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Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe für eine Wellenverstellvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin die Wellenverstellvorrichtung mit dem Wellgetriebe.
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Nockenwellenversteller werden eingesetzt, um die Phasenlage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle bei einem Verbrennungsmotor zu ändern, um auf diese Weise die Ventilöffnungs- und/oder -schließzeitpunkte zu verändern. In einer üblichen Bauform weist der Nockenwellenversteller einen Rotor und einen Stator auf, wobei der Rotor mit einer Nockenwelle und der Stator über einen Steuertrieb mit einer Kurbelwelle verbunden ist. Der Stator und der Rotor sind zueinander verdrehbar, sodass der Drehwinkel der Nockenwelle veränderbar ist. Die Relativrotation von Stator und Rotor wird beispielsweise durch einen hydraulischen oder elektrischen Antrieb des Nockenwellenverstellers bewirkt.
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Bei elektrischen Nockenwellenverstellern ist es bekannt, Wellgetriebe einzusetzen, welche sehr hohe Übersetzungsverhältnisse realisieren können. Derartige Wellgetriebe weisen üblicherweise einen Wellgenerator, eine elastische Hülse sowie ein Hohlrad auf, wobei die elastische Hülse durch den Wellgenerator zum einen derart verformt wird, dass diese mit dem Hohlrad in nur zwei Zahneingriffsbereichen in Eingriff steht und zum anderen, dass die Zahneingriffsbereiche um die Hauptachse des Wellgetriebes rotiert werden. Durch eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen der elastischen Hülse und des Hohlrads wird eine Relativrotation zwischen der elastischen Hülse und dem Hohlrad umgesetzt.
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Die Bauteile eines derartigen Wellgetriebes sind oftmals ausschließlich aus Metall gefertigt. Dagegen wird in der Druckschrift
WO 2015/1511 46 A1 ein Wellgenerator mit einem Hohlkörper vorgeschlagen, der mehrschichtig aufgebaut ist und wobei mindestens eine Schicht aus einem karbonfaserverstärkten Kunststoffmaterial besteht. Der Hohlkörper wird als elastische Hülse in dem Wellgenerator verwendet, um die Steifigkeit des Hohlkörpers zu erhöhen, um das Überspringen der Verzahnung zu verhindern.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige Ausführung eines gedämpften Wellgetriebes vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Wellenverstellvorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 8 und 9 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Der Gegenstand der Erfindung ist ein Wellgetriebe, welches für eine Wellenverstelleinrichtung geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Wellgetriebe kann auch als Harmonic drive bezeichnet werden. Die Wellenverstellvorrichtung ist insbesondere ausgebildet, die Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu der Phasenlage einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors zu verstellen oder insbesondere dazu ausgebildet, das Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors zu verändern.
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Das Wellgetriebe weist einen Wellgenerator auf, wobei der Wellgenerator einen ovalen, insbesondere elliptischen Abtrieb und/oder eine ovale Abtriebsfläche aufweist. Insbesondere sind der Abtrieb und/oder die Abtriebsfläche als eine eine Hauptachse des Wellgetriebes und/oder der Wellenverstellvorrichtung umlaufende Stirngeometrie und/oder Stirnfläche ausgebildet. Ferner weist das Wellgetriebe ein Hohlrad mit einer Innenverzahnung auf.
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Das Wellgetriebe weist weiterhin ein flexibles Stirnrad mit einer Außenverzahnung auf. Das flexible Stirnrad wird auch als Flex-Spline bezeichnet. Insbesondere kann das flexible Stirnrad als ein Flex-Kragen oder als eine Flex-Hülse ausgebildet sein.
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Der Wellgenerator, das Hohlrad und das Stirnrad sind so angeordnet, dass der Wellgenerator, insbesondere mit dem Abtrieb und/oder der Abtriebsfläche das flexible Stirnrad verformt und zwar derart, dass das Stirnrad mit der Innenverzahnung in zwei oder mehreren, diskreten Zahneingriffsbereichen mit der Außenverzahnung des Hohlrads in Eingriff steht. Bei einer Rotation des Wellgenerators um die Hauptachse wandern die zwei Zahneingriffsbereiche in Umlaufrichtung um die Hauptachse, wobei durch eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung eine Relativrotation zwischen dem Hohlrad und dem flexiblen Stirnrad erreicht wird. Vorzugsweise bildet das Hohlrad den Abtrieb des Wellgetriebes.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Wellgetriebe mindestens oder genau einen Dämpfungsring aufweist, wobei der Dämpfungsring zwischen dem Stirnrad und dem Hohlrad angeordnet ist. Bevorzugt steht der Dämpfungsring mit dem Stirnrad einerseits und mit dem Hohlrad andererseits unmittelbar im Kontakt.
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Der Dämpfungsring ist insbesondere als ein O-Ring ausgebildet. Beispielsweise ist dieser als ein elastischer Kunststoffring, insbesondere aus Gummi ausgebildet. Insbesondere ist der Dämpfungsring in Umlaufrichtung geschlossen. Im Profil kann der Dämpfungsring beispielsweise oval oder kreisrund ausgebildet sein.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass prinzipiell eine Dämpfung für das flexible Stirnrad vorteilhaft ist. Vorzugsweise ist der Dämpfungsring radial.
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Vorzugsweise ist in dem Hohlrad eine Aufnahmenut zur Aufnahme des Dämpfungsrings eingebracht. Somit liegt der Dämpfungsring mit seiner radialen Innenseite an dem flexiblen Stirnrad mit seiner radialen Außenseite an oder in der Aufnahmenut an. Ein Reibmoment kann wahlweise durch die Nutwände oder durch den Nutboden je nach Auslegung der Aufnahmenut umgesetzt werden.
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Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die Aufnahmenut nahe der Innenverzahnung eingebracht.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Dämpfungsring eine erste Ringverzahnung auf, welche radial nach innen gerichtet ist. Alternativ ist die erste Ringverzahnung nach radial außen gerichtet. Schließlich können auch die erste und die zweite Verzahnung beide als Ringverzahnungen ausgebildet sein.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist das Wellgetriebe einen Außenrotor und einen Innenrotor auf. Der Außenrotor ist mit dem Stirnrad drehfest gekoppelt. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Außenrotor mit dem Stirnrad starr verbunden ist. Alternativ hierzu ist der Außenrotor mit dem Stirnrad getriebetechnisch drehfest gekoppelt. Der Innenrotor weist das Hohlrad auf. Alternativ hierzu weist der Außenrotor das Hohlrad oder ein weiteres Hohlrad auf.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Wellenverstellvorrichtung zur Verstellung der Phasenlage zwischen einer Kurbelwelle und eines Verbrennungsmotors und einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors, wobei die Wellenverstellvorrichtung durch ein Wellgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche bzw. wie dieses zuvor beschrieben wurde ausgebildet ist.
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In einer anderen Anwendung ist vorgesehen, die Wellenverstellvorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine zu verwenden.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Es zeigen:
- 1 ein Wellgetriebe in einem schematischen Längsschnitt mit einem flexiblen Ring in Topfbauform als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 ein Wellgetriebe in einem schematischen Längsschnitt mit einem flexiblen Ring in Hülsenbauform als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und
- 3 einen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hohlrad.
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1 zeigt eine Wellenverstellvorrichtung 1 mit einem Wellgetriebe 2. Das Wellgetriebe 2 weist einen Wellgenerator 3 auf, welcher über einen nicht dargestellten Motor um die Hauptachse H drehbar angeordnet ist. Auf dem Wellgenerator 3 ist ein Kugellager 4 angeordnet, dessen Außenring 5 ab. Der Außenring 5 steht in Kontakt mit einem flexiblen Stirnrad 6. Das flexible Stirnrad 6 weist eine Topfform auf und ist an der radialen Außenseite mit einer Außenverzahnung 7 versehen. Im Betrieb wird die flexible Stirnrad 6 durch den Wellgenerator 3 oval, insbesondere elliptisch, verformt.
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Das Wellgetriebe 2 weist ferner ein Hohlrad 8 als Teil eines Abtriebs auf, welcher an der radialen Innenseite einer Innenverzahnung 9 trägt. Die Innenverzahnung 9 ist im Eingriff mit der Außenverzahnung 7 des flexiblen Stirnrads 6. Bei einer Drehung des Wellgenerators 3 wandern die Zahneingriffsbereiche des flexiblen Stirnrads 6 in das Hohlrad 8 in Umlaufrichtung um die Hauptachse H, wobei durch eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen der Innenverzahnung 9 und der Außenverzahnung 7 eine Relativrotation zwischen dem Hohlrad 8 und der flexiblen Stirnrad 6 erzeugt wird.
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In dem Hohlrad 8 ist ein Dämpfungsring 10 angeordnet. Er ist von schmaler radialer Dicke im Vergleich zur radialen Erstreckung des Hohlrads 8.
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Wie aus der 1a zu erkennen ist, weist das Wellgetriebe einen Außenrotor 13 auf, welcher einen Kettenradabschnitt 14 zur getriebetechnischen Ankopplung einer Kurbelwelle aufweist. Beispielsweise wird die Bewegung der Kurbelwelle über eine Steuerkette auf den Kettenradabschnitt 14 und damit auf den Außenrotor 13 übertragen. Mittels einer Schraube 17 sind der Außenrotor 13 und das Hohlrad 8 miteinander verbunden.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Wellenverstellvorrichtung 1 bzw. des Wellgetriebes 2 gezeigt. Abweichend zu 1 ist das flexible Stirnrad 6 in Hülsenbauform ausgebildet und über eine Schraube 17 mit einem Außenrotor verbunden. Das Hohlrad 8 ist bauraumsparend radial innerhalb des Außenrotors 13 angeordnet und bildet für dieses eine Lagerfläche.
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Aus 3 geht ein erfindungsgemäßer Dämpfungsring 10 hervor, der in einem Hohlrad 8 angeordnet ist. Der Dämpfungsring 10 weist zwei radial gerichtete Verzahnungen 11, 31 auf, von denen die erste Verzahnung 11 nach radial innen gerichtet ist und die zweite Verzahnung 31 nach radial außen. Beide Verzahnungen 11, 31 greifen in Gegenverzahnungen, die am Hohlrad 8 angeordnet sind, formschlüssig ein.
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Die Verzahnungen 11, 31 sind als Ringverzahnungen ausgebildet; sie erstrecken sich damit über den gesamten Umfang des Dämpfungsrings 10. Die Zähne der Verzahnungen 11, 31 sind jeweils um eine halbe Zahnbreite versetzt, so dass die radiale Dicke des Dämpfungsrings im Wesentlichen konstant ist.
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Der Dämpfungsring 10 ist aus einem Elastomer ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellenverstellvorrichtung
- 2
- Wellgetriebe
- 3
- Wellgenerator
- 4
- Kugellagereinrichtung
- 5
- Außenring
- 6
- Stirnrad
- 7
- Außenverzahnung
- 8
- Hohlrad
- 9
- Innenverzahnung
- 10
- Dämpfungsring
- 11
- erste Verzahnung
- 12
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- 13
- Außenrotor
- 14
- Kettenradabschnitt
- 15
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- 16
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- 17
- Schraube
- 31
- zweite Verzahnung
- H
- Hauptachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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