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Die Erfindung betrifft ein insbesondere für die Verwendung in einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine geeignetes Wellgetriebe.
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Bei einem Wellgetriebe handelt es sich um ein Dreiwellengetriebe mit flexiblem Zahneingriff. Ein aus der
EP 0 514 829 B1 bekanntes Wellgetriebe, dort als Spannungswellengetriebe bezeichnet, weist ein kurzes, flexibles Becher-Element auf und soll zum Einsatz in Präzisionsmaschinen geeignet sein.
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Um bei einem Wellgetriebe oder sonstigen Dreiwellengetriebe einen Achsversatz zwischen verschiedenen Wellen, insbesondere einer Verstellwelle einerseits und einer weiteren Welle, nämlich Antriebs- oder Abtriebswelle, andererseits zu ermöglichen, ist prinzipiell die Verwendung einer Oldham-Kupplung bekannt. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die
DE 10 2007 049 072 A1 sowie auf die
DE 10 2007 051 475 A1 verwiesen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickeltes, insbesondere für eine Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine geeignetes Wellgetriebe anzugeben, welches sich besonders durch einen geringen Bauraumbedarf, insbesondere in axialer Richtung des Getriebes, bei zugleich möglichem Radialversatz zwischen verschiedenen Bauteilen 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 bekanntem Grundaufbau ein Gehäuse auf, in welchem sich ein innenverzahntes, gegenüber dem Gehäuse nicht drehbares Hohlrad als Getriebeelement des Wellgetriebes befindet. Weiter weist das Wellgetriebe ein flexibles, außenverzahntes, mit dem Hohlrad kämmendes Wellgetriebeelement auf, welches durch einen Wellgenerator betätigt wird. Erfindungsgemäß ist zwischen das Gehäuse des Wellgetriebes und das innenverzahnte Hohlrad eine Oldham-Kupplung geschaltet. Das Gehäuse stellt vorzugsweise ein nicht rotierbares, insbesondere mit einem Motorblock einer Brennkraftmaschine fest verbundenes oder einstückig ausgebildetes Maschinenteil dar.
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Hinsichtlich des möglichen Aufbaus einer Oldham-Kupplung wird auf die eingangs genannten Offenlegungsschriften
DE 10 2007 049 072 A1 und
DE 10 2007 051 475 A1 sowie ergänzend auf die
DE 198 572 248 C2 verwiesen. Im letztgenannten Fall ist die Oldham-Kupplung als Kreuzscheibenkupplung bezeichnet.
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Die Oldham-Kupplung, die zwischen das Hohlrad und das Gehäuse des Wellgetriebes geschaltet ist, ist in der Lage, einen Achsversatz zwischen einer Verstellwelle des Wellgetriebes und der Abtriebswelle des Wellgetriebes auszugleichen. Die Verstellwelle ist hierbei dazu vorgesehen, über den Wellgenerator das außenverzahnte Wellgetriebeelement zu verformen. Die Abtriebswelle wirkt beispielsweise mit einem Kurbeltrieb eines Hubkolbenmotors mit variabler Verdichtung zusammen oder ist selbst Teil eines Kurbeltriebs, welcher eine Verstellung des Verdichtungsverhältnisses des Hubkolbenmotors zulässt.
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Zusätzlich zu einem Versatz zwischen verschiedenen Wellen, nämlich Verstellwelle und Abtriebswelle, in radialer Richtung ist die Oldham-Kupplung auch in der Lage, einen zumindest geringfügigen Versatz in axialer Richtung sowie einen geringen Winkelversatz aufzunehmen.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist das außenverzahnte Wellgetriebeelement als Flextopf ausgebildet, welcher einen zylindrischen, außenverzahnten, durch den Wellgenerator verformbaren Abschnitt sowie einen an diesen anschließenden Bodenabschnitt aufweist. Die Abtriebswelle des Wellgenerators ist hierbei mit dem Bodenabschnitt des Flextopfes verbunden. Die Nachgiebigkeit des gesamten Flextopfes trägt dazu bei, dass ein radialer Versatz und/oder ein Winkelfehler zwischen der den Wellgenerator antreibenden, vorzugsweise elektrisch betätigten Verstellwelle und der Abtriebswelle des Wellgenerators ausgeglichen wird.
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Gemäß einer zweiten möglichen Ausführungsform ist das außenverzahnte Wellgetriebeelement als Flexrad, das heißt als ringförmiges, nachgiebiges, außenverzahntes Getriebeelement ausgebildet. Im Unterschied zum Flextopf ist das Flexrad nicht direkt, sondern über mindestens ein weiteres Getriebeelement, nämlich innenverzahntes Element, mit der Abtriebswelle des Wellgetriebes gekoppelt.
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Unabhängig von der geometrischen Form des außenverzahnten Wellgetriebeelementes ist die Oldham-Kupplung vorzugsweise radial außerhalb dieses Wellgetriebeelementes angeordnet. Die Oldham-Kupplung weist somit im Vergleich zu weiteren Elementen, insbesondere zum Wellgenerator, einen besonders großen Durchmesser auf. Damit ist eine besonders günstige Relation zwischen der mechanischen Belastung der Oldham-Kupplung und dem übertragbaren Drehmoment gegeben. Mechanische Spannungen innerhalb der Oldham-Kupplung werden damit im Vergleich zu Lösungen mit kompakteren Oldham-Kupplungen, die zwischen der Verstellwelle und dem Wellgenerator des Getriebes angeordnet sind, drastisch reduziert. Zudem ist dadurch, dass sich die Oldham-Kupplung radial außerhalb des Wellgenerators befindet, lediglich ein geringer Bauraumbedarf in axialer Richtung des Wellgetriebes gegeben. In bevorzugter Ausgestaltung überschneidet sich die Oldham-Kupplung in axialer Richtung des Antriebsrades mit dem außenverzahnten Wellgetriebeelement, das heißt dem Flextopf oder Flexrad.
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Die radial außerhalb des Flextopfes beziehungsweise Flexrades angeordnete Oldham-Kupplung weist zwei Kupplungselemente auf, welche in einem Fall am Gehäuse und im anderen Fall am Hohlrad befestigt oder einstückig mit dem betreffenden Bauteil ausgebildet sind. In jedem Fall ist als Ausgleichselement zwischen den beiden Kupplungselementen ein sogenanntes Oldham-Element vorgesehen, welches die Grundform eines Ringes hat und in Relation zu jedem der Kupplungselemente in genau einer Linearrichtung verschiebbar ist. Die beiden Linearrichtungen, in welchen das Oldham-Element verschiebbar ist, sind hierbei senkrecht zueinander und orthogonal zur Symmetrieachse des Hohlrades und damit auch des gesamten Wellgetriebes ausgerichtet. In vorteilhafter Ausgestaltung weist das Hohlrad einen Flansch auf, welcher eines der Kupplungselemente der Oldham-Kupplung darstellt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Oldham-Element zwei in Axialrichtung des Wellgetriebes voneinander beabstandete, fest miteinander verbundene Ausgleichsscheiben auf. Die beiden Kupplungselemente greifen radial von außen beziehungsweise radial von innen zwischen diese Ausgleichsscheiben ein. Auf diese Weise werden Kippmomente innerhalb der Oldham-Kupplung eliminiert.
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Das Wellgetriebe wird vorzugsweise mit Hilfe eines Elektromotors als Verstellmotor betätigt und kann beispielsweise als Komponente eines Nockenwellenverstellers oder einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine zum Einsatz kommen. Alternativ ist prinzipiell auch ein hydraulischer Antrieb des Wellgetriebes möglich
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt in stark vereinfachter Darstellung:
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1 ein Wellgetriebe mit Oldham-Kupplung.
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Ein in 1 ausschnittsweise skizziertes Wellgetriebe 1 ist zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses einer als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Brennkraftmaschine vorgesehen. Ein Gehäuse 2 des Wellgetriebes 1 ist fest relativ zum Motorblock der Brennkraftmaschine angeordnet. Eine Abtriebswelle 3 des Wellgetriebes 1 wirkt über einen nicht dargestellten Mechanismus auf den Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine ein. Eine ebenfalls nicht dargestellte Verstellwelle speist über einen Wellgenerator 4 Leistung in das Wellgetriebe 1 ein. Die Mittelachse des gesamten Wellgetriebes 1, welche mit der Rotationsachse der Abtriebswelle 3 identisch ist, ist mit R bezeichnet.
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Der Wellgenerator 4 umfasst ein Wälzlager 5, nämlich Kugellager, mit elliptischem Innenring 6. Der elliptischen Form des Innenrings 6 passt sich ein Außenring 7 an, wobei mit 8 die zwischen den Lagerringen 6, 7 abrollenden Wälzkörper, das heißt Kugeln, bezeichnet sind.
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Der Außenring 7 kontaktiert mit seinem Außenumfang die Innenseite eines außenverzahnten, nachgiebigen Wellgetriebeelementes 9, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel als Flextopf gestaltet ist. Der Flextopf 9 weist einen zylindrischen Abschnitt 10 auf, an welchem sich die Außenverzahnung befindet, sowie einen scheibenförmigen Bodenabschnitt 11, der fest mit der Abtriebswelle 3 verbunden ist.
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Der Wellgenerator 4 ist dazu ausgelegt, die Außenverzahnung des Wellgetriebeelementes 9 an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen gegen eine Innenverzahnung eines Hohlrades 12 zu drücken. Aufgrund einer geringfügig unterschiedlichen Zähnezahl zwischen der Außenverzahnung des Wellgetriebeelementes 9 und der damit kämmenden Innenverzahnung des Hohlrades 12 kommt es zu einer Verdrehung zwischen dem Gehäuse 2 und der Abtriebswelle 3, sobald die Verstellwelle des Wellgenerators 4 rotiert, wobei ein hohes Übersetzungsverhältnis, nämlich ein Übersetzungsverhältnis von mindestens 100:1, gegeben ist.
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Das innenverzahnte Hohlrad 12 weist einen als Ringabschnitt 13 bezeichneten, die Innenverzahnung tragenden ringförmigen Abschnitt, sowie einen unmittelbar an diesen anschließenden, sich radial nach außen erstreckenden Flansch 14 auf. Radial außerhalb des Flansches 14 befindet sich ein Ring 15, welcher neben dem Flansch 14 des Hohlrades 12 ein weiteres Kupplungselement der insgesamt mit dem Bezugszeichen 16 gekennzeichneten Oldham-Kupplung darstellt. Die Oldham-Kupplung 16 wird komplettiert durch ein Oldham-Element 17, welches einen radialen Versatz zwischen den Kupplungselementen 14, 15 in zwei zueinander orthogonalen Richtungen ermöglicht. Damit ist das innere, als Flansch 14 des Hohlrades 12 ausgebildete Kupplungselement der Oldham-Kupplung 16 gegenüber dem äußeren, als Ring 15 ausgebildeten Kupplungselement beschränkt innerhalb einer Ebene beweglich, welche normal zur Rotationsachse R angeordnet ist.
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Das Oldham-Element 17, welches insgesamt im Wesentlichen eine ringförmige Gestalt aufweist, ist zusammengesetzt aus zwei fest miteinander verbundenen Ausgleichsscheiben 18, 19 die sich auf beiden Stirnseiten des Rings 15 und damit auch des Flansches 14 befinden. Der Ring 15 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Gehäuse 2 verschraubt, könnte jedoch auch als integraler Bestandteil des Gehäuses 2 ausgebildet sein. Im Unterschied zum Ring 15 ist das Hohlrad 12 mittels der Oldham-Kupplung 16 flexibel an das Gehäuse 2 angebunden, wobei Relativbewegungen zwischen dem Hohlrad und dem Gehäuse 2 durch eine berührende, nachgiebige Dichtung 20 aufgenommen werden. Zusätzlich zu einem radialen Versatz zwischen dem Gehäuse 2 und der Abtriebswelle 3 werden mit Hilfe der Oldham-Kupplung 16 auch Axialbewegungen sowie Winkelfehler zwischen den genannten Elementen 2, 3 des Wellgetriebes 1 aufgenommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Abtriebswelle
- 4
- Wellgenerator
- 5
- Wälzlager
- 6
- Innenring
- 7
- Außenring
- 8
- Kugel
- 9
- flexibles Wellgetriebeelement
- 10
- zylindrischer Abschnitt
- 11
- Bodenabschnitt
- 12
- Hohlrad
- 13
- Ringabschnitt
- 14
- Flansch, zweites Kupplungselement
- 15
- Ring, erstes Kupplungselement
- 16
- Oldham-Kupplung
- 17
- Oldham-Element
- 18
- Ausgleichsscheibe
- 19
- Ausgleichsscheibe
- 20
- Dichtung
- R
- Rotationsachse, Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0514829 B1 [0002]
- DE 102007049072 A1 [0003, 0006]
- DE 102007051475 A1 [0003, 0006]
- DE 198572248 C2 [0006]