DE102005044467B3

DE102005044467B3 - Getriebe für Verstelleinrichtungen, insbesondere in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102005044467B3
Application number: DE102005044467A
Authority: DE
Inventors: Stefan Hoch; Stéphane Birker; Michael WÖHRLE
Original assignee: IMS Gear SE and Co KGaA
Current assignee: IMS Gear SE and Co KGaA
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2025-09-17
Also published as: EP1764257A3; CN100554729C; ES2523949T3; US8555742B2; EP1764257A2; EP1764257B1; CN1932339A; US20070068301A1; US20080087122A2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe 1, insbesondere für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen, mit einer Antriebsschnecke 10 aus Kunststoff. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Antriebsschnecke 10 eine senkrecht zur Schneckenachse umlaufende, ringförmige ebene Lauffläche 27 aufweist sowie eine Anzahl an Entformungstaschen 22 in Form von Vertiefungen, die zwischen Lauffläche 27 und Schneckenachse axial in die Antriebsschnecke 10 eingreifen und dabei in einer zur Ebene der Lauffläche 27 vertieften Ebene 29 angeordnet sind, wobei im Übergangsbereich von der Ebene 29 der Entformungstaschen 22 zur Ebene der ringförmigen Lauffläche 27 eine umlaufende Fase 23 ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen.

Ein Schneckenantrieb für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen ist aus der DE 198 61 100 A1 bekannt. Eine derartige Verstelleinrichtung besteht aus einem Getriebemotor, der vorzugsweise über eine flexible Welle zunächst eine Antriebsschnecke antreibt, die wiederum eine auf einer drehfest gelagerten Gewindespindel angeordnete Spindelmutter antreibt. Dabei werden die direkt oder indirekt mit der Antriebsschnecke oder Spindelmutter verbundenen Teile entlang der Spindel relativ zum Rest des Fahrzeugs verschoben. Derartige Verstelleinrichtungen sind besonders geeignet als Sitzverstelleinrichtungen für Kraftfahrzeuge, als Fensterheber oder als Verstelleinrichtung für Schiebedächer.

Antriebsschnecke und Spindelmutter sind üblicherweise in einem Getriebegehäuse gelagert, das dann an seiner Außenkontur von einer Haltevorrichtung erfasst wird. Die Haltevorrichtung dient beispielsweise zur Verbindung des zu verstellenden Teils des Kraftfahrzeugs mit dem Getriebe der Verstelleinrichtung.

Getriebe nach dem Stand der Technik für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen sind üblicherweise mit Getriebeelementen aus Metall ausgerüstet. So werden beispielsweise Antriebsschnecken aus verschleißfestem Metall aufwändig aus einem Metallstück gefräst, wobei aufgrund der gewünschten Geometrie hohe Anforderungen an die Bearbeitungsmaschine gestellt werden. Dies führt zu entsprechend hohen Stückkosten. Ein weiterer Nachteil beim Einsatz derartiger Getriebeelemente aus Metall ist die Neigung des Metalls zur Geräuschentwicklung. Die se Geräuschentwicklung kann zwar durch entsprechendes Schmieren verhindert werden, jedoch sind derartige Getriebe für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen nach dem Einbau nicht ohne weiteres zugänglich, so dass es bei nachlassender Schmierwirkung zu unerwünschten Geräuschentwicklungen kommen kann.

Ein weiterer Nachteil bei metallischen Antriebsschnecken kann sich dadurch ergeben, dass beim Antrieb über eine flexible Welle zwischen dem Innenvierkant, der die flexible Welle aufnimmt, und der flexiblen Welle ein Spiel auftritt, wodurch der Rundlauf der flexiblen Welle verschlechtert wird. Auch dies führt zu einer Beeinträchtigung der optimalen Funktion der Verstelleinrichtung.

Versuche, die Nachteile der Metallantriebsschnecken durch den Einsatz von Antriebsschnecken aus Kunststoff auszugleichen, waren teilweise erfolgreich. So wurden vom Anmelder der vorliegenden Erfindung in der Vergangenheit bereits Antriebsschnecken aus Hochleistungskunststoffen eingesetzt, wodurch die Geräuschentwicklung reduziert werden konnte. Ein weiterer Vorteil dieser Antriebsschnecken aus Kunststoff gegenüber den Metallschnecken sind die niedrigen Fertigungskosten.

Als geeignete Kunststoffe für die Fertigung von derartigen Antriebsschnecken haben sich Hochleistungskunststoffe, wie z. B. Polyetheretherketon (PEEK), Polyamid (PA), Polyphenylensulfid (PPS) oder auch Polyoxymethylen (POM) erwiesen. Besonders vorteilhaft kann Polyetheretherketon eingesetzt werden, das aufgrund seiner hohen Festigkeit, hohen Steifigkeit, guten Chemikalienbeständigkeit, seines günstigen Gleit- und Abriebverhaltens sowie seiner sonstigen thermischen und chemischen Eigen schaften als hervorragenden Werkstoff für Funktionsteile im Kraftfahrzeugbau eingesetzt wird.

PEEK wird bei einer Werkzeugtemperatur (Temperatur der Spritzform) von ca. 185°C eingesetzt. Die Einspritztemperatur des Werkstoffes beträgt ca. 380°C. Nachteilig ist bei diesen Bedingungen die hohe Haftung des Werkstoffs am Werkzeug. So werden bei der Fertigung von Kunststoffschnecken Stifte als Hilfen für das Herausdrehen des Werkstücks aus dem Werkzeug eingesetzt, um nach der Formgebung ein schnelles Herausnehmen der Antriebsschnecke aus der noch warmen Form zu ermöglichen. Dabei greifen diese Stifte in sogenannte Entformungstaschen ein, die in Form von Vertiefungen im Werkstück angeordnet sind. Auf diese Weise können auch bei größeren PEEK-Kunststoffschnecken die Taktzeiten soweit gesenkt werden, dass eine kostengünstige Fertigung der Kunststoffschnecken ermöglicht wird. Bei dieser Vorgehensweise hat sich jedoch die hohe Elastizität des Werkstoffes bis zu seiner endgültigen Plastifizierung als Nachteil herausgestellt. So kann es beim Eingriff der Hilfsstifte in die Entformungstaschen und dem anschließenden Herausdrehen aus der Form zur Deformierung des Werkstückes kommen. Besonders kritisch für solche Verformungen ist die Lauffläche an der Stirnseite der Antriebsschnecke. Deformationen an der Lauffläche der Antriebsschnecke führen zu Vibrationen beim Betrieb des Getriebes und zu einer unbefriedigenden Funktion der Verstelleinrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Getriebe zur Verfügung zu stellen, das die oben geschilderten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht darauf, die Nachteile des Standes der Technik durch Einsatz eines Getriebes mit einer Antriebsschnecke aus Kunststoff zu vermeiden, wobei bestimmte geometrische Voraussetzungen bei der Antriebsschnecke erfüllt werden.

Erfindungsgemäß muss die Antriebsschnecke eine senkrecht zur Schneckenachse umlaufende, ringförmige, ebene Lauffläche aufweisen, um einen vibrationsfreien Betrieb des Getriebes zu ermöglichen. Eine absolut ebene Lauffläche wird erhalten, wenn man das Werkstück in der Spritzform vor dem Herausnehmen lange genug abkühlen lässt. Da jedoch nicht nur die technische Funktion der Antriebsschnecke entscheidend ist, sondern auch die Fertigungskosten eine große Rolle spielen, muss ein genügend schnelles Herausholen der Antriebsschnecke aus der Spritzform (dem Werkzeug) gewährleistet sein. Dies geschieht mit Hilfe einer Anzahl von Entformungstaschen, die in Form von Vertiefungen axial in die Antriebsschnecke eingreifen und dabei bevorzugt symmetrisch über den Umfang der Antriebsschnecke verteilt sind, wobei die Anzahl der Entformungstaschen vorteilhaft zwischen 3 und 15, besonders vorteilhaft zwischen 6 und 10, beträgt. Beim Herausdrehen der Antriebsschnecke aus der Form greifen Hilfsstifte in die Entformungstaschen ein. Die Entformungstaschen sind vorteilhaft zwischen Lauffläche und Schneckenachse in einer zur Ebene der Lauffläche vertieften Ebene angeordnet. Die Vertiefung der Ebene der Entformungstaschen ist eine erste Maßnahme zur Vermeidung von Deformierungen im Bereich der Lauffläche, da auf diese Weise die Kraft beim Herausdrehen nicht direkt auf die Lauffläche übertragen wird.

Jedoch insbesondere bei größeren Kunststoffschnecken reicht diese Maßnahme allein nicht aus, um eine Verformung der Lauffläche beim Herausdrehen des thermoelastischen Werkstückes aus der Werkzeugform sicher zu vermeiden. Es kommt nämlich durch ungünstige Kraftübertragung überwiegend dort, wo die Stege, die die einzelnen Entformungstaschen voneinander trennen, auf den Bereich der Lauffläche treffen, zu Verformungen auf der Lauffläche.

Solche Deformationen der Lauffläche können erfindungsgemäß durch die Ausbildung einer Fase im Übergangsbereich von der Ebene der ringförmigen Lauffläche zur Ebene der Entformungstaschen sicher vermieden werden. Mit Hilfe dieser umlaufenden Fase wird die Kraft, die beim Herausdrehen der Antriebsschnecke aus dem Werkzeug, auftritt, nicht mehr bis zur Lauffläche übertragen, sondern eventuelle Verformungen treten nun innerhalb der Fase auf, wo sie nicht weiter stören.

Der Winkel zwischen umlaufender Fase und ringförmiger Lauffläche beträgt zwischen 20 und 60°. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform beträgt der Winkel etwa 30 bis etwa 45°.

Um einen ausreichenden Schutz der umlaufenden Lauffläche zu gewährleisten, beträgt die Vertiefung zwischen der Ebene der Entformungstaschen und der Ebene der ringförmigen Lauffläche, die von der umlaufenden Fase überbrückt wird, zwischen 0,1 bis 2mm. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Abstand zwischen den beiden Ebenen bei etwa 0,5mm liegt.

Die erfindungsgemäße Antriebsschnecke weist in axialer Richtung einen Innenvierkant zur Aufnahme einer flexiblen Welle auf. Dabei weisen bei einer vorteilhaften Ausführungsform die Flächen des Innenvierkants axial verlaufende Schlitze auf, die zusätzlich zu den Entformungstaschen als Eingriffsmöglichkeiten für ein entsprechendes Gegenstück zur besseren Entformung des Werkstückes aus dem Werkzeug herangezogen werden. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens einer der Schlitze konisch ausgelegt, so dass beim Ausstoßen der Schnecke eine Vakuumbildung vermieden wird.

Zusätzlich ergeben sich besondere Vorteile, wenn insgesamt acht Schlitze asymmetrisch auf den Innenflächen des Vierkants angeordnet sind und dabei vorzugsweise jede Innenfläche jeweils zwei parallel verlaufende zentrierte Schlitze aufweist. Dadurch kann bei entsprechendem Abstand der parallel verlaufenden Schlitze auf den vier Innenflächen des Innenvierkants jeweils eine Quetschrippe ausgebildet werden, die eine spielfreie Befestigung der flexiblen Antriebswelle ermöglicht.

Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Getriebes für eine Verstelleinrichtung in Kraftfahrzeugen treibt eine über eine flexible Welle von einem Antriebsmotor angetriebene Antriebsschnecke eine Spindelmutter an, die auf einer Spindel angeordnet ist. Je nachdem, ob die Spindel drehfest oder drehend angeordnet ist, werden die mit dem Getriebe direkt oder indirekt verbundenen Teile entlang der Spindel bzw. bei einer drehenden Spindel die an der Spindel angeordneten Teile relativ zum Fahrzeug verschoben. Besonders geeignet ist ein Getriebe der oben geschilderten Art für eine Sitzverstelleinrichtung für Kraftfahrzeuge. Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Getriebe anhand von beispielhaften Figuren ausführlich erläutert.

Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Getriebes mit Gewindespindel einschließlich Halterung,
2 eine Explosivdarstellung des Getriebes mit Gewindespindel und Halterungen,
3 eine perspektivische Darstellung der Antriebsschnecke,
4 eine Draufsicht der Antriebsschnecke,
5 einen Längsschnitt der Antriebsschnecke,
5a einen Ausschnitt aus dem Längsschnitt (5) der Antriebsschnecke.
In den 1 bis 5a wird die Erfindung beispielhaft anhand eines Teilstückes einer Verstelleinrichtung für Sitze in Kraftfahrzeugen ausführlich erläutert.
In 1 ist das Getriebe 1 mitsamt Gewindespindel 12 sowie der Halterung 2 für das Getriebe 1 als auch den Halterungen 3 für die Gewindespindel 12 perspektivisch dargestellt. Die Gewindespindel 12 ist drehfest auf den Halterungen 3 befestigt. Das Getriebe 1 kann, angetrieben über eine flexible Welle (die in der Abbildung nicht zu sehen ist), mitsamt der Halterung 2 entlang der Spindel 12 bewegt werden. Die Spindel 12 selber ist fix über die Halterungen 3 mit der Fahrzeugkarosserie oder anderen Fahrzeugteilen verbunden, so dass die über die Halterung 2 mit dem Getriebe 1 verbundenen Teile in Relation zum Rest des Fahrzeuges zusammen mit dem Getriebe 1 entlang der Spindel verschoben werden.
Die 2 zeigt eine Explosivdarstellung des in der 1 dargestellten Getriebes 1 mitsamt Gewindespindel 12 und Halterungen 2, 3. Als Funktionselemente des Getriebes 1 sind dabei die Antriebsschnecke 10, die Spindelmutter 11, die Lagerbuchsen 13, 15, die Anlaufscheibe 14, das Spindelgehäuse 17 mitsamt Befestigungsschrauben 18 sowie die Entkopplungselemente 16 zu erkennen. Die auf der Gewindespindel 12 gelagerte Spindelmutter 11 wird von der Antriebsschnecke 10 angetrieben und entlang der Spindel 12 bewegt. Zwischen den Funktionselementen des Getriebes 1 und den Gehäuseteilen 17 bzw. Entkopplungselementen 16 sind jeweils Lagerbuchsen 13, 15 sowie Anlaufscheiben 14 angeordnet, um den Gleichlauf des Getriebes 1 zu gewährleisten. Die Lagerbuchse 15 sitzt dabei direkt auf der Lauffläche 27 der Antriebsschnecke 10. Zusammengehalten wird das Getriebe durch die Befestigungsschrauben 18, über die die beiden Gehäuseteile 17 miteinander verbunden werden. Das Getriebe 1 wird mit Hilfe der Halterung 2 auf der Spindel befestigt.
Die 3 zeigt eine perspektivische Darstellung der Antriebsschnecke 10. Die senkrecht zur Schneckenachse umlaufende ringförmige ebene Lauffläche 27 ist gestrichelt gekennzeichnet. Zwischen Lauffläche 27 und Schneckenachse sind Entformungstaschen 22 angeordnet, die axial in die Antriebsschnecke 10 eingreifen. Dabei sind die Entformungstaschen 22 in einer zur Ebene der Lauffläche 27 vertieften Ebene 29 angeordnet und voneinander durch Stege 28 getrennt. Der Übergangsbereich von der Ebene der Lauffläche 27 zur Ebene 29 der Entformungstaschen 22 mit den Stegen 28 wird von einer umlaufenden Fase 23 gebildet, die dabei einen Winkel zwischen 20 und 60° zur Lauffläche 27 ausbildet. Die Vertiefung von der Ebene der Lauffläche 27 zur Ebene 29 der Entformungstaschen 22 beträgt zwischen 0,1 und 2mm.
In axialer Richtung weist die Antriebsschnecke 10 einen Innenvierkant 24 auf, der axial aus der Antriebsschnecke 10 herausragt und geeignet ist, beispielsweise eine flexible Antriebswelle aufzunehmen. Die Innenflächen 20 des Innenvierkants 24 weisen im vorliegenden Fall jeweils zwei parallele, axial verlaufende Schlitze 25 auf, die so angeordnet sind, dass sie jeweils gleichzeitig in der Mitte einer Innenfläche 20 eine Quetschrippe 26 ausbilden, mit deren Hilfe eine spielfreie Befestigung beispielsweise einer flexiblen Welle möglich ist. Die axial verlaufenden Schlitze 25 selber können zusätzlich zu den Entformungstaschen 22 als Eingriffsmöglichkeit für entsprechend geformte Gegenstücke beim Herausdrehen der Antriebsschnecke 10 aus dem Werkzeug herangezogen werden. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Schlitze 25 konisch ausgebildet, wodurch die Ausbildung eines Vakuums beim Herausdrehen des Werkstücks aus der Form vermieden werden kann.
Bei der Draufsicht in axialer Richtung auf die Antriebsschnecke in 4 ist die zwischen der Ebene 29 der Entformungstaschen 22 und der Ebene der Lauffläche 27 ausgebildete Fase 23 deutlich zu erkennen.
In der 5a, die einen Ausschnitt aus dem Längsschnitt der Antriebsschnecke (5) bildet, wird die Vertiefung der Ebene 29 der Entformungstaschen 22 gegenüber der Ebene der Lauffläche 27 deutlich. Die Ausbildung der Fase 23 zwischen den beiden Ebenen ist dabei ebenfalls zu erkennen.
Mit Hilfe der 1 bis 5a wird die Erfindung lediglich beispielhaft für eine Verstelleinrichtung für Sitze in Kraftfahrzeugen erläutert. Darin ist jedoch keine Einschränkung des Erfindungsbereichs zu sehen, der allein durch die nachfolgend formulierten Ansprüche definiert ist.

1: Getriebe
2: Halterung
3: Halterung
10: Antriebsschnecke
11: Spindelmutter
12: Spindel
13: Lagerbuchse
14: Anlaufscheibe
15: Lagerbuchse
16: Entkopplungselement
17: Gehäuse
18: Befestigungsschraube
20: Vierkantinnenfläche
21: Schneckenverzahnung
22: Entformungstasche
23: Fase
24: Innenvierkant
25: Schlitz
26: Quetschrippe
27: Lauffläche
28: Steg
29: Ebene der Entformungstaschen

Claims

Getriebe (1) mit einer Antriebsschnecke (10) aus Kunststoff, wobei die Antriebsschnecke (10) eine senkrecht zur Schneckenachse umlaufende, ringförmige, ebene Lauffläche (27) sowie eine Anzahl an Entformungstaschen (22) in Form von Vertiefungen, die zwischen Lauffläche (27) und Schneckenachse axial in die Antriebsschnecke (10) eingreifen und von einer zur Ebene der Lauffläche (27) vertieften Ebene (29) in das Innere der Antriebsschnecke (10) hineinragen, aufweist und wobei im Übergangsbereich von der Ebene (29) der Entformungstaschen (22) zur Ebene der ringförmigen Lauffläche (27) eine umlaufende Fase (23) ausgebildet ist.
Getriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsschnecke (10) aus einem thermostabilen Hochleistungskunststoff, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyetheretherketon (PEEK), Polyamid (PA), Polyphenylensulfid (PPS) und Polyoxymethylen (POM), gefertigt ist.
Getriebe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsschnecke (10) aus PEEK gefertigt ist.
Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Entformungstaschen (22) 3 bis 15, bevorzugt 6 bis 10, beträgt.
Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der umlaufenden Fase (23) zur ringförmigen Lauffläche zwischen 20° und 60° beträgt.
Getriebe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der umlaufenden Fase (23) etwa 30° bis etwa 45° beträgt.
Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung zwischen der Ebene (29) der Entformungstaschen (22) und der Ebene der ringförmigen Lauffläche (27) 0,1 bis 2 mm, bevorzugt 0,5 bis 1 mm, beträgt.
Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsschnecke (10) in axialer Richtung einen Innenvierkant (24) zur Aufnahme einer flexiblen Welle aufweist.
Getriebe (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (20) des Innenvierkants (24) axial verlaufende Schlitze (25) aufweisen.
Getriebe (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Schlitze (25) konisch ausgebildet ist.
Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt 8 Schlitze (25) asymmetrisch auf den Innenflächen (20) des Vierkants (24) angeordnet sind, wobei vorzugsweise jede Innenfläche (20) jeweils zwei parallel verlaufende, zentrierte Schlitze (25) aufweist.
Getriebe (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zwei parallel verlaufenden Schlitzen (25) auf den Flächen (20) des Innenvierkants (24) jeweils eine Quetschrippe (26) zur spielfreien Befestigung einer flexiblen Welle ausgebildet ist.
Verwendung eines Getriebes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für eine Verstelleinrichtung in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass eine über eine flexible Welle angetriebene Antriebsschnecke (10) eine Spindelmutter (11), die auf einer drehfest gelagerten Spindel (12) angeordnet ist, antreibt, wobei die mit dem aus Antriebsschnecke (10) und Spindelmutter (11) bestehenden Getriebe (1) verbundenen Fahrzeugteile in Relation zum Rest des Fahrzeugs verschoben werden.
Verwendung eines Getriebes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für eine Verstelleinrichtung in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass eine über eine flexible Welle angetriebene Antriebsschnecke (10) eine Spindelmutter (11), die auf einer sich drehenden Spindel (12) angeordnet ist, antreibt, wobei die mit der Spindel (12) verbundenen Fahrzeugteile in Relation zum Rest des Fahrzeugs verschoben werden.
Verwendung eines Getriebes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für den Einsatz in einer Sitzverstelleinrichtung für Kraftfahrzeuge.