DE102011114656A1

DE102011114656A1 - Getriebe, insbesondere für eine Stelleinrichtung zum Einstellen eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102011114656A1
Application number: DE201110114656
Authority: DE
Inventors: Jochen Betsch
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (10), insbesondere für eine Stelleinrichtung zum Einstellen eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten Hohlrad (12), mit einem koaxial zum ersten Hohlrad (12) angeordneten zweiten Hohlrad (14) und mit zumindest einem Planetenradelement (16), welches mit dem ersten Hohlrad (12) und mit dem zweiten Hohlrad (14) kämmt, wobei das Planetenradelement (16) in seiner axialen Richtung wenigstens zwei Bereiche unterschiedlicher Steifigkeit aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Getriebe (10), bei dem ein Sonnenradelement (18) des Getriebes (10) in seiner axialen Richtung wenigstens einen Bereich aufweist, welcher bezüglich wenigstens eines weiteren, sich daran anschließenden Bereichs des Sonnenradelements (18) in seiner Steifigkeit reduziert ist. Darüber hinaus gehört zur Erfindung auch ein solches Getriebe (10), bei welchem wenigstens eines der Hohlräder (12, 14) in seiner axialen Richtung wenigstens zwei Bereiche (46, 48) unterschiedlicher Steifigkeit aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere für eine Stelleinrichtung zum Einstellen eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9, und gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
Die DE 10 2004 061 817 A1 offenbart eine Getriebevorrichtung mit einem Sonnenrad, einem ersten Planetenradelement, einem zweiten Planetenradelement, einem ersten Hohlrad und einem zweiten Hohlrad. Die Planetenradelemente sind an einem frei an der Getriebevorrichtung angeordneten Steg derart gelagert, dass der Steg ausschließlich über die Zahnräder der Planetenradelemente gelagert ist.
Aus der DE 101 61 942 A1 ist ein Planetengetriebe bekannt, welches wenigstens zwei an einem gemeinsamen Planetenträger drehbar gelagerte Planetenradpaare, zwei zueinander im Wesentlichen koaxial angeordnete Hohlräder, nämlich ein gehäusefestes Stützrad und ein mit einer Abtriebswelle verbundenes Abtriebsrad, umfasst. Dabei unterscheiden sich die Zahnzahlen der beiden Hohlräder um eine vorbestimmte ganze Anzahl. Eines der Planetenräder jedes Planetenradpaares kämmt mit dem Stützrad, während das jeweils andere Planetenrad dieses Planetenradpaars mit dem Abtriebsrad kämmt. Ferner sind die Verzahnungen der beiden Planetenräder eines betrachteten Planetenradpaars um einen Winkel zueinander versetzt.
Darüber hinaus sind Stelleinrichtungen zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Diese Stelleinrichtungen umfassen ein Getriebe, mittels welchem gewünschte Drehmomente zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses darstellbar sind.
Die eingangs genannten Getriebe, welche als Wolfrom-Getriebe bezeichnet werden, weisen eine nur ungenügende oder keine Lastskalierbarkeit auf. Dies bedeutet, dass die Getriebe nur ungenügend an auftretende Belastungen angepasst werden können, um die Belastungen über eine gewisse Lebensdauer hinweg und zumindest im Wesentlichen schadfrei ertragen können.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebe der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass das Getriebe eine besonders vorteilhafte Lastskalierbarkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe, insbesondere für eine Stelleinrichtung zum Einstellen eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, sowie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Der erste Aspekt der Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere für eine Stelleinrichtung zum Einstellen eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine. Das Getriebe umfasst ein erstes Hohlrad sowie ein koaxial zum ersten Hohlrad angeordnetes zweites Hohlrad. Ferner umfasst das Getriebe wenigstens ein Planetenradelement, welches mit dem ersten Hohlrad und mit dem zweiten Hohlrad kämmt. Mit anderen Worten stehen die Hohlräder und das Planetenradelement über jeweilige Verzahnungen miteinander im Eingriff.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Planetenradelement in seiner axialen Richtung wenigstens zwei Bereiche unterschiedlicher Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, aufweist. Das Planetenradelement ist hinsichtlich seiner Steifigkeit, insbesondere seiner Axialsteifigkeit, derart angepasst, dass zumindest im Wesentlichen die gesamte Zahnbreite des Planetenradelements bei der Übertragung von Drehmomenten mittels des erfindungsgemäßen Getriebes an der Übertragung und Wandlung der Drehmomente teilnimmt. Mit anderen Worten wird zumindest im Wesentlichen die gesamte Zahnbreite des Planetenradelements genutzt, um die Drehmomente zu übertragen. Entsprechend wird vorteilhafterweise auch zumindest im Wesentlichen die gesamte Zahnbreite der Hohlräder und/oder eines Sonnenrads des erfindungsgemäßen Getriebes bei der Übertragung der Drehmomente genutzt. Das Sonnenrad steht dabei mit dem Planetenradelement über jeweilige Verzahnungen im Eingriff, d. h. das Sonnenrad kämmt mit dem zumindest einen Planetenradelement.
Durch die Nutzung der zumindest im Wesentlichen gesamten Zahnbreite der Verzahnungen bzw. der Verzahnung ist das erfindungsgemäße Getriebe lastskalierbar. Das bedeutet, dass es durch Anpassen seiner Breite, d. h. seiner axialen Erstreckung an auftretende Belastungen angepasst werden kann und dadurch auch hohe Belastungen bzw. hohe Drehmomente über eine hohe Lebensdauer hinweg zumindest im Wesentlichen schadfrei ertragen und somit auch hohe Drehmomente übertragen kann.
Herkömmlicherweise sind sogenannte Wolfrom-Getriebe mit zwei Hohlrädern und wenigstens einem mit den Hohlrädern kämmenden Planetenradelement nicht oder nur sehr begrenzt lastskalierbar und somit an auftretende Belastungen anpassbar, da die Übertragung und Wandlung von Drehmomenten nur auf die Zone von einem der Hohlräder über das Planetenradelement an das zweite Hohlrad begrenzt ist. Damit eignet sich ein Wolfrom-Getriebe herkömmlicherweise nicht für besonders hohe Drehmomente.
Hinsichtlich des geringen Bauraumbedarfs eines solchen Wolfrom-Getriebes und hinsichtlich der mittels des Getriebes darstellbaren Übersetzungen weist ein solches Wolfrom-Getriebe jedoch Vorteile gegenüber anderweitigen Getrieben auf. Dies ist insbesondere bei der Verwendung bei einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine der Fall, die in der Regel in einem Motorraum und damit in einem platzkritischen Bereich eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, angeordnet ist. Die herkömmlichen Wolfrom-Getriebe können jedoch in ihrer Breite, d. h. in ihrer axialen Erstreckung, nicht sinnvoll auf erforderlich hohe Drehmomente skaliert werden.
Diese Problematik der nicht sinnvollen und nur äußerst begrenzten Skalierbarkeit der herkömmlichen Wolfrom-Getriebe ist durch das erfindungsgemäße Getriebe vermieden, da zumindest im Wesentlichen die gesamte Zahnbreite des Planetenradelements und des wenigstens einen Sonnenrads an der Übertragung und Wandlung der Drehmomente teilnehmen kann. So können auch besonders hohe Übersetzungen und somit hohe Drehmomente dargestellt bzw. übertragen werden und das auf einem nur sehr geringen Bauraumbedarf des Getriebes. Das erfindungsgemäße Getriebe kann somit durch Verbreiterung, d. h. durch Erhöhung der axialen Erstreckung an zunehmende Drehmomente angepasst werden und diese zunehmenden Drehmomente über eine hohe Lebensdauer hinweg zumindest im Wesentlichen schadfrei überkragen. Mit anderen Worten ist das erfindungsgemäße Getriebe besonders vorteilhaft lastskalierbar.
Das Planetenradelement weist dabei beispielsweise in seiner axialen Richtung eine variable Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, auf. Die Steifigkeit kann dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich über die axiale Erstreckung des Planetenradelements variieren.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Bereiche unterschiedlicher Steifigkeit in axialer Richtung aneinander angrenzen. Mit anderen Worten weist das Planetenradelement beispielsweise in seiner axialen Richtung wenigstens einen Bereich auf, welcher bezüglich wenigstens eines weiteren, sich daran anschließenden Bereichs des Planetenradelements in seiner Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, reduziert ist. Dies bedeutet, dass der erste Bereich eine geringere Torsionssteifigkeit aufweist als der weitere Bereich.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Planetenradelement einen mit dem ersten Hohlrad kämmenden ersten Planetenbereich und wenigstens einen mit dem zweiten Hohlrad kämmenden zweiten Planetenradbereich auf, welche miteinander zur Übertragung von Drehmomenten verbunden sind, wobei der die geringere Steifigkeit aufweisende Bereich in axialer Richtung zwischen dem Planetenradbereichen angeordnet ist. Dabei ist der die höhere Steifigkeit aufweisende Bereich beispielsweise durch eines der Planetenradbereiche gebildet, während der andere Planetenradbereich einen dritten Bereich des Planetenradelements bildet, welcher eine höhere Steifigkeit aufweist als der die geringere Steifigkeit aufweisende Bereich.
Die Planetenradbereiche, zwischen welchen der die geringe Steifigkeit aufweisende Bereich angeordnet ist, können dabei durch separate Planetenradteile, beispielsweise durch Scheiben, gebildet sein, wobei die Planetenradteile beispielsweise über wenigstens ein Federelement in Umfangsrichtung zur Übertragung von Drehmomenten miteinander gekoppelt sind. Das Federelement gewährleistet dabei eine zumindest im Wesentlichen drehelastische Verbindung der Planetenradteile, so dass die zumindest im Wesentlichen gesamte Zahnbreite der Verzahnung des Planetenradelements an der Übertragung und Wandlung von Drehmomenten teilnimmt. Das bedeutet, dass der die geringere Steifigkeit aufweisende Bereich durch das Federelement gebildet ist.
Vorteilhafterweise sind die Planetenradteile, insbesondere die Scheiben, mittels des zwischen ihnen angeordneten Federelements gegenseitig vorgespannt bzw. verspannt. Dadurch kann die Steifigkeit des Planetenradelements effizient angepasst werden.
Das Planetenradelement kann dabei auch einstückig ausgebildet sein, wobei der die geringere Steifigkeit aufweisende Bereich zwischen den Planetenbereichen angeordnet ist.
Die geringere Steifigkeit des die geringere Steifigkeit aufweisenden Bereichs ist beispielsweise durch zumindest im Wesentlichen radial und/oder zumindest im Wesentlichen axial verlaufende Schwächungen wie beispielsweise Wandstärkenreduzierungen, Schlitzungen und/oder durch wenigstens eine Wärmebehandlung oder dergleichen gebildet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der die geringere Steifigkeit aufweisende Bereich durch wenigstens eine Fügstelle gebildet, über welche ein den die höhere Steifigkeit aufweisenden Bereich bildendes und mit dem ersten Hohlrad kämmendes erstes Planetenradteil und wenigstens ein mit dem zweiten Hohlrad kämmendes, den dritten Bereich des Planetenradelements bildendes und separat von dem ersten Planetenradteil ausgebildetes zweites Planetenradteil miteinander verbunden sind.
Der dritte Bereich weist dabei eine höhere Steifigkeit auf als der die geringere Steifigkeit aufweisende Bereich und kann zumindest im Wesentlichen die gleiche Steifigkeit wie der die höhere Steifigkeit aufweisende Bereich aufweisen. Beispielsweise sind die Planetenradteile stoffschlüssig miteinander gefügt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Planetenradteile unter Ausbildung wenigstens einer Schweißnaht als die Fügstelle miteinander verschweißt sind.
Diese zumindest zweiteilige und miteinander gefügte, insbesondere miteinander geschweißte, Ausgestaltung des Planetenradelements ermöglicht die Darstellung der Steifigkeit, insbesondere der Axialsteifigkeit, des Planetenradelements derart, dass die zumindest im Wesentlichen gesamte Zahnbreite des Planetenradelements sowie gegebenenfalls des Sonnenrads an der Wandlung und Übertragung der Drehmomente teilnehmen kann. Dadurch ist das erfindungsgemäße Getriebe besonders vorteilhaft lastskalierbar.
Dabei kann vorgesehen sein, dass eines der Planetenradteile einen Befestigungsteil aufweist, welcher zumindest bereichsweise in dem anderen Planetenradteil aufgenommen ist. Das Befestigungsteil fungiert dabei als Wellenteil, während das andere Planetenradteil als Nabenteil fungiert, in dem das Wellenteil aufgenommen ist. Dabei können das Wellenteil und das Nabenteil nach Art einer Welle-Naben-Verbindung miteinander verbunden sein.
Durch diese Ausgestaltung des Planetenradelements ist eine so genannte Speichenkonstruktion darstellbar, durch welche die Steifigkeit, insbesondere Axialsteifigkeit, des Planetenradelements derart ausgestaltet und optimiert ist, dass die Übertragung bzw. Einleitung von Drehmomenten über die zumindest im Wesentlichen gesamte Zahnbreite erfolgt. Das andere Planetenradteil der Speichenkonstruktion weist dabei in Umfangsrichtung des Wellenteils voneinander beabstandete Speichen auf, über die das andere Planetenradteil an dem einen Planetenradteil abgestützt ist. Mit anderen Worten ist das andere Planetenradteil über die in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Speichen an dem einen Planetenradteil in radialer Richtung abgestützt und auf diesem angeordnet. Mittels der Speichen kann dabei die Steifigkeit des Planetenradelements entsprechend eingestellt werden, so dass die zumindest im wesentlichen gesamte Zahnbreite an der Wandlung und Übertragung der Drehmomente teilnimmt. Dies kommt der Lastskalierbarkeit des erfindungsgemäßen Getriebes zugute.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine mit dem ersten Hohlrad kämmende erste Verzahnung des Planetenradelements in axialer Richtung in einem Abstand von einer mit dem zweiten Hohlrad kämmenden zweiten Verzahnung des Planetenradelements angeordnet ist. Dadurch kann die Steifigkeit, insbesondere Axialsteifigkeit, des Planetenradelements entsprechend derart angepasst werden, dass zumindest im Wesentlichen die gesamte Zahnbreite des Planetenradelements und/oder des Sonnenrads für die Wandlung und Übertragung der Drehmomente genutzt werden kann.
Eine weitere Möglichkeit zur vorteilhaften Anpassung der Steifigkeit des Planetenradelements und damit zur Darstellung der vorteilhaften Lastskalierbarkeit des erfindungsgemäßen Getriebes ist beispielsweise, dass wenigstens ein Verzahnungsbereich zumindest einer mit mindestens einem der Hohlräder kämmenden Verzahnung des Planetenradelements über ein Verbindungselement, insbesondere einen Steg, mit einem Grundkörper des Planetenradelements verbunden ist und über diesen Steg in radialer Richtung von dem Grundkörper beabstandet ist. Mit anderen Worten ist zwischen dem Verzahnungsbereich und dem Grundkörper in radialer Richtung und bezogen auf die axiale Richtung zumindest bereichsweise ein Zwischenraum vorgesehen, über den der Verzahnungsbereich vom Grundkörper beabstandet ist. So kann die Steifigkeit des Planetenradelements besonders vorteilhaft angepasst und eingestellt werden, damit die zumindest im wesentlichen gesamte Zahnbreite des Planetenradelements an der Übertragung und Wandlung der Drehmomente teilnimmt.
Das Getriebe des zweiten Aspekts der Erfindung umfasst ein mit dem Planetenradelement kämmendes Sonnenradelement. Erfindungsgemäß weist das Sonnenradelement in seiner axialen Richtung wenigstens einen Bereich auf, welcher bezüglich wenigstens eines weiteren, sich daran anschließenden Bereichs des Sonnenradelements in seiner Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, reduziert ist.
Der Bereich reduzierter Steifigkeit kann beispielsweise am bzw. im Bund des Sonnenrads vorgesehen sein. Dadurch ist die Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, in axialer Richtung des Sonnenrads (Axialsteifigkeit) derart angepasst, dass zumindest im Wesentlichen die gesamte Zahnbreite des Sonnenrads und vorteilhafterweise auch des mit dem Sonnenrad kämmenden Planetenradelements genutzt wird, um Drehmomente ein- bzw. auszuleiten und zu übertragen. Dadurch weist das Getriebe eine Lastskalierbarkeit, wodurch das Getriebe effizient hinsichtlich seiner Breite (axiale Erstreckung) effizient an auftretende Belastungen angepasst werden kann.
Die reduzierte Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, ist beispielsweise durch wenigstens einen Schlitz dargestellt, welcher axial und/oder radial verlaufen kann. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Bereich reduzierter Steifigkeit eine Wandstärke aufweist, welche geringer als die Wandstärke des daran anschließenden Bereichs ist. Mit anderen Worten ist die reduzierte Steifigkeit durch eine Wandstärkenreduzierung dargestellt. Die reduzierte Steifigkeit verläuft dabei beispielsweise zumindest im Wesentlichen in Zahnflankenrichtung. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Bei dem Getriebe des dritten Aspekts der Erfindung weist wenigstens eines der Hohlräder in seiner axialen Richtung wenigstens zwei Bereiche unterschiedlicher Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen der ersten beiden Aspekte der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Das wenigstens eine Hohlrad des Getriebes des dritten Aspekts der Erfindung ist dabei in seiner Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, in axialer Richtung derart angepasst, dass die zumindest im wesentlichen gesamte Zahnbreite der Verzahnung des wenigstens einen Hohlrads an der Übertragung bzw. Wandlung der Drehmomente teilnehmen kann. Dadurch weist das Getriebe eine effiziente Lastskalierbarkeit insbesondere in seiner axialen Richtung auf.
Die zwei Bereiche unterschiedlicher Steifigkeit des entsprechenden, wenigstens einen Hohlrads ist beispielsweise derart realisiert, dass ein erster Bereiche bezogen auf die radiale Richtung eine erste Wandstärke aufweist. Der zweite Bereich weist dabei bezogen auf die radiale Richtung eine zweite Wandstärke auf, welche gegenüber der ersten Wandstärke geringer, d. h. reduziert ist. Somit ist die Steifigkeit des zweiten Bereichs infolge der geringeren Wandstärke gegenüber der Steifigkeit des ersten Bereichs reduziert. Dadurch ist eine modifizierte Steghöhe des entsprechenden, wenigstens einen Hohlrads geschaffen, so dass das Hohlrad eine entsprechende Steifigkeit aufweist, infolge derer die zumindest im wesentlichen gesamte Zahnbreite an der Übertragung bzw. Wandlung der Drehmomente teilnehmen kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder auch in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Längsschnittansicht eines Getriebes mit zwei Hohlrädern und einem Sonnenrad, mit denen Planetenradelemente kämmen;
2 eine schematische Längsschnittansicht eines der Planetenradelemente gemäß 1;
3 eine schematische Querschnittsansicht des Planetenradelements gemäß 2;
4 eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Getriebes gemäß 1;
5 eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Getriebes gemäß den 1 und 4, und
6 eine schematische Längsschnittansicht eines Planetenradelements des Getriebes gemäß 5.
Die 1 zeigt ein Getriebe 10, welches auch als Wolfrom-Getriebe bezeichnet wird. Das Getriebe 10 ist besonders vorteilhaft verwendbar bei einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens.
Dabei umfasst die Stelleinrichtung das Getriebe 10. Die Stelleinrichtung umfasst ferner wenigstens ein Stellelement bzw. Stellglied, mittels welchem ein Drehmoment erzeugbar und von welchem das Drehmoment in das Getriebe 10 einleitbar ist. In Momentenflussrichtung ausgehend von dem Stellglied in Richtung des Getriebes 10 schließt sich an das Getriebe 10 ein Mechanismus an, über welchen schließlich das Verdichtungsverhältnis variabel eingestellt wird.
Das Getriebe 10 dient dazu, das vom Stellglied bereitgestellte Drehmoment in ein demgegenüber höheres Drehmoment umzuwandeln. Das Getriebe 10 weist dabei den Vorteil auf, dass es sehr kompakt ist und somit einen nur geringen Bauraum beansprucht sowie, dass mittels des Getriebes 10 besonders hohe Übersetzungen zur Darstellung besonders hoher Drehmomente realisierbar sind.
Das Getriebe 10 umfasst ein erstes Hohlrad 12 sowie ein koaxial zum ersten Hohlrad 12 angeordnetes zweites Hohlrad 14. Das Getriebe 10 umfasst darüber hinaus Planetenräder 16, die mit den Hohlrädern 12, 14 über jeweilige Verzahnungen kämmen bzw. im Eingriff stehen. Darüber hinaus umfasst das Getriebe 10 ein Sonnenrad 18, welches mit den Planetenrädern 16 über jeweilige Verzahnungen im Eingriff steht.
Über das Sonnenrad 18 wird das vom Stellglied bereitgestellte Drehmoment in das Getriebe 10 eingeleitet und über die Planetenräder 16 und die Hohlräder 12, 14 auf eine mit dem ersten Hohlrad 12 drehfest verbundene Abtriebswelle 20 übertragen. Dies bedeutet, dass das gewandelte Drehmoment über die Abtriebswelle 20 von dem Getriebe 10 abgeführt und in den Mechanismus zum variablen Einstellen des Verdichtungsverhältnisses eingeleitet wird.
Zur Darstellung einer vorteilhaften Lastskalierbarkeit des Getriebes 10 sind die Planetenräder 16 vorliegend zumindest zweiteilig ausgebildet und umfassen ein erstes Planetenradteil 22 und ein zweites Planetenradteil 24, welche über eine Fügstelle in Form einer Schweißnaht 26 miteinander gefügt, d. h. miteinander verschweißt sind.
Wie der 1 zu entnehmen ist, fungiert dabei das zweite Planetenradteil 24 als Nabenteil, in welchem ein als Wellenteil fungierender Befestigungsteil 28 des ersten Planetenradteils 22 aufgenommen ist. Mit anderen Worten ist das zweite Planetenradteil 24 auf dem Befestigungsteil 28 des ersten Planetenradteils 22 angeordnet.
Wie in Zusammenschau mit der 2 erkennbar ist, ist dabei eine sogenannte Speichenkonstruktion dargestellt. Dies bedeutet, dass das zweite Planetenradteil 24 eine Mehrzahl von zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufenden Speichen 30 umfasst, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Mit anderen Worten ist zwischen den jeweiligen Speichen 30 in Umfangsrichtung ein Abstand vorgesehen. Über die Speichen 30 ist das zweite Planetenradteil 24 am ersten Planetenradteil 22 in radialer Richtung abgestützt und liegt über die Speichen 30 in einem Außenumfangsbereich 32 am ersten Planetenradteil 22 bzw. an dessen Befestigungsteil 28 zumindest mittelbar an.
Wie den 1 bis 3 ferner zu entnehmen ist, ist der Befestigungsteil 28 durch einen Grundkörper 34 des ersten Planetenradteil 22 gebildet. Von dem Grundkörper 34 erstreckt sich auf Seiten des zweiten Hohlrads 14 zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung ein Steg 36 weg, wobei der Steg 36 mit dem Grundkörper 34 einerseits verbunden ist. Andererseits ist mit dem Steg 36 ein die Verzahnung des ersten Planetenradteils 22 bildender Verzahnungsbereich 38 verbunden. Der Verzahnungsbereich 38, welcher die mit dem zweiten Hohlrad 14 kämmende Verzahnung des ersten Planetenradteils 22 aufweist, ist über den Steg 36 von dem Grundkörper 34 beabstandet. Mit anderen Worten ist zwischen dem Verzahnungsbereich 38 und damit zwischen der Verzahnung des ersten Planetenradteils 22 und dem Grundkörper 34 ein Abstand d und damit ein Zwischenraum 40 vorgesehen. Darüber hinaus ist zwischen dem Verzahnungsbereich 38 und damit der Verzahnung des ersten Planetenradteils 22 und dem zweiten Planetenradteil 24 und damit der Verzahnung des zweiten Planetenradteils 24 ein weiterer Abstand D vorgesehen. Mit anderen Worten ist die Verzahnung des ersten Planetenradteils 22 in axialer Richtung von der Verzahnung des zweiten Planetenradteils 24 beabstandet.
Durch diese Ausgestaltung der Planetenräder 16 ist deren Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, in axialer Richtung (Axialsteifigkeit) derart angepasst, dass zumindest im Wesentlichen die gesamte Zahnbreite der Verzahnungen der Planetenräder 16 und des Sonnenrads 18 an der Übertragung und Wandlung des Drehmoments teilnimmt. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Lastskalierbarkeit des Getriebes 10 realisiert, so dass das Getriebe 10 hinsichtlich seiner Breite, d. h. seiner axialen Erstreckung an während des Betriebs auftretende Belastungen angepasst und entsprechend konstruktiv ausgelegt bzw. skaliert werden kann. Dadurch kann das Getriebe 10 über eine besonders hohe Lebensdauer hinweg auftretende Belastungen zumindest im Wesentlichen schadfrei ertragen und für eine gewünschte variable Einstellung des Verdichtungsverhältnisses sorgen.
Die 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform des Getriebes 10 gemäß den 1 bis 3. Auch die Planetenräder 16 des Getriebes 10 gemäß den 4 und 5 sind zumindest zweiteilig ausgebildet und umfassen das erste Planetenradteil 22 sowie das zweite Planetenradteil 24. Dabei sind auch die Verzahnungen der Planetenradteile 22, 24 in axialer Richtung voneinander um den weiteren Abstand D voneinander beabstandet. Darüber hinaus sind die Planetenradteile 22, 24 unter Ausbildung der Fügstelle in Form der Schweißnaht 26 miteinander gefügt bzw. verschweißt. Insbesondere durch die zumindest zweiteilige Ausgestaltung ist die Axialsteifigkeit der Planetenräder 16 so angepasst, um die gesamte Zahnbreite der Verzahnungen des Sonnenrads 18 und der Planetenräder 16 zur Übertragung bzw. Wandlung des Drehmoments bzw. der Drehmomente zu nutzen. Daraus ergibt sich die bereits bezüglich des Getriebes 10 gemäß den 1 und 3 geschilderte vorteilhafte Lastskalierbarkeit des Getriebes 10.
Die 6 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Darstellung der vorteilhaften Lastskalierbarkeit des Getriebes 10. Wie der 6 zu entnehmen ist, weisen die Hohlräder 12, 14 jeweilige modifizierte Steghöhen 42 auf.
Dies bedeutet, dass jeweilige Stege 44 der Hohlräder 12, 14 bezogen auf die axiale Richtung einen ersten Längenbereich 46 und wenigstens einen sich in axialer Richtung daran anschließenden zweiten Längenbereich 48 aufweisen, welche sich hinsichtlich ihrer jeweiligen radialen Wandstärken und damit hinsichtlich ihrer jeweiligen Torsionssteifigkeiten unterscheiden.
Wie der 6 zu entnehmen ist, ist der zweite Längenbereich 48 im Vergleich mit dem ersten Längenbereich 46 hinsichtlich seiner radialen Wandstärke reduziert. Dabei verjüngt sich die Wandstärke des zweiten Längenbereichs 48 des ersten Hohlrads 12 in axialer Richtung ausgehend von dem ersten Längenbereich 46 zum zweiten Hohlrad 14 hin. Entsprechend dazu verjüngt sich der zweite Längenbereich 48 des zweiten Hohlrads 14 in axialer Richtung ausgehend von dem ersten Längenbereich 46 in Richtung des dem zweiten Hohlrad 14 gegenüber angeordneten ersten Hohlrads 12 hin. Durch diese Verjüngung der Wandstärken sind die Stege 44 der Hohlräder 12, 14 in den zweiten Längenbereichen 48 gegenüber den ersten Längenbereichen 46 hinsichtlich ihrer Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, reduziert, so dass die zumindest im Wesentlichen gesamten Zahnbreiten der jeweiligen Verzahnungen der Hohlräder 12, 14 und der Planetenräder 16 und gegebenenfalls des Sonnenrads 18 an der Wandlung und Übertragung der Drehmomente teilnehmen. Auch dadurch ist eine besonders vorteilhafte Lastskalierbarkeit des Getriebes 10 realisiert.
Eine weitere Möglichkeit zur Darstellung der Lastskalierbarkeit ist z. B., den Bund des Sonnenrads 18 mit wenigstens einem ersten Bereich zu versehen, welcher gegenüber einem sich daran anschließenden zweiten Bereich des Sonnenrads 18 eine reduzierte Torsionssteifigkeit aufweist. So kann die Übertragung und Wandlung des Drehmoments über die zumindest im Wesentlichen gesamte Zahnbreite der Planetenräder 16 und des Sonnenrads 18 erfolgen. Eine solche reduzierte Torsionssteifigkeit ist beispielsweise durch eine erhöhte Drehelastizität geschaffen. Dies ist beispielsweise durch wenigstens einen sich zumindest im wesentlichen radial und/oder axial erstreckenden Schlitz und/oder durch eine reduzierte Wandstärke darstellbar.
Bezugszeichenliste

10: Getriebe
12: erstes Hohlrad
14: zweites Hohlrad
16: Planetenrad
18: Sonnenrad
20: Abtriebswelle
22: erstes Planetenradteil
24: zweites Planetenradteil
26: Schweißnaht
28: Befestigungsteil
30: Speiche
32: Außenumfangsbereich
34: Grundkörper
36: Steg
38: Verzahnungsbereich
40: Zwischenraum
42: Steghöhe
44: Steg
46: erster Längenbereich
48: zweiter Längenbereich
d: Abstand
D: weiterer Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004061817 A1 [0002]
DE 10161942 A1 [0003]

Claims

Getriebe (10), insbesondere für eine Stelleinrichtung zum Einstellen eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten Hohlrad (12), mit einem koaxial zum ersten Hohlrad (12) angeordneten zweiten Hohlrad (14) und mit zumindest einem Planetenradelement (16), welches mit dem ersten Hohlrad (12) und mit dem zweiten Hohlrad (14) kämmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenradelement (16) in seiner axialen Richtung wenigstens zwei Bereiche unterschiedlicher Steifigkeit aufweist.
Getriebe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche in ihrer Torsionssteifigkeit voneinander unterschiedlich ausgebildet sind.
Getriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit, insbesondere die Torsionssteifigkeit, des Planetenradelements (16) in axialer Richtung sich zumindest im Wesentlichen kontinuierlich oder diskontinuierliche verändernd ausgebildet ist.
Getriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche in axialer Richtung aneinander angrenzen.
Getriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenradelement (16) einen mit dem ersten Hohlrad (12) kämmenden ersten Planetenradbereich (24) und wenigstens einen mit dem zweiten Hohlrad (14) kämmenden zweiten Planetenradbereich (22) aufweist, welche miteinander verbunden sind, wobei der die geringere Steifigkeit aufweisende Bereich in axialer Richtung zwischen den Planetenradbereichen (22, 24) angeordnet ist.
Getriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die geringere Steifigkeit aufweisende Bereich durch wenigstens ein Federelement gebildet ist, über welches eine den anderen Bereich bildende erste Planetenradscheibe des Planetenelements (16) mit wenigstens einer zumindest im Wesentlichen koaxial zur erstes Planetenradscheibe angeordneten und einen weiteren Bereich des Planetenelements (16) bildenden zweiten Planetenradscheibe verbunden ist.
Getriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die geringere Steifigkeit aufweisende Bereich durch wenigstens eine Fügstelle (26) gebildet ist, über welche ein den anderen Bereich bildendes und mit dem ersten Hohlrad (12) kämmendes erstes Planetenradteil (24) und wenigstens ein mit dem zweiten Hohlrad (14) kämmendes, einen weiteren Bereich des Planetenelements (16) bildendes und separat von dem ersten Planetenradteil (24) ausgebildetes zweites Planetenradteil (22) miteinander verbunden sind.
Getriebe (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Planetenradteile (22, 24) einen Befestigungsteil (28) aufweist, welcher zumindest bereichsweise in dem anderen Planetenradteil (24) aufgenommen ist.
Getriebe (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem ersten Hohlrad (12), mit einem koaxial zum ersten Hohlrad (12) angeordneten zweiten Hohlrad (14), mit zumindest einem Planetenradelement (16), welches mit dem ersten Hohlrad (12) und mit dem zweiten Hohlrad (14) kämmt, und mit einem mit dem Planetenradelement (16) kämmenden Sonnenradelement (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenradelement (18) in seiner axialen Richtung wenigstens einen Bereich aufweist, welcher bezüglich wenigstens eines weiteren, sich daran anschließenden Bereichs des Sonnenradelements (18) in seiner Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, reduziert ist.
Getriebe (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem ersten Hohlrad (12), mit einem koaxial zum ersten Hohlrad (12) angeordneten zweiten Hohlrad (14) und mit zumindest einem Planetenradelement (16), welches mit dem ersten Hohlrad (12) und mit dem zweiten Hohlrad (14) kämmt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Hohlräder (12, 14) in seiner axialen Richtung wenigstens zwei Bereiche (46, 48) unterschiedlicher Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, aufweist.