durch das Antriebselement 2 gebildet sind, andererseits bewerkstelligt. Zwei in den Figuren 2 und 5 erkennbare Absätze 10 weisen jeweils eine Kreisbogenform auf, während ein dritter Absatz 1 1 wesentlich kürzer und lediglich ansatzweise bogenförmig geformt ist. Durch die beiden Absätze 10 sind zwei Schrauben 9 gesteckt, durch den Absatz 1 1 lediglich eine einzi- ge Schraube 9. Die Schrauben 9 sind mit gleichen Winkelabständen am Umfang eines Ringraums verteilt, in welchem sich auch der Kragen 5, das heißt die Anordnung aus den drei Kragensegmenten 6, befindet. Der genannte Ringraum ist radial nach außen begrenzt durch Mantelflächenabschnitte 28, 29, welche durch die Absätze 10, 1 1 gebildet sind.

Jedes Kragensegment 6 weist Anschlagkanten AK auf, welche zum Anschlag an ge- häuseseitigen Anschlagkanten GA vorgesehen sind, die durch die Absätze 10, 1 1 des Kettenrads 2 bereitgestellt werden. In nicht dargestellter Weise können sich Dämpfungselemente zwischen den verschiedenen Anschlagkanten AK, GA befinden.

Die sich radial von innen nach außen erstreckenden, in einen Ringraum zwischen dem Antriebselement 2 und dem Antriebshohlrad 7 eingreifenden Kragensegmente 6 sind in diesem Ringraum mit Axialspiel AS geführt. Damit ist das gesamt Abtriebselement 4 in Axialrichtung spielbehaftet im Dreiwellengetriebe 1 gelagert. An der Innen- seite des Bodens 15 ist in Figur 1 eine Scheibe 27 erkennbar, welche dementsprechend ebenfalls eine in Axialrichtung nicht exakt festgelegte Position hat. Die Scheibe 27 stützt den Außenring 22 sowie den Flexring 23 in Axialrichtung ab, wobei in der entgegengesetzten Axialrichtung die Vorsatzscheibe 8 als Sicherung in Axialrichtung fungiert. Das Abtriebselement 4 ist durch den segmentierten Kragen 5 in beiden axia- len Richtungen im Dreiwellengetriebe 1 gesichert.

Die Kragensegmente 6 bilden Axiallagerflächen AF1 , AF2, welche gegenüber dem Antriebshohlrad 7 beziehungsweise dem Antriebselement 2 gelagert sind. Eine Radiallagerfunktion ist im Bereich des Kragens 5 dagegen nicht gegeben. Vielmehr ist eine Radiallagerfläche RF allein durch den äußeren zylindrischen Abschnitt 12 des Abtriebselementes 4 gegeben. Die Breite der Radiallagerfläche RF ist mit BR angegeben. Wie aus Figur 1 hervorgeht, übertrifft die Breite BR der Radiallagerfläche RF die mit BK angegebene, ebenfalls in Axialrichtung des Dreiwellengetriebes 1 gemessene Dicke des Kragens 5. Die mit BA angegebene Dicke des Antriebselementes 2 ohne Berücksichtigung der Absätze 10, 1 1 ist geringfügig größer als die Breite BR der Radiallagerfläche RF.

Die Axiallagerflächen AF 1 liegen in einer Ebene E, welche normal zur Mittelachse M ausgerichtet ist und die Radiallagerfläche RF nicht schneidet. Jeder der Wälzkörper 21 wird durch die Ebene E geschnitten. Zwischen der Ebene E und einer zweiten, an die Axiallagerflächen AF 2 gelegten Ebene ist ein Raum mit der Breite BK gebildet. Die komplette, zylindrische Radiallagerfläche RF liegt außerhalb dieses Raumes. Dies bedeutet, dass die Radiallagerfläche RF gegenüber den Axiallagerflächen AF1 , AF2 in axialer Richtung des Dreiwellengetriebes 1 versetzt ist. Im Unterschied zu den Axiallagerflächen AF1 , AF2 weist die Radiallagerfläche RF keine Unterbrechungen in Um- fangsrichtung des Abtriebselementes 4 auf.

Bezuqszeichenliste

Wellgetriebe

Antriebselement

Außenverzahnung

Abtriebselement

Kragen

Kragensegmente

Antriebshohlrad

Vorsatzscheibe

Schraube, Verbindungselement

Absatz

Zylindrischer Abschnitt

Zentrale Öffnung

Asymmetrische Öffnung

Boden

Zylindrischer Abschnitt

Wellgenerator

Wälzlager

Innenring

Ausgleichskupplung

Wälzkörper

Außenring

Flexibles Getriebeelement

Verzahnung

Scheibe

Mantelflächenabschnitt

Käfig AK Anschlagkante

GA gehäuseseitige Anschlagkante

AS Axialspiel

AF1 Axiallagerfläche

AF2 Axiallagerfläche

RF Radiallagerfläche

BR Breite der Radiallagerfläche

BA Breite des Antriebselementes

BK Breite des Kragens

E Ebene

M Mittelachse

Claims

Patentansprüche

1 . Dreiwellengetriebe, mit einem eine Außenverzahnung (3) aufweisenden Antriebselement (2) und einem als Hohlrad ausgebildeten Abtriebselement (4), welches eine zylindrische Radiallagerfläche (RF) sowie Axiallagerflächen (AF1 , AF2) zur schwenkbaren Lagerung gegenüber dem Antriebselement (2) aufweist, wobei der Schwenkwinkel zwischen dem Antriebselement (2) und dem Abtriebselement (4) durch am Antriebselement (2) sowie am Abtriebselement (4) ausgebildete Anschlagkonturen (AK, GA) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die am Abtriebselement (4) angeordneten Anschlagkonturen (AK) ebenso wie Axiallagerflächen (AF1 , AF2) durch einen gegenüber der Radiallagerfläche (RF) in Axialrichtung versetzten, segmentierten Kragen (5) gebildet sind.

2. Dreiwellengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der segmentierte Kragen (5) axial zwischen dem Antriebselement (2) und einem mit dem Antriebselement (2) verbundenen, innenverzahnten Antriebshohlrad (7) angeordnet ist.

3. Dreiwellengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der segmentierte Kragen (5) spielbehaftet zwischen dem außenverzahnten Antriebselement (2) und dem innenverzahnten Antriebshohlrad (7) gelagert ist.

4. Dreiwellengetriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das außenverzahnte Antriebselement (2) sich in Richtung zum innenverzahnten Antriebshohlrad (7) erstreckende, Anschlagkonturen (GA) bildende Absätze (10, 1 1 ) aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen Kragensegmenten (6) des Abtriebselementes (4) angeordnet sind.

5. Dreiwellengetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das außenverzahnte Antriebselement (2) mit dem innenverzahnten Antriebshohlrad (7) durch Verbindungselemente (9) verbunden ist, welche einen durch den Kragen (5) beschriebenen Ringraum durchdringen.

6. Dreiwellengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in Axialrichtung gemessene Breite (BK) des Kragens (5) geringer als die in derselben Richtung gemessenen Breite (BR) der Radiallagerfläche (RF) ist.

7. Dreiwellengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Wellgetriebe ausgebildet ist.

8. Dreiwellengetriebe nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Wellgenerator (17), welcher ein, insbesondere als Kugellager ausgebildetes, Wälzlager (18) umfasst.

9. Dreiwellengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Axiallagerflächen (AF1 ) des Abtriebselementes (4) tangierende Ebene (E) die Wälzkörper (21 ) des Wälzlagers (18) schneidet.

10. Verwendung eines Dreiwellengetriebes nach Anspruch 1 als Stellgetriebe eines Verbrennungsmotors.