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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeschnecke mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren
zum Herstellen einer Getriebeschnecke mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 5.
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In
Antriebssystemen der Vergangenheit bestand für ein Fahrzeugfenster-Antriebssystem
die Notwendigkeit, dass der Außendurchmesser
einer Getriebeschnecke zur Erleichterung des Zusammenbaus durch
ein Lager hindurch gleich dem Wellen- oder Lagerdurchmesser war.
Die Getriebeschnecke wurde typischerweise durch einen Antriebsmotor drehangetrieben,
und sie wurde zum Antreiben eines angetriebenen Zahnrades verwendet.
Die Drehmoment-Kapazität
der Getriebeschnecke war sehr viel geringer als diejenige, die man
mit einer Hüllkurven-Getriebeschnecke
erreichen konnte. Die Drehmoment-Kapazität einer Getriebeschnecke ist
dadurch begrenzt, dass diese einen primären oder einzelnen Kontaktzahn
aufweist, welcher einen damit in Eingriff stehenden Zahn des angetriebenen
Zahnrades kontaktiert. Früher
bekannte Hüllkurven-Getriebeschnecken
haben erfordert, dass die Zähne
speziell bearbeitet wurden, und sie sind deshalb nur beschränkt in Fahrzeugen
eingesetzt worden, welche massengefertigte Teile unter Verwendung
herkömmlicher
Fabrikationstechniken verlangen. Es sind frühere Versuche unternommen worden,
eine herkömmliche
Roll-Fabrikationstechnik einzusetzen, um eine Mehrkontakt-Getriebeschnecke
zu erzeugen; allerdings führten
solche Konstruktionen zu Kontaktpunkten, bei denen die Zahnradzähne des
Antriebszahnrades damit in Eingriff stehende Zähne des angetriebenen Zahnrades
kontaktierten, die auf einem Bogen angeordnet waren, welcher zu
der Achse des angetriebenen Zahnrades konzentrisch war. Dieses bewirkte
in nachteiliger Weise, dass die mehrfachen Zähne die angetriebenen Zähne in einem
einzigen Kontaktort am angetriebenen Zahnrad kontaktierten, was
zu einem erhöhten
Verschleiß in
diesem Kontaktpunkt führte,
wodurch die Nutz-Lebenszeit
des angetriebenen Zahnrades reduziert wurde.
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Wenn
ein Antriebszahnrad in einer Situation eingesetzt wird, die eine
Antriebsbewegung sowohl im Gegenuhrzeigersinn als auch im Uhrzeigersinn
erfordert, dann werden beide Seiten eines jeden Zahnes verwendet,
um die Last anzutreiben. Oft ist die Drehmomenten- oder Lastaufnahme
durch das Zahnrad nicht gleich in beiden Drehrichtungen. Sitzt beispielsweise
ein Passagier auf einem durch einen Motor verstellbaren Fahrzeugsitz,
dann entsteht die maximale Belastung, wenn der Passagier den Sitz anhebt,
während
eine minimale Belastung entsteht, wenn der Passagier den Sitz absenkt.
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Frühere bekannte
Systeme haben eine Getriebeschnecke vorgesehen, deren Zahnflanken Druckwinkel
aufweisen, welche auf beiden Seiten des Zahnes gleich sind. Wenn
eine solche Getriebeschnecke in einer Mehrfachdrehmoment-Umgebung eingesetzt
wird, dann nimmt das Zahnrad eine maximale Biegespannung auf, welche
nicht ausgeglichen ist, und es erfordert, dass der Motor eine Kapazität aufweist,
welcher die mit der größten Belastung
verbundene maximale Biegespannung bewältigen kann.
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Aus
der
FR 2 603 966 A1 ist
eine Getriebewelle bekannt, die nicht für einen Rollformvorgang hergestellt
ist, sondern scharfkantige Übergänge zwischen
Zahnflanke und Zahnfuß aufweist.
Diese Form ist charakteristisch für durch Stoßen hergestellte Zahnräder. Die
in der
US 3 310 990 dargestellten
Getriebeschnecken weisen kein gekrümmtes Profil auf.
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Aus
der
US 5,829,305 ist
eine gattungsgemäße Getriebeschnecke
bekannt. Jedoch definieren die Getriebezähne ein Profil, das nicht komplementär zur Form
des angetriebenen Zahnrads ausgebildet ist. So befindet sich das
eine Zahnrad nur mit einem sehr geringen Überdeckungsgrad in Eingriff
mit dem Zahn des angetriebenen Zahnrads und das andere Zahnrad mit
einem größeren Überdeckungsgrad
mit dem anderen Zahn. Der ganz rechterhand dargestellte Zahn der
Getriebeschnecke befindet sich ebenfalls nur mit einem sehr geringen Überdeckungsgrad
in Eingriff mit dem angetriebenen Zahnrad.
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Nachteilig
bei dem genannten Stand der Technik ist, dass durch den geringen Überdeckungsgrad
der sich im Eingriff befindlichen Zähne hohe Kräfte nicht oder nur mit ungünstigen
Kraftverhältnissen übertragen
werden können.
So ist der Kraftangriffspunkt weit vom Fußteil des Zahn entfernt, so dass
die auftretenden Druckkräfte über einen
großen Hebel
auf die Getriebeschnecke übertragen
werden. Hierdurch ist die Zahnfußbelastung besonders hoch.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Getriebeschnecke zu schaffen, mit der hohe Kräfte möglichst gut übertragen
werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer
Getriebeschnecke gelöst,
die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Durch
das Merkmal der komplementären
Ergänzung
können
eine Vielzahl von Getriebezähnen mit
dem angetriebenen Zahnrad in Eingriff stehen und zwar mit einem
sehr hohen Überdeckungsgrad. Aus 1 geht dies besonders deutlich
hervor. Die erfindungsgemäße Getriebeschnecke
hat den weiteren Vorteil, dass mit ihr eine besonders platzsparende
Anordnung möglich
ist, da die Drehachse der Getriebeschnecke nah an die Drehachse
des angetriebenen Zahnrads heranrücken kann. Dieses Platzersparnis
ist insbesondere für
Anwendungen im Automobilbereich ein großer Vorteil.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Getriegeschnecke mit einer Vielzahl
von Zähnen
mit einem Außendurchmesser,
der nicht gleich dem Wellenlagerdurchmesser ist, so dass zum Zwecke
eines leichteren Zusammenbaus die Welle durch ein Lager hindurchschiebbar
ist.
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Die
vorliegende Erfindung geht von einer Welle aus, die 8, 9 oder 10
mm Durchmesser besitzt, die, wenn sie gerollt wird, an ihrer Außenseite
Zähne ausbildet,
welche über
den Wellendurchmesser um einen bestimmten Betrag überstehen,
was es erlaubt, dass mehr Zähne
in Kontakt mit dem Antriebszahnrad sind. Die Hüllkurvenvergrößerung gemäß der vorliegenden
Erfindung kann dazu verwendet werden, ein insgesamt kleineres Baumaß zum Zwecke
eines Wettbewerbsvorteils zu erzielen. Die Tatsache, dass das äußere Lager
an dem Ende der Welle angeordnet ist, erlaubt es, dass die äußeren Zähne einen
größeren Durchmesser
aufweisen, als das Wellenlager.
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Vorzugsweise
wird gemäß der vorliegenden Erfindung
gleichzeitig mit der Schnecke die Lager-Laufnut gerollt, da der
Flächenschwerpunkt
der eine Hüllkurve
aufweisenden Zähne
auf der Zahnrad-Mittellinie angeordnet sein muss.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Antriebssystem und ein Verfahren
zum Herstellen eines Mehrkontakt-Antriebszahnrades mit einer verbesserten
Drehmomentenkapazität,
wobei die Möglichkeit geschaffen
wird, das Zahnrad unter Verwendung von Roll-Fabrikationstechniken
herzustellen.
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Die
vorliegende Erfindung schafft einen Zuwachs an Drehmomenten-Aufnahmekapazität, indem
sie vorzugsweise acht bis zwölf
Zahnkontakte zwischen dem Antriebszahnrad und dem angetriebenen
Zahnrad vorsieht. Eine Maximierung der Anzahl der Zähne in paarweisem
Arbeitskontakt zwischen der Getriebeschnecke und dem Schneckenrad
sowie eine Reduzierung der Zahnhöhe
sowohl an der Getriebeschnecke als auch an dem Schneckenrad schaffen
die maximale Biegefestigkeit für
den einzelnen Zahn. Ein Vermindern der Getriebeschnecken-Zahnhöhe erlaubt
einen Kernbereich größeren Durchmessers
für eine
vorgegebene Schneckenwellenabmessung. Das erhöht die Fähigkeit der Getriebeschnecke,
Biegekräften
zu widerstehen. Die vorliegende Erfindung schafft auch eine Getriebeschnecke kleineren
Durchmessers für
eine vorgegebene Geschwindigkeitsuntersetzung. Mehr Zähne im Arbeitskontakt
erlauben es, dass die Tangentialkraft bei dem Teilungsdurchmesser
höher ist,
was ein Zahnrad mit einem kleineren Teilungsradius für die Bewältigung eines
vorgegebenen Drehmomentes erlaubt.
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Die
vorliegende Erfindung sieht auch eine größere Anzahl von im Kontakt
befindlichen Zähnen vor,
um die gesamte Zahneingriffsfestigkeit zu erhöhen und gleichzeitig die Verwendung
schlankerer Zähne
zu erlauben, welche elastischer sind und die Last verteilen können, wobei
sie gleichzeitig größere Fehler
bei der Teilungspassung akzeptieren. Da sie zahlreicher sind, schaffen
schlankere Zähne
einen Fehlerausgleich und erlauben eine Fortsetzung der Funktion
auch dann, wenn ein oder zwei Zähne
beschädigt
sind, wodurch die Zuverlässigkeit
des Getriebeschneckensystems verbessert wird.
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Andere
Aufgaben, Vorteile und Anwendungen der vorliegenden Erfindung werden
dem Fachmann auf diesem Gebiet offenbar, wenn die folgende Beschreibung
der für
den praktischen Einsatz der Erfindung betrachteten besten Verwendungsweise
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen gelesen wird.
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Die
Beschreibung nimmt Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen
gleiche Bezugszahlen sich durch die verschiedenen Ansichten hindurch auf
gleiche Teile beziehen. Die Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Ansicht
eines Antriebssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine ins einzelne gehende
Ansicht eines repräsentativen
Beispiels, welches eine Beziehung zwischen den im Eingriff stehenden
Zähnen des
Antriebszahnrades und des angetriebenen Zahnrades zeigt; und
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3 eine ins einzelne gehende
Ansicht, welche einen Abschnitt der Welle einschließlich der Lager-Laufnut
und der mit einer Hüllkurve
ausgestatteten Getriebeschneckenzähne zeigt, welche gleichzeitig
durch Rollen hergestellt werden.
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Ein
System 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung treibt eine Komponente 12, wie beispielsweise
ein (nicht gezeigtes) Fenster in einer (nicht gezeigten) Tür eines
(nicht gezeigten) Fahrzeuges an. Das System 10 kann einen
Antriebsmotor 14 umfassen, welcher mit einem Antriebszahnrad
verbunden ist. Das Antriebszahnrad kann eine Getriebeschnecke 18 mit
wenigstens einem schraubenförmigen
Gewindegang umfassen, welcher im Längsschnitt eine Vielzahl von
Zähnen 20 bildet.
Der Antriebsmotor 14 treibt das Antriebszahnrad bzw. die
Getriebeschnecke 18 zu einer Drehung an, und zwar vorzugsweise mit
annähernd
3000 Umdrehungen pro Minute in Reaktion auf die Betätigung eines
(nicht gezeigten) Schalters, wie etwa eines Schalters für ein motorisch verstellbares
Fenster in einem Fahrzeug. Die Getriebeschnecke 18 ist
betriebsmäßig einem
an getriebenen Zahnrad 22 zugeordnet und mit diesem gekuppelt.
Das angetriebene Zahnrad 22 ist mit der Komponente 12 durch
irgendeine geeignete Verbindungsanordnung 24, wie etwa
einem Antriebs-Getriebezug, Hebelarmen oder dergleichen gekoppelt,
die bekannt sind. Die Getriebeschnecke 18 umfasst eine Vielzahl
von Antriebszähnen 20,
wobei jeder Zahn 20 eine zugeordnete imaginäre Mittellinie 26 hat
und die Mittellinien 26 im wesentlichen zueinander parallel und
im wesentlichen senkrecht zu einer Achse der Welle 28 sind.
Die Mittellinie 26 eines jeden Zahnes 20 ist auch
im wesentlichen parallel zu einer radialen Linie 30, die
sich von der Drehachse des angetriebenen Zahnrades 22 aus
erstreckt, die auch senkrecht zu der Achse der Welle 28 liegt.
Die vorliegende Erfindung erleichtert in vorteilhafter Weise die
Herstellung der Getriebeschnecke 18 unter Verwendung herkömmlicher
Roll-Fabrikationstechniken.
Durch Verwendung herkömmlicher
Roll-Fabrikationstechniken
kann die Getriebeschnecke 18 auf der Basis einer Massenproduktion
produziert werden.
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Die
Zähne 20 der
Getriebeschnecke 18 kämmen
mit damit in Eingriff stehenden Zähnen 32 an dem angetriebenen
Zahnrad 22, um das angetriebene Zahnrad 22 in Reaktion
auf eine Drehung der Welle 28 durch den Antriebsmotor 14 drehanzutreiben. Die
Zähne 20 kämmen mit
den damit in Eingriff stehenden Zähnen 32 bei einer
Vielzahl von Kontaktpunkten, welche innerhalb einer beliebigen Anordnung
liegen, die typischerweise nicht konzentrisch zu der Achse des angetriebenen
Zahnrades 22 ist. Der Teilungsabstand zwischen benachbarten
Kontaktpunkten kann variieren, während
die zwischen den Kontaktpunkten und der Drehachse des angetriebenen
Zahnrades 22 gebildeten Winkel im wesentlichen gleich bleiben.
Die Teilungen oder Abstände zwischen
den imaginären
Mittellinien 26 der Zähne 20 können in
Abhängigkeit
von der Zahnposition des Antriebszahnes 20 kontinuierlich
variieren. Der Kontaktpunkt zwischen den Zähnen 20 und den damit
in Eingriff stehenden Zähnen 32 variiert
auf jeder Zahnfläche.
Der variierende Kontaktpunkt erleichtert die Verteilung eines Verschleißes über der
Fläche
der Zähne 32 des
angetriebenen Zahnrades 22. Die vorliegende Erfindung erhöht das zu übertragende Drehmoment
der Getriebeschnecke 18 durch Schaffung von drei oder mehr
Kontaktpunkten, anstelle eines einzelnen oder zweier Zahn-Kontaktpunkte,
wie bei einer herkömmlichen
Getriebeschnecke. Es wurde gefunden, dass eine Getriebeschnecke 18 gemäß der vorliegenden
Erfindung ein zu übertragendes Drehmoment
erreichen kann, welches gleich demjenigen einer Hüllkurven-Getriebeschnecke
ist, die eine spezielle Maschinenbearbeitung erfordert und welche
nicht unter Verwendung herkömmlicher Roll-Fabrikationstechniken
massenproduzierbar ist.
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Vorzugsweise
definieren die Zähne 20 ein Profil,
welches so geformt ist, dass es die Form des angetriebenen Zahnrades 22 komplementär ergänzt, so
dass das angetriebene Zahnrad 22 zumindest teilweise mit
einer Hüllkurve
versehen wird. Alternativ dazu könnte
die Zähne 20 so
gefertigt werden, dass die Distanz zwischen den Spitzen zusammenwirkend ein
Profil definiert, welches relativ zu der Drehachse der Welle 28 gestuft
ist. Zusätzlich
kann die Getriebeschnecke 18 mit Zähnen 20 ausgestattet
sein, welche ein Profil definieren, das relativ zu der Drehachse der
Welle 28 zylindrisch oder gerade ist. Abwandelungen der
Anordnung und des Profils der Zähne 20 kann
eine Änderung
der Kontaktpunkte erleichtern, und kann das zu übertragende Drehmoment der
Getriebeschnecke 18 ändern,
indem eine größere Anzahl
oder eine kleinere Anzahl zur Verfügung stehender Antriebszähne 20 zum
Kämmen
mit den damit in Eingriff stehenden Zähnen 32 des angetriebenen Zahnrades 22 geschaffen
wird. Deshalb kann die vorliegende Erfindung auch Abwandlungen in
der Distanz zwischen den äußeren Spitzen
benachbarter Zähne 20 und
der Drehachse der Welle 28 beinhalten. Vorzugsweise beinhaltet
die Getriebeschnecke 18 variierende Zahnhöhen, um
wenigstens eine zum Teil mit einer Hüllkurve versehene Getriebeschnecke 18 zu
definieren. Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit einem
damit in Eingriff stehenden oder angetriebenen Zahnrad 22 eingesetzt
werden, welches ein Schneckenrad, ein Stirnrad oder irgendein anderes
geeignetes Zahnrad mit evolventen Zähnen ist.
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Die
gemäß der vorliegenden
Erfindung durch die Getriebeschnecke 18 zur Verfügung gestellte
Extra-Hüllkurve
bewirkt ein insgesamt kleineres Packmaß zum Zwecke eines Wettbewerbsvorteils.
Wenn das Zahnrad gemäß der vorliegenden
Erfindung durch Rollen gebildet wird, dann überragen die äußeren Zähne den
Wellendurchmesser um einen vorgegebenen Betrag, wodurch es möglich wird,
dass mehr Zähne
im Eingriffskontakt mit dem angetriebenen Zahnrad 22 sind.
Ein äußeres Lager 34 ist
vorzugsweise an einem Ende der Welle angeordnet, was es ermöglicht,
dass Zähne 20 mit
einem größeren Durchmesser
ausgebildet werden. Die Teilung der Zähne 20 kann variieren.
Vorzugsweise wird gleichzeitig mit der Getriebeschnecke 18 eine
Lager-Laufnut 36 durch Rollen gebildet, da der Flächenschwerpunkt
der mit eine Hüllkurve
versehenen Zähne 20 in
der Mittellinie der Getriebeschnecke 18 angeordnet sein
muss.
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Vorzugsweise
umfasst die Getriebeschnecke 18 eine im Bereich ihrer Zähne 20 gekrümmte Außenkontur,
und die Dicke der Zähne 32,
die Dicke der Zähne 20,
die radiale Position der Zähne 20 bezüglich der
Achse der Getriebeschnecke 18 und die axiale Position der
Zähne 20 zueinander
werden so eingestellt, dass man gleiche Zahnrad-Indexwinkel erhält. Eine
Antriebswelle 28 kann unter Verwendung herkömmlicher
Roll-Fabrikationstechniken gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden, da die Zähne 20 im wesentlichen parallel
und die Winkelverhältnisse
im wesentlichen die gleichen sind. Die Getriebeschnecke 18 und
die zugehörigen
Zähne 20 können in
Kämmeingriff
mit einer Vielzahl von angetriebenen Zähnen 32 an dem angetriebenen Zahnrad 22,
das die Form eines Stirnrades oder eines spiralverzahnten Zahnrades
haben kann, positioniert werden. Die vorliegende Erfindung schafft
die Möglichkeit,
eine Roll-Fabrikationstechnologie zu verwenden, um einen Mehrzahn-Kontakt
und ein Zahnrad mit variablem Kontakt zu erzeugen, wie etwa eine
Getriebeschnecke.
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Die
Getriebeschnecke 18 gemäß der vorliegenden
Erfindung kann in einem Fahrzeugbereich eingesetzt werden, wo der
Antriebsmotor 14 über eine
Steuerung in Reaktion auf einen Schalter mit Strom versorgt wird.
Der Antriebsmotor 14 treibt die Getriebeschnecke 18 zu
einer Drehung an, welches seinerseits das angetriebene Zahnrad 22 antreibt. Das
angetriebene Zahnrad 22 treibt eine Komponente 12 über irgendeine
geeignete Verbindungsanordnung 24 an. Das bewirkt, dass
sich die Komponente 12 in einer gewünschten Richtung bewegt. Als
Beispiel und keineswegs darauf beschränkt kann die Komponente 12 ein
Fenster in einem Fahrzeug sein, und sie kann aus einer offenen Position
in eine geschlossene Position oder aus einer geschlossenen Position
in eine offene Position bewegt werden. Es sei bemerkt, dass andere
Komponenten durch das durch Rollen gebildete, mit einer Hüllkurve
versehene Getriebeschneckensystem gemäß der vorliegenden Erfindung
angetrieben werden könnten.
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Wenn
auch die Erfindung in Verbindung damit beschrieben worden ist, was
gegenwärtig
als meist praktizierte und bevorzugte Ausgestaltung angesehen wird,
so versteht sich doch, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten
Ausgestaltungen beschränkt
ist, sondern dass im Gegenteil beabsichtigt ist, verschiedene Abwandlungen
und äquivalente
Anordnungen abzudecken, die in dem Erfindungsgedanken und Erfindungsumfang
der beigefügten
Ansprüche
enthalten sind, wobei dieser Umfang der breitest möglichen
Interpretation entsprechen soll, um so alle derartigen Abwandlungen
und äquivalenten
Strukturen zu umfassen, soweit sie vom Gesetz zugestanden werden.