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Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wellgetriebes und eine Brennkraftmaschine mit Nockenwellenverstellern, die Wellgetriebe aufweisen.
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Ein gattungsgemäßes Wellgetriebe ist beispielsweise aus der
DE 10 2016 216 183 A1 bekannt. Das Wellgetriebe weist ein flexibles, außenverzahntes Getriebeelement in Form einer Kragenhülse auf. Die Kragenhülse weist einen zylindrischen, mit einer Au-ßenverzahnung versehenen Abschnitt auf. Ausgehend vom zylindrischen Abschnitt ist ein Flansch radial nach außen gerichtet, welcher auch als Kragen bezeichnet wird. Der Kragen ist durch eine Verschraubung mit einem Gehäuse des Wellgetriebes verbunden. Das Gehäuse ist als Ganzes drehbar und stellt das Antriebshohlrad des Wellgetriebes dar. Das Abtriebshohlrad ist als im Gehäuse drehbar gelagertes Hohlrad gestaltet und weist eine Innenverzahnung auf, welche partiell mit der Außenverzahnung des flexiblen Getriebeelementes kämmt.
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Ein weiteres Wellgetriebe mit einem als Kragenhülse gestalteten flexiblen Getriebeelement ist in der
DE 10 2017 126 527 A1 offenbart. In diesem Fall ist im Unterschied zur
DE 10 2016 218 575 A1 auch das als Hohlrad gestaltete Abtriebshohlrad als flexibles Getriebeelement ausgebildet.
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Wellgetriebe mit modifizierten Formen von Kragenhülsen sind in den Dokumenten
DE 10 2017 114 175 B3 und
DE 10 2017 103 988 B3 beschrieben. Auch in diesen Fällen ist von einem außenverzahnten, zylindrischen Abschnitt des flexiblen Getriebeelementes aus ein Flansch, welcher nicht notwendigerweise eine vollständige Ringscheibenform bildet, radial nach außen gerichtet. An dem die Grundform einer Ringscheibe aufweisenden Flansch, das heißt Kragen, schließt sich in beiden Fällen ein Abschnitt an, welcher den außenverzahnten Abschnitt konzentrisch umgibt und an ein Antriebselement drehfest angebunden ist.
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Eine Gemeinsamkeit von Wellgetrieben mit einem kragenförmigen, das heißt hutförmigen, Getriebeelement und Wellgetrieben mit einem topfförmigen nachgiebigen Getriebeelement liegt darin, dass die Verzahnung des flexiblen Getriebeelementes lediglich in die Verzahnung eines einzigen weiteren, in der Regel in sich starren Getriebeelementes eingreift. Hierin besteht ein grundlegender Unterschied zu Wellgetrieben, welche einen Flexring als nachgiebiges Getriebeelement aufweisen: Die Verzahnung des Flexrings kämmt gleichzeitig mit einer Verzahnung eines antriebsseitigen Hohlrades und mit einer Verzahnung eines abtriebsseitigen Hohlrades. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die
DE 10 2014 202 060 A1 hingewiesen. Unter einem Flexring wird allgemein ein verzahntes, ringförmiges, elastisch nachgiebiges Getriebeelement verstanden, welches keine radial nach innen oder nach außen gerichteten Fortsätze, etwa in Form eines Bodens oder eines Flansches, aufweist. Ein gattungsgemäßes Wellgetriebe, bei dem das flexible Getriebeelement fest mit dem Antriebshohlrad verbunden ist, geht aus
DE 10 2018 132 400 A1 hervor.
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Nachteilig an den genannten Wellgetrieben ist, dass ihre Bauteile stets für den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden müssen. Kleinserien führen damit zu verhältnismäßig hohen Kosten, so dass die Herstellung von Wellgetrieben unwirtschaftlich wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickeltes Wellgetriebe anzugeben, welches einen fertigungsfreundlichen Aufbau ermöglichen soll. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fertigungsverfahren für ein derartiges Wellgetriebe anzugeben und eine Brennkraftmaschine mit Nockenwellenverstellern bereitzustellen, die einfach anpassbare Wellgetriebe aufweisen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wellgetriebes gemäß Anspruch 9. 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. Ferner wird die letzte Teilaufgabe durch den Gegenstand gemäß Anspruch 10 gelöst.
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Das Wellgetriebe umfasst ein Antriebshohlrad, ein Abtriebshohlrad und ein sowohl mit dem Antriebshohlrad als auch mit dem Abtriebshohlrad drehfest oder fest verbindbares, eine Außenverzahnung aufweisendes, ringförmiges flexibles Getriebeelement. Die beiden Hohlräder weisen jeweils eine Innenverzahnung auf. Ist das flexible Getriebeelement mit dem Antriebshohlrad drehfest verbunden, kämmt die Außenverzahnung mit der Innenverzahnung des Abtriebshohlrads. Ist das flexible Getriebeelement mit dem Abtriebshohlrad drehfest verbunden, kämmt die Außenverzahnung mit der Innenverzahnung des Antriebshohlrads. Das Merkmal, dass das flexible Getriebeelement mit beiden Hohlrädern drehfest verbindbar ist, ist so zu verstehen, dass es im verbundenen Zustand mit der Außenverzahnung des jeweils anderen Hohlrads kämmen kann. Damit lassen sich mit den Bauteilen Antriebshohlrad, Abtriebshohlrad und flexibles Getriebeelement zwei verschiedene Getriebe aus den gleichen Bauteilen herstellen, ohne dass die Bauteile modifiziert werden müssen. Ist das flexible Getriebeelement mit dem Abtriebshohlrad verbunden, ergibt sich ein Minus-Getriebe; die Verbindung mit dem Antriebshohlrad führt zu einem Plus-Getriebe. Insbesondere sind keine Änderungen an den Hohlrädern oder ihrer Positionierung erforderlich, weil deren Form bereits die wechselseitige Anordnungsmöglichkeit des flexiblen Getriebeelements vorsieht. Lediglich das flexible Getriebeelement ist um 180° verdreht angeordnet und mit dem jeweils anderen Hohlrad verbunden. An dem übrigen Aufbau sind keine wellgetriebebedingten Änderungen erforderlich.
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Bei Baueinheiten, die beide Getriebearten benötigen und ähnlichen Anforderungen ausgesetzt sind, wie ein System aus einem Einlassnockenwellenversteller und einem Auslassnockenwellenversteller, deren Verstellrichtungen ohne Antrieb durch einen Verstellmotor entgegengesetzt gerichtet sein sollen, lässt sich damit die Anzahl der unterschiedlichen Bauteile reduzieren. Das ermöglicht eine effizientere Herstellung aufgrund der höheren Stückzahlen der Einzelteile und vereinfacht deren Lagerhaltung.
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Das Merkmal, dass das flexible Getriebeelement mit beiden Hohlrädern drehfest verbindbar ist, bedingt auch, dass die für den Anwendungsfall erforderliche Drehmomentübertragung sichergestellt ist. In einer Ausführungsform ist das flexible Getriebeelement als ein Topf ausgebildet. Der Topf weist einen Ringabschnitt mit der Außenverzahnung und einen Flanschabschnitt auf, mit dem er mit einem der Hohlräder drehfest oder fest verbunden ist. Der Flanschabschnitt kann gänzlich einen Ringabsatz eines der Hohlräder kontaktieren, so dass eine möglichst große Fläche für die Momentenübertragung bereitgestellt ist.
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Zur Erhöhung des übertragbaren Drehmoments können Formschlusselemente am flexiblen Getriebeelement vorgesehen sein, die in Gegenformschlusselemente an einem der Hohlräder eingreifen. Vorzugsweise weist das jeweils andere Hohlrad ebenfalls Gegenformschlusselemente auf, die in ihrer Anzahl und Form denen des jeweils anderen Hohlrads entsprechen. Lediglich für den Fall, dass die zu übertragenden Drehmomente für die beiden Getriebebauformen sich deutlich unterscheiden sollen, sind die Gegenformschlusselemente in Anzahl oder Form abweichend ausgebildet.
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In einer weiteren Ausführungsform weisen die Innenverzahnungen der Hohlräder in etwa oder genau die gleiche axiale Länge auf. Die Außenverzahnung des flexiblen Getriebeelements erstreckt sich über die Hälfte von dessen Ringabschnitt. Damit stets sichergestellt ist, dass die Außenverzahnung nur in eine der Innenverzahnungen eingreift, können die Innenverzahnungen axial etwas kürzer ausgebildet sein als die Außenverzahnung, oder die Außenverzahnung ist etwas kürzer als beide bzw. zumindest die kürzere der beiden Innenverzahnungen. Mit dem nichtverzahnten Bereich des Ringabschnitts bleibt die andere Innenverzahnung außer Eingriff. Um einen radialen Mindestabstand zur Innenverzahnung des Hohlrads, mit dem das flexible Getriebeelement drehfest verbunden ist, zu erreichen, kann der Ringabschnitt des flexiblen Getriebeelements mehrere Außendurchmesser aufweisen. So kann der Abschnitt, der die Außenverzahnung aufweist, radial weiter außen angeordnet sein als der unverzahnte Abschnitt.
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Beide Hohlräder können zusammen einen zylindrischen Hohlraum ausbilden, dessen Maße der Außenkontur bzw. dem Hüllkreis des flexiblen Getriebeelements entsprechen. Damit ergibt sich ein besonders kompaktes Wellgetriebe.
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Die Hohlräder bilden in einer weiteren Ausgestaltung ein Axiallager aus. In der einen Axialrichtung bildet das Antriebsrad einen Axialanschlag für das Abtriebsrad aus. In der anderen Axialrichtung kann das Abtriebsrad nach der Montage beispielsweise durch einen Sprengring gesichert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform bilden die beiden Hohlräder ein Radiallager aus. Damit können die vom Antriebsrad eingeleiteten Momente gut abgestützt werden. Insbesondere kann dann der Hebelarm zwischen den eingeleiteten Momenten des Antriebsrads und der Abstützung der Abtriebsseite klein ausfallen oder sogar auf null reduziert sein.
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Das flexible Getriebeelement ist topfförmig gestaltet, wobei es radial innerhalb seiner Außenverzahnung in zur Übertragung eines Drehmoments geeigneter Weise mit dem Antriebshohlrad oder mit dem Abtriebshohlrad gekoppelt ist.
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Die topfförmige Gestaltung des flexiblen Getriebeelementes bedeutet, dass von dem mit der Außenverzahnung versehenen, hülsenförmigen Abschnitt des flexiblen Getriebeelementes ein radial nach innen gerichteter Abschnitt ausgeht, welcher als Boden des topfförmigen Getriebeelementes bezeichnet wird. Der Boden hat eine ringscheibenförmige Grundform und ist nicht geschlossen. Es existiert kein Abschnitt des flexiblen Getriebeelementes, welcher vom außenverzahnten Abschnitt aus radial nach außen gerichtet ist. Dies bedeutet, dass die Außenumfangsfläche des flexiblen Getriebeelementes durch dessen Außenverzahnung gebildet ist. Im Vergleich zu Getrieben mit einem als Kragenhülse gestalteten flexiblen Getriebeelement kann somit ein besonders großer Verzahnungsdurchmesser des flexiblen Getriebeelementes gewählt werden, was ein besonders hohes übertragbares Drehmoment in Relation zum beanspruchten Bauraum bedeutet.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist eine formschlüssige Kopplung zwischen einem der Hohlräder und dem flexiblen Getriebeelement gegeben. Ist das flexible Getriebeelement als Topf ausgebildet, kann dessen Boden Durchbrechungen als Formschlusselemente aufweisen. Die Durchbrechungen greifen in Gegenformschlusselemente, insbesondere in Form von Zapfen oder Noppen, des zu verbindenden Hohlrads ein. In besonders bevorzugter Ausgestaltung sind die Durchbrechungen im Boden des flexiblen Getriebeelementes in beiden Umfangsrichtungen dieses Getriebeelementes durch Anlageflanken begrenzt, welche aus dem Boden des flexiblen Getriebeelementes heraus gebogen sind. Ebenso sind Ausgestaltungen realisierbar, bei welchen die Gegenformschlusselemente auf Seiten der Hohlräder und die Formschlusselemente auf Seiten des flexiblen Getriebeelementes gleichartig, beispielsweise als Verzahnungen, ausgebildet sind.
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Durch die Anlageflanken, das heißt aus dem Boden des flexiblen, topfförmigen Getriebeelementes herausgebogene Laschen, werden Gleitflächen bereitgestellt, welche der Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebshohlrad und dem flexiblen Getriebeelement dienen und die beiden genannten Elemente hierbei in Umfangsrichtung spielarm oder praktisch spielfrei miteinander koppeln, wobei zugleich eine Beweglichkeit zwischen den beiden Elementen, insbesondere in deren Axialrichtung, erhalten bleibt. Damit können beim Betrieb des Wellgetriebes erzwungene Verformungen des hülsenförmigen, außenverzahnten Abschnitts des flexiblen Getriebeelementes durch den ebenfalls nachgiebigen Boden dieses Getriebeelementes aufgenommen werden, wobei die spielbehaftete Anbindung des flexiblen Getriebeelementes am Antriebshohlrad maßgeblich dazu beiträgt, dass Drehmomentungleichförmigkeiten, sogenannte Rippel, weitestgehend vermieden werden. Auch die Regelbarkeit des Wellgetriebes sowie die Haltbarkeit des elastischen Getriebeelementes profitiert von der Vermeidung von Drehmomentungleichförmigkeiten.
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Die Durchbrechungen und die Anlageflanken können rationell durch spanlose Verfahren hergestellt werden. In der gleichen Weise können in der Innenumfangsfläche des hülsenförmigen Abschnitts des topfförmigen Getriebeelementes Anschlagkonturen erzeugt werden, welche einen zur Verformung des flexiblen Getriebeelementes vorgesehenen Wellgenerator in einer Axialrichtung gegenüber dem flexiblen Getriebeelement und damit auch gegenüber dem Antriebshohlrad sichern. Bei den genannten Anschlagkonturen handelt es sich beispielsweise um annähernd punktförmige Einprägungen, welche als Noppen an der Innenumfangsfläche des hülsenförmigen Abschnitts des topfförmigen flexiblen Getriebeelementes erkennbar sind. Die Einprägungen befinden sich vorzugsweise in einem Bereich des hülsenförmigen Abschnitts, welcher nicht außenverzahnt ist, das heißt - abgesehen von den Einprägungen - eine glatte Außenumfangsfläche aufweist.
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Der Verstellbereich des Wellgetriebes kann durch den maximalen Verdrehwinkel zwischen dem Antriebshohlrad und dem Abtriebshohlrad festgelegt sein. In diesem Fall ist eine Verdrehwinkelbegrenzung vorzugsweise unmittelbar durch Konturen des Antriebshohlrades und des Abtriebshohlrades gebildet.
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Gemäß einer ersten möglichen Variante ist die Verdrehwinkelbegrenzung durch ein Anschlagsegment des Antriebshohlrades und eine Aussparung in einer im Übrigen ringförmig umlaufenden, stirnseitigen Leiste des Abtriebshohlrades gebildet.
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Gemäß einer zweiten möglichen Variante ist die Verdrehwinkelbegrenzung durch eine Durchbrechung des Antriebshohlrades und ein in die Durchbrechung eingreifendes Anschlagsegment des Abtriebshohlrades gebildet.
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Unabhängig von der Art der Verdrehwinkelbegrenzung ist das Wellgetriebe folgendermaßen herstellbar:
- - Bereitstellung eines als Getriebeelement eines Umschlingungsgetriebes, insbesondere Kettengetriebes, ausgebildeten, topfförmigen Antriebshohlrades,
- - Bereitstellung eines flexiblen, topfförmigen, außenverzahnten Getriebeelementes,
- - Bereitstellung eines zur Verformung des flexiblen Getriebeelementes ausgebildeten Wellgenerators,
- - Bereitstellung eines innenverzahnten Abtriebshohlrads, welches zur drehfesten Verbindung mit der zu verstellenden Welle vorgesehen ist,
- - Verbinden des flexiblen Getriebeelements mit einem der Hohlräder,
- - Einsetzen des Wellgenerators in das flexible Getriebeelement,
- - Einsetzen der aus dem Wellgenerator und dem flexiblen Getriebeelement gebildeten Baugruppe, das heißt der sogenannten Verstellwelle, in das Abtriebshohlrad,
- - Sicherung des Abtriebshohlrades gegenüber dem Antriebshohlrad in Axialrichtung durch einen Sicherungsring.
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Wird das Wellgetriebe zur Verstellung einer Nockenwelle eingesetzt, so ist das Abtriebshohlrad drehfest mit der Nockenwelle zu verbinden. Diejenige Stirnseite des Wellgetriebes, an welcher die zu verstellende Welle, das heißt Nockenwelle, anzuschließen ist, wird als abtriebsseitige Stirnseite bezeichnet. Der Boden des als Hohlrad, das heißt topfförmig, gestalteten Abtriebshohlrades befindet sich an der abtriebsseitigen Stirnseite des Wellgetriebes. Der nicht geschlossene Boden des Antriebselementes befindet sich auf der der zu verstellenden Welle gegenüberliegenden Stirnseite des Wellgetriebes. Derselben Stirnseite ist der Boden des flexiblen topfförmigen Getriebeelementes zugewandt.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist das Antriebshohlrad zugleich als Getriebeelement eines Umschlingungsgetriebes, insbesondere als Kettenrad, ausgebildet. Ebenso kann es sich bei dem Antriebshohlrad um ein Riemenrad oder ein Zahnrad handeln. Prinzipiell ist es auch möglich, das Antriebshohlrad mit einem gesonderten Kettenrad, Riemenrad oder Zahnrad zu verbinden, beispielsweise zu verschrauben. Bei einer integralen Ausbildung eines Kettenrades oder Riemenrades mit dem Antriebshohlrad entfallen solche Verschraubungen. Ebenso sind in den beschriebenen Bauformen keine Verschraubungen zwischen dem flexiblen Getriebeelement und dem Antriebs-element vorgesehen. Grundsätzlich ist jede Art der Verbindung zwischen dem flexiblen Getriebeelement und dem Antriebshohlrad, soweit die geforderte Drehmomentübertragungskapazität gegeben ist, wählbar. Neben kraftschlüssigen Verbindungen sind insbesondere stoffschlüssige Verbindungen, insbesondere in Form von Schweiß- oder Lötverbindungen, zu nennen.
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Das Antriebshohlrad, vorzugsweise in Form eines Kettenrades, ist beispielsweise pulvermetallurgisch, das heißt als Sinterteil, herstellbar. Statt pulvermetallurgischer Verfahren oder ergänzend zu solchen Verfahren sind auch spanabhebende Verfahren zur Herstellung des Antriebshohlrades geeignet.
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In alternativer Ausgestaltung ist das Antriebshohlrad umformtechnisch hergestellt. Beispielhaft sind als Fertigungsschritte für die Herstellung des Kettenrades Blechumformen, Stanzen und Walzen zu nennen. In an sich bekannter Weise können Oberflächeneigenschaften durch Wärmebehandlung des Kettenrades, das heißt Antriebshohlrades des Wellgetriebes, modifiziert werden. Ebenso kommt eine Hartbearbeitung von Lagerflächen des Antriebshohlrades in Betracht.
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Das Kettenrad ist entsprechend der verwendeten Kette, das heißt zum Beispiel Zahnkette oder Rollenkette, zu gestalten. Entsprechendes gilt bei Ausführung des Antriebselementes als Riemenrad. In allen Fällen erfolgt eine Krafteinleitung vom Antriebselement in weitere Komponenten des Wellgetriebes vorzugsweise derart, dass möglichst geringe Kippmomente zwischen den Antriebshohlrad und dem Abtriebshohlrad auftreten. Generell begünstigt der schmale Aufbau des Wellgetriebes, das heißt dessen geringe Ausdehnung in axialer Richtung, einen Betrieb mit lediglich geringen oder vernachlässigbaren Kippmomenten. Aufgrund der geringen Kippmomente ist unter anderem das Sicherungselement, insbesondere in Form eines Sicherungsrings, welches das Abtriebshohlrad im Antriebshohlrad hält, lediglich geringen mechanischen Belastungen ausgesetzt.
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Im Unterschied zu Wellgetrieben aus dem Stand der Technik weisen sowohl das Antriebshohlrad als auch das Abtriebshohlrad jeweils eine Innenverzahnung auf, wobei der Flexring nur mit einer der Verzahnungen kämmt, während die andere Innenverzahnung funktionslos ist. Am Antriebshohlrad, welches zugleich das Gehäuse des Wellgetriebes darstellt, befinden sich in vorteilhafter Ausgestaltung keinerlei Schrauben. Insgesamt handelt es sich bei dem Antriebshohlrad um ein multifunktionales Bauteil. Als einzelne Funktionen des Antriebshohlrades sind zu nennen:
- - Bereitstellung einer Kontur zur Einleitung eines Drehmoments in das Antriebselement, das heißt Ausbildung des Antriebshohlrades als Ketten- oder Riemenrad oder als Zahnrad,
- - Drehfeste und vorzugsweise zugleich selektiv spielbehaftete Halterung, das heißt Anbindung mit richtungsabhängigem Spiel, des flexiblen Getriebeelementes am Boden des Antriebshohlrades,
- - Axiallagerung des Abtriebshohlrades im Antriebshohlrad,
- - Radiallagerung des Abtriebshohlrades im Antriebshohlrad,
- - Verdrehwinkelbegrenzung zwischen dem Antriebshohlrad und dem Abtriebselement.
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Eine gesonderte Axiallagerscheibe zur Abstützung des Abtriebshohlrades in einer Richtung ist nicht erforderlich. Die Tatsache, dass das Wellgetriebe lediglich eine einzige, wirksame Verzahnungspaarung aufweist, kommt einer hohen mechanischen Präzision des Wellgetriebes zugute. Der spielbehaftete Einbau des Abtriebshohlrades in das Antriebshohlrad ist unabhängig von den Verfahren, mit welchen das Antriebshohlrad und das Abtriebshohlrad hergestellt sind, vorzunehmen. Ebenso wie das Antriebs-element kann auch das Abtriebshohlrad als Sinterteil ausgebildet sein.
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Die Kinematik des erfindungsgemäßen Wellgetriebes stimmt grundsätzlich mit der Kinematik eines herkömmlichen Wellgetriebes mit Kragenhülse überein. Als Plusgetriebe wird bei einer Verdrehung eines Verstellelements des Wellgenerators gegenüber dem Antriebshohlrad in einer ersten Richtung das Abtriebshohlrad in derselben Richtung gegenüber dem Antriebshohlrad verstellt. Indessen wird als Minusgetriebe bei einer Verdrehung eines Verstellelements des Wellgenerators gegenüber dem Antriebshohlrad in einer ersten Richtung das Abtriebshohlrad in der entgegengesetzten Richtung gegenüber dem Antriebshohlrad verstellt.
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Das Wellgetriebe ist nicht nur als Stellgetriebe in der Fahrzeugtechnik, sondern auch in industriellen Anwendungen, beispielsweise in einem Roboter oder in einer Werkzeugmaschine, verwendbar. In besonders vorteilhafter Weise verwirklicht sich die Erfindung bei Baueinheiten, die zwei Wellgetriebe gleicher Bauart aufweisen, von denen eines als Plus- und eines als Minusgetriebe ausgebildet sind, so dass die innerhalb der Baueinheit die gleichen Bauteile für die Wellgetriebe verwendbar sind. Dies trifft insbesondere zu auf eine Brennkraftmaschine mit einer ersten Nockenwelle, deren Steuerzeit durch einen ersten Nockenwellenversteller verstellbar ist, und einer Auslassnocken-welle, deren Steuerzeit durch einen zweiten Nockenwellenversteller verstell-bar ist. Jeder der Nockenwellenversteller weist ein Wellgetriebe mit einem Antriebshohlrad, einem flexiblen Getriebeelement und einem Abtriebshohlrad auf. Die die beiden flexiblen Getriebeelemente sind identisch ausgebildet, wobei das flexible Getriebeelement bei dem einen Nockenwellenversteller mit dem Antriebshohlrad und bei dem anderen Nockenwellenversteller mit dem Abtriebshohlrad drehfest verbunden ist
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Figurenliste
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Nachfolgend werden die Erfindung anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein Wellgetriebe als Minusgetriebe mit einem Antriebsrad, einem Abtriebsrad und einem flexiblen Getriebeelement in teilgeschnittener, perspektivischer Ansicht,
- 2 ein Wellgetriebe als Plusgetriebe mit einem zu 1 gleichen Antriebsrad, einem zu 1 gleichen Abtriebsrad und einem zu 1 gleichen flexiblen Getriebeelement in teilgeschnittener, perspektivischer Ansicht,
- 3 einen Längsschnitt des Wellgetriebes der 1,
- 4 einen Längsschnitt des Wellgetriebes der 2 und
- 5 eine Explosionsdarstellung eines weiteren Wellgetriebes.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wellgetriebe ist zur Verwendung als Stellgetriebe eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Bei dem Wellgetriebe 1 handelt es sich um ein Dreiwellengetriebe, hinsichtlich dessen prinzipieller Funktion auf den eingangs genannten Stand der Technik verwiesen wird.
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Das Wellgetriebe 1 weist ein Antriebshohlrad 2 als ein Antriebselement auf, welches zugleich das Gehäuse des Wellgetriebes 1 darstellt. Ein Kettenrad 7 ist integraler Bestandteil des Antriebshohlrads 2. Im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 ist das Antriebshohlrad 2 als Sinterteil gefertigt. Das Antriebshohlrad 2 wird beispielsweise durch eine nicht dargestellte Kette angetrieben, wobei es mit halber Kurbelwellendrehzahl rotiert.
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Als Abtriebshohlrad 4 des Wellgetriebes 1 ist ein Hohlrad vorgesehen, welches im Antriebshohlrad 2 drehbar gelagert ist. Das Hohlrad 4 ist mittels einer nicht dargestellten Zentralschraube mit der zu verstellenden Welle, das heißt Nockenwelle des Verbrennungsmotors, fest verbunden. Diejenige Stirnseite des Wellgetriebes 1, an welcher die zu verstellenden Nockenwelle angeschlossen ist, wird als abtriebsseitige Stirnseite bezeichnet. Die gegenüberliegende Stirnseite wird als erste Stirnseite bezeichnet. An der ersten Stirnseite befindet sich ein nicht dargestellter Elektromotor, welcher zur Betätigung des Wellgetriebes 1 vorgesehen ist.
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Das Antriebshohlrad 2 weist ebenso wie das Abtriebshohlrad 4 die Grundform eines Topfes auf. An einen in allen Fällen mit 5 bezeichneten Boden des Antriebshohlrades 2 schließt eine Umfangsfläche an, welche im Fall von 1 als zylindrische Außenumfangfläche 6 ausgebildet ist. Die zylindrische Außenumfangfläche 6 geht in das Kettenrad 7 über.
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Die zylindrische Außenumfangsfläche 6 ist radial außerhalb einer zylindrischen Innenumfangsfläche 10 angeordnet, welche als Radial-Gleitlagerfläche gegenüber dem Abtriebshohlrad 4 fungiert. Die zugehörige Radial-Gleitlagerfläche des Abtriebshohlrades 4 ist durch einen zylindrischen Abschnitt 11 des Abtriebshohlrades 4 gebildet. Der zylindrische Abschnitt 11 ist zu einer Stirnseite hin durch einen Sicherungsring 12 im Antriebshohlrad 2 gesichert. Der Sicherungsring 12 greift in eine umlaufende Nut 13 an der Innenumfangsfläche 10 des Antriebshohlrades 2 ein. In entgegengesetzter axialer Richtung, das heißt zur anderen Stirnseite hin, ist das Abtriebshohlrad 4 durch eine Axialgleitlagerfläche 14 gelagert, welche unmittelbar durch den Boden 5 gebildet ist. Dem Boden 5 des Antriebshohlrades 2 liegt auf der entgegengesetzten Stirnseite der mit 15 bezeichnete Boden des Abtriebshohlrades 4 gegenüber. Jeder Boden 5, 15 ist nicht geschlossen, das heißt lediglich ringscheibenförmig ausgebildet, wobei sich der Boden 15 weiter zur Mittelachse des Wellgetriebes hin erstreckt als der Boden 5. Die innere Begrenzung des Bodens 15 wird durch einen Zapfen 16 gebildet, welcher abtriebsseitig aus dem Boden 15 herausragt. Bei eingebautem Wellgetriebe 1 ist durch die mit 17 bezeichnete Öffnung, welche durch den hohlen Zapfen 16 gebildet ist, die bereits erwähnte Zentralschraube gesteckt, welche in der Nockenwelle festgeschraubt ist. Bei der zu verstellenden Nockenwelle kann es sich um eine Einlassnockenwelle oder eine Auslassnockenwelle des Verbrennungsmotors handeln.
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Der Verstellbereich des Nockenwellenverstellers, welcher mit dem Wellgetriebe 1 als Stellgetriebe arbeitet, ist durch eine insgesamt mit 18 bezeichnete Verdrehwinkelbegrenzung limitiert. Die Verdrehwinkelbegrenzung 18 ist gebildet durch eine antriebsseitige Anschlagkontur 19 und eine abtriebsseitige Anschlagkontur 20. Hierbei ist die antriebsseitige Anschlagkontur 19 unmittelbar durch das Antriebshohlrad 2 und die abtriebsseitige Anschlagkontur 20 unmittelbar durch das Abtriebshohlrad 4 gebildet. In 5 erstreckt sich die abtriebsseitige Anschlagkontur 20 über einen Winkel von weniger als 40° in Umfangsrichtung. Sie wirkt zusammen mit der als Verstellfenster 22 ausgebildeten antriebsseitigen Anschlagskontur 19 des Antriebshohlrads 4. Das allgemein auch als Aussparung bezeichnete Verstellfenster erstreckt sich über einen Winkel von weniger als 120° am Umfang des zylindrischen Abschnitts 11 des Abtriebshohlrades 4.
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Im Falle der 1 ist auf die Innenseite des Bodens 15, im Falle der 2 auf der Innenseite des Bodens 5 ein topfförmiges, flexibles Getriebeelement 3 aufgesetzt. Der mit 25 bezeichnete Boden des flexiblen Getriebeelementes 3, das heißt Flextopfes, weist die Grundform einer Ringscheibe auf, welche an den Boden 5 bzw. den Boden 15 angesetzt ist. Der radial äußere Rand des Bodens 25 geht in einen zylindrischen Abschnitt 28 des Flextopf genannten flexiblen Getriebeelements 3 über. An der Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 28 ist eine Außenverzahnung 29 gebildet, welche im Falle der 1 partiell in eine Innenverzahnung 26 des Antriebshohlrads 2 und im Falle der 2 partiell in eine Innenverzahnung 30 des Abtriebshohlrads 4 eingreift. Zwei einander diametral gegenüberliegende Eingriffsbereiche zwischen den Verzahnungen 26, 30 bzw. 29, 30, werden hierbei durch einen Wellgenerator 31 bestimmt. Der Wellgenerator 31 umfasst ein mit 32 bezeichnetes Kugellager. Der mit 33 bezeichnete Innenring des Kugellagers 32 ist über Bolzen 34, welche einer nicht weiter dargestellten Ausgleichskupplung zuzurechnen sind, mit der Motorwelle des Elektromotors, der zur Betätigung des Wellgetriebes 1 verwendet wird, drehfest gekoppelt.
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In an sich bekannter Weise ist die Außenumfangsfläche des Innenrings 33 als nicht kreisrunde, elliptische Wälzkörperlaufbahn für Kugeln 35, das heißt Wälzkörper, gestaltet. Die Kugeln 35 sind in einem Käfig 36 geführt und kontaktieren einen Außenring 37, welcher im Unterschied zum Innenring 33 nachgiebig ist. Der zylindrische Abschnitt 28 des flexiblen Getriebeelements 3 umgibt unmittelbar den Außenring 37, ohne mit diesem fest verbunden zu sein. Eine geringfügig unterschiedliche Zahl an Zähnen der Außenverzahnungen 26 bzw. 29 (1 bzw. 2) einerseits und der Innenverzahnung 30 andererseits sorgen dafür, dass eine volle Umdrehung des Innenrings 33 in Relation zum Antriebshohlrad 2 in eine lediglich geringe Verschwenkung zwischen dem Antriebshohlrad 2 und dem Abtriebshohlrad 4 umgesetzt wird.
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Der Boden 25 des flexiblen Getriebeelementes 3 weist eine Vielzahl, in den Ausführungsbeispielen achtzehn Stück, an Durchbrechungen 39 auf. Die umfangsseitigen Begrenzungen der Durchbrechungen 39 sind durch Anlageflanken 40 begrenzt, welche kurz auch als Laschen bezeichnet werden und durch Material gebildet sind, welches aus dem Boden 25 herausgebogen ist. Die Durchbrechungen 39 bilden mit den Anlageflanken 40 Formschlusselemente 44 aus. Radial nach innen geht jede Durchbrechung 39 in einen inneren verbreiterten Abschnitt 41 über. Radial nach außen geht jede Durchbrechung 39 in einen äußeren verbreiterten Abschnitt 42 über. Die Verbreiterung gegenüber dem mittleren, durch die Laschen 40 begrenzten Abschnitt bezieht sich jeweils auf die Umfangsrichtung des ringscheibenförmigen Bodens 25. Insgesamt hat jede Durchbrechung 39 in stirnseitiger Ansicht damit die Grundform eines Doppel-T. In Radialrichtung des flexiblen Getriebeelementes 3 ist der äußere verbreiterte Abschnitt 42 ausgedehnter als der innere verbreiterte Abschnitt 41. Damit ist eine Asymmetrie der Doppel-T-Form gegeben. Insgesamt erstreckt sich jede Durchbrechung 37 nahezu über die volle in Radialrichtung zu messende Breite des ringscheibenförmigen Bodens 25. Eine ringförmig umlaufende innere Randleiste des Bodens 27 ist mit 43 bezeichnet. Die innere Randleiste 43 stellt die radial innere Begrenzung sämtlicher Durchbrechungen 39 dar. An ihrem radial äußeren Rand reichen die Durchbrechungen 39 annähernd bis zum zylindrischen Abschnitt 28 des Getriebeelementes 26. Insgesamt weist der Boden 25 damit eine signifikante elastische Nachgiebigkeit auf.
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In Umfangsrichtung ist der Boden 25 und damit das gesamte flexible Getriebeelement 3 formschlüssig mit dem Boden 5 des Antriebshohlrades 2 (2, 4) oder dem Boden 15 des Abtriebshohlrads 4 (1, 3) gekoppelt. Auf der Innenseite der Böden 5, 15 ist zu diesem Zweck eine der Anzahl der Durchbrechungen 39 entsprechende Anzahl an Gegenformschlusselementen 47 vorhanden. Die Gegenformschlusselemente 47 weisen jeweils eine Quaderform auf, wobei in jede Durchbrechung 39 ein Gegenformschlusselement 47 eingreift. Seitenflächen der Gegenformschlusselemente 47 liegen hierbei an den Anlageflanken 40 derart an, dass eine spielarme, zur Übertragung eines Drehmoments geeignete formschlüssige Kopplung zwischen dem Antriebshohlrad 2 bzw. dem Abtriebshohlrad 4 und dem Getriebeelement 3 in Umfangsrichtung der genannten Elemente 3 und 2 bzw. 4 gebildet ist. In Axialrichtung sowie Radialrichtung der Elemente 3 und 2 bzw. 4 bleibt hierbei eine Beweglichkeit zwischen dem Boden 25 des flexiblen Getriebeelements 3 und dem Boden 5 bzw. 15 erhalten, sodass das Getriebeelement 26 spielbehaftet, aber drehfest am Antriebshohlrad 2 (2, 4) bzw. Abtriebshohlrad (1, 3) gelagert ist.
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Auf der Außenseite der Böden 5, 15 sind im Wesentlichen rechteckige Vertiefungen 45 erkennbar, welche im Zuge der Formung der Gegenformschlusselemente 47 durch Materialverdrängung erzeugt wurden. Die Gegenformschlusselemente 47 wirken in jedem Fall direkt mit den durch die Anlageflanken 40 begrenzten Durchbrechungen 39, welche die korrespondierenden Formschlusselemente 44 darstellen, zusammen.
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Beim Zusammenbau des Wellgetriebes 1 wird in allen Fällen zunächst der Wellgenerator 31 in das topfförmige flexible Getriebeelement 26 eingesetzt. Die damit entstandene Baugruppe wird auch als Verstellwelle bezeichnet. Anschließend wird die Verstellwelle in das zu verbindende Hohlrad 4, 2 eingeschoben. Hierbei greift die Außenverzahnung 29 in zwei einander gegenüberliegenden Umfangsbereichen in die entsprechende Innenverzahnung 30, 26 ein. Anschließend wird das andere Hohlrad 2, 4 von der ersten Stirnseite her auf das erste Hohlrad 4, 2 aufgeschoben, bis die formschlüssige Verbindung zwischen ihm und dem flexiblen Getriebeelement 3 hergestellt ist. Als letzter Montageschritt wird der Sicherungsring 12 in die Nut 13 eingesetzt. Damit ist die volle Funktionalität des Wellgetriebes 1 gegeben, wobei innerhalb des Wellgetriebes 1 keine Schraubverbindungen existieren. Die Montage der unterschiedlichen Getriebe als Plusgetriebe (2) oder Minusgetriebe (1) erfolgt insoweit analog als lediglich das Aufschieben des flexiblen Getriebeelements 3 auf das jeweils andere Hohlrad erfolgt, je nachdem, welche Getriebeart nach dem Zusammenbau vorliegen soll.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Antriebshohlrad
- 3
- flexibles Getriebeelement
- 4
- Abtriebshohlrad
- 5
- Boden
- 6
- zylindrische Außenumfangsfläche
- 7
- Kettenrad
- 8
- -
- 9
- -
- 10
- Innenumfangsfläche
- 11
- zylindrischer Abschnitt des Abtriebshohlrads
- 12
- Sicherungsring
- 13
- Nut
- 14
- Axialgleitlagerfläche
- 15
- Boden
- 16
- Zapfen
- 17
- Öffnung
- 18
- Verdrehwinkelbegrenzung
- 19
- antriebsseitige Anschlagkontur
- 20
- abtriebsseitige Anschlagkontur
- 21
- -
- 22
- -
- 23
- -
- 24
- -
- 25
- -
- 26
- erste Innenverzahnung
- 27
- Boden
- 28
- zylindrische Abschnitt
- 29
- Außenverzahnung
- 30
- zweite Innenverzahnung
- 31
- Wellgenerator
- 32
- Kugellager
- 33
- Innenring
- 34
- Bolzen
- 35
- Kugel
- 36
- Käfig
- 37
- Außenring
- 38
- Einprägung
- 39
- Durchbrechung
- 40
- Anlageflanke
- 41
- innerer verbreiterter Abschnitt
- 42
- äußerer verbreiterter Abschnitt
- 43
- innere Randleiste
- 44
- Formschlusselement
- 45
- Vertiefung
- 46
- Verstellwelle
- 47
- Gegenformschlusselement
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016216183 A1 [0002]
- DE 102017126527 A1 [0003]
- DE 102016218575 A1 [0003, 0005]
- DE 102017114175 B3 [0004]
- DE 102017103988 B3 [0004]
- DE 102016205748 B3 [0005]
- DE 102017121320 B3 [0005]
- DE 102016204784 A1 [0005]
- DE 102017111682 A1 [0005]
- DE 102017112032 A1 [0005]
- DE 102017114069 A1 [0005]
- DE 102014202060 A1 [0006]
- DE 102018132400 A1 [0006]
