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Die Erfindung betrifft ein insbesondere für einen mechanischen Nockenwellenversteller geeignetes Wellgetriebe, welches ein sich starres, innenverzahntes Getriebeelement sowie ein mit dessen Verzahnung kämmendes, außenverzahntes, durch einen Wellgenerator beim Betrieb des Wellgetriebes permanent verformtes, nachgiebiges Getriebeelement aufweist, wobei das nachgiebige Element über ein Gleitlager mit einem unrunden Wellring des Wellgenerators zusammenwirkt.
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Ein derartiges Wellgetriebe ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 009 128 A1 bekannt. Dieses Wellgetriebe ist Teil eines elektrischen Nockenwellenverstellers und weist ein Antriebsrad und ein Abtriebsteil auf, welche zur Einsparung von Bauraum, was den Raumbedarf in axialer Richtung betrifft, ineinander geschachtelt sind.
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Ein weiterer Nockenwellenversteller ist zum Beispiel aus der
DE 10 2014 209 312 A1 bekannt. In diesem Fall weist die zu verstellende Nockenwelle und/oder eine Spannhülse Kanäle zur Ölführung auf.
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DE 10 2013 205 105 A1 zeigt ein Verstellgetriebe, das mit einem Wellgetriebe über eine Gewindespindel eine hoch übersetzten Axialschub bereitstellen kann. Das Wellgetriebe ist gleitgelagert und wird beispielsweise zur Verstellung einer Kupplung genutzt. Eine Phasenwinkelverschiebung zweier Wellen ist mit diesem Verstellgetriebe nicht möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verstellgetriebe gegenüber dem genannten Stand der Technik hinsichtlich eines besonders günstigen Verhältnisses zwischen Bauraumbedarf, Montagefreundlichkeit und langfristiger Betriebssicherheit weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verstellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. In an sich bekanntem Grundaufbau weist dieses Verstellgetriebe ein Wellgetriebe mit einem starren, direkt oder indirekt mit einer Innenverzahnung versehenen Getriebeelement auf. Bei diesem Getriebeelement kann es sich entweder um ein rotierbares oder um ein nicht rotierbares Getriebeelement handeln. In beiden Fällen kämmt mit der Innenverzahnung dieses in sich starren Getriebeelementes eine Außenverzahnung eines nachgiebigen Getriebeelementes. Die Verformung des nachgiebigen Getriebeelementes erfolgt durch einen Wellgenerator, welcher mit einem nicht kreisrunden Wellring arbeitet, wobei vom Wellring Verformungen bewirkende Kräfte über ein Gleitlager auf das nachgiebige, außenverzahnte Getriebeelement übertragen werden. Erfindungsgemäß ist das Gleitlager unmittelbar durch den Wellring und das nachgiebige Getriebeelement gebildet. Dies bedeutet, dass der Gleitkontakt des Gleitlagers zwischen einer Außenoberfläche des Wellrings und einer Innenoberfläche des nachgiebigen Getriebeelementes gegeben ist. Das nachgiebige Getriebeelement hat somit eine Doppelfunktion, nämlich zum einen die Funktion eines Verzahnungselementes und zum anderen die Funktion eines Gleitlagerelementes. Die zusammen den Gleitkontakt bereitstellenden Oberflächen des nachgiebigen Getriebeelementes auf der einen Seite und des Wellrings auf der anderen Seite sind vorzugsweise durch unterschiedliche Werkstoffe gebildet. Hierbei kann mindestens eines der beiden Teile Wellring und nachgiebiges Getriebeelement mit einer verschleiß- und/oder reibungsmindernden Beschichtung versehen sein.
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Durch die Bildung des Gleitlagers des Wellgetriebes unmittelbar aus dem Wellring mit nicht kreisrundem Querschnitt und dem durch diesen verformten nachgiebigen, das heißt elastischen Getriebeelement ist die Teilezahl des gesamten Wellgetriebes minimiert, wobei zugleich die Raumausnutzung optimiert ist. Die Gleitlagerung hat zudem im Vergleich zu einer Wälzlagerung, etwa einer Kugellagerung, den Vorteil weitaus größerer Kontaktflächen, die zur Kraftübertragung zur Verfügung stehen, was der Lebensdauer des Wellgetriebes zu Gute kommt.
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Zwischen dem Wellring und dem nachgiebigen, außenverzahnten Getriebeelement sind in bevorzugter Ausgestaltung mehrere, vorzugsweise genau zwei, sich in Umfangsrichtung verjüngende Freiräume gebildet. Jeder dieser Freiräume ist beispielsweise durch eine Außenkontur des Wellrings, welche die Form einer Kreissekante hat, begrenzt. Im Fall von genau zwei Freiräumen zwischen dem Wellring und dem Innenumfang des nachgiebigen Getriebeelementes weist der Wellring im einfachsten Fall an dessen Umfang zwei zueinander parallele Abflachungen auf. Bei der Rotation des Wellrings wird Schmieröl, welches sich zwischen dem Wellring und dem nachgiebigen Getriebeelement befindet, von den sich verjüngenden Freiräumen direkt zu den Gleitkontakten zwischen dem Wellring und dem nachgiebigen Getriebeelement gefördert.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Wellring mindestens eine tangential verlaufende Ölnut auf. Von den Freiräumen aus gelangt das Schmiermittel somit nicht nur unmittelbar zum Gleitkontakt, sondern auch in die Ölnut, von welcher aus es in entferntere Bereiche des Gleitkontaktes fließt. In besonders bevorzugter Ausgestaltung weist der Wellring genau zwei außermittig an dessen Umfang angeordnete Ölnuten auf. Die Ölnuten sind vorzugsweise symmetrisch zu einer Mittelebene angeordnet, welche den Wellring, das heißt Lagerring des Gleitlagers, mittig schneidet und normal zu dessen Rotationsachse ausgerichtet ist.
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Die genannte Mittelebene liegt vorzugsweise zentral in einem sogenannten Scheibenabschnitt des Wellrings. In diesem Scheibenabschnitt können sich diverse Öffnungen, insbesondere eine mittige Aussparung zur Durchführung einer in einer Nockenwelle zu befestigenden Zentralschraube sowie radial außerhalb dieser Aussparung angeordnete Befestigungsöffnungen zur Verbindung mit einer elektrisch angetriebenen Verstellwelle, befinden. Am äußeren Rand des Scheibenabschnittes befindet sich vorzugsweise ein Hülsenabschnitt, welcher den Scheibenabschnitt in beiden Axialrichtungen überragt. Der Wellring weist in seinem äußeren Bereich somit einen T-förmigen Querschnitt auf. Dies bedeutet, dass die Gleitfläche des Wellrings gegenüber dessen mittlerem Bereich, das heißt Scheibenabschnitt, verbreitert ist. Sofern die Gleitfläche durch Ölnuten unterbrochen ist, befinden sich diese vorzugsweise ausschließlich in denjenigen Bereichen des Hülsenabschnitts, welche den Scheibenabschnitt in Axialrichtung überragen. Der mittlere, zwischen den Ölnuten liegende Bereich der Gleitfläche ist somit besonders zur Übertragung von Radialkräften zwischen dem Wellring und dem nachgiebigen Getriebeelement geeignet.
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Der Wellring ist derart geformt, dass die Außenverzahnung des nachgiebigen Getriebeelementes nur an definierten Stellen, vorzugsweise in genau zwei Umfangsabschnitten, in Eingriff mit der Innenverzahnung des in sich starren Getriebeelementes gelangt. Beispielsweise weist der Wellring in diesen Bereichen eine ovale, insbesondere elliptische Außenkontur auf. Alternativ sind Ausgestaltungen realisierbar, bei welchen der als Gleitlagerring fungierende Wellring in denjenigen Umfangsabschnitten, in denen ein Drehmoment zwischen dem nachgiebigen und dem in sich starren Getriebeelement gegeben ist, eine kreisbogenförmige Außenkontur aufweist. Die Mittelpunkte der entsprechenden Kreise liegen in diesem Fall außerhalb der Rotationsachse des Wellgetriebes, wobei die durch die genannten Kreisbögen beschriebenen, gedachten Kreise jeweils einen kleineren Radius aufweisen als der durch die Innenverzahnung des starren Getriebeelementes beschriebene Kreis.
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In allen Fällen handelt es sich bei dem Wellring des Wellgetriebes um ein Teil eines Gleitlagers mit hohem Wirkungsgrad. Vorzugsweise ist der Wellring einteilig ausgeführt, wobei sich dessen Hülsenabschnitt um den gesamten Umfang des zentralen Scheibenabschnitts erstreckt und damit dem gesamten Wellring trotz dünnwandiger Gestaltung eine hohe Stabilität verleiht.
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Das Wellgetriebe, dessen Wellgenerator auch als Gleitwellengenerator bezeichnet wird, ist f beispielsweise Teil eines Verstellgetriebes eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers oder einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors. Ein Axialschub wird durch das Verstellgetriebe nicht vorgenommen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
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1 ein Wellgetriebe in einer schematischen Schnittdarstellung,
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2 Getriebeelemente des Wellgetriebes in einer Schnittdarstellung,
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3 einen weiteren Schnitt durch die Anordnung nach 2,
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4 ein vergrößertes, schematisiertes Detail der Anordnung nach 3,
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5 ein Detail aus 2,
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6 einen Wellring des Wellgetriebes in perspektivischer Ansicht.
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Die 1 zeigt grob schematisiert ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wellgetriebe, hinsichtlich dessen prinzipieller Funktion auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird. Das Wellgetriebe 1 ist in ein Gehäuse 2 eingebaut, welches nicht Teil des Wellgetriebes 1 ist. Im Fall der Verwendung des Wellgetriebes 1 als Stellgetriebe eines elektrischen Nockenwellenverstellers handelt es sich bei dem Gehäuse 2 um ein drehbares, durch ein Zugmittel, insbesondere eine Kette, antreibbares Gehäuse des Nockenwellenverstellers. Eine mit 3 bezeichnete Welle, welche ein Abtriebselement des Wellgetriebes 1 darstellt, ist hierbei mit einer Nockenwelle identisch oder fest verbunden. Bei Verwendung des Wellgetriebes 1 innerhalb einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors ist das Gehäuse 2 mit einem Motorblock fest verbunden oder integraler Bestandteil des Motorblocks, das heißt in jedem Fall nicht rotierbar. Bei der Welle 3 handelt es sich in diesem Fall um eine Exzenterwelle, die über ein Nebenpleuel mit dem Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine zusammenwirkt.
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Unabhängig von Verwendung und Einbausituation des Wellgetriebes 1 weist dieses ein mit der Welle 3 verbundenes starres Getriebebauteil 4 in Form eines Hohlrades auf. Die Rotationsachse des Hohlrades 4 ist mit R bezeichnet und mit der Symmetrieachse des Wellgetriebes 1 identisch.
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Das Hohlrad 4 ist innenverzahnt und wirkt direkt mit einem flexiblen, das heißt nachgiebigen, Getriebeelement 5 zusammen. Das flexible Getriebeelement 5 wird auch als Flexring bezeichnet. In nicht dargestellter Weise kann das flexible Getriebeelement 5 einen radial nach innen oder radial nach außen gerichteten Abschnitt aufweisen, womit es insgesamt eine Topfform beziehungsweise eine Hutform aufweist.
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Beim Betrieb des Wellgetriebes 1 wird das flexible Getriebebauteil 5 permanent durch einen Wellgenerator 6 verformt. In den Schnitten nach den 1 und 2 ist ein Wellring 8 erkennbar, welcher einen T-förmigen Querschnitt aufweist und als Komponente eines Gleitlagers 7, das heißt als Lagerring, fungiert. Der T-förmige Querschnitt des Wellrings 8 ist gebildet durch einen Scheibenabschnitt 10, an dessen Außenumfang ein Hülsenabschnitt 9 grenzt. Der Innenumfang des flexiblen Getriebebauteils 5 kontaktiert den Außenumfang des Hülsenabschnitts 9, sodass hierdurch der Gleitkontakt des Gleitlagers 7 gebildet ist.
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Über den Gleitkontakt des Gleitlagers 7 werden Radialkräfte – bezogen auf die Rotationsachse R – übertragen, wodurch in einem mit 11 bezeichneten Verzahnungsbereich die Außenverzahnung des flexiblen Getriebeelementes 5 mit der Innenverzahnung des in sich starren Getriebebauteiles 4 kämmt, sodass ein Drehmoment zwischen den Getriebeelementen 4, 5 übertragbar ist.
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Wie aus den 3 und 4 hervorgeht, befindet sich die Außenverzahnung des nachgiebigen Getriebeelementes 5 in genau zwei diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten im Eingriff mit der Innenverzahnung des starren Getriebebauteils 4. Eine Außenmantelfläche 12 des Wellrings 8 fungiert hierbei als Gleitlagerfläche, auf welcher das flexible Getriebeelement 5 als weiteres Gleitlagerelement aufliegt. Die in zwei Umfangsabschnitten ausgebildete Außenmantelfläche 12 beschreibt eine einzige elliptische Kontur, die dafür sorgt, dass an zwei exakt am Umfang des Wellrings 8 gegenüberliegenden Stellen, in der Anordnung nach 3 am obersten und am untersten Punkt, die Verzahnungen der Getriebeelemente 4, 5 in maximal möglichem Maße ineinandergreifen. Mit zunehmendem Abstand von diesen beiden Punkten am Umfang der Getriebeelemente 4, 5 ist dagegen die Außenverzahnung des flexiblen Getriebeelementes 5 zunehmend von der Innenverzahnung des starren Getriebeelementes 4 abgehoben, wie insbesondere aus 4 hervorgeht. Eine geringfügig unterschiedliche Zähnezahl zwischen den Verzahnungen der Getriebeelemente 4, 5 sorgt dafür, dass sich beim Wandern der Verzahnungsbereiche 11, welches durch Rotation des Wellrings 8 bewirkt wird, die Getriebeelemente 4, 5 vergleichsweise langsam gegeneinander verdrehen. Das Wellgetriebe 1 stellt damit ein hochuntersetztes Getriebe, im vorliegenden Fall mit einem Übersetzungsverhältnis von 66, dar.
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Der Wellring 8, welcher einen Lagerring des Gleitlagers 7 darstellt, ist durch einen nicht dargestellten Elektromotor direkt angetrieben. Zur Verbindung des Wellrings 8 mit einer Verstellwelle, welche mit der Motorwelle des Elektromotors drehfest verbunden oder identisch sein kann, weist der Lagerring 8 mehrere Befestigungsstellen 13 auf. Radial innerhalb der Befestigungsstellen 13 befindet sich eine zentrale Ausnehmung 14 im Lagerring 8, welche insbesondere die Durchführung einer Zentralschraube, welche in einer Nockenwelle zu befestigen ist, ermöglicht.
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Am Umfang des Hülsenabschnitts 9 und damit des gesamten Lagerrings 8, befinden sich, wie insbesondere aus den 5 und 6 hervorgeht, zwei umlaufende Ölnuten 15. Jede dieser Ölnuten 15 befindet sich in einem Bereich des Hülsenabschnitts 9, welcher in Axialrichtung über den Scheibenabschnitt 10 hinausragt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ölnuten 15 nicht nur an den elliptisch geformten Außenmantelflächen 12, sondern auch an Abflachungen 16 ausgebildet, welche parallel zueinander angeordnet sind und die Außenmantelflächen 12 miteinander verbinden. Zwischen den beiden Abflachungen 16 des Wellrings 8 und dem Innenumfang des flexiblen Getriebeelementes 5 sind Freiräume 18 gebildet, die insbesondere der Aufnahme von Schmiermittel, nämlich Schmieröl, dienen. Die Übergangsbereiche zwischen diesen Freiräumen 18 und den Außenmantelflächen 12 beschreiben Verjüngungen 17, die einen verengten Strömungsquerschnitt für das Schmiermittel bedeuten. Dank dieser Reduktion des zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitts wird gezielt Schmiermittel in die Ölnuten 15 im Bereich der Außenmantelflächen 12 gefördert. Diese Schmiermittelversorgung trägt maßgeblich dazu bei, dass das Gleitlager 7 mit hohem Wirkungsgrad innerhalb des Wellgetriebes 1 arbeitet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe, Stellgetriebe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Welle
- 4
- Hohlrad, starres Getriebebauteil
- 5
- flexibles Getriebebauteil
- 6
- Wellgenerator
- 7
- Gleitlager
- 8
- Lagerring, Wellring
- 9
- Hülsenabschnitt
- 10
- Scheibenabschnitt
- 11
- Verzahnungsbereich
- 12
- Außenmantelfläche
- 13
- Befestigungsstelle
- 14
- Aussparung
- 15
- Ölnut
- 16
- Abflachung
- 17
- Verjüngung
- 18
- Freiraum
- R
- Rotationsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004009128 A1 [0002]
- DE 102014209312 A1 [0003]
- DE 102013205105 A1 [0004]
- DE 19932262 C1 [0005]
- DE 1167147 A [0005]
- JP 11-94030 A [0005]
- DE 1135259 B [0005]
