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Die Erfindung betrifft ein als Stellgetriebe, insbesondere in einem Verbrennungsmotor, verwendbares Wellgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiges Wellgetriebe ist zum Beispiel aus der
DE 10 2016 218 575 A1 bekannt. Dieses Wellgetriebe umfasst ein flexibles, außenverzahntes Getriebeelement in Form einer Kragenhülse, welches mit einem innenverzahnten Getriebeelement, nämlich einem Hohlrad, zusammenwirkt. Zur Verformung des flexiblen Getriebeelementes ist ein Wellgenerator vorgesehen. Das flexible Getriebeelement ist unter Zwischenschaltung einer Scheibe, an welcher sich das Hohlrad in Axialrichtung abstützt, an einem Antriebsrad des Wellgetriebes befestigt.
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Ein Wellgetriebe arbeitet prinzipbedingt mit einem nachgiebigen Getriebeelement, welches beim Betrieb des Wellgetriebes durch einen Wellgenerator verformt wird. Antriebs- und Abtriebselemente eines Wellgetriebes sind typischerweise als in sich starre Getriebeelemente ausgelegt. Zur Lagerung von Getriebeelementen innerhalb eines Wellgetriebes kommen grundsätzlich Wälzlagerungen, insbesondere in Form von Kugellagern, ebenso wie Gleitlagerungen in Betracht.
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DE 10 2009 017 875 A1 offenbart ein Wellgetriebe mit einem flexiblen Getriebeelement, das einen radial gerichteten Flanschabschnitt aufweist. Der Flanschabschnitt kragt vergleichsweise weit aus und ermöglicht mit einem anschließenden axial gerichteten Hülsenabschnitt keine kompakte Bauform des Wellgetriebes.
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DE 10 2015 224 897 A1 zeigt ein flexibles Getriebeelement mit Ausnehmungen in seinem Boden. Ein Zwischenring sichert das flexible Getriebeelement axial. Eine derartige Sicherung durch ein zusätzliches Bauteil ist aufwändig und erfordert axialen Bauraum.
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Der nachveröffentlichte
DE 10 2017 114 069 A1 lässt sich ein flexibles Getriebeelement entnehmen, das einen radial gerichteten Flanschabschnitt aufweist, an den einzelne, in Axialrichtung ausgerichtete Übergangsabschnitte anschließen, über die das flexible Getriebeelement verschnappt ist. Die Übergangsabschnitte weisen keine Anlageabschnitte auf, welche das Abtriebselement lagern könnten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickeltes Wellgetriebe anzugeben, welches sich durch eine besonders gute Bauraumausnutzung sowie eine geringe Teileanzahl und rationelle Fertigungsmöglichkeiten bei zugleich hoher Betriebssicherheit auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Wellgetriebe weist in an sich bekannter Grundkonzeption ein Antriebselement, ein mit dem Antriebselement verbundenes flexibles, kragenförmiges Getriebeelement, sowie ein als Hohlrad ausgebildetes Abtriebselement auf. Das Antriebselement kann mit einem Ketten- oder Riemenrad verbunden oder identisch sein. Das kragenförmige Getriebeelement, welches auch als Kragenhülse bezeichnet wird, weist einen hülsenförmigen, mit einer Außenverzahnung versehenen Abschnitt auf, an welchen sich ein radial nach außen gerichteter Flansch, das heißt Kragen, anschließt. Die Außenverzahnung der Kragenhülse kämmt beim Betrieb des Wellgetriebes partiell mit einer Innenverzahnung des Abtriebselementes.
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Folgende Abschnitte des Kragens des flexiblen Getriebeelementes sind voneinander unterscheidbar: Ein Flanschabschnitt, ein Übergangsabschnitt, sowie ein Anlageabschnitt. Der Flanschabschnitt schließt stirnseitig an den hülsenförmigen, im unverformten Zustand zylindrischen Abschnitt des flexiblen Getriebeelementes an, wobei er sich radial nach außen erstreckt und damit zumindest näherungsweise in einer Ebene liegt, welche normal zur Mittelachse des hülsenförmigen Abschnitts ausgerichtet ist. Der Flanschabschnitt kann eine Ringform aufweisen oder aus einzelnen, voneinander getrennten Segmenten gebildet sein. Analoges gilt für den an den Flanschabschnitt anschließenden Übergangsabschnitt, welcher in seiner Gesamtheit einen zum hülsenförmigen Abschnitt konzentrischen Zylinder beschreibt. Alternativ liegen Teilflächen des Übergangsabschnitts auf einem Kegel, dessen Mittelachse mit der Symmetrieachse des hülsenförmigen Abschnitts zusammenfällt. Ebenso sind Ausgestaltungen realisierbar, in welchen der Übergangsabschnitt, ausgehend vom Flanschabschnitt, eine gekrümmte Querschnittskontur aufweist, sodass Teilflächen des Übergangsabschnitts beispielsweise auf der Oberfläche eines symmetrisch um die Mittelachse des flexiblen Getriebeelementes gelegten Torus liegen.
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In allen Fällen schließt an den Übergangsabschnitt der radial nach innen gerichtete, zum Flanschabschnitt zumindest annähernd parallele Anlageabschnitt an, wobei zwischen dem Flanschabschnitt und dem Anlageabschnitt ein Abstand gegeben ist, welcher vorzugsweise größer als die Wandstärke von Flanschabschnitt sowie Anlageabschnitt, beispielsweise mindestens zwei Mal oder mindestens drei Mal so groß wie die genannte Wandstärke, ist. Der Anlageabschnitt überragt eine Innenumfangsfläche des Antriebselementes radial nach innen und dient hierbei der axialen Lagerung des Abtriebselementes, welches in radialer Richtung vorzugsweise unmittelbar durch die genannte Innenumfangsfläche gelagert ist.
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Der Flanschabschnitt, der Übergangsabschnitt und der Anlageabschnitt beschreiben im Querschnitt eine U-Form, wobei der Flanschabschnitt als erster U-Schenkel länger als der Anlageabschnitt als zweiter U-Schenkel ist. Der Anlageabschnitt ist damit, unabhängig von der Verformung des flexiblen Getriebeelementes, stets von der Außenumfangsfläche des hülsenförmigen Abschnitts beabstandet. Auf diese Weise ist durch das flexible Getriebeelement zusätzlich zum hülsenförmigen Abschnitt ein im Vergleich zu herkömmlichen Kragenhülsen sehr ausgedehnter, sich bis zum Übergangsabschnitt erstreckender Verformungsbereich gegeben, wobei zugleich der Bauraum in axialer Richtung sehr gut ausgenützt ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Wellgetrieben in Stellantrieben in der Kraftfahrzeugtechnik beträgt die Bauraumersparnis in axialer Richtung typischerweise ca. 3 mm. Gleichzeitig ist die Beanspruchung durch Verformungen des flexiblen Getriebeelementes reduziert, was der Betriebssicherheit und Langlebigkeit des Wellgetriebes zugutekommt. Eine gesonderte Axiallagerscheibe, welche das Abtriebselement in axialer Richtung abstützt, ist beim erfindungsgemäßen Wellgetriebe nicht erforderlich. Der Anlageabschnitt des flexiblen Getriebeelementes ist vorzugsweise direkt an einer Stirnfläche des Antriebselementes festgeschraubt. Setzungen durch zusätzliche Bauteile, etwa eine Axiallagerscheibe, sind damit prinzipbedingt ausgeschlossen, was einen zusätzlichen Vorteil neben der genannten Bauraumersparnis bedeutet.
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In bevorzugter Ausgestaltung weisen der Flanschabschnitt und der Anlageabschnitt miteinander fluchtende Bohrungen auf, wobei die Bohrungen im Flanschabschnitt größer als die Bohrungen im Anlageabschnitt sind und Schraubenköpfe von Schrauben, welche zur Befestigung des flexiblen Getriebeelementes am Antriebselement vorgesehen sind, vollständig in dem zwischen dem Flanschabschnitt und dem Anlageabschnitt gebildeten Spaltraum angeordnet sind.
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Jeder der Abschnitte Flanschabschnitt, Übergangsabschnitt und Anlageabschnitt kann wahlweise ringförmig oder in Form einzelner Segmente ausgebildet sein, wobei segmentierte und ringförmige Abschnitte in beliebiger Weise kombinierbar sind. So ist es beispielsweise möglich, den Anlageabschnitt ebenso wie den Flanschabschnitt jeweils als Ring zu gestalten, während der Übergangsabschnitt in Form einzelner, gebogener, die beiden Ringe miteinander verbindender Streifen vorliegt. In Fällen, in denen sich diese Streifen bis zum hülsenförmigen Abschnitt erstrecken, bilden Teile der Streifen zugleich den Flanschabschnitt des flexiblen Getriebeelementes. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist sowohl der Flanschabschnitt als auch der Übergangsabschnitt und der Anlageabschnitt segmentiert, so dass durch die genannten Abschnitte mehrere U-förmige Befestigungslaschen ausgebildet sind, welche jeweils an den hülsenförmigen Abschnitt anschließen. Im Unterschied zu einem herkömmlichen, einfachen Flansch einer Kragenhülse weist jede Befestigungslasche eine zweifach abgeknickte Form auf, wobei statt der zwei Knicke auch zwei abgerundete Bereiche vorhanden sein können. Ebenso kann der Übergangsabschnitt einer jeden Befestigungslasche als einziger gekrümmter Bereich ausgebildet sein, welcher knickfrei sowohl in den Flanschabschnitt als auch in den Anlageabschnitt übergeht.
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Unabhängig von der genauen Querschnittsform der U-förmigen Befestigungslaschen sind am Umfang des flexiblen Getriebeelementes vorzugsweise mindestens drei und höchstens neun Befestigungslaschen verteilt. Die Befestigungslaschen überdecken in der Summe vorzugsweise einen Winkelbereich von mindestens 90° und höchstens 180°. Dies bedeutet, dass der in Umfangsrichtung gemessene Abstand zwischen zwei Befestigungslaschen im Mittel größer als die in derselben Richtung gemessene Breite einer jeden Befestigungslasche ist.
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Das flexible Getriebeelement ist in rationeller Weise durch umformende Verfahren herstellbar. Dies gilt auch für die Verzahnung auf der Außenumfangsfläche des hülsenförmigen Abschnitts. In gezogenen Bereichen ist die Wandstärke des flexiblen Getriebeelementes geringer als die Wandstärke des Ausgangsmaterials.
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Verglichen mit herkömmlichen Kragenhülsen ist die Breite des mehrfach umgeknickten Kragens der erfindungsgemäßen Kragenhülse deutlich erhöht. Die Breite des Kragens entspricht der Summe aus der Wandstärke des Flanschabschnitts und der Wandstärke des Anlageabschnitts und der Breite des zwischen dem Flanschabschnitt und dem Anlageabschnitt gebildeten Spaltraum. Vorzugsweise weicht die in Axialrichtung des hülsenförmigen Abschnitts gemessene Breite des Kragens von der in derselben Richtung gemessenen Breite der Außenverzahnung um nicht mehr als 30 %, insbesondere um nicht mehr als 20 %, ab. Die Summe aus der Breite des Kragens und der Breite der Außenverzahnung entspricht in bevorzugter Ausgestaltung mindestens 60% und höchstens 85% der Gesamtbreite des flexiblen Getriebeelementes.
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Das Wellgetriebe ist beispielsweise zur Verwendung in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller eines Verbrennungsmotors geeignet. Ebenso eignet sich das Wellgetriebe zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein Wellgetriebe in einer Schnittdarstellung,
- 2 ein flexibles Getriebeelement des Wellgetriebes nach 1 in perspektivischer Ansicht,
- 3 das flexible Getriebeelement nach 2 in Draufsicht.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wellgetriebe ist Teil eines elektrischen Nockenwellenverstellers, hinsichtlich dessen prinzipieller Funktion auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird.
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Das Wellgetriebe 1 weist ein Antriebselement 2 auf, welches ein nicht geschlossenes, rotierbares Gehäuse des Wellgetriebes 1 darstellt. Ein Kettenrad 3, welches integraler Bestandteil des Antriebselementes 2 ist, wird von der nicht dargestellten Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, nämlich Hubkolbenmotors, angetrieben, wobei es in an sich bekannter Weise mit halber Kurbelwellendrehzahl rotiert. Ein weiteres, optionales Kettenrad 4, das ebenfalls unmittelbar durch das Antriebselement 2 gebildet ist, dient dem Antrieb einer weiteren Nockenwelle des Verbrennungsmotors.
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Das Antriebselement 2 ist mit einem flexiblen, kragenförmigen Getriebeelement 5, das heißt einer Kragenhülse, verbunden. Bei der Kragenhülse 5 handelt es sich um ein einstückiges Blechteil, welches einen hülsenförmigen Abschnitt 6 aufweist, der mit einer Außenverzahnung 7 versehen ist. An diejenige Stirnseite des hülsenförmigen Abschnitts 6, welche der Außenverzahnung 7 abgewandt ist, das heißt an die der zu verstellenden Nockenwelle abgewandte Seite des hülsenförmigen Abschnitts 6, schließt sich ein Kragen 8, das heißt Flansch, an, auf den noch näher eingegangen werden wird. Die in Axialrichtung des flexiblen Getriebeelementes 5 und damit des gesamten Wellgetriebes 1 gemessene Breit des Kragens 8 ist mit BK bezeichnet. Die Mittelachse des Wellgetriebes 1, welche mit der Rotationsachse der zu verstellenden Nockenwelle übereinstimmt, ist mit M bezeichnet.
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Mit Hilfe von insgesamt fünf Schrauben 9 ist der Kragen 8 am Antriebselement 2 befestigt. Das Antriebselement 2 ist hohl gestaltet, wobei eine Innenumfangsfläche 10 des Antriebselementes 2 eine Gleitlagerfläche darstellt, in welcher ein Abtriebselement 11 radial gelagert ist. Bei dem Abtriebselement 11 handelt es sich um ein Hohlrad, welches einen äußeren zylindrischen Bereich 12, einen an diesen anschließenden, nicht geschlossenen Boden 13, sowie einen vom Boden 13 weg weisenden, auf die zu verstellende Nockenwelle zu gerichteten Zapfen 14 aufweist. Der Zapfen 14 ist in eine Anschlagscheibe 15 eingesteckt, welche sowohl mit dem Hohlrad 11 als auch mit der zu verstellenden Nockenwelle mit Hilfe einer Zentralschraube verbunden ist und mittels Verdrehsicherungskonturen 16 den Verdrehwinkel zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 11, das heißt den Verstellbereich des Nockenwellenverstellers, begrenzt.
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Der Kragen 8 des flexiblen Getriebeelementes 5 weist eine segmentierte Form auf, wie aus den 2 und 3 hervorgeht. Insgesamt ist der Kragen 8 aus fünf jeweils U-förmigen Befestigungslaschen 17 gebildet, welche gleichmäßig am Umfang des Getriebeelementes 5 verteilt sind. Die Abstände zwischen den einzelnen Befestigungslaschen 17 in Umfangsrichtung des hülsenförmigen Abschnitts 6 sind hierbei größer als die Breite jeder Befestigungslasche 17, so dass die Befestigungslaschen 17 insgesamt am Umfang des hülsenförmigen Abschnitts 6 einen Winkel von weniger als 180° abdecken. Der gesamte Flansch 8 ist ebenso wie jede seiner Befestigungslaschen 17 in drei Abschnitte 18, 19, 20 untergliedert.
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Hierbei schließt ein Flanschabschnitt 18 an den hülsenförmigen Abschnitt 6 an, wobei er radial nach außen gerichtet ist und damit in einer zur Mittelachse M normalen Ebene liegt. An den Flanschabschnitt 18 schließt sich ein Übergangsabschnitt 19 einer jeden Befestigungslasche 17 an. Die Gesamtheit der Übergangsabschnitte 19 beschreibt einen Zylinder, welcher den hülsenförmigen Abschnitt 6 konzentrisch umgibt. An den Übergangsabschnitt 19 wiederum schließt sich ein Anlageabschnitt 20 an, welcher an einer Stirnfläche 21 des Antriebselements 2 festgeschraubt ist. Zwischen dem Flanschabschnitt 18 und dem Anlageabschnitt 20 ist ein Spaltraum 22 gebildet, dessen Breite mit BS angegeben ist. Die Spaltbreite BS ist ausreichend für die Aufnahme der mit 23 bezeichneten Köpfe der Schrauben 9 bemessen. Bei der Montage des Wellgetriebes 1 werden die Schrauben 9 einschließlich der Köpfe 23 durch Öffnungen 24 im Flanschabschnitt 18 gesteckt. Die Köpfe 23 gelangen dann zur Anlage an den Rändern geringer dimensionierter Öffnungen 25, welche sich im Anlageabschnitt 20 befinden. Auf diese Weise wird der Kragen 8 mit Hilfe der Schrauben 9 unmittelbar an der Stirnfläche 21 festgeschraubt. Der Anlagenabschnitt 20 überragt die Innenumfangsfläche 10 des Antriebselementes 2 radial nach innen, wobei ein radialer Abstand zum hülsenförmigen Abschnitt 6 gewahrt bleibt. Durch den die Innenumfangsfläche 10 nach innen überragenden Bereich des Anlageabschnitts 20 einer jeden Befestigungslasche 17 ist eine Lagerfläche 26 gebildet, welche der axialen Lagerung des Abtriebselementes 11 dient. In der entgegengesetzten Richtung ist der Boden 13 des Abtriebselementes 11 unmittelbar durch das Antriebselement 2 axial abgestützt.
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Beim Betrieb des Wellgetriebes
1 wird der hülsenförmige Abschnitt
6 in an sich bekannter Weise permanent durch einen nicht dargestellten Wellgenerator verformt, so dass die Außenverzahnung
7 partiell, nämlich in zwei einander diametral gegenüberliegenden Bereichen, in Eingriff mit einer Innenverzahnung
27 gelangt, welche durch das Abtriebselement
11 gebildet ist. Durch geeignete Gestaltung des Wellgenerators, wie beispielsweise in der
DE 10 2017 121 024 A1 offenbart, ist der Wellgenerator innerhalb des Wellgetriebes
1 in axialer Richtung gesichert.
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Alternativ ist es möglich, eine axiale Sicherung zwischen dem Wellgenerator und dem flexiblen Getriebeelement wie beim Wellgetriebe gemäß dem genannten Dokument
DE 10 2016 218 575 A1 zu gestalten. In diesem Fall ist ein Außenring eines Wälzlagers des Wellgenerators gegenüber dem flexiblen Getriebeelement durch eine Stufe, welche im hülsenförmigen Abschnitt des flexiblen Getriebeelementes ausgebildet ist, in Axialrichtung des Wellgetriebes gesichert.
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Die Breite der Außenverzahnung 7 ist mit BV angegeben. Die Breite BK des Kragens 8 weicht von der Breite BV der Außenverzahnung 7 um nicht mehr als 30 % ab. Die Summe aus der Breite BK des Kragens 8 und der Breite BV der Außenverzahnung 7 entspricht mindestens 60 % oder höchstens 85 % der mit BG bezeichneten Gesamtbreite des flexiblen Getriebeelementes 5. Die genannten Breiten BK, BV, BG sind in Axialrichtung des flexiblen Getriebeelementes 5 gemessen und beziehen sich auf dessen unverformten Zustand. Durch die zweifach abgeknickte Form jeder Befestigungslasche 17 ist trotz geringer Gesamtbreite BG ein ausgedehnter Bereich für die Verformung des Getriebeelementes 5 vorhanden. Zusätzlich ist durch den Entfall einer Axiallagerscheibe, deren Funktion durch die Lagerflächen 26 übernommen wird, ein äußerst raumsparender Aufbau in axialer Richtung des Wellgetriebes 1 gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Antriebselement
- 3
- Kettenrad
- 4
- Kettenrad
- 5
- Kragenhülse, flexibles Getriebeelement
- 6
- hülsenförmiger Abschnitt
- 7
- Außenverzahnung
- 8
- Kragen
- 9
- Schraube
- 10
- Innenumfangsfläche
- 11
- Abtriebselement
- 12
- zylindrischer Bereich
- 13
- Boden
- 14
- Zapfen
- 15
- Anschlagscheibe
- 16
- Verdrehsicherungskonturen
- 17
- Befestigungslasche
- 18
- Flanschabschnitt
- 19
- Übergangsabschnitt
- 20
- Anlageabschnitt
- 21
- Stirnfläche
- 22
- Spaltraum
- 23
- Kopf
- 24
- Öffnung im Flanschabschnitt
- 25
- Öffnung im Anlageabschnitt
- 26
- Lagerfläche
- 27
- Innenverzahnung
- BG
- Gesamtbreite
- BS
- Spaltbreite
- BK
- Kragenbreite
- BV
- Breite der Außenverzahnung
- M
- Mittelachse
