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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Getriebe-Antriebseinheit, insbesondere einen elektrischen Hilfsantrieb für ein Kraftfahrzeug. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der elektrischen Hilfsantriebe zur fremdkraftbetätigten Verstellung oder zur Unterstützung einer Verstellung von Elementen eines Kraftfahrzeugs.
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Aus der
DE 102 28 705 A1 ist eine Getriebe-Antriebseinheit, die zum Verstellen von beweglichen Teilen im Kraftfahrzeug dient, bekannt. Die bekannte Getriebe-Antriebseinheit umfasst ein Zahnrad, das eine Außenverzahnung und einen Sockel aufweist, dessen Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Außenverzahnung. Hierbei umfasst der Sockel eine umlaufende, axiale Vertiefung, in die hinein sich die Außenverzahnung erstreckt.
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Die aus der
DE 102 28 705 A1 bekannte Getriebe-Antriebseinheit hat den Nachteil, dass die Belastung der Außenverzahnung relativ groß ist. Deshalb ist für das Zahnrad im Hinblick auf die im jeweiligen Anwendungsfall auftretende Belastung ein relativ fester Werkstoff erforderlich. Hierdurch ist die Auswahl an Werkstoffen, die auch weiteren Anforderungen genügen müssen, begrenzt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Getriebe-Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Belastbarkeit verbessert ist. Speziell kann die Belastbarkeit des Getriebeelements durch eine optimierte Geometrie verbessert werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Getriebe-Antriebseinheit möglich.
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In vorteilhafter Weise kann durch die stirnseitige Verzahnung an dem ringförmigen Bund eine Entlastung der Außenverzahnung des Getriebeelements erreicht werden. Hierbei kann an der stirnseitigen Verzahnung ein leichter Formschluss mit einem aufgesteckten Anschlußbauteil, insbesondere einer Seiltrommel, erreicht werden.
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Vorteilhaft ist es auch, dass die Spitzzahnkrone und das Getriebeelement aus dem gleichen Werkstoff gebildet sind und/oder dass die Spitzzahnkrone ein metallisches Einlegeteil ist, das in einen Kunststoff eingeschmolzen ist. Die Spitzzahnkrone kann dadurch aus dem gleichen Werkstoff wie das Getriebeelement oder auch als als metallisches Einlegeteil in die Kunststoffschmelze realisiert werden. Vorteilhaft ist es ferner, dass die Spitzzahnkrone in einem Gegenstück in eine angeformte Stirnverzahnung eingreift. Vorteilhaft ist es auch, dass die Spitzzahnkrone axial in das Gegenstück im Montageprozess gepresst wird und sich dort formschlüssig verkrallt. Dadurch wir die Spitzkrone axial in das Gegenstück im Montageprozess gepresst und verkrallt sich dort formschlüssig.
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In vorteilhafter Weise ist die stirnseitige Verzahnung des ringförmigen Bundes durch eine Spitzzahnkrone ausgebildet. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass die Außenverzahnung des Getriebeelements durch eine Kerbverzahnung oder eine modifizierte Kerbverzahnung ausgestaltet ist. Da die Kerbverzahnung durch das Vorhandensein der stirnseitigen Verzahnung entlastet ist, können zur Ausbildung des Getriebeelements auch Werkstoffe mit geringerer Festigkeit zum Einsatz kommen. Somit können bei der Auswahl des jeweiligen Werkstoffs auch weitere Eigenschaften berücksichtigt werden, beispielsweise die Auswirkung auf ein Getriebeverhalten und die Herstellungs- sowie Materialkosten.
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In vorteilhafter Weise umfasst die modifizierte Kerbverzahnung in einem Stirnbereich jeweils eine Zahnlückenfüllung zwischen benachbarten Zähnen der Außenverzahnung. Speziell kann die Zahnlückenfüllung in vorteilhafter Weise als globoidische Zahnlückenfüllung ausgestaltet sein. Hierdurch kann eine Kerbwirkung an der Außenverzahnung, die insbesondere als Kerbverzahnung ausgestaltet sein kann, verringert werden. Dies wirkt sich günstig auf die Belastbarkeit der Außenverzahnung aus.
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Vorteilhaft ist es auch, dass die modifizierte Kerbverzahnung in dem Stirnbereich jeweils einen vergrößerten Kopfradius der Zähne der Außenverzahnung aufweist. Der Kopfradius nimmt hierbei vorzugsweise zur Stirnseite hin zu. Hierdurch kann die Belastbarkeit der Außenverzahnung weiter verbessert werden.
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Vorteilhaft ist es auch, dass ein Abtriebselement vorgesehen ist, das von dem Getriebeelement mitgenommen wird, und dass das Getriebeelement zum Mitnehmen des Abtriebselements sowohl über die Außenverzahnung als auch über die stirnseitige Verzahnung des ringförmigen Bundes mit dem Abtriebselement in Wirkverbindung steht. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass das Abtriebselement eine Innenverzahnung, die mit der Außenverzahnung des Getriebeelements zusammenwirkt, und eine Gegenverzahnung aufweist, die mit der stirnseitigen Verzahnung des Bundes des Getriebeelements zusammenwirkt. Möglich ist es allerdings auch, dass die stirnseitige Verzahnung durch Montagekräfte einen Formschluß mit dem Abtriebselement einprägt. Hierdurch kann das Abtriebselement an zwei Stellen in direkter mechanischer Wirkverbindung mit dem Getriebeelement stehen. Hierdurch kann die Außenverzahnung des Getriebeelements, insbesondere in Bezug auf eine Momentenbelastung, entlastet werden. Die stirnseitige Verzahnung überträgt hierbei einen Teil des Moments.
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In vorteilhafter Weise kann das Abtriebselement als drehbare Seiltrommel ausgestaltet sein. Hierdurch kann beispielsweise ein Hilfsantrieb zum Verstellen eines Fensters mit einem Fensterhebermotor geschaffen werden. Hierbei kann über das Abtriebselement eine Betätigung eines Fensterhebergestänges erfolgen. Dies kann über ein teilweise auf die drehbare Seiltrommel gewickeltes Seil erfolgen.
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Vorteilhaft ist es auch, dass das Getriebeelement zumindest teilweise aus einem Kunststoffteil gebildet ist und dass das Kunststoffteil die Außenverzahnung und die stirnseitige Verzahnung des ringförmigen Bundes umfasst. Hierbei kann das Getriebeelement vollständig oder teilweise durch das Kunststoffteil gebildet sein. Speziell ist es hierbei vorteilhaft, dass das Kunststoffteil auf einem Polyoxymethylen oder einem Polyformaldehyd basiert. Hierdurch kann ein POM-Kunststoff zum Einsatz kommen. Durch solch ein Kunststoffteil kann ein gutes Getriebeverhalten erzielt werden. Eine Kerbempfindlichkeit des Kunststoffteils, die insbesondere an einer Kerbverzahnung besteht, kann durch die vorteilhafte geometrische Ausgestaltung des Getriebeelements ausgeglichen werden. Speziell wird die Kerbverzahnung durch die Ausgestaltung als modifizierte Kerbverzahnung hinsichtlich ihrer Belastbarkeit verbessert und durch die stirnseitige Verzahnung an dem ringförmigen Bund zusätzlich entlastet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Getriebe-Antriebseinheit in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt eines Getriebeelements der Getriebe-Antriebseinheit entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung und
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3 eine auszugsweise und teilweise geöffnete Darstellung des in 2 gezeigten Getriebeelements der Getriebe-Antriebseinheit entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Getriebe-Antriebseinheit 1 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Getriebe-Antriebseinheit 1 kann insbesondere als Hilfsantrieb zur fremdkraftbetätigten Verstellung oder zur Unterstützung einer Verstellung von Elementen eines Kraftfahrzeugs dienen. Beispielsweise kann die Getriebe-Antriebseinheit 1 zur Verstellung eines Fensters oder eines Schiebedachs dienen. Die erfindungsgemäße Getriebe-Antriebseinheit 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
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Die Getriebe-Antriebseinheit 1 weist eine Schneckenwelle 2 auf, die beispielsweise als Ankerwellenverlängerung eines Antriebsmotors ausgestaltet ist. Die Schneckenwelle 2 wirkt mit einem Schneckenrad 3 zusammen. Die Getriebe-Antriebseinheit 1 weist eine Drehachse 4 auf, um die das angetriebene Schneckenrad 3 im Betrieb rotiert. Die Rotationsrichtung ist hierbei durch die Drehrichtung der Schneckenwelle 2 vorgebbar. Das Schneckenrad 3 kann hierdurch gezielt in der gewünschten Drehrichtung angetrieben werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Schneckenrad 3 auf einer Achse 5 drehbar gelagert.
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Die Schneckenwelle 2 und das Schneckenrad 3 sind innerhalb eines Getriebegehäuses 6 angeordnet. Die Achse 5 ist hierbei an einem Ende mit dem Getriebegehäuse 6 verbunden. Ferner ist ein Gehäusedeckel 7 vorgesehen, der das Getriebegehäuse 6 verschließt.
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Die Getriebe-Antriebseinheit 1 weist ein Getriebeelement 8 auf. Das Getriebeelement 8 ist auf der Achse 5 drehbar gelagert. Somit ist eine Rotation des Getriebeelements 8 um die Drehachse 4 ermöglicht. Das Getriebeelement 8 weist einen scheibenförmigen Teil 9 auf, an dem mehrere Ausformungen 10, 11 des Getriebeelements 8 vorgesehen sind. Über Dämpfungselemente 12 steht das Getriebeelement 8 in mechanischer Wirkverbindung mit dem Schneckenrad 3. Somit nimmt das Schneckenrad 3 das Getriebeelement 8 mit.
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Das Getriebeelement 8 weist einen näherungsweise rohrförmigen Abschnitt 13 auf. Der rohrförmige Abschnitt 13 erstreckt sich hierbei durch eine Öffnung des Gehäusedeckels 7. An dem rohrförmigen Abschnitt 13 weist das Getriebeelement 8 eine Außenverzahnung 15 auf. Die Außenverzahnung 15 ist hierbei als Kerbverzahnung 15 ausgestaltet. Außerdem ist an dem rohrförmigen Abschnitt 13 ein ringförmiger Bund 16 des Getriebeelements 8 ausgestaltet. Der ringförmige Bund 16 umgibt hierbei die Außenverzahnung 15 entlang der Drehachse 4 in einem Abschnitt 17. Im Bereich des Abschnitts 17 der Außenverzahnung 15 ist zwischen dem ringförmigen Bund 16 und der Außenverzahnung 15 ein Freiraum 18 gebildet.
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Der ringförmige Bund 16 weist eine Stirnseite 19 auf. An der Stirnseite 19 weist der ringförmige Bund 16 eine stirnseitige Verzahnung 20 auf. Die stirnseitige Verzahnung 20 des ringförmigen Bundes 16 ist durch eine Spitzzahnkrone 20 ausgestaltet.
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Die Außenverzahnung 15 und die stirnseitige Verzahnung 20 sind jeweils axialsymmetrisch zu der Drehachse 4 ausgestaltet.
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Die Getriebe-Antriebseinheit 1 weist außerdem ein Abtriebselement 25 auf. Das Abtriebselement 25 ist in diesem Ausführungsbeispiel als drehbare Seiltrommel 25 ausgestaltet. Hierbei ist ein Seil 26 abschnittsweise auf die Seiltrommel 25 aufgewickelt. Durch Betätigen des Abtriebselements 25 kann das Seil 26 weiter aufgewickelt oder bei entgegengesetzter Drehrichtung abgewickelt werden. Das Abtriebselement 25 wird hierbei von dem Getriebeelement 8 mitgenommen. Zum Mitnehmen des Abtriebselements 25 wirkt dieses sozusagen an zwei Stellen mit dem Getriebeelement 8 zusammen. Zum einen wirkt das Getriebeelement 8 über die Außenverzahnung 15 auf das Abtriebselement 25 ein. Zum anderen wirkt das Getriebeelement 8 auch über die stirnseitige Verzahnung 20 des ringförmigen Bundes 16 auf das Abtriebselement 25 ein. Hierdurch kommt es insbesondere zu einer Aufteilung des übertragenen Drehmoments auf die beiden Schnittstellen. Hierdurch kommt es speziell zu einer Entlastung im Bereich der Außenverzahnung 15.
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Das Abtriebselement 25 weist eine Innenverzahnung 27 auf, die mit der Außenverzahnung 15 des Getriebeelements 8 zusammenwirkt. Außerdem weist das Abtriebselement 25 eine Gegenverzahnung bezüglich der stirnseitigen Verzahnung 20 des Getriebeelements 8 auf. Die Gegenverzahnung 28 und die stirnseitige Verzahnung 20 stehen hierbei in mechanischer Wirkverbindung. Speziell kann die stirnseitige Verzahnung 20 mit der Gegenverzahnung 28 des Abtriebselements 25 einen leichten Formschluss aufweisen.
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Somit kann das von dem Elektromotor über die Schneckenwelle 2 in die Getriebe-Antriebseinheit 1 eingebrachte Drehmoment in optimierter Weise auf das Abtriebselement 25 zum Betätigen des Seils 26 übertragen werden.
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Die Ausgestaltung der Getriebe-Antriebseinheit 1 ist im Folgenden auch in Bezugnahme auf die 2 im weiteren Detail beschrieben.
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2 zeigt den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Getriebeelements 8 in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. An der Stirnseite 19 des ringförmigen Bundes 16 weist das Getriebeelement 8 die stirnseitige Verzahnung 20 auf. Hierbei ist zwischen dem Abschnitt 17 der Außenverzahnung 15 und der stirnseitigen Verzahnung 20 der Freiraum 18 vorgesehen.
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Außerdem ist die Außenverzahnung 15 als modifizierte Kerbverzahnung 15 ausgestaltet. Hierbei weist die Außenverzahnung 15 in einem Stirnbereich 30 jeweils eine Zahnlückenfüllung 31 zwischen benachbarten Zähnen 32, 33 (3) der Außenverzahnung 15 auf. Die Zahnlückenfüllung 31 ist hierbei als globoidische Zahnlückenfüllung 31 ausgestaltet. Durch die Zahnlückenfüllung 31 wird eine Kerbwirkung beim Übertragung des Drehmoments von dem Getriebeelement 8 auf das Abtriebselement 25 verringert. Ferner ist ein Kopfradius 34 des Zahns 32 zu dem Stirnbereich 30 hin vergrößert. Hierbei erfolgt vorzugsweise eine zunehmende Vergrößerung des Kopfradius 34 zu dem Stirnbereich 30 hin. Die Vergrößerung des Kopfradius 34 des Zahns 32 ist hierbei in einem Bereich des Zahns 32 vorgesehen, in dem der Zahn 32 der Außenverzahnung 15 nicht mit der Innenverzahnung 27 zusammenwirkt. Durch die Vergrößerung des Kopfradiuses 34 kann die Stabilität des Zahns 32 verbessert werden. Entsprechend sind auch die anderen Zähne 33, 35 (3) der Außenverzahnung 15 mit einem zum Stirnbereich 30 hin zunehmenden vergrößerten Kopfradius ausgestaltet. Somit sind bei der modifizierten Kerbverzahnung 15 in dem Stirnbereich 30 die Zähne 32, 33, 35 der Außenverzahnung 15 jeweils mit einem vergrößerten Kopfradius 34 ausgestaltet. Hierdurch ist die mechanische Stabilität der Außenverzahnung 15 weiter verbessert. Die Außenverzahnung 15 wirkt im Bereich der vergrößerten Kopfradien 34 nicht mit der Innenverzahnung 27 des Abtriebselements 25 zusammen.
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3 zeigt das in 2 dargestellte Getriebeelement 8 in einer auszugsweisen und teilweise geöffneten Darstellung. Zwischen den Zähnen 32, 33 der Außenverzahnung 15 ist die Zahnlückenfüllung 31 vorgesehen. Entsprechend ist beispielsweise auch zwischen den Zähnen 33, 35 eine Zahnlückenfüllung 36 vorgesehen. Ferner ist auch an dem Zahn 33 eine Vergrößerung des Kopfradiuses 34' zu dem Stirnbereich 30 hin vorgesehen. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in der 3 nur die Zähne 32, 33, 35 der Außenverzahnung 15 gekennzeichnet.
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Somit kann zum einen die Belastung der Außenverzahnung 15 verringert werden. Zum anderen kann die Belastbarkeit der Außenverzahnung 15 verbessert werden. Hierdurch kann das Getriebeelement 8 ganz oder teilweise aus einem Kunststoffteil 8 gebildet sein. Solch ein Kunststoffteil 8 umfasst die Außenverzahnung 15 und den ringförmigen Bund 16 mit der stirnseitigen Verzahnung 20. Als Kunststoff kann beispielsweise ein POM-Kunststoff zum Einsatz kommen. Hierdurch ist eine kostengünstige Herstellung des Getriebeelements 8 ermöglicht. Außerdem ergibt sich ein gutes Getriebeverhalten. Eine Beschädigung, insbesondere ein Abscheren der Zähne 32, 33, 35 der Außenverzahnung 15 oder der einzelnen Zähne 37 der stirnseitigen Verzahnung 20 ist hierbei zuverlässig verhindert oder zumindest ist die Gefahr einer solchen Beschädigung verringert. Dabei ist speziell durch die Verrundung der Außenverzahnung 15 am Kopfradius 34, 34' die Kerbbelastung für den Werkstoff, insbesondere den POM-Kunststoff, herabgesetzt. Zusätzlich erzeugt das Zahnkronenprofil, das durch die Spitzzahnkrone 20 gegeben ist, eine formschlüssige Auflagefläche für die Gegenverzahnung 28 an einem bezüglich der Drehachse 4 relativ großem Radius. Damit wird die Kerbverzahnung 15 von der Momentenbelastung deutlich entlastet. Diese Vorteile ergeben sich auch für andere Werkstoffe.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10228705 A1 [0002, 0003]