DE102004028610A1

DE102004028610A1 - Getriebe-Antriebseinheit mit einem Schneckenrad

Info

Publication number: DE102004028610A1
Application number: DE102004028610A
Authority: DE
Inventors: Robert Heitz; Susanne Albrecht
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-12
Filing date: 2004-06-12
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2024-06-13
Also published as: FR2871540A1; KR101154208B1; KR20060046410A; FR2871540B1; DE102004028610B4

Abstract

Getriebe-Antriebseinheit (10), insbesondere zum Verstellen von beweglichen Teilen im Kraftfahrzeug, mit einem von einer Schnecke (18) angetriebenen Schneckenzahnrad (12), das einen zentralen axialen Fortsatz (24) aufweist, und mit einem metallenen Abtriebsritzel (34), das eine Innenverzahnung (32) aufweist und mit dem Schneckenzahnrad (12) wirkverbunden ist, wobei der axiale Fortsatz (24) eine mittels Kunststoff-Spritzgussverfahren angeformte Außenverzahnung (30) aufweist, in die die Innenverzahnung (32) des Abtriebsritzels (34) direkt eingreift.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebe-Antriebseinheit, insbesondere zum Verstellen von beweglichen Teilen im Kraftfahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.

Mit der DE 198 04 502 A1 ist eine Antriebseinheit bekannt geworden, bei der ein Elektromotor über eine Getriebestufe, beispielsweise ein Schneckengetriebe ein Zahnrad mit einem axialen Fortsatz antreibt. Das Zahnrad ist drehfest mit einer Welle, – üblicherweise aus Metall gefertigt – verbunden, die an ihrem Ende eine Kerbverzahnung aufweist, auf die ein Abtriebsritzel axial aufgeschoben ist. Das Abtriebsritzel ist mittels einer Federscheibe axial gesichert, so dass das Stirnrad axial an den Schultern der Klemmscheibe einerseits und des Gehäuse andererseits anliegt. Um die durch Reibkraft erzeugte Klemmwirkung an der Welle zu stärken, weist die Welle umlaufende Rillen auf, in die der Innenrand der Federscheibe mit einer Kante eingreift. Das Drehmoment vom Zahnrad auf das Abtriebsritzel wird hierbei mittels einer gewöhnlichen Kerbverzahnung von der metallenen Welle übertragen, die relativ kostenintensiv zu fertigen ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Getriebe-Antriebseinheit mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch das Anformen einer Außenverzahnung auf dem axialen Fortsatz des Schneckenrads das Abtriebsritzel direkt mit dem Schneckenrad gekoppelt ist. Dadurch entfällt die relativ teure Fertigung einer Stahlwelle mit der spanenden Anformung einer Kerbverzahnung und der Rillen für das Klemmelement. Das Schneckenrad mit dem axialen Fortsatz und der angeformten Außenverzahnung kann in einfacher, kostengünstiger Weise in einem Arbeitsgang mittels des Spritzguss-Verfahren hergestellt werden. Durch den Wegfall der Stahlwelle entfällt gleichzeitig ein zusätzlicher Montageschritt, da die Anzahl der Bauteile reduziert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Dadurch, dass das Schneckenrad mit dem axialen Fortsatz nicht formschlüssig auf einer Stahlwelle gelagert ist entsteht im Innern des axialen Fortsatzes auch nach dessen Montage ein Hohlraum, wodurch das Gesamtgewicht des Antriebs reduziert wird. Außerdem kann die Innenfläche des radialen Fortsatzes beliebig geformt sein, und deshalb kostengünstig dem verwendeten Kunststoff-Spritzgussverfahren angepasst werden.

Durch die einteilige Fertigung des Schneckenrads mit dem axialen Fortsatz und der Außenverzahnung für das Abtriebsritzel, kann das Schneckenrad kostengünstig im Bereich des axialen Fortsatzes in einer entsprechenden Ausformung des Gehäuses gelagert werden. Hierzu bildet die Hohlwelle des axialen Fortsatzes eine entsprechende Oberfläche, deren Material für die Kombination mit dem Material der Gehäusebuchse optimiert werden kann.

Durch die Ausbildung des axialen Fortsatzes als Hohlwelle, kann die Formgebung der Innenwand bezüglich deren Stabilität und deren Herstellungsverfahren optimiert werden. Besonders günstig ist dabei eine konische Verjüngung des inneren Hohlraums, da hierbei die Kräfte bei verminderter Scherbelastung aufgenommen werden können. Eine solche Form ist mittels Spritzguss-Verfahren sehr kostengünstig herzustellen.

Zur axialen Fixierung des Abtriebsritzel ist am axialen Fortsatz an dem dem Schneckenrad gegenüberliegenden Ende ein zylindrischer Endbereich angeformt, der eine Spannscheibe aufnimmt. Die Spannscheibe presst das Abtriebsritzel gegen eine Schulter des axialen Fortsatzes und/oder des Gehäuses, so dass mit wenigen Bauteilen eine zuverlässige axiale Lagerung des Abtriebsritzel geschaffen ist.

Vorteilhafterweise ist der Endbereich des axialen Fortsatzes aus Kunststoff mit einer glatten radialen Oberfläche ausgebildet, so dass sich das Klemmelement ohne Abstufung axial auf den Endbereich aufschieben lässt, um ein Axialspiel des Abtriebsritzes zu eliminieren. Wird für das Spannelement ein hartes Material, beispielsweise Federstahl verwendet, greift dieses in die weichere Oberfläche des Endbereichs ein, um sich axial gegenüber dem Abtriebsritzel abzustützen.

Soll die Getriebe-Antriebseinheit beispielsweise für Notfälle auch von Hand antreibbar sein, kann auf der dem Endbereich gegenüberliegenden Seite des Schneckenrads formschlüssig ein Einsatz eingepresst werden. Dieser Einsatz weist beispielsweise einen Innensechskant auf, der durch das Gehäuse frei zugänglich ist, um gegebenenfalls einen Sechskantschlüssel einzustecken. Ein solcher Einsatz kann kostengünstig mittels Guss- oder Sinterverfahren hergestellt werden, kann aber optional auch weggelassen werden, ohne dass dadurch konstruktive Änderungen am Schneckenrad oder Gehäuse notwendig sind.

Von Vorteil ist es, wenn das Abtriebsritzel eine schräg verzahnte äußere Abtriebsverzahnung aufweist, die direkt beispielsweise in zwei parallel angeordnete Steigwendeln einer Schiebedach-Verstellvorrichtung einschiebbar ist. Dadurch entfallen weitere Getriebebauteile und die Steigwendeln können beispielsweise direkt in entsprechenden Ausformungen im Gehäuse der Getriebe-Antriebseinheit geführt werden.

Um das Drehmoment zuverlässig von dem axialen Fortsatz aus Kunststoff auf das metallene Abtriebsritzel zu übertragen, weist die Kunststoff-Metallverzahnung eine spezielle Form auf, bei der eine harmonische, spannungsfreie Momentübertragung zwischen der Außenverzahnung des Schneckenrads und der Innenverzahnung des Abtriebsritzel gewährleistet ist. Dabei kann die Profilverschiebung, die Zahnfuß- und Zahnkopfhöhe derart gewählt werden, dass die Zähne des weicheren Kunststoff-Materials breiter ausgebildet sind als die Zähne des härteren Metalls des Abtriebsritzels. Durch eine solche Ausformung der Evolventenverzahnung können für die erfindungsgemäße Materialkombination größere Kräfte übertragen werden, als bei einer Normalverzahnung.

Zeichnungen
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Getriebe-Antriebseinheit dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Getriebe-Antriebseinheit,
2 eine Draufsicht in Axialrichtung gemäss II und
3 einen Querschnitt gemäss der Linie III-III der 1,
4 einen Längsschnitt einer weiteren Getriebe-Antriebseinheit und
5 einen Querschnitt gemäss der Linie V-V der 4.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein Längsschnitt durch eine Getriebe-Antriebseinheit 10 dargestellt, bei der ein Schneckenzahnrad 12 drehbar in einem Gehäuse 14 gelagert ist. Das Schneckenzahnrad 12 weist eine Schneckenradverzahnung 16 auf, die mit einer Schnecke 18 kämmt, die drehfest auf einer Ankerwelle 20 eines Elektromotors 22 angeordnet ist. Das Schneckenzahnrad 12 ist als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet und weist in seiner Mitte einen zylinderförmigen, axialen Fortsatz 24 auf, der sich axial durch das Gehäuse 14 erstreckt und aus diesem herausragt. Der axiale Fortsatz 24 ist als Hohlwelle mit einer äußeren Oberfläche 26 ausgebildet, die als radiale Lagerfläche des Schneckenzahnrads 12 mit einer Lageraufnahme 28 des Gehäuses 14 zusammenwirkt. Im Bereich des axialen Fortsatzes 24, der aus dem Gehäuse 14 ragt, ist eine radiale Außenverzahnung 30 angeformt, in die eine korrespondierende Innenverzahnung 32 eines Abtriebsritzels 34 greift. Hierzu ist das Abtriebsritzel 34 nach der Montage des Schneckenzahnrads 12 in das Gehäuse 14 axial auf die Außenverzahnung 30 aufschiebbar und wird mittels eines Klemmelements 36 axial gesichert. Hierzu weist der radiale Fortsatz 24 an dem der Schneckenradverzahnung 16 gegenüberliegenden Ende eine zylindrischen Endbereich 38 auf, auf den ein als Spannring 37 ausgebildetes Klemmelement 36 angeordnet ist. Das Klemmelement 36 weist einen radialen äußeren Bereich 40 auf, der sich an einer Stirnseite 42 des Abtriebselements 34 abstützt. Mit einer Innenkante 44 greift das Klemmelement 36 in die radiale Oberfläche 46 des zylindrischen Endbereichs 38, um das Abtriebsritzel 34 vibrationssicher gegen einen axialen Bund 48 des Gehäuses 14 zu pressen. In einer alternativen Ausführung wird das Abtriebsritzel 34 direkt gegen einen Bund 49 des axialen Fortsatzes 24 verspannt, wobei dann das Schneckenzahnrad 12 mit einem gewissen axialen Grundspiel im Gehäuse 14 gelagert ist.
Die Oberfläche 46 des zylindrischen Endbereichs 38 ist im Ausführungsbeispiel glatt ausgebildet, so dass das Klemmelement 36 stufenlos auf den zylindrischen Endbereich 38 aufgeschoben werden kann. Da das Klemmeelement 36 aus einem härteren Material, beispielsweise Metall gefertigt ist, als das Kunststoff-Material des Schneckenzahnrads 12, gräbt sich die Innenkante 44 des Federelements 36 bei dessen Montage leicht in die Oberfläche 46 des Endbereichs 38 ein. Das Abtriebsritzel 34 weist eine Abtriebsverzahnung 50 auf, die geeignet ist, direkt in Steigwendeln 52 einzugreifen, die in Ausformungen 54 im Gehäuse 14 gelagert sind. Da die Steigwendeln 52 bevorzugt eine spiralförmige Wendelverzahnung aufweisen, ist die Abtriebsverzahnung 50 bevorzugt als Schrägverzahnung 51 ausgebildet. Zur Führung der Steigwendeln 52 weist das Gehäuse 14 die Ausformungen 54 auf, so dass das Abtriebsritzel 34 ohne weitere Getriebeelemente direkt in zwei gegenüberliegende Steigwendeln 52 eingreifen kann. Die Steigwendeln 52 sind beispielsweise als Teil einer Schiebedach-Verstellvorrichtung ausgebildet, so dass die Getriebe-Antriebseinheit 10 mittels Verbindungselementen 56, die in entsprechenden Aufnahmen 58 des Gehäuses 14 aufgenommen werden, an der Karosserie des Kraftfahrzeugs befestigt werden kann. Der axiale Fortsatz 24 ist einstückig mit der Schneckenradverzahnung 16 und der Außenverzahnung 30 ausgebildet. Die Innenwand 60 des axialen Fortsatzes 24 ist wie in 1 dargestellt, abgestuft, oder aber vorzugsweise mit fließenden Übergängen hin zum Endbereich 38 ausgebildet. Dabei bildet der Fortsatz 24 eine Hohlwelle, die auch in fertig montiertem Zustand im Innern eine Hohlraum 62 aufweist. Gegenüberliegend zu dem Endbereich 38 des Fortsatzes 24 ist in das Schneckenzahnrad 12 in 1 ein Einsatz 64 eingepresst, der einen Innensechskant 66 aufweist, in den ein Sechskantschlüssel durch eine Öffnung 68 des Gehäuses 14 in den Innensechskant 66 einführbar ist.
In 2 ist eine Draufsicht in Richtung II auf den eingefügten Einsatz 64 dargestellt. Der Einsatz 64 ist beispielsweise als metallisches Sinter-Bauteil hergestellt, in dessen äußerer Stirnfläche 71 der Innenvielkant 66 ausgeformt ist. Der Einsatz 64 weist hier beispielsweise zwei äußere radiale Stege 70 auf, die in entsprechende Aussparungen 72 des Schneckenzahnrads 12 greifen. Durch die Bildung eines solchen Formschlusses 74 zwischen dem Einsatz 64 und dem Schneckenzahnrad 12 kann bei einem sogenannten Notbetrieb ein Drehmoment von Hand aufgebracht werden und auf das Schneckenzahnrad 12 übertragen werden. Um den Einsatz 64 axial innerhalb des Schneckenzahnrads 12 zu fixieren sind am Einsatz 64 und/oder der Innenwand 60 radiale Verdickungen 76 angeformt, um den Einsatz 64 im Zahnrad 12 zu verspannen.
In 3 ist ein Schnitt gemäss der Linie III-III durch das auf den axialen Fortsatz 24 montierte Abtriebsritzel 34 dargestellt. Auf dem axialen Fortsatz 24 aus Kunststoff ist einstückig die Außenverzahnung 30 angeformt, deren Zähne 31 breiter ausgebildet sind, als die Zähne 33 der Innenverzahnung 32. In die Außenverzahnung 30 ist das als metallenes Sinterbauteil ausgebildete Abtriebsritzel 34 mit der korrespondierenden Innenverzahnung 32 axial eingefügt. Zur Drehmomentübertragung von dem Kunststoffbauteil 24 auf das metallene Abtriebsritzel 34 ist eine spezielle Formgebung der Verzahnungen 30, 32 verwendet, die deutlich von einer Normalverzahnung abweicht, wie sie beispielsweise bei einer Metallwelle-Metallritzel-Verbindung standardmäßig verwendet wird.
4 zeigt eine Variation der Antriebseinheit 10 nach 1 bei der der axiale Fortsatz 24 zum Ende 38 hin konisch verjüngt. Dabei weist der Fortsatz 24 einen fließenden Übergang 61 von einem größeren Durchmesser im Bereich der Lageraufnahme 28 hin zu einem kleineren Durchmesser im Bereich der Außenverzahnung 30 auf. Die Innenwand 60 des als Hohlwelle ausgebildeten axialen Fortsatzes 24 verjüngt sich dabei ebenfalls konisch, wodurch das Teil sehr günstig als Spritzgussteil gefertigt ist. Die Außenverzahnung 30 ist einstückig mit dem Schneckenzahnrad 12 ausgebildet und nimmt das Abtriebsritzel 34 mit seiner Innenverzahnung 32 auf. Zum Axialspielausgleich wird das Abtriebsritzel 34 axial gegen den axialen Bund 48 des Gehäuses 14 gepresst und mit dem Klemmelement 36 verspannt.
In 5 ist ein Querschnitt durch die Antriebseinheit 10 gemäß V-V dargestellt, wobei die Außenverzahnung 30 und die Innenverzahnung 32 breitere Zähne 31, 33 aufweisen, als bei einer Normalverzahnung. Die Evolventenverzahnungen 30, 32 weisen dabei sehr harmonische Übergänge 35 zwischen den Zähnen 31, 33 auf, so dass ein spannungsarmer Zahneingriff mit hoher Zahnfestigkeit realisiert ist. Dadurch lassen sich hohe Momente direkt von Schneckenzahnrad 12 aus Kunststoff auf das Abtriebsritzel 34 aus Sintermaterial übertragen.
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die konkrete Ausgestaltung des Schneckenzahnrads 12, des axialen Fortsatzes 24 des Einsatzes 64 und dem Gehäuse 14 variiert werden, wobei erfindungswesentlich ist, dass das Antriebsmoment direkt vom Schneckenzahnrad 12 auf das Abtriebsritzel 34 übertragen wird. Hierzu kann die Verzahnung 30, 32 zwischen dem Kunststoff und Metall dem auftretenden Antriebsmomenten angepasst werden. Die Getriebe-Antriebseinheit 10 eignet sich besonders für den motorischen Antrieb eines Schiebedachs im Kraftfahrzeug, kann aber auch für beliebige andere Verstellvorrichtungen verwendet werden.

Claims

Getriebe-Antriebseinheit (10), insbesondere zum Verstellen von beweglichen Teilen im Kraftfahrzeug, mit einem von einer Schnecke (18) angetriebenen Schneckenzahnrad (12), das einen zentralen axial Fortsatz (24) aufweist, und einem metallenem Abtriebsritzel (34), das eine Innenverzahnung (32) aufweist und mit dem Schneckenzahnrad (12) wirkverbundenen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Fortsatz (24) eine mittels Kunststoff-Spritzgussverfahren angeformte Außenverzahnung (30) aufweist, in die die Innenverzahnung (32) des Abtriebsritzels (34) direkt eingreift.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Fortsatz (24) in montiertem Zustand im Inneren einen Hohlraum (62) aufweist, und insbesondere nicht auf einer Metallwelle angeordnet ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Fortsatz (24) als Hohlwelle einteilig mit dem Schneckenrad (12) ausgebildet ist, und eine äußere radiale Oberfläche (26) aufweist, mit der der axiale Fortsatz (24) drehbar in einem Gehäuse (14) aus Kunststoff gelagert ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Fortsatz (24) eine zylindermantelförmige Innenwand (60) aufweist, die sich konisch verjüngt.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Fortsatz (24) axial neben der Außenverzahnung (30) einen zylindrischen Endbereich (38) zur Aufnahme eines Klemmelements (36, 37) aufweist, mittels dessen das Abtriebsritzel (34) axial gegen eine Schulter (48, 49) des Gehäuses (14) und/oder des axialen Fortsatzes (24) gespannt ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endbereich (38) eine glatte Kunststoffoberfläche (46) aufweist, auf die das Klemmelement (36, 37) bei der Montage stufenlos aufschiebbar ist, bevor sich das insbesondere metallene Klemmelement (36, 37) in der Oberfläche (46) des Endbereichs (38) festkrallt.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Schneckenzahnrad (12) ein Einsatz (64) mit einem Innenvielkant (66) axial einfügbar ist, wobei der Einsatz (64) mit dem Schneckenzahnrad (12) einen Formschluss (74) zur Drehmomentübertragung bildet.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsritzel (34) eine schrägverzahnte Abtriebsverzahnung (50, 51) aufweist, die in mindestens eine Steigwendel (52) – insbesondere einer Schiebedach-Verstellvorrichtung – eingreifbar ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) Ausformungen (54) aufweist, in denen die mindestens eine Steigwendel (52) zum Eingriff in die Abtriebsverzahnung (50, 51) geführt ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (30) des axialen Fortsatzes (24) mit der Innenverzahnung (32) des Abtriebsritzels (34) eine Kunststoff-Metall-Sonderverzahnung aufweist, bei der insbesondere die Zähne (31) der Außenverzahnung (30) breiter ausgebildet sind, als die Zähne (33) der Innenverzahnung (32).