Die Erfindung betrifft ein zweistufiges Stellgetriebe nach dem Oberbegriff des An- spruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines solchen Stellgetriebes.

Ein gattungsgemäßes Stellgetriebe ist zum Beispiel aus der DE 10 2015 201 807 A1 bekannt. Es handelt sich hierbei um ein Stellgetriebe eines variablen Verdichtungs- verhältnismechanismus. Die erste Stufe des Stellgetriebes ist als Stirnradgetriebe, die zweite Stufe als Wellgetriebe ausgebildet. Das bekannte Stellgetriebe ist Teil eines Aktuators, welcher eine erste Exzenterwelle verstellt, die über eine sogenannte Steue- rungsverbindung eine weitere Exzenterwelle verstellt.

Weitere Vorrichtungen zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Verbren- nungsmotors, nämlich Hubkolbenmotors, sind zum Beispiel aus den Dokumenten US 8,726,858 B2 und EP 2787 196 B1 bekannt.

Die Verstellung des Verdichtungsverhältnisses ist insbesondere bei aufgeladenen Ot- tomotoren von Vorteil. Wird der Motor mit niedriger Last betrieben, so kann ein hohes Verdichtungsverhältnis eingestellt werden, womit ein besonders hoher Wirkungsgrad erzielbar ist. Ist dagegen ein besonders hohes Drehmoment des Motors gefordert, so kann dieser mit hoher Aufladung und niedrigerer Verdichtung betrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik wei- terentwickeltes, mehrstufiges, insbesondere für die Verwendung in einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors geeignetes Stellgetriebe anzugeben, welches sich durch einen kompakten, montagefreundlichen Aufbau auszeichnet. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein zweistufiges Stellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Stellgetriebe ist im Verfahren gemäß Anspruch 8 montierbar. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Montageverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt das zweistufige Stellgetriebe, und umgekehrt.

Das Stellgetriebe umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption ein Stirnradgetriebe als erste Getriebestufe und ein Wellgetriebe als zweite Getriebestufe, wobei ein in- nenverzahntes Zahnrad des Stirnradgetriebes zugleich als Komponente eines Well- generators des Wellgetriebes ausgebildet ist, und wobei ein mit dem innenverzahnten Zahnrad kämmendes, im Vergleich hierzu kleineres außenverzahntes Zahnrad fest mit einem Rotor eines Elektromotors verbunden ist, dessen Motorgehäuse am Getrie- begehäuse des Wellgetriebes befestigt ist.

Erfindungsgemäß ist das Motorgehäuse mit Hilfe einer zur Mittelachse des Rotors des Elektromotors exzentrischen Zentriervorrichtung relativ zum Getriebegehäuse positio- niert, wobei durch eine Verschwenkbarkeit zwischen dem Motorgehäuse und dem Ge- triebegehäuse ein einstellbares Spiel zwischen dem außenverzahnten Zahnrad und dem innenverzahnten Zahnrad gegeben ist.

Die Zentriervorrichtung umfasst gemäß einer möglichen Ausgestaltung einen

Zentrierpin, dessen Mittelachse die Schwenkachse zwischen dem Motorgehäuse und dem Getriebegehäuse darstellt. In mindestens einem der Gehäuse, das heißt im Mo- torgehäuse und/oder Getriebegehäuse, kann ein Langloch oder eine Mehrzahl an Langlöchern ausgebildet sein, um die begrenzte Verschwenkbarkeit zwischen dem Motorgehäuse und dem Getriebegehäuse sowie die Fixierbarkeit in variabler Winkel- stellung zu gewährleisten.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist die Zentriervorrichtung durch eine Auf- nahme im Getriebegehäuse gebildet. In diese Aufnahme ist das Motorgehäuse des Elektromotors in um die eine Spieleinstellung ermöglichende Schwenkachse verdreh- barer Weise eingesetzt. Die Schwenkachse ist somit durch die Mittelachse der Auf- nahme gegeben.

Der Abstand zwischen der genannten Schwenkachse und der Rotationsachse des Elektromotors, das heißt der Achse des außenverzahnten Zahnrads, ist vorzugsweise geringer als der Abstand zwischen der Rotationsachse des Elektromotors und der Mit- telachse des Wellgetriebes, das heißt der Symmetrieachse des innenverzahnten Zahnrads, welches zugleich eine Komponente des Wellgetriebes darstellt. Beispiels- weise beträgt der Abstand zwischen der Schwenkachse und der Rotationsachse des Elektromotors mindestens 6% und maximal 40% des Anstandes zwischen der Rotati- onsachse des mit dem innenverzahnten Zahnrad kämmenden außenverzahnten Zahnrades und der Mittelachse des Wellgetriebes. Alle drei genannten Achsen, das heißt die Schwenkachse, die Rotationsachse des Elektromotors und die Mittelachse der Wellgetriebes, liegen vorzugsweise innerhalb des Querschnitts der Aufnahme des Getriebegehäuses.

Das als Untersetzungsgetriebe ausgelegte, zweistufige Stellgetriebe ist in jeder der beiden Ausgestaltungen folgendermaßen montierbar:

- Ein Wellgetriebe, welches ein Getriebegehäuse mit einer ersten Zentrier- kontur aufweist, wird bereitgestellt; eine eingangsseitige Komponente, ins- besondere in Form eines Innenring eines Wellgenerators, des Wellgetriebes ist hierbei als innenverzahntes Zahnrad ausgebildet,

- Weiter wird ein Elektromotor bereitgestellt, dessen Motorwelle fest mit ei- nem außenverzahnten Zahnrad verbunden ist und aus einem Motorgehäuse ragt, welches eine zweite, außermittig am Motorgehäuse angeordnete Zent- rierkontur aufweist,

- das Getriebegehäuse wird mit dem Motorgehäuse derart zusammengesetzt, dass durch die Zentrierkonturen eine Schwenkachse zwischen den beiden Gehäusen gebildet ist, - eine relative Winkelposition zwischen dem Getriebegehäuse und dem Mo- torgehäuse wird derart eingestellt, dass durch das innenverzahnte Zahnrad und das außenverzahnte Zahnrad ein Stirnradgetriebe mit definiertem Spiel gebildet ist.

- das Getriebegehäuse wird relativ zum Motorgehäuse in der eingestellten Winkelposition, insbesondere durch Verschraubung, fixiert.

Zur Einstellung der endgültigen Winkelposition zwischen Motorgehäuse des Elektro- motors einerseits und Getriebegehäuse des Wellgetriebes andererseits kann zunächst das Motorgehäuse gegenüber dem Getriebegehäuse bis auf Block verdreht werden. Anschließend wird das Motorgehäuse um einen definierten Winkel zurück gedreht, womit ein definiertes Spiel des aus dem außenverzahnten Zahnrad und dem innen- verzahnten Zahnrad gebildeten Stirnradgetriebes eingestellt wird.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist das innenverzahnte Zahnrad des Stirn- radgetriebes zugleich als Innenring eines Wälzlagers des Wellgenerators ausgebildet. Durch den Innenring ist eine nicht kreisrunde Wälzkörperlaufbahn gebildet. Der zuge- hörige Außenring des Wälzlagers ist im Unterschied zum Innenring vorformbar und zur Verformung eines beispielsweise topfförmigen, außenverzahnten Getriebeelemen- tes vorgesehen. Die Verzahnung des nachgiebigen Getriebeelementes greift in eine gehäusefeste Innenverzahnung des Wellgetriebes ein.

Das Übersetzungsverhältnis des gesamten, zweistufigen Stellgetriebes beträgt bei- spielsweise 250:1. Aufgrund dieses extremen Übersetzungsverhältnisses sind für die erste Getriebestufe, das heißt das Stirnradgetriebe, in typischen Anwendungsfällen mechanisch nur gering belastbare Getriebekomponenten ausreichend. Beispielsweise beträgt das Eingangsmoment des Stirnradgetriebes 0,5 Nm und das Ausgangsmo- ment des Stirnradgetriebes 1 ,25 Nm. Zur Herstellung von Komponenten, welche diese geringen Belastungen aufnehmen, kommen rationelle, an sich bekannte Fertigungs- Verfahren wie Umformen und Sintern in Betracht. Das zweistufige Stellgetriebe ist besonders zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors geeignet. Eine sol- che Vorrichtung wird kurz auch als VCR-Vorrichtung (Variable Compression Ratio) bezeichnet. Ebenso ist das Stellgetriebe in industriellen Anlagen, beispielsweise in Robotern oder Werkzeugmaschinen, verwendbar.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeich- nung näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines zweistufigen Stellgetriebes in einer

Schnittdarstellung,

Fig. 2 in schematischer, stirnseitiger Ansicht Merkmale des Stellgetriebes nach

Fig. 1 ,

Fig. 3 und 4 einen Elektromotor eines weiteren zweistufigen Stellgetriebes in vorder- seitiger beziehungsweise rückseitiger Ansicht.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile oder geometrische Einzelheiten sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes zweistufiges Stellgetriebe kommt in einer nicht weiter dargestellten VCR-Vorrichtung, das heißt einer Vorrich- tung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors, zum Ein- satz. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion einer VCR-Vorrichtung wird auf den ein- gangs zitierten Stand der Technik verwiesen. Das Stellgetriebe 1 umfasst ein Stirnradgetriebe 2 als erste Getriebestufe und ein Wellgetriebe 3 als zweite Getriebestufe. Hierbei stellt ein innenverzahntes Zahnrad 4 eine Komponente beider Getriebestufen 2, 3 dar.

Das innenverzahnte Zahnrad 4 kämmt mit einem kleineren, außenverzahnten Zahn- rad 5, welches fest mit einer Motorwelle 6 sowie einem Rotor 7 eines Elektromotors 8 verbunden ist. Der zugehörige Stator des Elektromotors ist mit 9 bezeichnet. Der Sta- tor 9 befindet sich in einem Motorgehäuse 10 des Elektromotors 8. Der Elektromotor 8 ist in den Ausführungsbeispielen als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Ein Steckergehäuse 30 ist Teil des Elektromotors 8.

Das Motorgehäuse 10 ist in beiden Ausführungsbeispielen verstellbar, wie im Folgen- den noch näher erläutert wird, mit dem mit 11 bezeichneten Getriebegehäuse des Wellgetriebes 3 verbunden.

Bei dem innenverzahnten Zahnrad 4 handelt es sich um eine eingangsseitige Kompo- nente des Wellgetriebes 3. Die Verzahnung des Zahnrads 4 ist mit 33, die Verzah- nung des kleineren, außenverzahnten Zahnrads 5 mit 32 bezeichnet. Das innenver- zahnte Zahnrad 4 ist zugleich als Innenring 12 eines Wälzlagers 13, nämlich Kugella- gers, ausgebildet. Der Teilkreisradius der Verzahnung 33 des Zahnrads 4 ist mit TR bezeichnet.

Das Wälzlager 13 ist Teil eines mit 29 bezeichneten Wellgenerators des Wellgetrie- bes 3. Die Außenkontur des Innenrings 12 ist unrund, nämlich elliptisch, geformt und bildet eine Wälzlagerlaufbahn 14, auf der Kugeln 15 als Wälzkörper abrollen. Der zu- gehörige Außenring 16 des Wälzlagers 13 ist im Gegensatz zum Innenring 12 nach- giebig und passt sich permanent der nicht kreisrunden Form des Innenrings 12 an.

Der Außenring 16 ist umgeben von einem topfförmigen, außenverzahnten elastischen Getriebeelement 17, welches als Flextopf bezeichnet wird. Die mit 18 bezeichnete Außenverzahnung des Getriebeelementes 17 greift partiell, nämlich an zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen, in eine Innenverzahnung 19 ein, die durch ei- nen fest im Getriebegehäuse 11 angeordneten Verzahnungsring 20 gebildet ist. Die Zähnezahl der Außenverzahnung 18 weicht geringfügig, nämlich um zwei, von der Zähnezahl der Innenverzahnung 19 ab. Dies führt dazu, dass eine volle Umdrehung des Innenrings 12 - relativ zum Getriebegehäuse 11 - in eine vergleichsweise kleine Verschwenkung zwischen dem elastischen Getriebeelement 17 und dem Getriebege- häuse 11 umgesetzt wird.

Das Getriebegehäuse 11 ist fest mit dem Motorblock des nicht weiter dargestellten Hubkolbenmotors verbunden. Das elastische Getriebeelement 17 ist mit Hilfe einer Schraube 21 mit einer Exzenterwelle 22 verbunden, welche in an sich bekannter Wei- se eine Verstellung des Verdichtungsverhältnisses des Hubkolbenmotors ermöglicht.

Die Mittelachse des Wellgetriebes 3 ist mit Aw bezeichnet und mit der Mittelachse der Exzenterwelle 22 identisch. Die mit AE bezeichnete Rotationsachse des Elektromotors 8 ist parallel von der Mittelachse Aw beabstandet. Bei der Montage des Stellgetriebes 1 wird das Motorgehäuse 10 derart relativ zum Getriebegehäuse 11 positioniert, dass sich ein definiertes Spiel des Stirnradgetriebes 2 einstellt. Insbesondere kann das Stirnradgetriebe 2 spielfrei eingestellt werden. Zu diesem Zweck ist eine Zentriervor- richtung 23 vorgesehen, welche getriebeseitige sowie elektromotorseitige Zentrierkon- turen 24, 25 umfasst.

Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 ist das Motorgehäuse 10 des Elekt- romotos 8 in eine Aufnahme 31 im Getriebegehäuse 11 eingesteckt. Die getriebeseiti- ge Zentrierkontur 24 ist somit unmittelbar durch die kreisrunde Aufnahme 31 gebildet. Auf Seiten des Elektromotors bildet das in diesem Bereich ebenfalls einen kreisrunden Querschnitt aufweisende Motorgehäuse 10 die zugehörige Zentrierkontur 25. Durch die Symmetrieachse der Aufnahme 24 und damit der Zentriervorrichtung 23 ist eine Schwenkachse As gegeben. Die Wirkung einer mit 28 bezeichneten Dichtung zwi- schen den Gehäusen 10, 11 ist von der Winkellage des Motorgehäuses 10 relativ zum Getriebegehäuse 11 praktisch nicht abhängig. Der Abstand zwischen der Schwenkachse As, um welche das Motorgehäuse 10 in- nerhalb der Aufnahme 31 verdrehbar ist, und der Rotationsachse AE des Elektromo- tors 8 ist mit EE bezeichnet und geringer als der mit AD bezeichnete Abstand zwi- schen der Rotationsachse AE und der Mittelachse Aw des Wellgetriebes 3. Sämtliche Achsen As, AE, Aw liegen, wie aus Fig. 2 hervorgeht, innerhalb des kreisrunden Quer- schnitts der Aufnahme 31 .

Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 ist der Zentriervorrichtung 23 ist ein Zentrierpin 26 zuzurechnen, welcher in die Zentrierkonturen 24, 25 gesteckt ist und das Motorgehäuse 10 derart mit dem Getriebegehäuse 11 koppelt, dass die

Schwenkachse As zwischen dem Getriebegehäuse 11 und dem Motorgehäuse 10 ge- bildet ist, die in diesem Fall durch die Mittelachse des Zentrierpins 26 festgelegt ist.

Bei der Montage des Stellgetriebes 1 nach den Figuren 3 und 4 wird zunächst das Motorgehäuse 10 an das Getriebegehäuse 11 angesetzt und der Zentrierpin 26 ein- gesetzt. In diesem Zustand verbleibt eine zumindest geringfügige Verschwenkbarkeit zwischen den beiden Gehäusen 10, 11 des Stellgetriebes 1.

Bezüglich der Rotationsachse AE ist der Zentrierpin 26 exzentrisch angeordnet. Auch von der Mittelachse Aw des Wellgetriebes 3 ist der Zentrierpin 26 beabstandet. Mit dem Ansetzen des Motorgehäuses 10 an das Getriebegehäuse 11 ist das Stirnradge- triebe 2 prinzipiell bereits funktionsfähig.

In diesem Zustand wird das Motorgehäuse 10 soweit um den Zentrierpin 26 gedreht, bis das Spiel des Stirnradgetriebes 2 herausgenommen ist, das heißt das Stirnradge- triebe 2 auf Block eingestellt ist. Anschließend wird das Motorgehäuse 10 um einen bestimmten Winkel zurückgedreht, um ein definiertes Spiel des Stirnradgetriebes 2 einzustellen. In dieser Einstellung wird das Motorgehäuse 10 endgültig relativ zum Getriebegehäuse 11 fixiert. Um eine Fixierung in variabler Positionierung zu ermögli- chen, befinden sich Langlöcher 27 am Getriebegehäuse 11. Somit ist auch ein Nach- stellen des Spiels des Stirnradgetriebes 2 möglich. In analoger Weise könnten sich Langlöcher 27 am Motorgehäuse 10 statt am Getriebegehäuse 11 befinden.

Die Spieleinstellung des aus den Zahnrädern 4, 5 gebildeten Stirnradgetriebes erfolgt beim Stellgetriebe 1 in entsprechender weise: Das Motorgehäuse 11 wird innerhalb der Aufnahme 31 soweit wie möglich, das heißt bis auf Anschlag, verschwenkt. An- schließend wir durch Zurückschwenken des Motorgehäuses 11 um die Schwenkachse As ein definiertes Spiel eingestellt.

Bezuqszeichenliste Stellgetriebe

Stirnradgetriebe

Wellgetriebe

innenverzahntes Zahnrad

außenverzahntes Zahnrad

Motorwelle

Rotor

Elektromotor

Stator

Motorgehäuse

Getriebegehäuse

Innenring

Wälzlager

Wälzlagerlaufbahn

Kugel

Außenring

elastisches Getriebeelement, Flextopf Außenverzahnung

Innenverzahnung

Verzahnungsring

Schraube

Exzenterwelle

Zentriervorrichtung

Zentrierkontur

Zentrierkontur

Zentrierpin

Langloch

Dichtung

Wellgenerator

Steckergehäuse

Aufnahme 32 Verzahnung des Zahnrads 5

33 Verzahnung des Zahnrads 4

AD Distanz zwischen den Achsen Aw und As

Aw Mittelachse des Wellgetriebes

AE Rotationsachse des Elektromotors

As Schwenkachse

EE Abstand zwischen den Achsen As und AE

TR Teilkreisradius des Zahnrads 4