DE102004049994B3

DE102004049994B3 - Getriebestufe für einen Fahrzeugsitz

Info

Publication number: DE102004049994B3
Application number: DE102004049994A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. Bossmanns; Michael Berres; Karsten Kalmus; Rolf Schüler
Original assignee: Keiper GmbH and Co
Current assignee: Johnson Controls Components GmbH and Co KG
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-10-15
Also published as: US7467827B2; WO2006042616A2; JP2008516826A; EP1799498A2; US20070205647A1; CN100584655C; CN101076464A; WO2006042616A3; KR20070063522A

Abstract

Bei einer Getriebestufe (14) für einen Fahrzeugsitz, insbesondere für einen Kraftfahrzeugsitz, mit einer Antriebswelle (16) und einer Abtriebswelle (18), wobei die Getriebestufe (14) die Drehzahl der Antriebswelle (16) in einer geringeren Drehzahl der Abtriebswelle (18) untersetzt, weist die Getriebestufe (14) wenigstens eine Getriebekugelreihe (24) auf, an welcher wenigstens eine, insbesondere zwei Antriebsflächen (22), der Antriebswelle (16), wenigstens eine Abtriebsfläche (26) der Abtriebswelle (18) und wenigstens eine Gehäusefläche (28) eines Gehäuses (32) tangential anliegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebestufe für einen Fahrzeugsitz mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.

Derartige, durch Benutzung bekannte Getriebestufen werden für motorisch einstellbare Fahrzeugsitze eingesetzt, um durch Einstellen einzelner Komponenten relativ zueinander eine für den Insassen optimale Sitzposition zu erreichen, wobei die von einem Motor angetriebene Getriebestufe mittels Zahnräder von unterschiedlichem Durchmesser die Drehzahl herabgesetzt und zugleich das abgegebene Drehmoment erhöht. In der WO 01/04512 A1 ist beispielsweise eine derartige, mehrstufige Stirnradgestriebestufe beschrieben. Die DE 196 55 146 C2 zeigt einen längs- und neigungseinstellbaren Fahrzeugsitz, bei dem als Getriebestufen mehrere kugelgelagerte Spindeln und Spindelmuttern vorgesehen sind. Bei einer manuell angetriebenen Getriebestufe kann, wie beispielsweise in der EP 1 128 979 B1 beschrieben, mittels einer Klinke und eines schaltbaren Klemmrollen-Freilaufs die Drehung der Abtriebswelle unabhängig von der Antriebsbewegung immer in die gleiche Richtung erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Getriebestufe der eingangs genannten Art zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Getriebestufe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dadurch, dass die Getriebestufe wenigstens eine Getriebekugelreihe aufweist, an welcher wenigstens eine, insbesondere zwei Antriebsflächen der Antriebswelle, wenigstens eine Abtriebsfläche der Abtriebswelle und wenigstens eine Gehäusefläche eines Gehäuses tangential anliegen, steht eine geräuscharme, einstufige Getriebeanordnung mit hoher Übersetzung bei geringem Bauraumbedarf zur Verfügung. Die Getriebestufe ist vorzugsweise als ein konzentrisch radialsymmetrisches Hohlwellengetriebe aufgebaut, wobei fehlende Unwuchten und fehlende Exzenterbewegungen der Geräuscharmut zugute kommen. Die Kugeln der Getriebe kugelreihe, welche auch durch gleichwirkende Wälzkörper ersetzt werden können, sorgen für den geräuscharmen Lauf. Durch die Verwendung identischer Kugeln entfällt der Sortier- und Lageraufwand bei der Montage. Die Anordnung der Kugeln ermöglicht es, daß sich alle Kugeln unter Vermeidung von Schiefstellung und erhöhter Reibung abstützen. An den Kontaktstellen der Kugeln entsteht eine sehr kleine Bohrreibung, die deutlich kleiner ist als die Gleitreibung von Zylinderrollen mit Mikroschlupf. Aus diesem Grund sind flache Neigungen der Kontaktflächen bevorzugt, wobei daraus eine verringerte Bohrbewegung der Kugeln und damit ein sehr hoher Wirkungsgrad folgt. Die Schmiegungs- und Flächenpressungsbedingungen sind ähnlich wie in Schrägkugellagern oder Vierpunktlagern.

Die Getriebekugelreihe wird von drei unterschiedlich zueinander drehenden Bauteilen mit vorzugsweise vier Anpressflächen angepresst, wobei ein Bauteil zwei Anpressflächen besitzt, d.h. eine Nut. Das Bauteil mit den zwei Anpressflächen bestimmt jeweils über die beiden Kontaktstellen das Geschwindigkeitsprofil der wälzenden Kugel. Daher verlaufen die Antriebsflächen, die Abtriebsfläche und die Gehäusefläche an den Kontaktstellen mit der Getriebekugelreihe vorzugsweise schräg geneigt zu einer senkrecht zur Antriebswelle stehenden Ebene, wobei die beiden Antriebsflächen jeweils im gleichen Winkel zur Ebene verlaufen, d.h. spiegelsymmetrisch zueinander bezüglich dieser Ebene angeordnet sind.

Eine bevorzugte Abweichung des Neigungswinkels einer der vier Flächen von den anderen ergibt einen anderen effektiven Radius für die Drehbewegung des zugeordneten Bauteils, woraus eine Drehzahldifferenz folgt. Die Differenz der Winkel ist betragsmäßig vorzugsweise sehr klein gegenüber der Summe der Winkel, so daß sich mit diesem Kugelwälzdifferenzdrehzahlgetriebe eine große Untersetzung ergibt, d.h. eine großes Verhältnis zwischen Antriebsdrehzahl und Antriebsdrehzahl. Die Antriebswelle ist vorzugsweise radial innen abgeordnet, so daß der außen liegende Abtrieb bei kompaktem Bauraum ein hohes Drehmoment übertragen kann.

Das Gehäuse bleibt relativ zur Antriebswelle und zur Abtriebswelle vorzugsweise in Ruhe und dient zugleich zur Lagerung der beiden. Ein Kugelkäfig oder Steg zur gesonderten Lagerung der Kugeln ist zwar nicht ausgeschlossen, zur Meidung der zugehörigen Reibungsverluste aber weniger bevorzugt. Vorzugsweise ist ein Spannlager, beispielsweise ein Schrägkugellager, Kegelrollenlager, Axialpendelrollenlager, eine Kombination eines klassischen Axial- und Radiallagers oder eines Gleitlagers, zwischen dem Gehäuse und einem der Abtriebswelle zugeordneten Träger axial wirksam. Mittels des Spannlagers ist es unter Verwendung eines elastischen Elementes, beispielsweise einer Tellerfeder, ein anderes Bauteils aus Federstahl oder einer integrierten elastischen Wand, möglich, die steif ausgebildeten Wellen, Außenringe und Kugeln gleichzeitig gezielt und bezüglich des Kräftegleichgewichts ausgewogen vorzuspannen. Antriebswelle und Abtriebswelle lassen sich relativ zum Gehäuse nur drehen, aber nicht verschieben oder kippen.

Das durch die Getriebekugelreihe vorgegebene Getriebelager und das Spannlager, welche axial und/oder radial versetzt zu einander oder geschachtelt angeordnet sein können, um kleine Durchmesser oder kurze Baulängen zu erreichen, können sehr dicht beieinander liegen, um eine kompakte Lagereinheit zu bilden, oder sehr weit auseinander, um den Stützabstand zu vergrößern. In letzterem Fall können auch Bauteile eines antreibenden Motors im Zwischenraum angeordnet werden.

Zusätzlich zu dem durch die Getriebekugelreihe vorgegebenen Getriebelager und dem Spannlager ist noch ein weiteres Stützlager möglich, das die Wirkung des Getriebelagers bezüglich der Verkippsicherheit der Antriebswelle unterstützt. Dieses reine Radiallager bewirkt eine Überbestimmung des Getriebelagers und sollte daher präzise zu diesem ausgerichtet sein.

Die Getriebestufe wird bevorzugt in einer Antriebseinheit eines Fahrzeugsitz-Einstellers eingesetzt, besonders bevorzugt für einen Getriebebeschlag zur Neigungseinstellung einer Lehne des Fahrzeugsitzes relativ zu einem Sitzteil, wobei die An triebseinheit zusätzlich noch einen Motor aufweist. Es sind aber auch andere Einsatzzwecke möglich.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels mit verschiedenen Varianten näher erläutert. Es zeigen
1 eine Prinzipskizze des Ausführungsbeispiels,
2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsitzes,
3 eine erste Variante des Ausführungsbeispiels,
4 eine zweite Variante des Ausführungsbeispiels, und
5 eine dritte Variante des Ausführungsbeispiels.
Ein Fahrzeugsitz 1 weist ein Sitzteil 3 und eine relativ zum Sitzteil 3 neigungseinstellbare Lehne 4 auf. Die Lehne 4 ist mittels zweier Getriebebeschläge 6 am Sitzteil 3 angebracht. Auf einer Fahrzeugsitzseite ist an der Lehne 4 eine Antriebseinheit 10 angebracht zum Antrieb der mittels einer Übertragungsstange in Getriebeverbindung stehenden Getriebebeschläge 6. Die Antriebseinheit 10 weist einen Motor 12 und eine abtriebsseitig vom Motor 12 vorgesehene Getriebestufe 14 auf, welche in Getriebeverbindung mit der Übertragungsstange steht. Der Motor 12 ist ein Elektromotor, beispielsweise ein elektronisch kommutierter Motor mit Stator und Rotor.
Die Getriebestufe 14 dient der Untersetzung der Drehung einer vom Motor 12 angetriebenen Antriebswelle 16, welche die verwendeten Richtungsangaben definiert, in eine langsamere Drehung einer Abtriebswelle 18, und zwar mittels eines Kugelwälzdifferenzdrehzahlgetriebes. Die Antriebswelle 16 weist eine sich radial nach außen trichterförmig öffnende Nut 20 auf, die beispielsweise V-förmig oder U-förmig ausgebildet ist, wobei die Wände der Nut 20 Antriebsflächen 22 bilden. Senkrecht zur Mittelachse der Antriebswelle 16 verläuft eine Ebene E. Spiegelsymmetrisch zur Ebene E liegen die Antriebsflächen 22 der Nut 20 tangential in Kontaktstellen B₁ (Berührpunkten) in einem Winkel α zur Ebene E an einer Getriebekugelreihe 24 an. Die Getriebekugelreihe 24 besteht aus wenigstens drei gleichen Kugeln, wobei pro Kugel zwei Kontaktstellen B₁ vorhanden sind. Die Nut 20 öffnet sich somit an den Kontaktstellen B₁ mit einem Winkel von 2α symmetrisch zur Ebene E.
Auf der radial gesehen äußeren Seite der Getriebekugelreihe 24 befinden sich zwei Abgriffsflächen, nämlich eine Abtriebsfläche 26 und eine Gehäusefläche 28. Die Abtriebsfläche 26 liegt in Kontaktstellen B₂, von denen je eine pro Kugel der Getriebekugelreihe 24 vorhanden ist, tangential an der Getriebekugelreihe 24 in einem Winkel β zur Ebene E an. Die Gehäusefläche 28 liegt in Kontaktstellen B₃, von denen je eine pro Kugel der Getriebekugelreihe 24 vorhanden ist, tangential an der Getriebekugelreihe 24 in einem Winkel γ zur Ebene E an. Als ein Träger 30 der Abtriebsfläche 26 ist ein vorzugsweise angeformter (oder anderweitig angebrachter) Flansch der Abtriebswelle 18 vorgesehen, während ein Gehäuse 32 die Gehäusefläche 28 trägt. Das Gehäuse 32 lagert die Antriebswelle 16 und die Abtriebswelle 18 auf die beschriebene Weise, so daß für die Wellen (bei geringer axialer Länge) kein gesondertes Lager erforderlich ist. Der Träger 30 und der Bereich des Gehäuse 32 mit der Gehäusefläche 28 sind als Hohlringe ausgebildet.
Sofern die Winkel β und γ voneinander abweichen, also die Kontaktstellen B₂ und B₃ unterschiedliche Entfernungen zur Mittelachse der Antriebswelle 16 aufweisen, ergeben sich für die Kontaktstellen B₂ und B₃ unterschiedliche Bahngeschwindigkeiten bei einer Drehung der Antriebswelle 16, was zu einer Relativdrehung des Trägers 30 und des Gehäuses 32 führt. Wenn die Differenz β – γ der Winkel β und γ betragsmäßig sehr klein bezüglich der Summe β + γ der beiden ist, erfolgt diese Relativdrehung mit sehr kleiner Drehzahl. Da Gehäuse 32 in Ruhe gehalten wird, dreht sich die Abtriebswelle 18 dann mit kleiner Drehzahl relativ zum Gehäuse 32. Das Drehzahlverhältnis zwischen Antriebswelle 16 und Abtriebswelle 18 ist entsprechend groß, beispielsweise 200:1.
Um die tangentiale Anlage der Antriebsflächen 22 und der Flächen 26 und 28 durch eine ausreichende axiale und radiale Anpresskraft sicher zu stellen, ist ein Spannlager 40 vorgesehen, welches vorrangig zwischen dem Träger 30 und dem Gehäuse 32 wirksam ist. Dem Spannlager 40 sind außer dem Träger 30 und dem Gehäuse 32 ein am Gehäüse 32 angeformtes oder angebrachtes elastisches Element 42, welches vorliegend ringförmig ausgebildet ist, und eine Spannkugelreihe 44 zugeordnet. Das Spannlager 40 ist vorliegend als Schrägkugellager ausgebildet, wobei die Spannkugelreihe 44 vorzugsweise direkt zwischen dem Träger 30 (oder Abtriebswelle 18) einerseits und dem elastischen Element 42 andererseits angeordnet ist und gelagert wird. Es ist aber auch möglich, zusätzliche Zwischenstücke 46 zwischen einem dieser lagernden Bauteile und der Spannkugelreihe 44 vorzusehen.
In der Zeichnung sind verschiedene Varianten der erfindungsgemäßen Getriebestufe 14 dargestellt, wobei gleiche und gleichwirkende Bauteile gleiche Bezugszeichen tragen. Die Unterschiede ergeben sich aus den verschiedenen axialen und radialen Anordnungsmöglichkeiten der Getriebekugelreihe 24 und der Spannkugelreihe 44. Zur Verbesserung der Verkippsicherheit der Antriebswelle 16 kann optional noch ein Stützlager 48 vorgesehen sein, welches als Radiallager ausgeführt ist. Aufgrund der Überbestimmung muß das Stützlager 48 sehr präzise zu dem durch die Getriebekugelreihe 24 gebildeten Getriebelager ausgerichtet sein.

1: Fahrzeugsitz
3: Sitzteil
4: Lehne
6: Getriebebeschlag
10: Antriebseinheit
12: Motor
14: Getriebestufe
16: Antriebswelle
18: Antriebswelle
20: Nut
22: Antriebsfläche
24: Getriebekugelreihe
26: Abtriebsfläche
28: Gehäusefläche
30: Träger
32: Gehäuse
40: Spannlager
42: elastisches Element
44: Spannkugelreihe
46: Zwischenstück
48: Stützlager
B₁: Kontaktstelle zwischen Getriebekugelreihe und Antriebsfläche
B₂: Kontaktstelle zwischen Getriebekugelreihe und Abtriebsfläche
B₃: Kontaktstelle zwischen Getriebekugelreihe und Gehäusefläche
E: Ebene senkrecht zur Antriebswelle
α: Winkel der Antriebsfläche zur Ebene an der Kontaktstelle B₁
β: Winkel der Abtriebsfläche zur Ebene an der Kontaktstelle B₂
γ: Winkel der Gehäusefläche zur Ebene an der Kontaktstelle B₃

Claims

Getriebestufe (14) für einen Fahrzeugsitz, insbesondere für einen Kraftfahrzeugsitz, mit einer Antriebswelle (16) und einer Abtriebswelle (18), wobei die Getriebestufe (14) die Drehzahl der Antriebswelle (16) in eine geringere Drehzahl der Abtriebswelle (18) untersetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebestufe (14) wenigstens eine Getriebekugelreihe (24) aufweist, an welcher wenigstens eine, insbesondere zwei Antriebsflächen (22) der Antriebswelle (16), wenigstens eine Abtriebsfläche (26) der Abtriebswelle (18) und wenigstens eine Gehäusefläche (28) eines Gehäuses (32) tangential anliegen.
Getriebestufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsflächen (22), die Abtriebsfläche (26) und die Gehäusefläche (28) an den Kontaktstellen (B₁, B₂, B₃,) mit der Getriebekugelreihe (24) in Winkeln (α, β, γ) schräg zu einer senkrecht zur Antriebswelle (16) stehenden Ebene (E) verlaufen.
Getriebestufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebsflächen (22) jeweils im gleichen Winkel (α) zur Ebene (E) verlaufen.
Getriebestufe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsfläche (26) und die Gehäusefläche (28) in verschiedenen Winkeln (β, γ) zur Ebene (E) verlaufen.
Getriebestufe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz (β – γ) der Winkel (β, γ) betragsmäßig sehr klein gegenüber der Summe (β + γ) der Winkel (β, γ) ist.
Getriebestufe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (32) relativ zur Antriebswelle (16) und zur Abtriebswelle (18) in Ruhe ist.
Getriebestufe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannlager (40) vorgesehen ist, welches zwischen dem Gehäuse (32) und einem der Abtriebswelle (18) zugeordneten Träger (30) wirksam ist, wobei das Spannlager (40) insbesondere mit einem elastischen Element (42) und einer Spannkugelreihe (44) versehen ist.
Getriebestufe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannlager (40) axial und/oder radial versetzt zu oder geschachtelt mit der Getriebekugelreihe (24) angeordnet ist.
Getriebestufe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Getriebekugelreihe (24) axial versetztes Lager, insbesondere ein Stützlager (48) oder Gleitlager, für die Antriebswelle (16) vorgesehen ist.
Getriebestufe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebestufe (14) in einer Antriebseinheit (10) für einen Einsteller eines Fahrzeugsitzes (1) eingesetzt ist, insbesondere für einen Getriebebeschlag (5) zur Neigungseinstellung einer Lehne (4) relativ zu einem Sitzteil (3).