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Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe mit einem flexiblen Getriebebauteil und die Verwendung des Wellgetriebes in einem elektrischen Nockenwellenversteller oder einer Einrichtung zur Veränderung der Kompression eines Verbrennungsmotors.
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Ein derartiges Wellgetriebe mit flexiblem Getriebebauteil ist zum Beispiel aus der
EP 0 741 256 B1 bekannt. Es handelt sich hierbei um ein verformbares Zahnrad mit einer Außenverzahnung, welches in einem Wellgetriebe innerhalb eines starren Zahnrads mit Innenverzahnung angeordnet ist. Der die Außenverzahnung aufweisende zylindrische Abschnitt des verformbaren Zahnrads geht in einen radial nach außen gerichteten Flansch über. Der innere Bereich des Flansches wird in der
EP 0 741 256 B1 als ringförmige Membran bezeichnet. Diese Membran wiederum geht über in einen verdickten Bereich, welcher als ringförmige Nabe bezeichnet ist und eine Anzahl Bohrungen aufweist. Damit ist die ringförmige Nabe an einem Umgebungsbauteil befestigbar.
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Die
EP 0 514 829 B2 offenbart ein als flexibles Becher-Element bezeichnetes nachgiebiges Getriebebauteil, welches mit dem flexiblen Zahnrad nach der
EP 0 741 256 B1 insofern Gemeinsamkeiten aufweist, als sich an einen zylindrischen, außenverzahnten Abschnitt des Getriebeelementes eine Membran und eine Nabe anschließen, welche sich in Radialrichtung des Getriebeelementes erstrecken. Im Fall der
EP 0 514 829 B2 sind die Membran und die an diese anschließende Nabe jedoch radial nach innen gerichtet, so dass das Getriebeelement insgesamt eine Becher- oder Topfform beschreibt. Die in den genannten Dokumenten beschriebenen Getriebeelemente sollen in Stellgetrieben von Robotern verwendbar sein.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2016 222 997 A1 geht ein flexibles Getriebebauteil hervor, das sich durch ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Bauraumbedarf, fertigungstechnischen Aufwand und Dauerhaltbarkeit auszeichnet. Die nachveröffentlichte
DE 10 2016 223 513 A1 zeigt ein Wellgetriebe, bei dem sich der Flansch in einer Ebene erstreckt.
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JP H09- 291 983 A offenbart ein Wellgetriebe, dessen flexibles Getriebeelement endseitige Aufdickungen aufweist, über die es an einem Kontaktpartner befestigt ist.
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Das flexible Getriebeelement ist häufig an einem Antriebsrad oder anderen Bauteil eines Wellgetriebes verschraubt. Bei besonders hohen Belastungen, wie sie beispielsweise bei Auftreffen auf einen Begrenzungsanschlag auftreten, wird das flexible Getriebebauteil im Bereich seines Klemmverbandes stark belastet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickeltes Wellgetriebe mit flexiblem Getriebebauteil anzugeben, welches sich durch ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Bauraumbedarf, fertigungstechnischen Aufwand und Dauerhaltbarkeit auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wellgetriebe mit flexiblem Getriebebauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Das Getriebebauteil weist in an sich bekannter Grundform einen zylindrischen, außenverzahnten Abschnitt auf, an welchen sich ein Kragen, das heißt Flansch, anschließt, in dem sich Bohrungen befinden. Als Kragen wird sowohl ein radial nach außen gerichteter Flansch als auch ein radial nach innen gerichteter Bodenabschnitt bezeichnet. In beiden Fällen befinden sich die Bohrungen in gegenüber dem übrigen Flansch in Axialrichtung des Getriebebauteils versetzten Anschlussabschnitten.
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Der axiale Versatz der Anschlussabschnitte, welche an einem Umgebungsbauteil befestigbar sind, gegenüber dem restlichen Bereich des Flansches trägt maßgeblich dazu bei, auch bei Verformungen des Getriebebauteils die in diesem auftretenden mechanischen Spannungen in einem moderaten Rahmen zu halten. Gleichzeitig ist durch die in Axialrichtung versetzten Anschlussabschnitte im Vergleich zu einem hutförmigen oder topfförmigen Getriebebauteil, dessen Flansch in einer einzigen Ebene liegt, höchstens ein geringfügiger zusätzlicher Raumbedarf gegeben. Sind die Anschlussabschnitte gegenüber dem restlichen Bereich des Flansches zum zylindrischen Abschnitt hin versetzt, so bedeutet dies sogar eine Bauraumeinsparung, da Schraubenköpfe, welche an den Anschlussabschnitten anliegen, weniger weit aus dem Flansch herausragen.
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Die Bohrungen, deren Querschnitt nicht notwendigerweise rund ist und die auch Ausnehmungen, wie sie beispielsweise durch Stanzen hergestellt werden können, begrifflich umfassen, sind mit einem Bund versehen. Der Bund stellt einen gegenüber dem Anschlussabschnitt nochmals axial auskragenden Bereich dar.
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Mit dem Bund kann sich das flexible Getriebebauteil formschlüssig in einer Gegenkontur eines Kontaktpartners abstützen. Der Kontaktpartner ist ein Teil eines Wellgetriebes, beispielsweise ein Antriebsrad, zu dem das flexible Getriebebauteil verdrehgesichert sein soll. Damit wird im Lastfall die Drehfixierung nicht nur über den Schraubverband oder einen anderen kraftschlüssigen Verbund sichergestellt, sondern zusätzlich über einen Formschluss, was die Belastbarkeit der Verbindung erhöht.
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Der Bund kann zusätzlich als Zentrierbund wirken. Die Montage des flexiblen Getriebebauteils ist dadurch erleichtert.
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Der Bund kann als ein Ringabsatz ausgebildet sein. Dieser kann separat hergestellt und an dem flexiblen Getriebebauteil befestigt sein. Vorzugsweise ist dieser einteilig mit dem flexiblen Getriebebauteil ausgebildet. Dazu kann er als ein Durchzug ausgebildet sein, was eine Herstellung aus einem Blech ohne spanende Formgebung ermöglicht.
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Vorzugsweise befindet sich in jedem Anschlussabschnitt des Flansches genau eine Bohrung. Der Kopf einer durch die Bohrung gesteckten Schraube liegt hierbei ausschließlich am Anschlussabschnitt, nicht an hierzu in Axialrichtung des Getriebebauteils versetzten Abschnitten des Flansches an.
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Das flexible Getriebebauteil kann je nach Getriebebauart entweder auf der Antriebsseite oder auf der Abtriebsseite des Getriebes angeordnet sein. Ist der Flansch radial nach außen gerichtet, das heißt das Getriebebauteil hutförmig gestaltet, so handelt es sich vorzugsweise um ein antriebsseitiges Getriebebauteil. Ist das Getriebeteil dagegen topfförmig, das heißt mit einem radial nach innen weisenden Flansch, gestaltet, so handelt es sich vorzugsweise um ein abtriebsseitiges Getriebebauteil. In allen Fällen ist der Anschlussabschnitt soweit vom umgebenden Flansch in Axialrichtung abgehoben, dass - mit Blickrichtung auf das Getriebebauteil in radialer Richtung - ein Spalt zwischen dem Anschlussabschnitt und einem umgebenden, das Getriebebauteil stirnseitig begrenzenden Abschnitt des Flansches gebildet ist. Damit ist eine axiale Freistellung des Anschlussabschnitts gegeben, welche sowohl die mechanische Belastbarkeit des Getriebebauteils erhöht als auch zur Begrenzung von Spannungen beiträgt. Zugleich sind mittels der axial freigestellten Anschlussabschnitte ausgeprägt elastische Eigenschaften des gesamten Getriebebauteils einschließlich des Flansches realisierbar. Die Anschlussabschnitte sind auf einfache Weise umformtechnisch herstellbar.
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Die Form der Anschlussabschnitte kann beispielsweise rund oder annähernd rechteckig sein. Vorzugsweise erstreckt sich jeder Anschlussabschnitt radial nach außen bis zum Rand des Kragens. Radial nach innen sind die Anschlussabschnitte vorzugsweise vom zylindrischen Abschnitt des Getriebebauteils beabstandet.
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Innerhalb des in einer einzigen Ebene liegenden, axial nicht freigestellten, insgesamt ringförmigen Bereichs des Flansches befinden sich in vorteilhafter Ausgestaltung mehrere Ausnehmungen, wobei jede dieser Ausnehmungen vorzugsweise radial unmittelbar innerhalb eines Anschlussabschnitts liegt. Jede Ausnehmung überragt den angrenzenden Anschlussabschnitt vorzugsweise beidseitig in Umfangsrichtung des Flansches, wobei die Ausnehmung konkav gekrümmt und an ihren Enden aufgeweitet ist. Die konkave Krümmung der Ausnehmung bedeutet, dass diese entgegen der Krümmung, welche durch den Flansch beschrieben wird, gebogen ist. Aufgrund dieser konkaven Krümmungen können die aufgeweiteten Enden der Ausnehmung mit der Bohrung, welche sich im Anschlussabschnitt befindet, in Radialrichtung des Getriebebauteils überlappen. Dies bedeutet, dass mindestens ein zur Mittelachse des Getriebebauteils konzentrischer Kreis existiert, welcher sowohl die Bohrung im Anschlussabschnitt als auch die Enden der konkav gekrümmten Ausnehmung schneidet. Das Getriebebauteil weist damit eine ausgeprägte Nachgiebigkeit bei Kippbelastungen auf, wobei zugleich eine hohe Steifigkeit in Umfangsrichtung gegeben ist.
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Das Getriebebauteil ist als Blechteil ausgebildet; die Wandstärke des Kragens einschließlich der Anschlussabschnitte ist zumindest annähernd einheitlich.
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Die Verzahnung des zylindrischen Abschnitts des Getriebebauteils ist vorzugsweise integraler Bestandteil des umformtechnisch hergestellten Getriebebauteils. In alternativen Bauformen ist ein verzahnter Ring als gesondertes Bauteil auf den zylindrischen Abschnitt aufgesetzt und mit diesem drehfest verbunden. Das flexible Getriebebauteil eignet sich besonders zur Verwendung in einem Wellgetriebe, welches als Stellgetriebe eines elektrischen Nockenwellenverstellers zum Einsatz kommt. Ebenso ist das flexible Getriebebauteil für die Verwendung in einem Wellgetriebe in einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Hubkolbenmotors, geeignet.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ausschnittsweise ein Stellgetriebe, nämlich Wellgetriebe, mit einem flexiblen Getriebebauteil,
- 2 das flexible Getriebebauteil der Anordnung nach 1 in perspektivischer Ansicht,
- 3 das flexible Getriebebauteil in Frontansicht,
- 4 ausschnittsweise eine vergrößerte Darstellung der 1.
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Die 1 zeigt einen schematisierten Ausschnitt eines Wellgetriebes 1, welches als Stellgetriebe eines elektrischen Nockenwellenverstellers zum Einsatz kommt. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus und der Funktion des Wellgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Ein Antriebselement 2 des Wellgetriebes 1 ist als Kettenrad ausgebildet und wird von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angetrieben, wobei es in an sich bekannter Weise mit halber Kurbelwellendrehzahl rotiert. Mit Hilfe mehrerer Schrauben 3 ist ein flexibles Getriebebauteil 5, nämlich eine Kragenhülse, mit dem Antriebselement 2 verbunden, wobei zugleich eine Scheibe 4, welche als Anschlagscheibe innerhalb des Wellgetriebes 1 fungiert, am Antriebselement 2 befestigt ist.
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Das flexible Getriebebauteil 5 weist einen zylindrischen Abschnitt 6 auf, an dessen Mantelfläche sich eine Verzahnung 7, das heißt Außenverzahnung, befindet. Die Verzahnung 7 wirkt in an sich bekannter Weise mit der Innenverzahnung eines nicht dargestellten, in sich starren Getriebeelementes zusammen, wobei der zylindrische Abschnitt 6 einschließlich der Verzahnung 7 beim Betrieb des Wellgetriebes 1 durch einen Wellgenerator verformt wird.
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Auf der der Verzahnung 7 gegenüber liegenden Stirnseite des flexiblen Getriebeelementes 5 geht der zylindrische Abschnitt 6 in einen radial nach außen gerichteten Flansch 8 über, welcher auch als Kragen bezeichnet wird.
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Der Kragen 8 liegt größtenteils in einer einzigen, zur Mittelachse des flexiblen Getriebebauteils 5 und damit zur Rotationsachse des Wellgetriebes 1 normalen Ebene. Von dieser Ebene abgehoben sind Anschlussabschnitte 10, welche gleichförmig am Umfang des Kragens 8 verteilt sind und integrale Bestandteile des Kragens 8 darstellen. Mittig in jedem der insgesamt fünf Anschlussabschnitte 10 befindet sich eine Bohrung 9, durch welche jeweils eine Schraube 3 gesteckt ist, so dass der Kopf der Schraube 3 flächig am Anschlussabschnitt 10 anliegt.
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Die Anschlussabschnitte 10 sind vom übrigen, ringförmigen Bereich des Flansches 8 derart in Axialrichtung abgehoben, dass sie näher an der Verzahnung 7 angeordnet sind. Ebenso geht hervor, dass der Versatz der Anschlussabschnitte 10 gegenüber den umgebenden Abschnitten des Kragens 8 größer als dessen Wandstärke ist. Der gesamte Flansch 8 einschließlich der Anschlussabschnitte 10 weist eine einheitliche Wandstärke auf.
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Radial nach innen ist jeder Anschlussabschnitt 10 begrenzt durch eine Ausnehmung 11, welche innerhalb des Flansches 8 gebildet ist. Die Ausnehmung 11 ist in Umfangsrichtung ausgedehnter als der Anschlussabschnitt 10. Die Form eines jeden Anschlussabschnitts 10 ist annähernd rechteckig mit abgerundeten Längsseiten, welche einerseits durch die Außenkontur des Kragens 8 und andererseits durch den Rand der Ausnehmung 11 gebildet sind. Jede Ausnehmung 11 beschreibt eine längliche, konkave Form mit aufgeweiteten Enden, wobei die Enden der Ausnehmung 11 in Umfangsrichtung des Flansches 8 beidseitig neben dem Anschlussabschnitt 10 angeordnet sind.
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Die Bohrungen 9 weisen Durchzüge als Bunde 12 auf. Der Bund 12 bildet mit der Scheibe 4 einen Formschluss in Umfangsrichtung. Wie aus 4 hervorgeht, weist die Scheibe 4 dazu eine Stufenbohrung 14 auf, so dass der Bund 12 den Formschluss mit der Stufe der Stufenbohrung 14 bildet. Die Schraube 3 fixiert das flexible Getriebebauteil gemeinsam mit einem Deckel 15, der zusätzlich (1) einen Axialanschlag für den Wellgenerator bildet. Das flexible Getriebeteil 5 ist dabei zwischen dem Deckel 15 und der Scheibe 4 als Kontaktpartner 13 für den Bund 12 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Antriebselement
- 3
- Schraube
- 4
- Scheibe
- 5
- flexibles Getriebebauteil, Kragenhülse
- 6
- zylindrischer Abschnitt
- 7
- Verzahnung
- 8
- Kragen, Flansch
- 9
- Bohrung
- 10
- Anschlussabschnitt
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Bund
- 13
- Kontaktpartner
- 14
- Stufenbohrung
- 15
- Deckel
