Die Erfindung betrifft ein elastisches Zahnrad für ein insbesondere zur Verwendung einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine geeignetes Wellgetriebe, wobei das Zahnrad einen zur Befestigung an einem Gehäusebauteil vorgesehenen Flansch aufweist.

Wellgetriebe, die in jedem Fall ein elastisches Zahnrad aufweisen, sind zum Beispiel aus der EP 0 514 829 B1 sowie aus der EP 0 741 256 B1 bekannt. In beiden Fällen weist das nachgiebige Zahnrad einen dicken Nabenbereich auf, welcher an einem Gehäusebauteil des Getriebes befestigbar ist, wobei eine Mehrzahl an Befestigungsstellen vorgesehen ist. Die Nachgiebigkeit des Zahnrads wird durch Bereiche dünnen Querschnitts innerhalb des Zahnrads erreicht. Die bekannten Getriebe sollen in kleinen Robotern oder Präzisionsmaschinen einsetzbar sein.

Wellgetriebe, die zur Verwendung in Brennkraftmaschinen, nämlich in elektrischen Nockenwellenverstellern von Hubkolbenmotoren, vorgesehen sind, sind zum Beispiel aus der DE 1 0 2004 009 128 A1 , aus der DE 10 201 3 220 220 A1 sowie aus der DE 1 0 2014 202 060 A1 bekannt.

Bei der Verstellung entstehen in einem elastischen Zahnrad, das einen versteifenden Flansch aufweist, hohe Spannungen durch Verformung. Insbesondere an den Übergangsstellen, an denen das elastische Zahnrad beispielsweise mit einem massiven Kettenrad verbunden ist, kann es zu einer dauerhaften Schädigung des Bauteils kommen. Um die Schädigung zu verhindern, ist in US 4 619 156 A1 vorgeschlagen, den Flanschbereich mit Ausnehmungen zu versehen oder die beiden Bereiche durch einen Balg zu verbinden. Beide Varianten ermöglichen eine radiale Flexibilität, die die Lebensdauer des Bauteils steigert. Allerdings eignet sich ein derartiges Zahnrad nur zur Übertragung geringer Momente.

Aufgabe der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wellgetriebe gegenüber dem Stand der Technik insbesondere hinsichtlich eines besonders günstigen Verhältnisses zwischen der Verformbarkeit eines elastischen, verzahnten Getriebeelementes und der Dauer- haltbarkeit des Getriebes weiterzuentwickeln, wobei insgesamt ein kompakter Aufbau sowie eine besondere Eignung für Vorrichtungen zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses von Hubkolbenmotoren gegeben sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein flexibles Zahnrad eines Well- getriebes mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 9.

Ein mindestens ein erfindungsgemäßes elastisches Zahnrad aufweisende Getriebe umfasst ein Gehäusebauteil, an welchem das elastische Zahnrad befestigt ist. Das elastische Zahnrad kann eine Topfform aufweisen, wobei es Teil eines Topfgetriebes sein kann.

Ein radial nach außen gerichteter Flansch des Zahnrads ist am Gehäusebauteil mittels einer Verbindungsanordnung gehalten, welche mehrere Ausnehmungen zur Be- festigung, insbesondere Verschraubungsstellen, aufweist, um das elastische Zahnrad in Umfangsrichtung an einem weiteren Bauteil, beispielsweise einem Kettenrad, zu fixieren. Die Ausnehmungen zur Befestigung sind von dem äußeren Rand des

Flanschs beabstandet. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen zur Befestigung kreisförmig ausgebildet und in ihrem Durchmesser an Befestigungsschrauben angepasst.

Das mit richtungsabhängiger Steifigkeit am Gehäuse gehaltene elastische Zahnrad weist einen an den Flansch, das heißt den sich in Radialrichtung nach außen erstreckenden Abschnitt, anschließenden zylindrischen, verzahnten Abschnitt als Zylinderabschnitt auf. Bei der Verzahnung des Zylinderabschnitts handelt es sich vorzugswei- se um eine Außenverzahnung, die mit einer gehäusefesten Innenverzahnung des Getriebes kämmt. Das aus zwei Abschnitten, nämlich dem zylindrischen und dem flächi- gen, ringförmigen Abschnitt gebildete elastische Zahnrad wird auch als elastischer Winkelring oder elastische Kragenhülse bezeichnet.

Der Flansch weist erfindungsgemäß zusätzlich zu den Ausnehmungen zur Befesti- gung weitere Durchgangsausnehmungen auf. Diese weiteren Durchgangsausneh- mungen können sich während des Betriebes eines Wellgetriebes mit dem erfindungsgemäßen Zahnrad verformen und somit den Zielkonflikt des sich verformenden Zylinderabschnitts mit dem eine versteifende Wirkung entfaltenden Flansches lösen. Der Flansch ist besonders belastet im Bereich der Ausnehmungen zur Befestigung. In die- sen ist er mit einem getriebefesten oder einem anderen drehfesten Bauteil fest verbunden. Dadurch ist besonders im Bereich dieser Anbindung eine Verformung des Flansches erschwert. Aufgrund der Ausnehmungen zur Befestigung ist der Flansch gleichzeitig an diesen Stellen in seiner Breite reduziert, so dass hier die höchsten Belastungen auftreten und ohne die erfindungsgemäße Ausbildung zu Rissen führen können.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Durchgangsausnehmungen wird der Flansch zwar weiter geschwächt; gleichzeitig entlasten sie diesen aber von den dynamischen Verformungen, so dass Walkarbeit geleistet werden kann. Die Verringe- rung der Steifigkeit des Flansches bewirkt, dass die Spannungen und Dehnungen im höchstbelasteten Übergangsradius reduziert werden. In den kritisch belasteten Bereichen wird das elastische Zahnrad dadurch flexibler, während in den weniger verformten Bereichen das elastische Zahnrad nicht geschwächt ist. Die im Vergleich zu einer bloßen Dickenreduzierung vorgesehenen Löcher erlauben es dem Material, erheblich stärker auszuweichen, damit die Spannungsspitzen zu reduzieren und der Materialermüdung entgegen zu wirken.

Es ist daher bevorzugt vorgesehen, die entlastenden Durchgangsausnehmungen räumlich nah an den Ausnehmungen zur Befestigung anzuordnen. Die strukturelle Schwächung des Flansches kann durch eine partielle Ausnehmung im Bereich der Krafteinleitung zum Kettenradflansch eingebracht werden. Weiterhin bevorzugt ist es, die Durchgangsausnehmungen an die Form der Ausnehmungen zur Befestigung anzupassen. Sind diese beispielsweise als Bohrungen mit kreisrundem Durchmesser ausgebildet, können die Durchgangsausnehmungen den Bohrungsradius aufgreifen und als gebogene Langlöcher ausgebildet sein, so dass der Abstand zwischen den beiden Ausnehmungen über einen Teilwinkelbereich konstant ist.

In einer Ausbildungsform sind die Durchgangsausnehmungen in Umfangsrichtung gesehen zwischen den Ausnehmungen zur Befestigung angeordnet. Sie liegen damit auf gleicher radialer Höhe und sind vorzugsweise symmetrisch zwischen zwei Ausnehmungen zur Befestigung angeordnet. Dabei ist in einer Ausbildungsform vorgesehen, dass genau eine Durchgangsausnehmung zwischen jeweils zwei Ausnehmungen zur Befestigung angeordnet ist. In einer anderen Ausbildungsform können es auch mehrere sein, wobei diese dann vorzugsweise gleich ausgebildet sind.

In einer nächsten Ausbildungsform ist vorgesehen, die Durchgangsausnehmungen radial zwischen den Ausnehmungen zur Befestigung und dem Zylinderabschnitt anzuordnen. Dies ist vorteilhaft, weil sich dann die Verformungen möglichst nah am stabilisierenden Flansch abgefangen werden können. Besonders bevorzugt ist eine An- Ordnung, bei der die Winkelerstreckung der Durchgangsausnehmungen die der Ausnehmungen zur Befestigung überstreicht.

Die Durchgangsausnehmungen sind in einer Ausgestaltung als Langlöcher ausgebildet. Die Langlöcher können eine im Wesentlichen konstante Breite aufweisen und er- strecken sich vorzugsweise in Umfangsrichtung. Es ist nicht erforderlich, dass die

Langlöcher eine konstante Krümmung aufweisen; vielmehr ist vorgesehen, dass diese an die Gestalt der Ausnehmungen zur Befestigung angepasst sind. Dazu kann in einer anderen Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Langlochbreite variiert, um eine optimale Verformung zu gewährleisten. Die Breite der Langlöcher ist vorzugsweise kleiner als die Breite der Durchgangsausnehmungen, und die Länge der Langlöcher ist vorzugsweise länger als die Länge der Durchgangsausnehmungen.

Die Anzahl der Durchgangsausnehmungen entspricht vorzugsweise der Anzahl der Ausnehmungen zur Befestigung.

Die Durchgangsausnehmungen können in Richtung der Ausnehmung der Befestigung gekrümmt sein und dieses damit über einen bestimmten Winkelbereich einfassen. Da der Bereich unmittelbar um die Ausnehmungen zur Befestigung besonders steif ist, ist in der unmittelbaren Nähe der Ausnehmungen zur Befestigung eine Entlastung des Materials besonders effektiv. Insbesondere können die Durchgangsausnehmungen so gekrümmt sein, dass sie Teilringnuten um die Ausnehmungen zur Befestigung bilden.

Die Wandstärke des Zylinderabschnitts des Zahnrades, gemessen außerhalb der Verzahnung, stimmt in fertigungstechnisch vorteilhaften Ausführungsformen mit der Wandstärke des Flansches überein. Insbesondere ist der Flansch auch im Bereich der Befestigungsstellen nicht verdickt. Besonders rationell ist das Zahnrad als

einstückiges Blechteil herstellbar. Es ist nicht erforderlich, gezielte Materialabtragun- gen zur Herstellung einer Nachgiebigkeit in axialer Richtung einzubringen.

Der sich in Radialrichtung erstreckende, im Wesentlichen in einer einzigen Ebene liegende Flansch des elastischen Zahnrades kann mit Hilfe von Bolzen am

Gehäusebauteil gehalten sein, wobei zur Herstellung eines zusätzlichen Axialspiels Zwischenteile, beispielsweise in Form von Scheiben oder komplexer geformten Abstandsstücken, zwischen den Bolzen, dem Flansch und dem Gehäusebauteil eingelegt sein können. Der gesamte Flansch ist vorzugsweise eben.

Bei dem Gehäusebauteil, an welchem das elastische Zahnrad befestigt ist, kann es sich um ein mittels eines Zugmittels antreibbares Antriebsrad des Getriebes handeln. Ansonsten ist ein solches Antriebsrad vorzugsweise drehfest mit dem genannten Gehäusebauteil verbunden.

Der zwischen der in Umfangsrichtung gewünschten Steifigkeit und der in Axialrichtung gewünschten Nachgiebigkeit der Anbindung des elastischen Zahnrades an das Gehäuse bestehende Zielkonflikt ist besonders gut lösbar durch Ausführungsformen, bei denen nicht mehr als fünf Befestigungsstellen, beispielsweise genau fünf Befestigungsstellen, vorgesehen sind.

Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass durch die partielle Entkopplung des Zylinderabschnitts des elastischen Zahnrades gegenüber dem Flansch in axialer Richtung eine besonders hohe Präzision hinsichtlich der Übertragung von Drehbewegungen erreicht ist, wobei betriebsbedingte Verformungen eines verzahnten, zylindrischen Abschnitts des Zahnrades in radialer Richtung ungehindert möglich sind.

Das anmeldungsgemäße Getriebe ist besonders zur Verwendung in einem elektrischen Nockenwellenversteller mit elektrisch angetriebener Stellwelle geeignet. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die Dokumente DE 10 2013 220 220 A1 und DE 1 0 2013 220 221 A1 verwiesen. Ebenso ist das Getriebe in einer Vorrichtung verwendbar, welche der Einstellung einer variablen Verdichtung in einer Hubkolbenmaschine dient.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierin zeigen, teilweise schematisiert:

Fig. 1 eine stirnseitige Draufsicht auf ein elastisches Zahnrad eines Wellgetriebes, einen Längsschnitt durch das Wellgetriebe nach Fig. 1

Fig. 3 ein erstes erfindungsgemäßes elastisches Zahnrad im Querschnitt,

das elastische Zahnrad nach Figur 3 in einer perspektivischen Schräg ansieht,

das elastische Zahnrad nach Figur 3 im Längsschnitt,

Fig. 6 ein zweites erfindungsgemäßes elastisches Zahnrad im Querschnitt und

das elastische Zahnrad nach Figur 6 in einer perspektivischen Schrägansicht.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Getriebes, welches als Wellgetriebe ausgebildet ist und ein elastisches Zahnrad 2 aufweist. Das Getriebe 1 ist als hoch untersetztes Getriebe Teil eines elektrischen Nockenwellenverstellers einer Brennkraftmaschine. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Getriebes 1 wird auf den zitierten Stand der Technik verwiesen.

Das Getriebe 1 weist ein Gehäusebauteil 3 auf, welches direkt oder indirekt über ein nicht dargestelltes Zugmittel, das heißt einen Riemen oder eine Kette, von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, das heißt eines Otto- oder Dieselmotors, angetrieben wird. Die Drehbewegung des Gehäusebauteils 3 wird mit Hilfe von Bolzen 4, die im Antriebsrad 3 befestigt sind, spielfrei auf das elastische Zahnrad 2 übertragen. Ausnehmungen zur Befestigung 5 des elastischen Zahnrades 2, durch welche jeweils ein Bolzen 4 gesteckt ist, weisen eine kreisrunde Form auf. Schraubenköpfe der Bolzen 4 sind mit 6 bezeichnet. Insgesamt weist das Getriebe 1 fünf Bolzen 4 zur Befes- tigung des elastischen Zahnrades 2 am Gehäusebauteil 3 auf.

Die Verformungen des elastischen Zahnrades 2 entstehen durch einen mit 9 bezeichneten Wellgenerator, welcher einen mit 1 2 bezeichneten Außenring sowie einen elliptischen Innenring 1 0 aufweist. Der Außenring 1 2 passt sich in jedem Betriebszustand der elliptischen Form des Innenrings 10 an. Das elastische Zahnrad 2 wiederum umgibt direkt den Außenring 12 unter Anpassung an dessen nicht kreisrunde Form. Zwischen den Lagerringen 10, 12, das heißt dem Innenring 10 und dem Außenring 12, des Wellgenerators 9 rollen Kugeln 1 1 als Wälzkörper ab. Der eine elliptische Form annehmende Außenring 12 drückt das elastische Zahnrad 2 an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen gegen ein innenverzahntes Abtriebsrad 13. Dieses wiederum ist drehfest verbunden mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine.

Das elastische Zahnrad 2 weist einen zylindrischen, verzahnten Abschnitt 15 sowie einen an diesen anschließenden, sich in Radialrichtung nach außen erstreckenden Flansch 16, auf, wobei sich die Ausnehmungen 5 im Flansch 16 befinden. Die mit 7 bezeichnete Verzahnung, vorliegend eine Außenverzahnung, des elastischen Zahnrades 2 befindet sich auf dem zylindrischen Abschnitt 15. Der Innenring 10 des Wellgenerators 9 wird durch eine nicht dargestellte, elektrische Antriebsvorrichtung in Rotation versetzt. Bei der den Innenring 1 0 antreibenden Welle handelt es sich um eine Stellwelle; beim Getriebe 1 insgesamt um ein Dreiwellengetriebe.

Der Schnitt nach Fig. 2 ist durch einen der Bolzen 4 gelegt. Insgesamt weist das Getriebe 1 entsprechend der Anzahl der Bolzen 4 fünf freigestellte Umfangsabschnitte 17 auf. Zwischen zwei Umfangsabschnitten 17 befindet sich jeweils eine mit 14 bezeich- nete, in Fig. 2 dargestellte Befestigungsstelle. An den Befestigungsstellen 14 kontaktiert der Flansch 16 das Gehäusebauteil 3, wobei der Flansch 16 in dieser Ausfüh- rungsform unter Zwischenschaltung eines Zwischenstücks 18 und eines Vorsatzstückes 19 mittels des Bolzens 4 am Gehäusebauteil 3 gehalten ist.

Die Figuren 3 bis 5 zeigen ein erstes erfindungsgemäßes elastisches Zahnrad 2. Das elastische Zahnrad weist eine Verzahnung 7 als Außenverzahnung auf, die auf einem Zylinderabschnitt 15 angeordnet ist. An den Zylinderabschnitt 15 schließt sich Flansch 16 an, der ca. um 90° abgewinkelt ist. An der Übergangsstelle ist damit ein Knickbereich 21 vorhanden. Der Flansch 16 weist fünf Ausnehmungen 5 zur Befestigung auf. Auf gleicher Radialhöhe, aber winkelversetzt zu den Ausnehmungen 5 zur Befesti- gung sind Durchgangsausnehmungen 20 angeordnet, wobei diese äquidistant zueinander und zu den Ausnehmungen 5 angeordnet sind. Die Durchgangsausnehmungen 20 reduzieren als Schlitze ausgebildet und sie rotationssymmetrisch angeordnet, um den Flansch rotationssymmetrisch weicher zu gestalten.

Über die Ausnehmungen 5 ist das elastische Zahnrad 2 mit einem Bauteil, beispielsweise einem Kettenrad eines Nockenwellenverstellers, verschraubt.

Das elastische Zahnrad 2 des zweiten Ausführungsbeispiels nach den Figuren 6 und 7 entspricht bis auf die Anordnung der Durchgangsausnehmungen 20 dem ersten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich weist es einen Ringabsatz 22 auf, der den Flansch 16 in einen äußeren Flanschbereich 23 und einen inneren Flanschbereich 24 teilt. Der innere Flanschbereich 24 kann zu dem äußeren Flanschbereich 23 gewinkelt sein. Die Durchgangsausnehmungen 20 sind auf radialer Höhe des Ringabsatzes 22 angeordnet. Ihre Winkelposition entspricht der der Ausnehmungen 5 zur Befestigung, um die um die Ausnehmungen 5 hoch belasteten Bereiche optimal zu entlasten.

Damit wird gerade der eingespannte und damit besonders versteifte und damit belastete Bereich um die Ausnehmungen 5 zur Befestigung entlastet und dem elastischen Zahnrad 2 als Kragenhülse eine größere Verformung ermöglicht. Die Durchgangsaus- nehmungen 20 sind untereinander gleich ausgebildet und weisen eine Langlochform auf. Bezuqszeichenliste

Getriebe

elastisches Zahnrad

Gehäusebauteil

Bolzen

Ausnehmung

Schraubenkopf

Verzahnung

Verbindungsanordnung

Wellgenerator

Innenring

Kugel

Außenring

Abtriebsrad

Befestigungsstelle

zylindrischer, verzahnter Abschnitt

Flansch

freigestellter Umfangsabschnitt

Zwischenstück

Vorsatzstück

Durchgangsausnehmung

Knickbereich

Ringabsatz

äußerer Flanschbereich

innerer Flanschbereich