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Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe mit einem flexiblen, als Kragenhülse ausgebildeten Getriebeelement. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wellgetriebes.
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Ein Wellgetriebe der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
WO 2017/206988 A1 bekannt. Bei diesem Wellgetriebe handelt es sich um ein Stellgetriebe, welches insbesondere in einem elektrischen Nockenwellenversteller verwendbar ist.
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Ein Wellgetriebe weist prinzipbedingt mindestens ein nachgiebiges, typischerweise außenverzahntes Getriebeelement auf. Das nachgiebige Getriebeelement ist drehfest mit einem in sich starren Getriebeelement zu koppeln, wobei das letztgenannte Getriebeelement entweder als drehbares Teil oder als nicht drehbares Teil in eine Umgebungskonstruktion eingebaut sein kann. Die drehfeste Kopplung zwischen dem nachgiebigen Getriebeelement und dem starren Getriebeelement kann beispielsweise durch Verzahnungen dieser Getriebeelemente oder durch eine Verschraubung gegeben sein.
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Auch eine eingeschränkt flexible Kopplung eines in sich starren Getriebeelementes mit einem nachgiebigen, als Kragenhülse gestalteten Getriebeelement ist grundsätzlich bekannt. Derartige Lösungen sind in den Dokumenten
WO 2017/041802 A1 und
WO 2017/041800 A1 beschrieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickeltes, insbesondere für einen elektrischen Nockenwellenversteller geeignetes, montagefreundliches Wellgetriebe anzugeben, welches sich durch ein präzise vorhersehbares Betriebsverhalten, auch unter Bedingungen der Serienfertigung, auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wellgetriebes gemäß Anspruch 7. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt das Wellgetriebe, und umgekehrt.
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Das Wellgetriebe umfasst in prinzipiell bekannter Grundkonzeption ein flexibles, als Kragenhülse ausgebildetes Getriebeelement, wobei der Kragen dieses Getriebeelementes an einem in sich starren Getriebegehäuse befestigt ist. Erfindungsgemäß ist der Kragen zusammen mit einer Stabilisierungsscheibe, welche eine im Vergleich zum Kragen erhöhte mechanische Stabilität aufweist, am Getriebegehäuse befestigt.
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Zur Montage des Wellgetriebes ist neben dem Getriebegehäuse, der Kragenhülse und der ringscheibenförmigen Stabilisierungsscheibe auch ein Wellgenerator bereitzustellen. Im Getriebegehäuse ist ein innenverzahntes, beispielsweise als Hohlrad gestaltetes Abtriebselement drehbar gelagert. Die Innenverzahnung des Abtriebselementes kämmt im fertig monierten Wellgetriebe mit einer Außenverzahnung der Kragenhülse.
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Bereits vor dem Zusammenbau des Wellgetriebes wird der Kragen des Getriebeelementes dauerhaft mit der Stabilisierungsscheibe verbunden, wobei der Kragen während des Verbindungsvorgangs, beispielsweise unter Nutzung einer geeignet konturierten Hilfsvorrichtung, in einer kreisrunden Form gehalten wird. Somit tritt beim Zusammenbau des Wellgetriebes keine Verformung des Kragens auf. Dies gilt auch in Fällen, in denen bereits vor der Befestigung der aus Kragenhülse und Stabilisierungsscheibe gebildeten Baueinheit am Getriebegehäuse der Wellgenerator in das Getriebegehäuse eingesetzt wird. In jedem Fall ist der Kragen des flexiblen Getriebeelementes durch eine nicht zerstörungsfrei lösbare, bereits vor der Montage des kompletten Wellgetriebes hergestellte Verbindung mit der Stabilisierungsscheibe verbunden.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass der zylindrische, hülsenförmige Abschnitt einer Kragenhülse in einem Wellgetriebe im mechanisch unbelasteten Zustand möglichst exakt einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen sollte. Ist ein solcher kreisförmiger Querschnitt nicht gegeben, so ergeben sich beim Betrieb des Wellgetriebes Vorzugsstellungen, welche sich negativ auf den Betrieb des Wellgetriebes, insbesondere auf dessen Regelbarkeit, auswirken können.
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Bei einer Befestigung einer Kragenhülse an einem Umgebungsbauteil, insbesondere Gehäusebauteil, mit Hilfe mehrerer Schrauben, kann zunächst eine ideale kreisrunde Querschnittsform der Kragenhülse gegeben sein. Auch Abweichungen von einer solchen Idealform, etwa im Zusammenhang mit einer durchgeführten Wärmebehandlung, sind denkbar. In jedem Fall kann eine lediglich punktuelle Befestigung der Kragenhülse am Umgebungsbauteil zu Ungleichförmigkeiten beim Betrieb des Wellgetriebes führen. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass sich bei der im bestimmungsgemäßen Betrieb auftretenden Verformung der Kragenhülse durch den Wellgenerator nicht nur der zylindrische, außenverzahnte Abschnitt der Kragenhülse verformt, sondern in untergeordnetem Maße auch der Kragen. Diese Verformung des Kragens ist durch die einzelnen Schrauben, mit welchen die Kragenhülse am Getriebegehäuse befestigt ist, punktuell eingeschränkt oder unterbunden. Letztlich können somit selbst bei Verwendung einer Kragenhülse mit perfekter Geometrie und völlig fehlerfreier Montage nicht gewünschte Vorzugsstellungen des Wellgetriebes auftreten.
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Derartige Vorzugsstellungen werden gemäß der Erfindung zuverlässig vermieden, indem der Kragen, das heißt Flansch, der Kragenhülse bereits vor dem Zusammenbau mit dem Getriebegehäuse dauerhaft an eine Stabilisierungsscheibe angebunden wird.
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Die Stabilisierungsscheibe weist in bevorzugter Ausgestaltung eine Wandstärke auf, welche mindestens das Doppelte und maximal das Zehnfache der Wandstärke des Kragens beträgt. Vorzugsweise ist die Stabilisierungshülse an ihrem Außenumfang mit dem Kragen verbunden, wobei die Verbindung zwischen Stabilisierungshülse und Kragen vorzugsweise vollumfänglich, das heißt am gesamten Umfang der genannten Teile, ausgebildet ist.
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Zur festen, dauerhaften Verbindung zwischen Stabilisierungshülse und Kragen kommen verschiedenste Verbindungstechnologien in Betracht. Beispielsweise ist die Stabilisierungshülse mit dem Kragen verschweißt. Ebenso sind umformende Verfahren wie Prägungen oder eine Bördelung zur Befestigung des Kragens an der Stabilisierungshülse geeignet.
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Gemäß einer möglichen Weiterbildung ist der Stabilisierungsscheibe ein Frontdeckel vorgesetzt, welcher als in Axialrichtung wirksame Sicherung gegenüber einem flexiblen Außenring des zur Verformung der Kragenhülse vorgesehenen Wellgenerators ausgebildet ist. Bei dem die Stabilisierungsscheibe kontaktierenden Frontdeckel handelt es sich vorzugsweise um ein Blechteil, welches - ebenso wie die Kragenhülse - eine Hutform beschreibt.
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Das Wellgetriebe ist insbesondere zur Verwendung in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller geeignet. Auch eine Verwendung des Wellgetriebes in einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors ist möglich. Ebenso ist das Wellgetriebe in industriellen Anlagen, beispielsweise in einem Roboter oder in einer Werkzeugmaschine, einsetzbar.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ausschnittsweise ein Wellgetriebe in einer Schnittdarstellung,
- 2 eine Kragenhülse des Wellgetriebes in perspektivischer Ansicht,
- 3 die Kragenhülse mit daran angesetzter Stabilisierungsscheibe.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wellgetriebe ist Teil eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers eines Verbrennungsmotors. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Wellgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Das Wellgetriebe 1 weist ein Antriebselement 2 auf, welches als Teil eines drehbaren Getriebegehäuses 7 gestaltet und im Ausführungsbeispiel einstückig mit einem Kettenrad 3 ausgebildet ist. Das Kettenrad 3 wird in an sich bekannter Weise über die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben, wobei es mit halber Kurbelwellendrehzahl rotiert.
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Ein Abtriebselement 4 des Wellgetriebes 1 ist als Hohlrad gestaltet und fest mit einer nicht dargestellten Nockenwelle, das heißt Einlass- oder Auslassnockenwelle, des Verbrennungsmotors verbunden. Hierbei greift ein Zapfen 5 des Abtriebselementes 4 in die Nockenwelle ein. Verbindungsmittel zwischen dem Abtriebselement 4 und der Nockenwelle, insbesondere in Form einer Zentralschraube, sind in 1 nicht dargestellt. In Axialrichtung ist das Abtriebselement 4 in einer Richtung unmittelbar durch das Antriebselement 2 und in der Gegenrichtung durch eine Axiallagerscheibe 6, welche ebenfalls Gehäuse 7, das heißt Getriebegehäuse, zuzurechnen ist, gesichert.
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Das Gehäuseelement 2 ist drehfest mit einem flexiblen Getriebeelement 8 gekoppelt, welches als Kragenhülse ausgebildet ist. Der Flansch, das heißt Kragen, des flexiblen Getriebeelementes 8 ist mit 9 bezeichnet. Der Kragen 9 geht an seinem inneren Rand in einen zylindrischen Abschnitt 10 über, welcher mit einer Außenverzahnung 11 versehen ist. Die Außenverzahnung 11 greift in an sich bekannter Weise partiell in eine Innenverzahnung 12 ein, welche unmittelbar durch das Abtriebselement 4 gebildet ist.
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Zur Verformung des flexiblen Getriebeelementes 8 beim Betrieb des Wellgetriebes 1 ist ein Wellgenerator 13 vorgesehen. Der Wellgenerator 13 umfasst ein als Kugellager ausgebildetes Wälzlager 14. Auf einem Innenring 15 des Wälzlagers 14 rollen Kugeln als Wälzkörper 16 ab, welche in einem Käfig 17 geführt sind. Der Innenring 15 weist eine nicht kreisrunde, elliptische Form auf. Der Antrieb des Innenrings 15 erfolgt über eine Ausgleichkupplung in Form einer Oldham-Kupplung 23. Über die Oldham-Kupplung 23 ist der Innenring 15 drehfest mit einer Motorwelle eines nicht dargestellten Elektromotors gekoppelt.
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Als weiteren Lagerring zusätzlich zum Innenring 15 weist das Wälzlager 14 einen Au-ßenring 18 auf. Im Unterschied zum Innenring 15 handelt es sich beim Außenring 18 um ein nachgiebiges Bauteil. Durch die Wälzkörper 16 wird der Außenring 18 permanent in eine unrunde Form entsprechend der Form des Innenrings 15 gezwungen. Der mit der Außenverzahnung 11 versehene Bereich des zylindrischen Abschnitts 10 umgibt unmittelbar den Außenring 18, ohne mit diesem fest verbunden zu sein. In grundsätzlich bekannter Weise werden die Verzahnungen 11, 12 lediglich an zwei Stellen, nämlich im Bereich der Großachse des Innenrings 15, in Eingriff miteinander gebracht. Eine geringfügig unterschiedliche Zahl der Zähne der Außenverzahnung 11 einerseits und der Innenverzahnung 12 andererseits sorgt in an sich bekannter Weise dafür, dass eine volle Umdrehung des Innenrings 15, bezogen auf die Winkellage des Getriebegehäuses 7, in eine vergleichsweise geringe Verschwenkung zwischen dem Getriebegehäuse 7und dem Abtriebselement 4 umgesetzt wird. Das Wellgetriebe 1 fungiert damit als hochuntersetztes Stellgetriebe.
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Der dem Wälzlager 14 zuzurechnende Außenring 18 ist in Axialrichtung auf der einen Seite durch den Boden des als Hohlrad ausgebildeten Abtriebselementes 4 gesichert. In der entgegengesetzten Richtung ist eine axiale Sicherung des Außenrings 18 und damit des gesamten Wellgenerators 13 durch einen Frontdeckel 19 gegeben, welcher zusammen mit dem flexiblen Getriebeelement 8 mit Hilfe von Schrauben 25 am Gehäuseelement 2 befestigt ist. Hierbei kann der Außenring 18 an einem Innenbord 20 anlaufen, welcher unmittelbar durch den Frontdeckel 19 gebildet ist und einen inneren hülsenförmigen Abschnitt 21 des Frontdeckels 19 abschließt. Der innere hülsenförmige Abschnitt 21 des Frontdeckels 19 ist koaxial innerhalb des zylindrischen Abschnitts 10 der Kragenhülse 8 angeordnet. Auf seiner dem Innenbord 20 gegenüberliegenden Stirnseite geht der innere hülsenförmige Abschnitt 21 in einen Flanschabschnitt 22 über, welcher dem Kragen 9 vorgelagert ist.
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Hierbei liegt der Flanschabschnitt 22 jedoch nicht am Kragen 9 an. Vielmehr ist dem Kragen 9 eine Stabilisierungsscheibe 24 vorgesetzt. Diese Stabilisierungsscheibe 24 wird fest, nämlich durch Verschweißung, mit dem Kragen 9 verbunden, bevor die Baueinheit aus Kragenhülse 8 und Stabilisierungsscheibe 24 am Gehäuse 7 befestigt wird. Während des Befestigungsvorgangs, im vorliegenden Fall Schweißvorgangs, mit dem der Kragen 9 dauerhaft an der in sich starren Stabilisierungsscheibe 24 befestigt wird, wird die Kragenhülse 8 einschließlich des Kragens 9 mittels einer Hilfsvorrichtung in ihrer Normalform mit kreisrundem Querschnitt fixiert.
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Details der Kragenhülse 8 und der Stabilisierungsscheibe 24 gehen aus den 2 und 3 hervor. An ihren Außenumfangsflächen schließt die Kragenhülse 8 bündig mit der Stabilisierungsscheibe 24 ab. Radial nach innen überragt dagegen der Kragen 9 die Stabilisierungsscheibe 24. Somit bleibt in diesem Bereich eine Verformbarkeit des Kragens 9 erhalten. In seinem mit der Stabilisierungsscheibe 24 fest verbundenen Bereich ist dagegen die Form des Kragens 9, insbesondere dessen kreisrunder Querschnitt, exakt festgelegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Antriebselement, Gehäuseelement
- 3
- Kettenrad
- 4
- Abtriebselement, Hohlrad
- 5
- Zapfen
- 6
- Axiallagerscheibe
- 7
- Gehäuse, Getriebegehäuse
- 8
- flexibles Getriebeelement, Kragenhülse
- 9
- Kragen
- 10
- zylindrischer Abschnitt
- 11
- Außenverzahnung
- 12
- Innenverzahnung
- 13
- Wellgenerator
- 14
- Wälzlager, Kugellager
- 15
- Innenring
- 16
- Wälzkörper, Kugel
- 17
- Käfig
- 18
- Außenring
- 19
- Frontdeckel
- 20
- Innenbord
- 21
- innerer hülsenförmiger Abschnitt
- 22
- Flanschabschnitt
- 23
- Oldham-Kupplung
- 24
- Stabilisierungsscheibe
- 25
- Schraube
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2017/206988 A1 [0002]
- DE 102017126527 A1 [0003]
- DE 102017114069 A1 [0003]
- DE 102016223373 B3 [0003]
- DE 102016223796 A1 [0003]
- WO 2017/041802 A1 [0005]
- WO 2017/041800 A1 [0005]
