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1. WO2020103971 - WELLGETRIEBE UND HERSTELLUNG EINES WELLGETRIEBES

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Wellqetriebe und Herstellung eines Wellqetriebes

Die Erfindung betrifft ein für die Verwendung in einem elektrischen Nockenwellenver-steller geeignetes Wellgetriebe und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Wellgetriebe arbeiten prinzipbedingt mit einem verformbaren Getriebeelement und sind in vielen Fällen als hochuntersetzte Stellgetriebe ausgelegt, wobei eine zu ver stellende Abtriebswelle innerhalb eines beschränkten Winkelbereichs gegenüber einer Antriebsbaugruppe, welche ein Antriebsrad umfasst, zu verstellen ist. Die Beschrän kung des Verstellbereichs zwischen der Abtriebswelle und der Antriebsbaugruppe kann grundsätzlich entweder mit Hilfe gesonderter Elemente, beispielsweise An schlagscheiben, oder mit Hilfe von Elementen, die innerhalb des Wellgetriebes weite re Funktionen, insbesondere Lagerungsfunktionen, übernehmen, erfolgen.

Bei einem aus der DE 10 2016 220 916 A1 bekannten Hohlrad für ein Wellgetriebe ist ein Anschlagscheibenabschnitt zusätzlich zu einem Hohlradabschnitt vorhanden. Im Hohlradabschnitt befindet sich eine Innenverzahnung, welche umformtechnisch her gestellt ist. Weiter kann das bekannte Hohlrad Funktionsflächen aufweisen, welche als Axial- oder Radiallagerflächen ausgebildet sind.

Die DE 10 2004 062 072 A1 offenbart einen Nockenwellenversteller, bei welchem eine Anschlagscheibe den Verstellbereich begrenzt. Die Anschlagscheibe ist drehfest mit einem Antriebsrad verbunden und übernimmt zusätzlich eine Axiallagerungsfunktion. Als Stellgetriebe des Nockenwellenverstellers kommt im Fall der DE 10 2004 062 072 A1 ein Taumelscheibengetriebe zum Einsatz.

Ein weiterer Nockenwellenversteller, bei welchem ein Anschlagelement zugleich eine Lagerungsfunktion übernimmt, ist aus der EP 2 638 257 B1 bekannt. In diesem Fall weist ein Abtriebsring Anschlagnasen auf, welche mit Anschlagkonturen eines An-triebshohlrads Zusammenwirken. Der Anschlag zwischen dem Abtriebsring und dem Antriebshohlrad ist hydraulisch gedämpft.

Eine Anschlagdämpfung ist auch bei einem aus der DE 10 2014 002 362 A1 bekann ten Nockenwellenversteller gegeben. In diesem Fall ist die Anschlagdämpfung aktiv ausgebildet.

Weitere Nockenwellenversteller, jeweils mit einem Wellgetriebe, sind zum Beispiel in den Dokumenten DE 10 2016 217 051 A1 , WO 2017/041801 A1 , DE 10 2016 219 076 A1 , DE 10 2017 111 035 B3, DE 10 2017 114 175 B3 und DE 10 2015 217 291 A1 of fenbart. Im letztgenannten Fall ist in eine zur Verbindung mit einer Nockenwelle vor gesehene Anschlagscheibe eine Unwuchtausgleichkontur integriert. Ein Nockenwel lenversteller mit einem gattungsgemäßen Wellgetriebe ist aus DE 10 2017 111 223 B3 bekannt.

Ist das Antriebselement als ein Riemenrad einer Brennkraftmaschine ausgebildet, muss für Anwendungen bei trockenem Riementrieb sichergestellt sein, dass der Rie men ölfrei läuft. Die genannten Wellgetriebe eignen sich ohne zusätzliche Kapselung nicht für den Einsatz in trockenen Umgebungen. Das Antriebsrad selbst ist häufig ge sintert, so dass es selbst nicht öldicht ist.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik wei terentwickeltes, kompakt aufgebautes Wellgetriebe anzugeben, welches das Abtriebs element zum Antriebselement abdichtet und sich durch eine fertigungsfreundliche Ge staltung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wellgetriebe mit den Merkma len des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Fierstellung eines Wellgetriebes nach Anspruch 10. Das Wellgetriebe weist ein Antriebselement auf, welches Teil einer Antriebsbaugruppe ist, die Ganzes drehbar ist. Weiter weist das Wellgetriebe ein nachgiebiges, außenverzahntes, gegenüber der Antriebsbaugruppe nicht verdrehba res Getriebeelement auf. Dieses Getriebeelement wirkt direkt mit einem innenver- zahnten, topfförmigen Abtriebselement zusammen, welches begrenzt drehbar in der Antriebsbaugruppe gelagert ist.

Das Wellgetriebe weist ein fest mit dem Antriebsrad verbundenes Gehäusebauteil auf, das ein Radiallager mit dem Abtriebselement bildet und als Dichtdeckel ausgebildet ist. Durch das Gehäusebauteil wird sichergestellt, dass das Antriebsrad ggf. aus ei nem porösen Werkstoff fertigbar ist, so dass sich diese Anordnung für einen trocke nen Antrieb eignet. Das Antriebsrad übernimmt damit keine Dichtfunktion, so dass sich für dessen Werkstoffwahl, Anordnung im Wellgetriebe und Ausgestaltung Freihei ten ergeben. Zusätzlich zur Trennung der Dichtfunktion vom Antriebsrad kann der Dichtdeckel axiale und radiale Lagerungsfunktion übernehmen.

Vorzugsweise übernimmt das Gehäusebauteil weitere Funktionen. Es kann erstens ein Axiallager für das Abtriebselement bilden. Damit wird erreicht, dass keine separate Scheibe zur Lagerung erforderlich ist. Zweitens kann es zusätzlich oder alternativ ei nen Axialanschlag für das Antriebsrad bilden. Damit wird die axiale Anordnung des Antriebsrads festgelegt.

Vorzugsweise ist das Gehäusebauteil als ein Blechteil ausgebildet. Durch geeignete Abstützung der drehmomentübertragenden Bauteile aneinander kann erreicht werden, dass die Belastungen, die auf das Blechteil selbst wirken, relativ gering sind. Dadurch erfüllt das Gehäuseelement seine Dichtfunktion und lässt sich dennoch dünnwandig hersteilen.

In einer Ausführungsform ist Gehäusebauteil mit dem Flexrad fest verbunden. Es bil det damit eine Halterung für das Flexrad und lässt sich mit diesem beispielsweise ver schrauben.

Insbesondere wenn es das Gehäusebauteil ebenfalls dünnwandig ausgebildet ist, ist es vorteilhaft, wenn das Flexrad und das Gehäusebauteil gemeinsam mit einem drit ten Bauteil verbunden werden. Bei dem dritten Bauteil kann es sich um eine Scheibe handeln, deren Dicke so bemessen ist, dass sie eine Gewindebohrung für eine

Schraube bereitstellt. Die Scheibe kann als Anschlagscheibe ausgebildet sein und damit Drehwinkelbegrenzungen für das Getriebe bereitstellen. Trotz der Dünnwandig-keit des Gehäusebauteils steht damit ein hinreichend langer Gewindegang zur Auf nahme der Schraube oder eine hinreichend lange Ausnehmung zur Aufnahme eines Bolzens oder eines anderen Befestigungsmittels zur Verfügung.

Erfindungsgemäß weist das Wellgetriebe eine Anschlagscheibe auf. Diese ist durch das Gehäusebauteil doppelt, das heißt beidseitig axial, umgriffen. Das Gehäuseele ment bildet damit eine zweiseitige Axiallagerung für die Anschlagscheibe. Die An schlagscheibe selbst kann dann ebenfalls aus einem Sintermaterial hergestellt sein, weil das Gehäuseelement, ggf. im Zusammenspiel mit einem Frontdeckel, das Well getriebe wirksam abdichtet.

Der Umgriff kann vollständig erfolgen. Dazu kann die Anschlagscheibe bei der Monta ge in das Gehäusebauteil eingelegt werden. Anschließend wird der Umgriff beispiels weise durch Bördeln oder durch Umbiegen hergestellt.

Alternativ erfolgt der Umgriff nur teilweise. Nach der Anordnung der Anschlagscheibe in dem Gehäusebauteil können beispielsweise ursprünglich axial gerichtete Laschen radial umgebogen werden, so dass durch die Laschen eine axiale Sicherung der An schlagscheibe erfolgt.

In einer anderen Ausbildung können die Anschlagscheibe radial gerichtete Vorsprün ge und das Gehäusebauteil radial nach innen gerichtete Gegenvorsprünge aufweisen. Bei der Montage ist bei geeigneter Ausrichtung in Umfangsrichtung möglich, die An schlagscheibe mit den Vorsprüngen an den Gegenvorsprüngen bis zu einer Ebene axial hinter den Gegenvorsprüngen vorbei zu führen. Dann kann die Anschlagscheibe im Umfangsrichtung bajonettartig verdreht werden, so dass die Gegenvorsprünge für die Vorsprünge eine Axialsicherung bilden. Um ein weiteres Verdrehen zu verhindern, können die Vorsprünge und Gegenvorsprünge miteinander fest verbunden werden. Dazu weisen sie beispielsweise Bohrungen auf. Fluchten beide Bohrungen, kann eine Verbindung über das vorstehend angeführte Befestigungsmittel wie eine Schraube hergestellt werden.

Das Gehäusebauteil kann die Anschlagscheibe radial U-förmig umgreifen. Sie bildet dann beidseitig eine axiale Lagerung für die Anschlagscheibe. Eine besonders kom pakte Anordnung ergibt sich, wenn sich die Anschlagscheibe und das Antriebsrad ra dial teilweise überlappen.

Das Gehäusebauteil kann allein oder in Verbindung mit einem Frontdeckel das Well getriebe gegenüber der Umgebung vollständig abdichten. Ist ein Frontdeckel vorge sehen, kann dieser mit dem Gehäusebauteil beispielsweise verstemmt werden. Um Leckage zwischen dem Gehäusebauteil und dem Frontdeckel wirksam auszuschlie ßen, ist optional ein Dichtring vorgesehen. Der Frondeckel kann in einer Ausgestal tung durch das Motorgehäuse eines das Wellgetriebe verstellenden Elektromotors gebildet sein.

Das erfindungsgemäße Wellgetriebe eignet sich für einen elektrischen Nockenwellen-versteller oder eine Vorrichtung zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine. Bei dem Nockenwellenversteller ermöglicht sie die Verwendung eines Riementriebs mit einem trockenen Riemen, ohne dass aufwändige Dichtkonzep te erforderlich werden. Das Riemenrad kann als Antriebsrad gesintert werden, ohne dass Ölleckage auftritt, weil das antriebsradfeste Gehäusebauteil die Ölbarriere bildet. Das separat vom Gehäusebauteil hergestellte Antriebsrad kann stoffschlüssig mit die sem verbunden sein. Es eignet sich insbesondere für alle Verwendungen, bei denen das Abtriebselement öl- oder anderweitig geschmiert ist und ein Austritt des Schmier stoffs unterbunden werden soll.

Das Gehäusebauteil wird bevorzugt aus einem Blech hergestellt. Es kann damit eine komplexe geometrische Form bei gleichzeitig geringem Herstellungsaufwand aufwei sen. Dadurch wird die kompakte Bauform ermöglicht. Denkbar ist auch, dass das Ge häusebauteil aus einem Kunststoff besteht.

Für die Fertigung der Anschlagscheibe kommen zum Beispiel spanabhebende oder urformende, insbesondere pulvermetallurgische, Verfahren in Betracht. Entsprechen des gilt für die Fertigung des topfförmigen Abtriebselementes. Bei dem mit dem Ab triebselement direkt zusammenwirkenden, nachgiebigen Getriebeelement handelt es sich in bevorzugter Ausgestaltung um eine Kragenhülse, das heißt ein hülsenförmiges Bauteil mit einem radial nach außen gerichteten Kragen.

Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung nä her erläutert. Hierin zeigen, teils in vereinfachter Darstellung:

Fig. 1 einen Nockenwellenversteller mit einem erfindungsgemäßen Wellgetrie be in einem nicht-maßstabsgetreuen Längsschnitt und

Fig. 2 das Gehäusebauteil und die Anschlagscheibe nach Figur 1 in einer per spektivischen Teilansicht.

Ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Wellgetriebe kommt als Stellgetriebe eines elektri schen Nockenwellenverstellers in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz. Das Wellgetriebe 1 umfasst eine Antriebsbaugruppe 2, welche als Ganzes drehbar ist und um eine mit R bezeichnete Rotationsachse rotiert. Die Rotationsachse R, das heißt Mittelachse des Wellgetriebes 1 , ist mit der Rotationsachse der zu verstellenden Nockenwelle identisch.

Die Antriebsbaugruppe 2 umfasst ein Antriebselement 4 in Form eines Riemenrads. Statt des Riemenrades könnte mit gleicher Funktion auch ein Kettenrad verwendet werden. In jedem Fall rotiert das Antriebselement 4 in an sich bekannter Weise mit halber Kurbelwellendrehzahl des Verbrennungsmotors.

Weiterhin umfasst die Antriebsbaugruppe 2 ein Gehäusebauteil 5, welches wie ein Frontdeckel 3 als ein Blechteil ausgebildet ist. Auf der dem Antriebsrad 4 abgewand ten Stirnseite ist das Gehäusebauteil 5 mit einem Flexrad 6 als einem nachgiebigen Getriebeelement verbunden, welches als Kragenhülse ausgeführt ist.

Bei dem Frontdeckel 3 handelt es sich um das Motorgehäuse eines Elektromotors, mit welchem das Wellgetriebe 1 betrieben wird. Die beiden aus Blech gefertigten Bau elemente Frondeckel 3 und Gehäusebauteil 5 sind mit Hilfe einer Dichtung 9 zueinan der abgedichtet. Die Dichtung 9 liegt in einer Nut 10 des Getriebebauteils 5 an.

Konzentrisch innerhalb des Gehäusebauteils 5 ist ein als Flohlrad ausgeführtes Ab triebselement 7 angeordnet. Das Flohlrad ist im Ausführungsbeispiel als Sinterteil ausgeführt. Auf derjenigen Stirnseite des Gehäusebauteils 5, welche dem Abtrieb selement 7 und damit auch der zu verstellenden Nockenwelle abgewandt ist, befindet sich eine Anschlagscheibe 8, welche ebenso wie das Gehäusebauteil 5 der Antriebs baugruppe 2 zuzurechnen ist.

Das Flexrad 6 ist innerhalb des mit Hilfe der Dichtung 9 abgedichteten Innenraums des Wellgetriebes 1 mit dem Gehäusebauteil 5 verbunden. Hierbei liegt der mit 11 be-zeichnete Kragen des Flexrads 6 an einer ringförmigen, stirnseitigen Fläche des Ge häusebauteils 5 an. Der Kragen 11 , welcher in einer zur Rotationsachse R normalen Ebene liegt, geht an seinem inneren Rand über in einen hülsenförmigen Abschnitt 12, welcher eine Außenverzahnung 13 trägt. Die Außenverzahnung 13, welche durch um formende Verfahren herstellbar ist, greift partiell in eine Innenverzahnung 14 des Ab triebselementes 7 ein. Die Innenverzahnung 14 befindet sich an der Innenumfangsflä che eines zylindrischen Abschnitts 15 des Abtriebselementes 7.

An der Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 15 ist ein Radialgleitlager 16 zwischen dem Abtriebselement 7 und dem Gehäusebauteil 5 gebildet. Zwischen dem Gehäusebauteil 5 und dem Abtriebselement 7 ist nockenwellenseitig zusätzlich eine axiale Lagerungsfunktion gegeben. Die durch das Gehäusebauteil 5 bereitge stellte, direkt mit dem Abtriebselement 7 zusammenwirkende Gleitlagerfläche ist durch einen inneren Abschnitt 17 des Gehäusebauteils 5 gebildet. An den inneren Abschnitt 17 schließt sich nach außen ein Scheibenabschnitt 18 an. Der Scheibenabschnitt 18 wiederum geht einstückig über in einen äußeren Radialabschnitt 30, an dem die Nut 10 angeordnet ist. Vom äußeren Radialabschnitt 30 erstrecken sich stirnseitig einzel ne Laschen 31. Mit den Laschen 31 , dem äußeren Radialabschnitt 30 und dem

Scheibenabschnitt 18 umgreift das Gehäusebauteil 5 die Anschlagscheibe 8 U-förmig.

Das Abtriebselement 7 weist im Wesentlichen eine Topfform auf, wobei sich an den zylindrischen Abschnitt 15 ein nicht geschlossener Boden 19 anschließt. Der Boden

19 weist in seiner Mitte einen Zapfen 20 auf, welcher in die nicht dargestellte, zu ver stellende Nockenwelle eingesteckt ist. Eine das Abtriebselement 7 mit der Nockenwel le verbindende Zentralschraube, welche den hohlen Zapfen 20 durchdringt, ist eben falls nicht dargestellt.

Eine Axiallagerung 21 zwischen der Antriebsbaugruppe 2 und dem Abtriebselement 7 ist unmittelbar zwischen dem Boden 19 und einem inneren Scheibenabschnitt 22 des zweiten Gehäusebauteils 5 gebildet. Der ringförmige Scheibenabschnitt 22 geht an seinem inneren Rand in einen inneren Hülsenabschnitt 23 über, welcher den Zapfen

20 konzentrisch umgibt. Insgesamt weist das Gehäusebauteil 5 damit eine mehrfach gestufte Form auf. In ähnlicher Weise ist der Frontdeckel 3 mehrfach gestuft.

Im Gehäusebauteil 5 befinden sich über den Umfang verteilt mehrere Ausnehmungen 24 in den Laschen 31 zur Befestigung der Anschlagscheibe 7 und des Flexrads 6 mit tels Schrauben 25. Die Ausnehmungen 24 befinden sich radial - bezogen auf die Ro tationsachse R - innerhalb der Dichtung 9. Die Ausnehmungen 24 fluchten mit Aus sparungen 26 im Flexrad 6 und in der Anschlagscheibe 8. In der ringförmigen An schlagscheibe 8 sind die Aussparungen 26 in radial nach außen weisenden Vor sprüngen 32 angeordnet, die zusammen mit den Laschen 31 als Gegenvorsprüngen 33 die axiale Sicherung am nockenwellenabgewandten Ende bilden.

Ein im Innenraum des Wellgetriebes 1 angeordneter und nicht dargestellter Wellgene rator dient der Verformung des Flexrads 6. Der Wellgenerator umfasst ein Kugellager mit einem Innenring, Wälzkörpern, das heißt Kugeln, die in einem Käfig geführt sind, sowie einem Außenring als dem Flexrad 6. Der Innenring ist in sich starr und weist ei ne nicht kreisrunde, elliptische Form auf. Der Außenring ist im Gegensatz zum Innen ring nachgiebig und passt sich permanent der unrunden Form des Innenrings an. Flierdurch wird die Außenverzahnung 13 lediglich an zwei einander diametral gegen überliegenden Stellen in Eingriff mit der Innenverzahnung 14 gebracht. Durch eine ge ringfügig, nämlich um zwei, unterschiedliche Zähnezahl der Innenverzahnung 14 ei nerseits und der Außenverzahnung 13 andererseits wird eine volle Umdrehung des Innenrings in an sich bekannter Weise in eine vergleichsweise geringe Verschwen kung des Abtriebselementes 7 gegenüber der Antriebsbaugruppe 2 umgesetzt.

Der Bereich, in welchem das Abtriebselement 7 gegenüber der Antriebsbaugruppe 2 verschwenkbar ist, ist durch eine Anschlagvorrichtung begrenzt. Die Anschlagvorrich tung, welche den Schwenkwinkel zwischen dem Abtriebselement 7 und der Antriebs baugruppe 2 limitiert, ist durch nach außen gerichtete Anschlagnasen 29 des Ab triebselements 7 einerseits und andererseits durch eine Tasche 28 in der Anschlag scheibe 8 gebildet, wobei die Tasche 28 durch Ringvorsprünge 27 begrenzt ist.

Bezuqszeichenliste

Wellgetriebe

Antriebsbaugruppe

Frontdeckel

Antriebselement

Gehäusebauteil

Flexrad

Abtriebselement

Anschlagscheibe

Dichtung

Nut

Kragen

hülsenförmiger Abschnitt

Außenverzahnung

Innenverzahnung

zylindrischer Abschnitt

Radialgleitlager

innerer Abschnitt

Scheibenabschnitt

Boden

Zapfen

Axiallagerung

innerer Scheibenabschnitt

innerer Flülsenabschnitt

Ausnehmung

Schraube

Aussparung

Ringvorsprung

Tasche

9 Anschlagnase

30 äußerer Radialabschnitt

31 Lasche

32 Vorsprung

33 Gegenvorsprung

R Rotationsachse