DE102004013009A1

DE102004013009A1 - Antrieb für eine Verstelleinrichtung mit einem Schneckenrad, das eine Globoidverzahnung mit zylindrischen Anteil aufweist

Info

Publication number: DE102004013009A1
Application number: DE102004013009A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Wöhrle (FH); Andreas Dipl.-Ing. Vöckt (FH)
Original assignee: IMS Gear SE and Co KGaA
Current assignee: IMS Gear SE and Co KGaA
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: DE102004013009B4; CN100424380C; US8904895B2; US20050269478A1; CN1670401A

Abstract

Antrieb für eine Verstelleinrichtung mit einem Schneckenrad, das eine Globoidverzahnung mit einem mittigen, zylindrischen Anteil aufweist. Der Antrieb für eine Verstelleinrichtung, insbesondere eine Sitzverstelleinrichtung innerhalb eines Kraftfahrzeuges, verfügt über eine Spindel (5) und ein damit gekoppeltes Getriebe (9), das eine von einem Motor (2) antreibbare Antriebsschnecke (20) aufweist. Die Antriebsschnecke (20) steht mit einem Schneckenrad (40) in Eingriff. Die Verzahnung des Schneckenrades (40) verfügt über einen mittigen Abschnitt mit zylindrischer Verzahnung (Z), welcher beidseitig in eine globoidförmige Verzahnung (G) übergeht, derart, dass an den beiden Stirnseiten des Schneckenrades (40) mindestens eine geschlossene Ringfläche verbleibt. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines solchen Schneckenrades sieht einen Fräser (60) vor, der vertikal zur Achse (A) eines Schneckenradrohlings geführt wird. DOLLAR A Vorteile: DOLLAR A Einsparung von Anlaufscheiben, verbesserte Akustik, Drehmomentschwankungen und Vibrationen, einfache Herstellung, verbesserter Planlauf der Stirnflächen, über den Kopfkreis der Verzahnung hinausragende Lagerflächen möglich, keine Gratbildung an den Funktionsflächen und damit Einsparung eines separaten Entgratvorganges.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Verstelleinrichtung innerhalb eines Fahrzeuges, insbesondere eine Sitzverstelleinrichtung innerhalb eines Kraftfahrzeuges, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen eines Schneckenrades, wie es für einen solchen Antrieb Verwendung findet.

Ein bekannter Antrieb für Sitzverstelleinrichtungen ist in EP 1 068 093 B1 beschrieben. Der Antrieb ist in der dortigen und in der vorliegenden 1 dargestellt. Wie ersichtlich, ist eine Halteplatte 1, auf der der Sitz eines Kraftfahrzeuges zu befestigen ist, einer Oberschiene 3 zugeordnet. An der Halteplatte 1 sind Befestigungslaschen 10 für einen Motor 2 vorgesehen, so dass dieser fest mit der Halteplatte 1 und damit fest mit der Oberschiene 3 verbunden werden kann. Beidseitig am Motor 2 sind Antriebswellen 11 angeordnet. Hierzu können flexible Wellen verwendet werden. Diese Antriebswellen 11 stellen die Verbindung zu einem Getriebe 9 her, das in der EP 1 068 093 B1 ausführlich beschrieben ist. Dieses Getriebe 9 sitzt in einem U-förmigen Haltebügel 8 mit Befestigungslöchern 7, durch welche das Getriebe 9 an der Oberschiene 3 befestigt werden kann.

Die Oberschiene 3 gleitet direkt oder über nicht dargestellte Verstell- und/oder Lagerelemente auf einer am Fahrzeugboden des Kraftfahrzeuges festgelegten Unterschiene 4.

In Funktionslage der Oberschiene 3 und Unterschiene 4 werden diese durch ihre Berührungs- bzw. Lagerungsbereiche so gehalten, dass sich ein Hohlraum ergibt. Innerhalb dieses Hohlrau mes ist eine Gewindespindel 5 angeordnet. Diese Gewindespindel 5 wird zwischen Halterungen 6 aufgenommen, die auf der Unterschiene 4 fest angeordnet sind. Hierfür verfügen die Halterungen 6 über Befestigungslöcher, durch welche geeignete Schraubverbindungen oder ähnliche Befestigungsmittel ragen und an Befestigungslöchern 4a der Unterschiene 4 gehalten werden. Die Spindel 5 ist selbst über geeignete Befestigungsmuttern an den Halterungen 6 festgeschraubt.

In 2 ist das in 1 dargestellte Getriebe 9 in seinen Einzelheiten gezeigt. Das Getriebe 9 besteht aus einer Antriebsschnecke 20, die über eine äußere Verzahnung eines Schneckenrades 30 in Eingriff steht. Die Antriebsschnecke 20 ist über die Antriebswelle 11 mit dem Motor 2 verbunden. Das Schneckenrad 30 weist ein Innengewinde 32 auf, welches mit der Gewindespindel 5 in Eingriff gebracht werden kann. Wenn sich der Motor 2 dreht, überträgt er seine Bewegung über die Antriebswellen 11 auf die Antriebsschnecke 20. Diese übermittelt ihre Drehbewegung auf das Schneckenrad 30. Da die Gewindespindel bei dieser bekannten Antriebsanordnung drehfest in der Unterschiene 4 sitzt, muss das Getriebe 9 und damit die mit dieser verbundene Oberschiene 3 einschließlich des aufgebrachten Kraftfahrzeugsitzes eine Längsbewegung ausführen.

Wie aus 2 ersichtlich, ist das die Antriebsschnecke 20 und das Schneckenrad 30 aufweisende Getriebe 9 in einem Gehäuse angeordnet, das aus vier Gehäuseplatten 14 besteht. Dieses Gehäuse mit den Gehäuseplatten 14 ist in der u-förmigen Ausbuchtung des Haltebügels 8 platziert. Sowohl die Antriebsschnecke 20 als auch das Schneckenrad 30 weisen ringförmige Vorsprünge an ihren Stirnseiten auf, die mit dem Bezugszeichen 21 bzw. 31 bezeichnet sind. Diese ringförmigen Vorsprünge 21, 31 sind in entsprechenden Öffnungen der Gehäuseplatten 14 ge lagert. Hierfür weisen die einzelnen Gehäuseplatten 14 Lagerbohrungen bzw. Lagerbuchsen 14a auf. Für den Axialanlauf sitzen auf den erwähnten ringförmigen Vorsprüngen 31 des Schneckenrades 30 sogenannte Anlaufscheiben 16 und auf den ringförmigen Vorsprüngen 21 der Antriebsschnecke 20 Anlaufscheiben 18. Solche Anlaufscheiben 21, 31 sind insbesondere für das Schneckenrad 30 notwendig, weil bei der herkömmlichen zylinderförmigen Verzahnung eines solchen Schneckenrades 30 die Stirnflächen des Schneckenrades 30 unterbrochen sind. Die Anlaufscheiben 21, 31 dienen zur Verschleißreduktion benötigt.

Diese Problematik wird im Zusammenhang mit der vergrößerten Darstellung des Schneckenrades 30 in 3 besonders deutlich. Es ist in 3 das Schneckenrad 30 mit seiner zur Achse A des Schneckenrades 30 schräg verlaufenden zylindrischen Verzahnung 33 zu erkennen. Diese zylindrische Schrägverzahnung 33 weist schraublinienförmig verlaufende und durchgehende Zahnköpfe 34 und Zahnfüße 35 auf.

Die in 3 dargestellte, zylindrische Schrägverzahnung 33 des Schneckenrades 30 hat den Vorteil, dass der Verzahnungseingriff mit der Antriebsschnecke 20 unempfindlich gegenüber dem axialem Versatz der Spindelmutter, der sich durch die Montage, den Einzelteiltoleranzen und dem Verschleiß der Einzelteillagerung ergibt, ist.

Problematisch ist diese zylindrische Schrägverzahnung 33 jedoch insoweit, als – wie in 3 deutlich zu erkennen – die Stirnflächen des Schneckenrades 30 unterbrochen sind. Dies führt daher, dass sich die Zahnfüße 35 der Verzahnung bis zur Stirnfläche, an der die ringförmigen Vorsprünge 31 hervorragen, hinerstrecken. Um eine Beschädigung der mit den unterbrochenen Stirnflächen in Kontakt stehenden Lagerbuchsen einer seits zu vermeiden und andererseits eine optimale Lagerung des Schneckenrades 30 in den Lagerbuchsen 14a der Gehäuseplatten 14 zu gewährleisten, müssen die in 3 dargestellten Anlaufscheiben 16 über die ringförmigen Vorsprünge 31 geschoben und an die Stirnflächen des Schneckenrades 30 gelegt werden. Um zudem noch ein Verrutschen dieser Anlaufscheiben 16 in Umlaufrichtung zu vermeiden, haben diese regelmäßig Nasen 16a, die in die Verzahnungslücken der zylindrischen Schrägverzahnung 33 eingreifen.

Die Verwendung solcher Anlaufscheiben 16 hat jedoch verschiedene Nachteile. Als zusätzliche, notwendige Teile erhöhen sie den Herstell- und Montageaufwand eines solchen Getriebes. Darüber hinaus verursachen die Anlaufscheiben 16 ungewollte Geräusche. Bei Verwendung solcher Anlaufscheiben 16 ergeben sich nämlich Klappergeräusche bzw. Reibgeräusche, die durch die Koaxialitätsabweichung und Achsabstandstoleranzen zwischen Schneckenrad 30 und Anlaufscheibe 16 zwangsläufig bedingt sind. Außerdem wird das Axialspiel der Spindelmutter im Gehäuse durch die Summierung der Einzelteiltoleranzen vergrößert.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an.

Die Erfindung hat das Ziel, den erläuterten, bekannten Antrieb so weiterzubilden, dass weniger Bauteile notwendig sind und dadurch der Herstell- und Montageaufwand verringert ist sowie zugleich mit der neuen Lösung die bisher aufgetretenen Geräuschprobleme beseitigt sind.

Dieses Ziel wird durch einen Antrieb erreicht, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Ein solcher Antrieb zeichnet sich im Wesentlichen durch ein Schneckenrad aus, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verzahnung des Schneckenrades in axialer Richtung des Schneckenrades gesehen einen mittigen Abschnitt mit zylindrischer Verzahnung aufweist, welcher beidseitig in einer globoidförmige Verzahnung übergeht, derart, dass an beiden Stirnseiten des Schneckenrades mindestens eine geschlossene Ringfläche verbleibt.

Erfindungsgemäß wird also in dem Antrieb ein Schneckenrad mit einer Globoidverzahnung mit einem zylindrischen, vorzugsweise mittigen Anteil vorgeschlagen. Die Erfindung vereinigt die Vorteile einer zylindrischen Verzahnung, insbesondere einer zylindrischen Schrägverzahnung mit den Vorteilen einer herkömmlichen Globoidverzahnung dadurch, dass die Globoidverzahnung nicht im mittigen Bereich des Schneckenrades vorgesehen ist, sondern sich nur beidseitig von einem zylindrischen Anteil der Verzahnung fortsetzt. Damit sind die Nachteile einer herkömmlichen Globoidverzahnung bei dem erfindungsgemäßen Schneckenrad vermieden.

Der Antrieb mit einem erfindungsgemäß gestalteten Schneckenrad hat folgende Vorteile:

– Der Verzahnungseingriff ist unempfindlich gegenüber dem axialem Versatz der Spindelmutter, der sich durch die Montage, den Einzelteiltoleranzen und dem Verschleiß der Einzelteillagerung ergibt,
– die Verzahnung verhält sich hinsichtlich Akustik, Drehmomentschwankungen und Vibrationen deutlich günstiger im Vergleich zur reinen Globoidverzahnung,
– es ist keine unterbrochene Stirnfläche vorhanden, sondern eine durchgehende Ringfläche an den Stirnseiten des Schneckenrades, wodurch Anlaufscheiben entbehrlich sind, und
– ein Großteil der Stirnflächen des Schneckenrades kann als Anlauffläche genutzt werden.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Antriebs sind Gegenstand der auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.

Ein Schneckenrad, wie es in dem erfindungsgemäßen Antrieb vorgesehen ist, lässt sich mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 14 in einfacher Weise herstellen. Dabei werden folgende Verfahrensschritt verwendet:

a) Bereitstellen eines Schneckenradrohlings
b) Bereitstellung eines rotierenden Wälzfräsers (60), welcher zur Achse (A) des Schneckenradrohlings um einen bestimmten Winkel schräg versetzt ist,
c) Vertikales Eintauchen des Fräsers (60) orthogonal zur Achse (A) in den Schneckenradrohling um eine vorgegebene Tiefe und Längsbewegung des Fräsers (60) um einen vorgegebenen Weg (L) zur Erzielung der Zahnlücke (45) der Verzahnung,
d) Herausfahren des Fräsers (60) aus der erzeugten Zahnlücke (45),

Üblicherweise werden zylindrische Schrägverzahnungen so gefräst, dass der Fräser axial über die gesamte Verzahnungsbreite verfahren wird. Das erfindungsgemäße Herstellverfahren sieht eine Radialfräsung vor, bei der nur der zylindrische Anteil L axial verfahren wird. Damit können die Schneckenräder schneller und kostengünstiger hergestellt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit weiteren Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 den bereits erläuterten Antrieb nach dem bekannten Stand der Technik mit einem auf einer Spindel längs verfahrbaren Getriebe,
2 das bereits erläuterte Getriebe von 1 in Explosionsdarstellung mit Antriebsschnecke und Schneckenrad,
3 das bereits erläuterte Schneckenrad von 2 samt Anlaufscheiben in vergrößerter Darstellung,
4 ein Beispiel für ein Schneckenrad, wie es bei einem erfindungsgemäßen Antrieb eingesetzt ist mit vorzugsweise mittiger, zylindrischer Schrägverzahnung, von der sich beidseitig eine Globoidverzahnung wegerstreckt, in perspektivischer Darstellung,
5 das in 4 dargestellte Schneckenrad in Seitenansicht,
6 das Schneckenrad von 5 und 6 in Schnittansicht,
7 das Schneckenrad der 4 bis 6 auf eine Spindel 5 montiert in perspektivischer Darstellung,
8 eine Darstellung zur Erläuterung der Herstellung eines Schneckenrades gemäß den 4 bis 7 mit einem Fräser, und
In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.

1: Halteplatte
2: Motor
3: Oberschiene, Element
4: Unterschiene, Element
5: Spindel
6: Halterung
7: Befestigungslöcher
8: Haltebügel
9: Getriebe
10: Befestigungslaschen
11: Antriebswellen
14: Gehäuseplatten
14a: Lagerbuchsen
16: Anlaufscheiben
16a: Nasen
18: Anlaufscheiben
20: Antriebsschnecke
21: ringförmiger Vorsprung
30: Schneckenrad
31: ringförmige Vorsprung
33: zylindrische Schrägverzahnung
34: Zahnkopf
35: Zahnfuß
40: Schneckenrad
41: ringförmiger Vorsprung
43: Zahnkopf
45: Zahnfuß
47: Innengewinde
60: Fräser
70: Zahnstange
72: Schnecke
A: Achse
F: Ringfläche
G: globoidförmige Verzahnung
L: weg
Z: zylindrische Verzahnung
R: Randbereich
T: Eintauchtiefe

Claims

Antrieb für eine Verstelleinrichtung innerhalb eines Fahrzeuges mit einer Spindel (5) die an einem von zwei relativ zueinander verstellbaren Elementen (3, 4) festgelegt ist, und mit einem vom einem Motor (2) antreibbaren Getriebe (9), das am zweiten Element (4) angeordnet ist, wobei das Getriebe (9) eine vom Motor (2) antreibbare Antriebsschnecke (20) aufweist, welche mit einem an die Spindel (5) gekoppelten Schneckenrad (40) in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung des Schneckenrades (40) in axialer Richtung des Schneckenrades (9) gesehen einen umlaufenden Abschnitt mit zylindrischer Verzahnung (Z) aufweist, welcher beidseitig in eine globoidförmige Verzahnung (G) übergeht, derart, dass an beiden Stirnseiten des Schneckenrades (40) mindestens eine geschlossene Ringfläche (F) verbleibt.
Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt mit zylindrischer Verzahnung mittig bezogen auf eine Längsachse des Schneckenrades angeordnet ist.
Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckenrad (9) die zylindrische Verzahnung (Z) und randseitige globoidförmige Verzahnung (G) als schräg zur Achse (A) des Schneckenrades (9) liegende Verzahnungsschlitze aufweist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Ringfläche (F) an den Stirnseiten des Schneckenrades (40) bis zum Außendurchmesser des Schneckenrades (40) heranreicht.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Ringfläche (F) an den Stirnseiten des Schneckenrades (40) eine Höhe hat, die zwischen Zahnfuß (45) und Zahnkopf (43) der Verzahnung des Schneckenrades (40) liegt.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringfläche (F) an den Stirnseiten des Schneckenrades (40) mindestens annähernd so groß wie Lagerbuchsen (14a) eines das Getriebe (9) aufnehmenden Gehäuses (14) ist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zylindrische Verzahnung (Z) in Axialrichtung des Schneckenrades (40) gesehen über vorzugsweise der Summe aus Axialspiel, zweifachem Achsversatz und zweifachem zu erwartendem Verschleiß der Einzelteile in Axialrichtung erstreckt.
Antrieb nach einem der Ansprüche von 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkopf (43) im Bereich der zylindrischen Verzahnung (Z) – bezogen auf die Achse (A) des Schneckenrades (40) – im Vergleich zum Zahnkopf (43) im Bereich der globoidförmigen Verzahnung (G) des Schneckenrades (40) vertieft liegt.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnfußgrund in den Zahnlücken (45) einen mittigen, geraden Anteil aufweist, von dem sich beidseitig jeweils Kreisbogenabschnitte wegerstrecken.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckenrad (40) ein Innengewinde (47) aufweist, welches mit der Spindel (5) in Eingriff steht.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (5) feststehend und das Schneckenrad (40) auf der Spindel (5) drehbar angeordnet ist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckenrad (40) als ein gefrästes Metallteil ausgebildet ist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckenrad (40) an seinen beidseitigen Stirnseiten einstückig angeformte, ringförmige Vorsprünge (41) aufweist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung eine Sitzverstelleinrichtung für einen Kraftfahrzeugsitz ist.
Verfahren zum Herstellen eines Schneckenrades(40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Bereitstellen eines Schneckenradrohlings b) Bereitstellung eines rotierenden Wälzfräsers (60), welcher zur Achse (A) des Schneckenradrohlings um einen bestimmten Winkel schräg versetzt ist, c) Vertikales Eintauchen des Fräsers (60) orthogonal zur Achse (A) in den Schneckenradrohling um eine vorgegebene Tiefe und Längsbewegung des Fräsers (60) um einen vorgegebenen Weg (L) zur Erzielung der Zahnlücke (45) der Verzahnung, d) Herausfahren des Fräsers (60) aus der erzeugten Zahnlücke (45).
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α etwa 5° bis etwa 20° beträgt.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Weg (L) etwa 0,5 mm bis etwa 2 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Fräser (60) ein Wälzfräser verwendet wird.