DE10050872A1 - Antrieb für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen, mit einem Getriebe zur Übertragung der Verstellkraft über Getriebeelemente (6; 13) auf ein Verstellobjekt. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antrieb bereitzustellen, der eine gleichmäßige Verstellbewegung gewährleistet, auch wenn in bei unterschiedlichen Verstellrichtungen verschiedene Verstellkräfte erforderlich sind. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Verzahnungselement (7; 14) wenigstens eines Getriebeelementes (6; 13) einen asymmetrischen Zahnflankenquerschnitt aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Verstelleinrichtun­ gen in Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Der Antrieb ist insbesondere für die Verstellung von Fahr­ zeugsitzen und Fensterhebern geeignet, bei denen in den jeweiligen Verstellrichtungen unterschiedliche Verstellkräf­ te aufgebracht werden müssen.

Aus der DE 196 28 520 C2 ist ein selbsthemmendes Getriebe für Verstelleinrichtungen bekannt, bei dem ein Reibelement mittels eines Federelementes in Richtung auf eine Getriebe­ welle belastet wird und dadurch eine die Selbsthemmung des Getriebes gewährleistende Reibungskraft auf die Getriebewel­ le ausübt. Dabei ist vorgesehen, daß das Reibelement für die jeweilige Drehrichtung eine unterschiedliche Reibungs­ kraft ausübt und somit eine Anpassung an die Einsatzbedin­ gungen und die fertigungstechnisch bedingten Abweichungen möglich ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb bereitzustellen, der mit einfachen Mitteln eine gleichmäßige Verstellbewegung gewährleistet, wenn in unterschiedlichen Verstellrichtungen verschiedene Verstellkräfte erforderlich sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Antrieb mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Durch die Ausbildung des Getriebes mit einem Verzahnungsele­ ment, das einen asymmetrischen Zahnflankenquerschnitt aufweist, wird ohne ein zusätzliches Bauteil eine Ausbil­ dung des Getriebes mit unterschiedlichen Wirkungsgraden für die jeweilige Verstellrichtung möglich. Das Verzahnungsele­ ment weist dabei bezüglich einer durch dieses Verzahnungse­ lement und durch die Drehachse des Getriebeelements verlau­ fenden radialen Achse eine asymmetrische Kontur auf.

Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, entsprechend den eigentlich aufzubringenden Verstellkräften, eine Anpassung des Getriebes dahingehend zu bewirken, daß in jeder Ver­ stellrichtung eine gleichmäßige Bewegung erreicht wird. Ohne eine aufwendige Motorsteuerung können so beispielswei­ se bei der Anhebung oder Absenkung der Sitzkissenhöhe oder einer Fensterscheibe gleiche oder nahezu gleiche Verstellge­ schwindigkeiten verwirklicht werden. Bei gleichen Wirkungs­ graden für die beiden Verstellrichtungen würde die Verstel­ lung in Richtung Senken aufgrund der Schwerkraftunterstüt­ zung wesentlich schneller erfolgen als in Richtung Heben.

Durch die unterschiedlichen Neigungswinkel der Zahnflanken werden in die jeweilige Verstellrichtung unterschiedliche Anteile der durch den Antrieb aufgebrachten Kraft übertra­ gen, so daß in Abhängigkeit von der Verstellrichtung unter­ schiedliche Wirkungsgrade des Verstellgetriebes erzeugt werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Kontur des Zahnflankenquerschnittes auf der einen die Verstellkraft übertragenden Flanke im Durchschnitt eine größere Steigung aufweist als die andere Flanke. Insbesonde­ re bei gekrümmten Zahnflanken des Verzahnungselementes ist es möglich, daß punktuell bei der Zahnflanke, die die geringere Verstellkraft zu übertragen hat, eine gleiche oder größere Steigung auftritt als bei der Zahnflanke, die die größere Verstellkraft zu übertragen hat. Über den gesamten, die Verstellkraft übertragenen Bereich der Zahn­ flanke ist jedoch vorgesehen, daß die Steigung bei der Zahnflanke größer ist, die den größeren Anteil der Verstell­ kraft aufbringt.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist zumindest eine Getriebestufe Getriebeelemente mit einer Verzahnungspaarung auf. Eines der oder beide Getriebeelemente der Verzahnungs­ paarung sind mit einem asymmetrischen Zahnflankenquerschnitt ausgebildet, wodurch einerseits verschiedene Wirkungsgrade je Verstellrichtung realisiert werden können, andererseits kann das Getriebe für die Aufnahme spezifischer Kräfte optimal ausgelegt werden. So können in Abhängigkeit von überwiegenden Crashrichtungen die bei einem Crash tragenden Zahnflanken steiler ausgebil­ det werden, um höhere Kräfte aufnehmen zu können.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, daß die Gegenverzah­ nung des Verzahnungselementes als gleitende oder abrollende Verzahnung ausgebildet ist, beispielsweise als Kugelumlauf­ spindelgetriebe oder als herkömmlicher Spindel- oder Schnec­ kenantrieb. Grundsätzlich können auch Zahnradgetriebe eingesetzt werden.

Neben der Möglichkeit, den Wirkungsgrad durch verschiedene Querschnittsgeometrieen zu verändern bzw. an die Belastun­ gen in der jeweiligen Verstellrichtung anzupassen, kann der Wirkungsgrad durch das gezielte Verändern bzw. Auslegen der Reibungsverhältnisse auf die jeweilige Belastung einge­ stellt werden, um in beiden Verstellrichtungen gleiche Verstellgeschwindigkeiten oder eine gleichmäßige Geräuschentwicklung zu erreichen.

Insbesondere wenn in der einen oder anderen Verstellrich­ tung auf die Getriebeelemente unterschiedliche Belastungen einwirken, ist es vorteilhaft, daß der Zahnflankenwinkel der die größere Belastung aufnehmenden Zahnflanke steiler ausgebildet ist als der Zahnflankenwinkel der Zahnflanke, die die geringere Belastung aufnimmt. Neben der Fähigkeit, höhere Kräfte aufnehmen zu können, wird durch die steilere Ausrichtung der Zahnflanke der Wirkungsgrad bei der Verstel­ lung im Verhältnis zu der anderen Verstellrichtung erhöht, wodurch für den Motor in beiden Verstellrichtungen gleiche Belastungen auftreten. Auf diese Weise wird eine konstante Geräuschentwicklung des Motors bewirkt, was von dem Nutzer der Verstelleinrichtung als angenehm empfunden wird.

Vorteilhafterweise ist das Getriebe als Spindelgetriebe oder als Schneckengetriebe ausgebildet, jedoch können auch andere Verstellgetriebe oder Verzahnungsgeometrieen einge­ setzt werden. Es ist dabei von Vorteil, das Getriebe als Bewegungsgetriebe auszubilden, um eine einfache Verstellbar­ keit der zu verstellenden Einrichtung zu ermöglichen und den Motor des Antriebes möglichst klein auslegen zu können.

Eine einfache Art und Weise, unterschiedliche Zahnflanken­ winkel in einem Bewegungsgetriebe zu realisieren, ist bei einer Ausbildung eines der Getriebeelemente mit einer Trapezverzahnung gegeben.

Alternativ zu der Veränderung des tragenden Zahnflankenwin­ kels kann die tragende Zahnflanke in der einen Verstellrich­ tung einen anderen Reibbeiwert aufweisen als die tragenden Zahnflanke in der anderen Verstellrichtung. Die Variation des Reibbeiwertes kann beispielsweise durch eine entsprechende Beschichtung der einen Zahnflanke oder durch das Verzichten auf eine Nachbehandlung bei der Herstellung des Getriebeelementes, z. B. das Schleifen oder Polieren beste­ hen.

Besonders geeignet ist der Antrieb bei Sitzverstellungen oder bei Fensterheber. Bei Sitzen kommt es in bei der Anhebung und Absenkung des Sitzkissens, bei der Neigungsver­ stellung des Sitzkissens oder der Sitzlehne und bei der Sitzlängsverstellung zu unterschiedlichen Belastungsbedin­ gungen, die bei gleichen Wirkungsgraden für beide Verstell­ richtungen zu verschiedenen Verstellgeschwindigkeiten führen. Bei der Sitzlängsverstellung ist dies unter anderem dadurch bedingt, daß die Sitzschienen in Fahrtrichtung geneigt auf dem Fahrzeugboden befestigt sind. Insbesondere bei der Sitzkissenhöhenverstellung und bei der Betätigung des Fensterhebers liegen aufgrund der vertikalen Verstell­ richtungen besonders große Unterschiede zwischen den jewei­ ligen Verstellrichtungen vor. Durch die Anpassung der Wirkungsgrade können diese Unterschiede ausgeglichen wer­ den, wobei es zweckmäßig ist, in Heberichtung einen besse­ ren Wirkungsgrad vorzusehen als in Richtung des Absenkens der zu verstellenden Einrichtung.

Weitere Vorteile der Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren verdeutlicht. Aus Übersichtlichkeitsgrün­ den sind nicht in allen Figuren sämtliche Bezugszeichen eingetragen; gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche Bauelemente.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Detailansicht einer Verzahnung nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 Schnittdarstellung eines Antriebes, sowie

Fig. 3 eine Detailansicht einer Verzahnung.

Die Fig. 1 zeigt eine Detailansicht einer Verzahnung einer Schnecke 100 mit einer in die Schnecke eingreifenden Gegen­ verzahung 200 eines Getriebeelementes, beispielsweise eines Zahnsegmenthebels. Sowohl die Verzahnung der Schnecke 100 als auch die Gegenverzahnung 200 des Zahnsegmenthebels sind mit einem symmetrischen Zahnflankenquerschnitt ausgestat­ tet, wodurch in beiden Verstellrichtungen die im wesentli­ chen gleichen Verstellbedingungen und Wirkungsgrade hin­ sichtlich der Getriebeelemente herrschen.

In der Fig. 2 ist ein Antrieb 1 mit einem Getriebe darge­ stellt, das in einem Getriebegehäuse 2 angeordnet ist. Das Gehäuse 2 kann als Präge- oder Gußteil ausgebildet sein und enthält Aufnahmebereiche für die Lager, beispielsweise Axial- oder Radiallager, für Getriebeelemente 6, 14.

In dem Gehäuse 2 ist eine Getriebewelle 5 drehbeweglich angeordnet, die von einem Zahnrad 11 angetrieben wird und sich an ihren Enden axial an jeweils einem Einsatzelement 21, 22 abstützt. Die als Axiallager dienenden Einsatzelemen­ te 21, 22 sind federnd ausgebildet, um eine Zentrierung der Getriebewelle 5 zu gewährleisten und axiales Spiel ausgleichen zu können. Die Radiallager der Getriebewelle 5 werden durch zwei Lagerbuchsen 23, 24 ausgebildet, die die Getrie­ bewelle 5 umfassen.

Die Getriebewelle 5 ist mit einer Verstellschnecke 6 verbun­ den, die mit ihrer Verzahnung 7 mit der Gegenverzahnung 14 eines Zahnsegmenthebels 13 in Eingriff steht. Der Zahnseg­ menthebel 13, der mit seiner Verzahnung 14 eine Öffnung in dem Getriebegehäuse 2 durchgreift, kann beispielsweise mit der Lehne eines Kraftfahrzeugsitzes verbunden und schwenk­ bar an eine Grundplatte angelenkt sein und durch die von der Verstellschnecke 6 eingeleiteten die nicht dargestellte Sitzlehne verlagern. Neben einer Ausgestaltung des Getrie­ bes mit einer Verstellschnecke und einem Zahnsegmenthebel sind je nach Einsatzgebiet auch andere Getriebeausführungen denkbar, beispielsweise ein Spindelgetriebe mit einer Spindelmutter oder ein Schneckengetriebe mit Schneckenrad, wobei die Spindelmutter oder das Schneckenrad die Verstell­ kraft auf das Verstellobjekt übertragen.

Um eine gleichmäßige Verstellbewegung in beiden Verstell­ richtungen ohne eine aufwendige Motorsteuerung zu erreichen und eine entsprechend gleichmäßige Geräuschentwicklung zu erlangen, weist zumindest ein Verzahnungselement 7, 14 der Getriebeelemente 6, 13 eine bezüglich einer durch die Drehachse 8 des Getriebeelements 6 verlaufenden radialen Achse eine asymmetrische Kontur auf. Die asymmetrische Kontur bewirkt, daß unterschiedliche Kraftkomponenten in Abhängigkeit von der Verstellrichtung von der Verzahnung auf den Wirkungsgrad des Getriebes einfließen. Bei der Anwendung von Verstelleinrichtungen, die in und entgegen der Schwerkraft wirken, führt dies zu einer Angleichung der Belastung des Antriebsmotors in beiden Verstellrichtungen.

Die Fig. 3 zeigt eine Detailansicht der Verzahnung der Getriebeelemente 6, 13, wobei in die Verzahnung 7 der Schnecke 6 die Gegenverzahnung 14 des Zahnsegmenthebels eingreift. Der Querschnitt der Verzahnung 7 weist dabei eine Trapezform auf, deren Zahnflankenwinkel A in der Heberichtung steiler ausgebildet ist als der Zahnflankenwin­ kel B in der Senkrichtung. In der Fig. 3 ist zu erkennen, daß der Winkel A zwischen einer Zahnflanke 11 und einer orthogonal zu der Drehachse 8 verlaufenden Achse kleiner ist als der Winkel B zwischen einer Zahnflanke 12 und einer orthogonal zu der Drehachse 8 verlaufenden Achse, so daß ein asymmetrischer Zahnflankenquerschnitt der Schnecke 6 vorliegt. Die Zahnflanke 11 überträgt dabei die Verstell­ kraft in Richtung Heben, während die Zahnflanke 12 die Verstellkraft in Richtung Senken überträgt.

Durch die dadurch realisierten verschiedenen Wirkungsgrade in der jeweiligen Verstellrichtung wird trotz der in Sen­ krichtung geringeren erforderlichen Verstellkraft eine gleichmäßige und mit gleicher Geräuschentwicklung verbunde­ ne Verstellbewegung erzeugt; gleiches gilt entsprechend bei einem Fensterheber oder bei einer Verstellung einer Sitzleh­ ne in oder entgegen der durch den Nutzer auf die Lehne ausgeübten Gewichtskraft. Auf diese Weise wird in beiden Verstellrichtungen von dem Motor die gleiche Leistung benötigt, um das zu verstellende Objekt zu bewegen.

Sofern die Steigung der Zahnflanken nicht konstant ist, also abweichend von der in Fig. 3 dargestellten Schnecke, ist es vorgesehen, daß die Kontur des Verzahnungselements auf der einen Seite im Durchschnitt eine größere Steigung aufweist als die Kontur auf der anderen Seite des Verzah­ nungselementes, so daß insgesamt auf der einen Zahnflanke eine größere Steigung vorherrscht als auf der anderen, auch wenn lokal gleiche Steigungen auftreten. Die im Durchschnitt größere Steigung, also der steilere Zahnflan­ kenwinkel, ist dabei in Richtung der Verstellbewegung ausgerichtet, in der die größeren Verstellkräfte aufge­ bracht werden müssen, beispielsweise in Richtung Heben bei einer Sitzhöhenverstellung oder einem Fensterheber oder zum Aufrichten einer Sitzlehne; der im Durchschnitt flachere Zahnflankenwinkel ist entsprechend in Richtung der Verstell­ bewegung ausgerichtet, in der geringere Verstellkräfte aufzubringen sind, beispielsweise beim Absenken der Fenster­ scheibe, eines Fahrzeugsitzes oder bei der Neigungsvergröße­ rung einer Sitzlehne.

Sofern die Angleichung der Wirkungsgrade durch die Ausge­ staltung der Winkel der Zahnflanken beziehungsweise durch die Ausgestaltung der Kontur des Verzahnungsquerschnittes allein nicht oder nicht ausreichend fein erfolgen kann, kann zusätzlich durch unterschiedliche Reibeigenschaften der Zahnflanken eine Ergänzung oder Feinabstimmung erfol­ gen, um den gewünschten Zweck zu erreichen.

Claims (10)

1. Antrieb für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen, mit einem Getriebe mit zumindest einem Verzahnungsele­ ment zur Übertragung der Verstellkraft über Getriebee­ lemente auf ein Verstellobjekt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzahnungselement (7, 14) wenigstens eines Ge­ triebeelementes (6, 13) einen asymmetrischen Zahnflan­ kenquerschnitt aufweist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des Zahnflankenquerschnittes auf der einen die Verstellkraft übertragenden Flanke im Durchschnitt eine größere Steigung aufweist als die andere Flanke.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Gegenverzahnung (7, 14) des Verzahnungse­ lements (14, 7) als gleitende und/oder abrollende Verzahnung ausgebildet ist.

4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen oder anderen Verstellrichtung auf die Getriebeelemente (6, 13) unterschiedliche Belastungen einwirken und daß der Zahnflankenwinkel (A) der die größere Belastung aufnehmenden Zahnflanke (11) steiler ausgebildet ist als der Zahnflankenwinkel (B) derjeni­ gen Zahnflanke (12), die die geringere Belastung aufnimmt.

5. Antrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe als Spindelge­ triebe oder als Schneckengetriebe ausgebildet ist.

6. Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe als Bewegungsgetriebe ausgebildet ist.

7. Antrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebeelement (6, 13) eine Trapezverzahnung aufweist.

8. Antrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verstellkraft übertragen­ den Zahnflanken in der einen Verstellrichtung einen anderen Reibbeiwert aufweisen, als die Zahnflanken in der anderen Verstellrichtung.

9. Antrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung als Sitzverstellung oder als Fensterheber ausgebildet ist.

10. Antrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe in Heberichtung einen besseren Wirkungs­ grad aufweist als in Senkrichtung.