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Patent Searching and Data


Title:
HARMONIC DRIVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/147882
Kind Code:
A1
Abstract:
A harmonic drive (1) comprises three connection elements (2, 9, 12), namely an input element (2), an output element (13) and an adjusting element (9), and an antitwist mechanism (15) operates between the connection elements (2, 9, 12), the antitwist mechanism comprising an antitwist element (18), which is concentric to the connection elements (2, 9, 13) and interlockingly cooperates with one of the connection elements (9) and frictionally cooperates with one other connection element (2).

Inventors:
HEISE DANIEL (DE)
HILDEBRAND MARCO (DE)
HAIN BASTIAN (DE)
Application Number:
DE2019/101099
Publication Date:
July 23, 2020
Filing Date:
December 17, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG (DE)
International Classes:
F01L1/352
Foreign References:
DE102016207927A12017-11-09
DE102016204426A12017-09-21
US20170145873A12017-05-25
DE102016216594B32017-11-02
DE102008022931A12009-11-12
DE102008022932A12009-11-12
DE102009019397B42017-11-23
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Claims:
Patentansprüche

1. Wellgetriebe, mit drei Anschlusselementen (2,9,13), nämlich einem Antriebselement (2), einem Abtriebselement (13) und einem Verstellelement (9), sowie einer zwischen den Anschlusselementen (2,9,13) wirksamen verdrehsichernden Montagesicherung (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Montagesicherung (15) ein zu den Anschlusselementen (2,9,13) konzentrisches, mit einem der Anschlusselemente (9) formschlüssig und mit einem weiteren Anschlusselement (2) kraftschlüssig zusammenwirkendes Sicherungselement (18) umfasst.

2. Wellgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungselement (18) zur kraftschlüssigen Zusammenwirkung mit dem Antriebselement (2) und zur formschlüssigen Zusammenwirkung mit dem Verstellele ment (9) ausgebildet ist.

3. Wellgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine formschlüssig wirkende Verdrehsicherungskontur (16) auf Seiten des Verstellelementes (9) durch zwei Bolzen (14) gebildet ist, welche fest mit einem Innenring eines Wellgenerators (7) verbunden sind.

4. Wellgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bolzen (14) Komponenten einer Ausgleichkupplung sind.

5. Wellgetriebe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine formschlüssig wirkende Verdrehsicherungskontur (17) auf Seiten des Sicherungselements (18) durch einen gewellten, inneren Abschnitt (20) eines U- Profils (19) des Sicherungselements (18) gebildet ist.

6. Wellgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (18) zur kraftschlüssigen Verdrehsicherung gegenüber dem Antriebselement (2) einen glatten, äußeren Abschnitt (21) des U-Profils (19) auf weist.

7. Wellgetriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass an das durch das Sicherungselement (18) beschriebene U-Profil (19) ein Flansch (22) angeformt ist, welcher zur Anlage am Antriebselement (2) vorgesehen ist. 8. Wellgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den Flansch (22) eine zum manuellen Entfernen des Sicherungselements (18) von den Anschlusselementen (2,9,13) geeignete Lasche (23) angeformt ist.

9. Verfahren zur Sicherung eines Wellgetriebes (1 ) gegen Verstellen, mit folgen- den Schritten:

Bereitstellung eines Wellgetriebes (1), welches ein als Ganzes drehbares, als Antriebselement (2) fungierendes Gehäuse, so ie ein als Komponente eines Wellgenerators (7) ausgebildetes Verstellelement (9) aufweist, Bereitstellung eines Sicherungsrings (18) als verdrehsichernde Montageoder Transportsicherung,

Einsetzen des Sicherungsrings (18) zwischen das Verstellelement (9) und das Gehäuse (2) derart, dass gleichzeitig eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Sicherungsring (18) und dem Gehäuse (2) und eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Sicherungsring (18) und dem Verstell element (9) hergestellt wird,

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei nach dem Einsetzen des Sicherungsrings (18) das Antriebselements (2) und das Abtriebselement (13) an jeweils einem Bauteil derart fixiert wird, dass eine Relativverstellung der Bauteile bei stillstehendem Verstellelement (9) unterbunden ist, und wobei nach dem

Fixieren der Sicherungsring (18) entfernt wird.

Description:
Wellqetriebe

Die Erfindung betrifft ein für die Verwendung als Stellgetriebe eines elektromechani schen Nockenwellenverstellers geeignetes Wellgetriebe. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Sicherung eines Wellgetriebes gegen Verstellen, insbesondere beim Transport oder während der Montage.

Aus der DE 10 2016 216 594 B3 ist ein Nockenwellenversteller bekannt, welcher mit Hilfe einer Verdrehsicherung gegen unbeabsichtigtes Verstellen gesichert werden kann. Die Verdrehsicherung des bekannten Nockenwellenverstellers umfasst eine das Stellgetriebe vorspannende Feder. Das Stellgetriebe des Nockenwellenverstellers ist als Wellgetriebe mit einem Flexring als elastischem Getriebeelement ausgebildet.

Weitere Vorrichtungen, mit denen ein elektromechanischer Nockenwellenversteller gegen Verstellen gesichert werden kann, sind aus den Dokumenten DE 10 2008 022 931 A1 und DE 10 2008 022 932 A1 bekannt. In diesen Fällen ist als Stellgetriebe des Nockenwellenverstellers ein Taumelscheibengetriebe vorgesehen.

Aus der DE 10 2009 019 397 B4 ist ein Phasenversteller für Verbrennungsmotoren, das heißt ein Nockenwellenversteller, mit einem Verriegelungselement bekannt. Beim Betrieb dieses Nockenwellenverstellers verbleibt das Verriegelungselement in einer Parkposition. Eine Verschiebung des Verriegelungselementes aus seiner Verriege lungsposition in die Parkposition ist durch Drucköl oder -luft möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickeltes, gegen unbeabsichtigtes Verstellen sicherbares Wellge triebe anzugeben, wobei eine besonders leichte Handhabbarkeit der Verdrehsiche rungsvorrichtung gegeben sein und von Eingriffen in die Struktur von Komponenten des Wellgetriebes weitestmöglich abgesehen werden soll. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wellgetriebe mit den Merkma len des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Siche rung eines Wellgetriebes gegen Verstellen gemäß Anspruch 10. Im Folgenden im Zu sammenhang mit dem Sicherungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt das Wellgetriebe einschließlich Verdrehsicherungsvorrichtung, und umgekehrt.

Das Wellgetriebe umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption drei Anschlussele mente, nämlich ein Antriebselement in Form eines Gehäuses, welches als Ganzes drehbar ist, ein mit der zu verstellenden Welle, insbesondere Nockenwelle, zu verbin dendes Abtriebselement und ein Verstellelement, sowie eine zwischen zwei der drei Anschlusselementen wirksame Verdrehsicherungsvorrichtung.

Erfindungsgemäß umfasst die Verdrehsicherungsvorrichtung ein zu sämtlichen An schlusselementen konzentrisches, mit einem der drei Anschlusselemente formschlüs sig und mit einem weiteren Anschlusselement kraftschlüssig zusammenwirkendes Si cherungselement. Es hat sich gezeigt, dass damit sowohl eine wirksame Verdrehsi cherung erzielbar ist, als auch herkömmliche Wellgetriebe ohne geometrische Modifi kation irgendwelcher Komponenten gegen Verstellen, insbesondere während des Transports oder bei der Montage, gesichert werden können.

In bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei dem Sicherungselement um einen Sicherungsring, insbesondere aus Kunststoff, welcher derart platziert werden kann, dass er kraftschlüssig mit dem Antriebselement und formschlüssig mit dem Verstell element zusammenwirkt.

Hierbei ist vorzugsweise eine formschlüssig wirkende Verdrehsicherungskontur auf Seiten des Verstellelementes durch zwei Bolzen gebildet, welche fest mit einem In nenring eines Wellgenerators des Wellgetriebes verbunden sind. Die beiden Bolzen können Teil einer Oldham-Kupplung sein, welche als Ausgleichskupplung einen Achs- versatz zwischen dem Wellgetriebe und einem das Verstellelement, das heißt den In nenring des Wellgenerators samt Bolzen, antreibenden Elektromotor ausgleicht. Der Sicherungsring ist rationell spritzgusstechnisch herstellbar. In vorteilhafter Ausge staltung ist der Sicherungsring U-förmig profiliert. Hierbei ist durch den Sicherungs rings eine formschlüssig wirkende Verdrehsicherungskontur, welche direkt mit den Bolzen des Verstellelementes zusammenwirkt, durch einen gewellten, inneren Ab schnitt des U-Profils des Sicherungsrings gebildet. Zugleich weist der Sicherungsring in dieser Ausgestaltung einen glatten, äußeren Abschnitt des U-Profils auf, welcher zur kraftschlüssigen Verdrehsicherung gegenüber dem Antriebselement, das heißt dem Gehäuse des Wellgetriebes, vorgesehen ist.

An das durch den Sicherungsring beschriebene U-Profil ist vorzugsweise ein radial nach außen gerichteter Flansch angeformt, welcher bei eingesetztem Sicherungsring an einer stirnseitigen Fläche des Antriebselementes anliegt. Zur leichteren Handhab barkeit kann an diesen Flansch eine zum manuellen Entfernen des Sicherungsrings von den Anschlusselementen geeignete Lasche angeformt sein.

Der Sicherungsring hat den Vorteil, dass er in jeder beliebigen Stellung des Verstell elementes gegenüber dem Antriebselement zwischen den genannten Elementen plat zierbar ist. Dabei kann sich auch der Sicherungsring selbst in jeder beliebigen Winkel lage befinden.

Ist bei der Montage eines Nockenwellenverstellers, welcher das Wellgetriebe als Stellgetriebe umfasst, der zur Betätigung des Wellgetriebes vorgesehene Elektromo tor an das Wellgetriebe anzubauen, so kann zunächst eine definierte Winkelrelation zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement des Wellgetriebes einge stellt und mit Hilfe des Sicherungsrings festgehalten werden. Die Winkelstellung des Verstellelementes ist in diesem Moment ohne Belang. Anschließend sind die Aus gleichskupplung sowie der Elektromotor an das Verstellelement anzusetzen. Dies ist nur möglich, nachdem der Sicherungsring von dem Wellgetriebe entfernt wurde, was auf einfache Weis werkzeuglos möglich ist. Eine Montage des Elektromotors bei arre tiertem Wellgetriebe ist somit prinzipbedingt ausgeschlossen.

Die mit Hilfe des kraft-/formschlüssig arbeitenden, in jeder Winkelstellung der gegen einander festzustellenden Elemente gleichermaßen wirksamen Sicherungsrings reali- sierte Verdrehwinkelarretierung ist auch für die Verwendung in einer automatisierten Fertigungslinie geeignet.

Allgemein zeichnet sich das Verfahren, mit welchem das Wellgetriebe gegen Verstel len gesichert wird, dadurch aus, dass ein Sicherungsring zwischen das Verstellele ment und das Gehäuse des Wellgetriebes derart eingesetzt wird, dass gleichzeitig ei ne kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Sicherungsring und dem Gehäuse und eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Sicherungsring und dem Verstellele ment hergestellt wird.

Das Wellgetriebe ist nicht nur für die Verwendung in einem elektromechanischen No- ckenwellenversteller, sondern auch für industrielle Anwendungen, beispielsweise in einem Industrieroboter oder in einer Werkzeugmaschine, geeignet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbespiel der Erfindung anhand einer Zeichnung nä her erläutert. Hierin zeigt:

Fig. 1 ein Wellgetriebe eins elektrischen Nockenwellenverstellers mit einge setzter Verdrehsicherung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Anordnung nach Fig. 1 ,

Fig. 3 einen Sicherungsring des Wellgetriebes.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wellgetriebe ist Teil eines nicht weiter dargestellten elektrischen Nockenwellenverstellers, welcher der Verstel lung einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, nämlich Flubkolbenmotors, in Re lation zu dessen Kurbelwelle dient. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des No ckenwellenverstellers einschließlich des Wellgetriebes 1 wird auf den eingangs zitier ten Stand der Technik verwiesen. Bei dem als Stellgetriebe verwendeten Wellgetriebe 1 handelt es sich um ein Dreiwel lengetriebe. Drei um eine gemeinsame Achse, nämlich die Rotationsachse der No ckenwelle, rotierbare, jeweils unmittelbar mit externen, das heißt nicht dem Wellge triebe 1 zuzurechnenden Komponenten zusammenwirkende Elemente werden allge mein als Anschlusselemente 2,9,13 bezeichnet. Hierbei handelt es sich um ein als Gehäuse ausgebildetes Antriebselement 2, ein Verstellelement 9, sowie ein als Hohl rad gestaltetes Abtriebselement 13.

Das Antriebselement 2 ist im Ausführungsbeispiel mehrteilig aufgebaut und umfasst ein Kettenrad 3, das beim Betrieb des Nockenwellenverstellers von der Kurbelwelle angetrieben wird, wobei es mit halber Kurbelwellendrehzahl rotiert. Das Abtriebsele ment 13 ist zur drehfesten Verbindung mit der zu verstellenden Nockenwelle vorgese hen. Das Verstellelement 9 ist als Innenring eines Wälzlagers 8 ausgebildet, welches Teil eines Wellgenerators 7 ist. Der Wellgenerator 7 wird über eine Ausgleichskupp lung, nämlich Oldham-Kupplung, von einem nicht dargestellten Elektromotor, bei spielsweise einem bürstenlosen Synchronmotor, angetrieben. Die Ausgleichskupplung weist eine nicht dargestellte Oldham-Scheibe auf, in die bei fertig montiertem No- ckenwellenversteller zwei Bolzen 14 eingreifen. Die Bolzen 14 sind in dem genannten Wälzlagerinnenring befestigt und dem Verstellelement 9 zuzurechnen.

Solange das Verstellelement 9 mit der Drehzahl des Antriebselementes 2 rotiert, dreht sich auch die Nockenwelle samt Abtriebselement 13 mit dieser Drehzahl. Eine Pha senverstellung der Nockenwelle findet in diesem Betriebszustand des Wellgetriebes 1 somit nicht statt.

Die Außenkontur des als Wälzlagerring ausgebildeten Verstellelements 9 weicht von einer Kreisform ab. In an sich bekannter Weise ist durch das Verstellelement 9 eine nicht kreisrunde, elliptische Laufbahn für Wälzkörper 10, nämlich Kugeln, gebildet. Ein zugehöriger Außenring 11 , in welchem die Kugeln 10 abrollen, ist im Gegensatz zum Verstellelement 9 nachgiebig gestaltet, so dass er sich permanent der unrunden Form des Verstellelements 9 anpasst. Der Außenring 11 wiederum ist umgeben von einem flexiblen Getriebeelement 12, welches außenverzahnt ist und auch Flexring bezeich net wird. Die Außenverzahnung des Flexrings 12 greift an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen in Innenverzahnungen des Kettenrads 3 sowie des Abtriebselementes 13 ein. Das Kettenrad 3 ist durch Schrauben 6 fest mit einem Gehäuseelement 4 verbunden, welches ebenfalls dem Antriebselement 2 zuzurechnen ist. Ferner ist dem Antriebs element 2 ein Gehäusedeckel 5 zuzurechnen, welcher sich auf der der zu verstellen den Nockenwelle zugewandten Stirnseite des Wellgetriebes 1 befindet. Durch den Gehäusedeckel 5 ist das Abtriebselement 13 in Axialrichtung innerhalb des Wellge triebes 1 gesichert. Das Gehäuseelement 4 dient dazu, den Außenring 1 1 und damit den gesamten Wellgenerator 7 in der entgegengesetzten Axialrichtung innerhalb des Wellgetriebes 1 zu sichern.

Durch unterschiedliche Zähnezahlen der Verzahnungen des Flexrings 12, des An triebselementes 2, sowie des Abtriebselementes 13 wird in an sich bekannter Weise dafür gesorgt, dass eine volle Umdrehung des Verstellelementes 9 gegenüber dem Antriebselement 2 in eine vergleichsweise geringe Verschwenkung zwischen dem An triebselement 2 und dem Abtriebselement 13 umgesetzt wird. Hierbei kann eine Kupp lungsstufe entweder zwischen dem Flexring 12 und dem Antriebselement 2 oder zwi schen dem Flexring 12 und dem Abtriebselement 13 gebildet sein. Die Übersetzungs stufe des Wellgetriebes ist dementsprechend entweder dem Flexring 12 und dem Ab triebselement 13 oder zwischen dem Flexring 12 und dem Antriebselement 2 gebildet. Im erstgenannten Fall handelt es sich bei dem Wellgetriebe 1 um ein Plusgetriebe, im letztgenannten Fall um ein Minusgetriebe.

Bevor der Elektromotor am Wellgetriebe 1 montiert wird, ist dieses zunächst in defi nierter Position blockiert. Zu diesem Zweck ist in eine Verdrehsicherungsvorrichtung 15 vorgesehen, welche einerseits durch zwei Elemente 2, 9, nämlich das Antriebs element 2 und das Verstellelement 9, welche den Anschlusselementen des Wellge triebes 1 zuzurechnen sind, und andererseits durch ein Sicherungselement 18 in Form eines Sicherungsrings gebildet ist. Der Sicherungsring 18 wirkt außenseitig kraftschlüssig mit dem Antriebselement 2 und innenseitig formschlüssig mit dem Verstellelement 9 zusammen. Im Querschnitt be schreibt der Sicherungsring 18, bei welchem es sich um ein im Spritzgussverfahren hergestelltes Kunststoffteil handelt, ein U-Profil 19.

Durch das U-Profil 19 ist ein innerer, gewellter Abschnitt 20 gebildet, welcher einer formschlüssigen Verdrehsicherung zuzurechnen ist, die zwischen dem Verstellele ment 9 und dem Sicherungsring 18 herstellbar ist. Die formschlüssige Verdrehsiche rung ist dabei aufgebaut aus einer inneren Verdrehsicherungskontur 16 auf Seiten des Verstellelementes 9 und einer äußeren Verdrehsicherungskontur 17 auf Seiten des Sicherungsrings 18. Hierbei wird die innere Verdrehsicherungskontur 16 durch Teile, die ohnehin beim Wellgetriebe 1 vorhanden sind, nämlich durch die Bolzen 14, bereit gestellt. Die zugehörige äußere Verdrehsicherungskontur 17 liegt in Form des ring förmig geschlossenen, gewellten Abschnitts 20 des Sicherungsrings 18 vor.

Der gewellte Abschnitt 20 ist konzentrisch umgeben von einem äußeren, glatten Ab schnitt 21 , der ebenfalls durch das U-Profil 19 des Sicherungsrings 18 gebildet ist. Im Ausführungsbeispiel kontaktiert der äußere, ringförmige Abschnitt 21 eine zylindrische Innenumfangsfläche des Gehäuseelementes 4. In jedem Fall ist der glatte Abschnitt 21 Teil einer kraftschlüssig wirkenden Verdrehsicherung zwischen dem Sicherungs ring 18 und dem Antriebselement 2.

An den äußeren, zylindrischen Abschnitt 21 schließt ein radial nach außen gerichteter Flansch 22 des Sicherungsrings 18 an. Dieser Flansch 22 liegt in der Anordnung nach den Figuren 1 und 2 stirnseitig am Gehäuseelement 4 an. Weiter ist eine vom Flansch 22 ausgehende Lasche 23 erkennbar, die dem einfachen manuellen Abnehmen des Sicherungsrings 18 vom Wellgetriebe 1 dient. Der Anbau des Elektromotors des No- ckenwellenverstellers an das Wellgetriebe 1 ist ausschließlich bei abgenommenem Sicherungsring 18 möglich. Bezuqszeichenliste Wellgetriebe

Gehäuse, Antriebselement

Kettenrad

Gehäuseelement

Gehäusedeckel

Schraube

Wellgenerator

Wälzlager

Innenring, Verstellelement

Wälzkörper

Außenring

Flexring, felxibles Getriebeelement Abtriebshohlrad, Abtriebselement Bolzen

Verdrehsicherungsvorrichtung innere Verdrehsicherungskontur äußere Verdrehsicherungskontur Sicherungselement, Sicherungsring U-Profil

innerer, gewellter Abschnitt

äußerer, glatter Abschnitt

Flansch

Lasche