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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wellgetriebe für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Hohlrad, einem verformbaren Zahnrad, welches eine geringere Zähnezahl als das Hohlrad aufweist, wobei das verformbare Zahnrad mit dem Hohlrad im Eingriff ist, einem drehbaren ovalen Körper, welcher durch einen ovalen Ring gebildet ist, in dem ein Grundkörper angeordnet ist, wobei der ovale Ring an einer Außenumfangsfläche eine Gleitfläche aufweist, auf welchem das verformbare Zahnrad drehbar auf dem ovalen Körper gelagert ist.
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Derartige Wellgetriebe sind aus dem Stand der Technik bekannt und dienen bei einem Verbrennungsmotor zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle.
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Die
US 3 166 949 A offenbart ein Wellgetriebe mit einem Hohlrad, welches im Eingriff mit einem verformbaren Zahnrad ist, wobei die Zähnezahl des Hohlrades größer als die Zähnezahl des verformbaren Zahnrades ist. Das Wellgetriebe weist zusätzlich einen aus zwei halbellipsenförmigen Elementen aufgebauten Ellipsen-Körper auf, welcher über ein zwischen dem Ellipsen-Körper und dem verformbaren Zahnrad angeordneten elastischen Kugellager innerhalb des verformbaren Zahnrades gelagert ist.
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US 4 625 582 A offenbart ein Wellgetriebe mit einem Hohlrad und einem verformbaren Zahnrad, welches im Eingriff mit Zähnen des Hohlrades ist, wobei eine Zähnezahl des verformbaren Zahnrades geringer ist als eine Zähnezahl des Hohlrades. Innerhalb des verformbaren Zahnrades ist ein elastischer Ellipsen-Körper, über ein zwischen dem elastischen Ellipsen-Körper und dem verformbaren Zahnrad angeordneten verformbaren Kugellager, gelagert.
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Aus der
EP 1 718 846 B1 ist ein Wellgetriebe zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle bekannt. Das Wellgetriebe umfasst ein Hohlrad, welches mit einem biegeelastischen Zahnrad im Eingriff ist. Das Wellgetriebe weist zusätzlich einen Wellring mit elliptischem Außenumfang auf, welcher mit einer Antriebswelle verbunden ist. Der Wellring weist an dem Außenumfang eine Gleitfläche auf, auf dem das Zahnrad drehbar gelagert ist.
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Beim Gegenstand des Standes der Technik besteht das Problem, dass bei einem Stopp der Antriebswelle, das Hohlrad abrupt gestoppt wird. Dadurch gibt es einen harten Schlag im Wellgetriebe, welcher zu einem frühzeitigen Verschleiß des Wellgetriebes führt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, ein Wellgetriebe für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, welches eine höhere Lebensdauer und verbesserte Haltbarkeit aufweist, indem ein harter Anschlag an den Endanschlägen verhindert wird und welches wirtschaftlich herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Wellgetriebe für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Wellgetriebe ist der ovale Ring in Richtung einer Hauptachse auf dem Grundkörper elastisch verformbar. Als Hauptachse im Sinne der vorliegenden Erfindung wird die Achse des ovalen Ringes bezeichnet, bei welcher der Durchmesser des Ringes maximal ist. Durch die elastische Verformung des ovalen Ringes wird der harte Schlag in den Endanschlägen gemindert. Der ovale Ring dient dabei als Feder, welche im Endanschlag die Bewegung des Hohlrades und des verformbaren Zahnrades abfedert und dadurch einen frühzeitigen Verschleiß des Wellgetriebes vorbeugt. Durch die Verformung des ovalen Ringes können zudem kleine Toleranzen ausgeglichen werden. Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Wellgetriebes müssen somit keine weiteren Teile zur Anschlagdämpfung vorgesehen werden, so dass das Wellgetriebe trotz alledem wirtschaftlich herstellbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der ovale Ring um maximal 0,1 bis 0,2 mm verformbar. Eine solche Verformung ist klein genug, um das verformbare Zahnrad ausreichend gegen das Hohlrad zu pressen. Andererseits ist die Verformung groß genug, um einen federnden Effekt zu bewirken, so dass der harte Schlag in den Endanschlägen gemindert wird und somit einem frühzeitigen Verschleiß des Wellgetriebes vorgebeugt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Grundkörper in Richtung der Hauptachse an radialen Enden des Grundkörpers Ausnehmungen auf. Durch die Ausnehmungen wird am Innenumfang des ovalen Ringes ein Bereich geschaffen, in welchem der Grundkörper nicht in Kontakt mit dem ovalen Ring ist. Durch die Ausnehmung wird dadurch eine elastische Verformung des ovalen Ringes in Richtung des Grundkörpers zugelassen. Darüber hinaus wird durch die Ausnehmungen Material eingespart, so dass die Herstellungskosten und das Gewicht reduziert werden.
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Vorzugsweise ist Grundkörper in der Hauptachse elastisch verformbar. Der Grundkörper ermöglicht dadurch auch eine elastische Verformung des ovalen Ringes in Richtung der Hauptachse.
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Die Reibung zwischen dem Grundkörper und dem ovalen Ring ist vorzugsweise größer als die Reibung zwischen dem ovalen Ring und dem verformbaren Zahnrad. Dadurch kann der Grundkörper ohne weitere Befestigungsmittel allein durch die Reibung in dem ovalen Ring befestigt werden. Somit ist das Wellgetriebe wirtschaftlicher herstellbar.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der ovale Ring mit dem Grundkörper formschlüssig verbunden. Dadurch wird eine Verdrehung des Grundkörpers zum ovalen Ring vermieden.
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In einer alternativen bevorzugten Ausführung weist der ovale Ring Nasen auf, welche in Nuten des Grundkörpers ragen. Nase im Sinne der Erfindung ist ein Element, welches ausgehend von einer Umfangsrichtung des ovalen Ringes in das Innere des ovalen Ringes weist. Dabei kann die Nase durch eine Stanzbiegebearbeitung hergestellt sein. Die Nase greift in eine Nut des Grundkörpers und verhindert eine relative Verdrehung des Grundkörpers zum ovalen Ring.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Grundkörper aus Metall hergestellt. Besonders bevorzugt wird für den Grundkörper Aluminium verwendet. Ein Grundkörper aus Metall besitzt eine besonders lange Lebensdauer.
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In einer alternativen Ausführung der Erfindung ist der Grundkörper aus Kunststoff hergestellt. Durch die Verwendung von Kunststoff für den Grundkörper wird Gewicht eingespart. Zudem ist ein Grundkörper aus Kunststoff wirtschaftlicher herstellbar als ein Grundkörper aus Metall. Verglichen mit einem Grundkörper aus Metall können für einen Grundkörper aus Kunststoff elastischere Materialien eingesetzt werden, so dass auch für Anwendungen, bei welchen ein elastischer Grundkörper notwendig ist, entsprechende Materialien zur Verfügung stehen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der ovale Ring, der den Grundkörper umgibt ein Stahlring. Dieser Stahlring kann entsprechend den Anforderungen in verschiedenen Wandstärken vorgesehen sein.
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Der ovale Ring weist vorzugsweise eine Wandstärke zwischen 0,5-1,0 mm auf. Ein ovaler Ring mit einer solchen Wandstärke ist steif genug, um eine Verformung des verformbaren Zahnrades zu bewirken und trotz alledem ausreichend flexibel, um eine Federwirkung aufzuweisen.
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Vorzugsweise ist das verformbare Zahnrad aus Metall hergestellt. Zähne aus Metall haben generell eine höhere Bruchfestigkeit als Zähne aus beispielsweise Kunststoff, so dass damit eine Übertragung größerer Drehmomente möglich ist.
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Alternativ ist das verformbare Zahnrad aus Kunststoff hergestellt. Ein solches Zahnrad ist verglichen mit einem Zahnrad aus Metall einfacherer und wirtschaftlicher herstellbar, da durch den Spritzgießvorgang aufwendige Arbeitsschritte zum herstellen eines solchen Zahnrades entfallen. Dadurch können zudem Formen des Zahnrades hergestellt werden, die bei der Herstellung eines Zahnrades aus Metall nur sehr schwer realisierbar sind. Ein Zahnrad aus Kunststoff hat zudem den Vorteil, dass es eine hohe Elastizität aufweist, so dass es sich den Verformungen des ovalen Körpers gut anpassen kann.
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Vorzugsweise ist der Grundkörper in Richtung einer Nebenachse des ovalen Ringes verformbar. Als Nebenachse im Sinne der vorliegenden Erfindung wird die Achse des ovalen Ringes bezeichnet, bei welcher der Durchmesser des Ringes minimal ist. Durch eine solche Verformbarkeit des Grundkörpers ist die Federwirkung des ovalen Ringes verbessert.
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Der ovale Ring ist vorzugsweise in Richtung einer Nebenachse des Ringes verformbar. Dadurch können kleine Toleranzen durch den ovalen Ring ausgeglichen werden. Zudem ist dadurch die Federwirkung des ovalen Ringes verbessert.
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Es wird somit ein Wellgetriebe für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, bei welchem ein harter Schlag in den Endanschlägen gemindert wird, so dass einem frühzeitigen Verschleiß des Wellgetriebes vorgebeugt wird. Zusätzlich weist das erfindungsgemäße Wellgetriebe keine weiteren Teile auf, so dass es wirtschaftlich herstellbar ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. In diesen zeigen:
- 1: Perspektivische Explosionszeichnung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wellgetriebes, und
- 2: Draufsicht auf das Wellgetriebe nach 1.
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Die 1 zeigt eine perspektivische Explosionszeichnung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wellgetriebes 10. Das Wellgetriebe 10 verbindet ein über eine Kette (nicht gezeigt) durch eine Kurbelwelle angetriebenes Kettenrad 11 mit einer Nockenwelle 12.
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2 zeigt eine Draufsicht auf das Wellgetriebe 10. Das Wellgetriebe 10 umfasst ein Hohlrad 14, welches mit dem Kettenrad 11 drehfest verbunden ist. In dem Hohlrad 14 ist ein verformbares Zahnrad 18 angeordnet, dessen Zähne 20 in Hohlradzähne 21 mechanisch eingreifen. Das verformbare Zahnrad 18 weist eine geringere Zähnezahl als das Hohlrad 14 auf. Das verformbare Zahnrad 18 ist durch vierzehn Bögen 23 gebildet, deren Scheitelpunkte S in Richtung einer Drehachse 24 des verformbaren Zahnrades 18 zeigen und an dessen Enden die nach außen weisenden Zähne 20 ausgebildet sind. Die Bögen 23 sind miteinander über flexible Stege 25 verbunden. Jeder Bogen 23 des verformbaren Zahnrades 18 umschließt einen Führungsabschnitt 26, welcher über eine Schraube 30 mit einer Scheibe 34 (siehe 1) verbunden ist. Durch die Führungsabschnitte 26 ist das verformbare Zahnrad 18 geführt. Die Scheibe 34, an der die Führungsabschnitte 26 befestigt sind, ist zentrisch zum Hohlrad 14 über eine Verbindungsschraube 38 mit der Nockenwelle 12 der Verbrennungskraftmaschine mechanisch verbunden. Eine Drehung der Scheibe 34 bewirkt dadurch eine Drehung der Nockenwelle 12. Über Nocken 46 (siehe 1) der Nockenwelle 12 sind dadurch die Ventile der Verbrennungskraftmaschine steuerbar.
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Innerhalb des verformbaren Zahnrades 18 ist ein ovaler Körper 50 drehbar angeordnet. Der ovale Körper 50 ist aus einem ovalen Ring 54 mit einer Wandstärke D von 0,5-1mm gebildet, in welchem ein Grundkörper 60 reibschlüssig angeordnet ist. Der ovale Ring 54 weist an einer Außenumfangsfläche 64 eine Gleitfläche 68 auf, auf welchem das verformbare Zahnrad 18 drehbar auf dem ovalen Körper 50 gelagert ist. Die Reibung an der Gleitfläche 68 ist dabei geringer als die Reibung in der reibschlüssigen Verbindung zwischen dem ovalen Ring 54 und dem Grundkörper 60. Der Grundkörper 60 weist eine formschlüssige Aufnahme 72 für ein Formteil 76 auf, über welches eine Drehbewegung einer Welle eines Elektromotors auf den Grundkörper 60 übertragen wird.
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Der Grundkörper 60 weist in Richtung einer Hauptachse 80 des ovalen Ringes 54, in welcher der Radius R des ovalen Ringes 54 maximal ist, an radialen Enden des Grundkörpers 60 Ausnehmungen 84 auf. Durch die ovale Form des ovalen Körpers 50 ist das verformbare Zahnrad 18 im Wesentlichen nur im Bereich der Ausnehmungen 84 mit dem Hohlrad 14 in Kontakt. Dadurch wirkt der ovale Ring 54 in diesem Bereich wie eine Feder. Die in den Endanschlägen entstehenden hohen Beschleunigungen können dadurch abgefedert werden. Auch können durch die Federwirkung Toleranzen ausgeglichen werden, dass der ovale Ring 54 in die Ausnehmungen 84 federn kann. Der Grundkörper 60 weist zusätzlich Bohrungen 86 auf, welche das Gewicht des Grundkörpers 60 verringert und die Verformbarkeit erhöhen.
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In Richtung einer Nebenachse 88 des ovalen Körpers 50, in welcher ein Radius R des ovalen Ringes 54 minimal ist, liegt das verformbare Zahnrad 18 an dem ovalen Ring 54 lediglich leicht an. Das verformbare Zahnrad 18 ist in diesem Bereich nicht in Kontakt mit dem Hohlrad 14. Ein Kontakt zwischen den Zähnen 20 des verformbaren Zahnrades 18 und den Zähnen 21 des Hohlrades 14 ist somit im Wesentlichen nur im Bereich der Hauptachse 80 des ovalen Ringes 54 gegeben. Durch Drehung des ovalen Körpers 50 relativ zum Hohlrad 14 rollt das verformbare Zahnrad 18 auf einem Innenumfang des Hohlrades 14 ab. Aufgrund der geringeren Zähnezahl des verformbaren Zahnrades 18 zu dem Hohlrad 14 ergibt sich nach einer vollständigen Umdrehung des ovalen Körpers 50 eine Verdrehung zwischen Hohlrad 14 und verformbarem Zahnrad 18. Dadurch ist die Nockenwelle 12 relativ zur Kurbelwelle verdrehbar.
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Bei dem beschriebenen erfindungsgemäßen Wellgetriebe wird ein harter Schlag in den Endanschlägen gemindert, so dass ein frühzeitiger Verschleiß des Wellgetriebes vermieden wird. Zusätzlich wird die Geräuschentwicklung des Wellgetriebes minimiert, da das Zahnrad durch Verformung des Ringes in die Aussparungen verschoben werden kann, was die Anschläge deutlich dämpft.
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Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf das beschriebene Wellgetriebe beschränkt ist, sondern verschiedene Modifikationen und konstruktive Änderungen denkbar sind. Beispielsweise sind andere Ausgestaltungen des verformbaren Zahnrades denkbar. Auch könnte der Grundkörper ein elastisch verformbarer Grundkörper sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wellgetriebe
- 11
- Kettenrad
- 12
- Nockenwelle
- 14
- Hohlrad
- 18
- verformbares Zahnrad
- 20
- Zahn
- 21
- Hohlradzahn
- 23
- Bogen
- 24
- Drehachse
- 25
- Steg
- 26
- Führungsabschnitt
- 30
- Schraube
- 34
- Scheibe
- 38
- Verbindungsschraube
- 46
- Nocke
- 50
- ovaler Körper
- 54
- ovaler Ring
- 60
- Grundkörper
- 64
- Außenumfangsfläche
- 68
- Gleitfläche
- 72
- formschlüssige Aufnahme
- 76
- Formteil
- 80
- Hauptachse
- 84
- Ausnehmung
- 86
- Bohrung
- 88
- Nebenachse
- D
- Wandstärke
- R
- Radius
- S
- Scheitelpunkt
