-
Die
Erfindung betrifft einen Stellmotor mit Schneckengetriebe gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Der
prinzipielle Aufbau eines derartigen Getriebemotors ist aus der
DD 274 378 A1 als
elektromotorische Verstelleinrichtung mit von der Motorwelle getragener
Abtriebsschnecke bekannt, die tangential in ein Schneckenrad eingreift.
Das erbringt die Untersetzung, um aus einem hochtourigen Motor niedriger
Leistung das für den aktuellen Einsatz erforderliche Drehmoment
zu gewinnen.
-
Solche
Stellmotore mit integriertem Getriebe in sehr klein bauender Ausführung
finden insbesondere als Aktuatoren für Komfortfunktionen
im Kraftfahrzeug Anwendung, etwa zum Bewegen von Spiegeln (
DE 10 2004 052 180
B3 ), Sitzen, Nackenstützen, Klimaklappen (
DE 1 99 06 693 C1 ),
Lenksäulen, Fenstern, Türen oder der Heckklappe.
In neueren Personenkraftwagen sind etliche derartige Stellmotore,
je nach Fahrzeugausstattung bis weit über einhundert Stück,
als Aktuatoren im Einsatz. Das erfordert anwendungsorientiert gedrängt
aufgebaute, funktionszuverlässige und preisgünstige
Konstruktionen, was aber teilweise einander widersprechende Anforderungen
sind.
-
Hinzu
kommt, daß insbesondere bei hochwertigen Fahrzeugen erwartet
wird, daß solche Getriebemotore praktisch geräuschlos
arbeiten. Das ist allerdings sehr schwierig zu realisieren angesichts der
hochtourigen Antriebsmotore und des unabdingbaren Getriebespieles.
-
Als
Abhilfe ist es aus der hier gattungsbildenden
EP 0 622 564 A1 bekannt, eine
metallische Abtriebsschnecke in die Verzahnung eines aus elastischem
Elastomermaterial bestehenden Schneckenrades eingreifen zu lassen.
Das verringert die kritischen Eingriffsgeräusche an dieser
ersten, besonders hochtourigen Getriebestufe; das erhöht
aber zugleich das Getriebespiel, was aus kinematischen Gründen
unerwünscht ist und wegen mechanischer Rückwirkungen
auf die Lagerung der Motorwelle hier sogar noch zusätzliche
Geräusche hervorruft. Die vom Antriebsmotor frei vorkragende,
nur elastisch auf ihrem Schneckenrad abgestützte Schnecke
bewirkt zusätzliche starke Reaktionskräfte der
Schneckenverzahnung auf die Motorwelle, wie insbesondere deren wechselnde
Biegebeanspruchung, und hat so zusätzliche Geräuschursachen
zur Folge. Denn der elastische Verzahnungseingriff verhindert einen Betrieb
mit konstruktiv optimiertem und dann auch unter Last konstantem
Achsabstand; und auf unterschiedliche Gehäuseschalen eines
auch den Motor aufnehmenden Gehäuses verteilte Lagerstellen
bedingen weitere geräuschkritische Toleranzen sowohl bei
der Herstellung wie auch bei der Montage der Funktionselemente.
-
In
Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die technische
Problemstellung zugrunde, solche kleinbauenden Getriebe-Stellmotore
in zuverlässiger Funktionsweise spürbar geräuschärmer
und für dennoch preisgünstige Herstellung auszulegen und
dabei möglichst zusätzlich noch einfachere Möglichkeiten
präziserer Montage der ineinandergreifenden Verzahnungen
zu eröffnen.
-
Diese
Aufgabe ist gemäß den im Patentanspruch 1 angegebenen
wesentlichen Merkmalen gelöst. Danach erfolgt eine elastische
Kraftübertragung in einem Mitnehmer zwischen Motorwelle
und von ihr getrennt, gesondert kolinear gelagerter Schneckenwelle.
Durch diese mechanische Entkopplung zwischen Antriebsmotor und Schneckengetriebe
sind statisch überbestimmte Lagerfolgen ebenso wie etwaige
Verspannungen infolge Fluchtungsfehlern zuverlässig vermieden.
Die Motorwelle erfährt dadurch keine Biege- und Axialbeanspruchung
seitens der Schnecke mehr, womit eine wesentliche Ursache für Geräuschentwicklung
im Bereich des Antriebsmotors des Aktuators unterbunden ist, auch
wenn Motor und Getriebe separat gelagert werden.
-
Der
Antriebsmotor und die Schnecke seines Getriebes sind aber vorzugsweise
innerhalb eines einzigen, beiden gemeinsamen Gehäuseblocks
in einer einzigen, einen entsprechend koaxial abgestuften Durchmesser
aufweisenden, Bohrung gehaltert, die in einem Arbeitsgang und dadurch
praktisch toleranzfrei schon im Spritzguß oder nachträglich
spanend erzeugt worden ist. In derem kleinerem Durchmesser ist die
Schneckenwelle beidseits ra dial gelagert. Sie ist wiederum elastisch
an die Motorwelle gekuppelt, die aus der größeren
Bohrung axial zu ihr vorragt.
-
Für
den Eingriff der Schnecke in das quer zu ihr orientierte Schneckenrad
und für dessen Lagerung ist die Gehäuseblock-Bohrung,
welche die Schnecke aufnimmt, gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung, für die auch eigenständiger Schutz
geltend gemacht wird, über fast deren gesamte Länge zu
einem radial benachbarten flachen Gehäuse-Fortsatz hin
schlitzartig geöffnet. Längs dieses Schlitzes erfolgt
der Verzahnungseingriff, wenn das Schneckenrad auf dem Fortsatz
liegend längs einer eingesenkten Führungsbahn
in radialer Richtung gegen die Schnecke angeschoben wird, bis das
Schneckenrad mit einem Achsstummel in ein Lagerloch im Gehäusefortsatz
einfällt. Seine axial gegenüberliegende Lagerung
erfährt das Schneckenrad mittels eines Ringes, der einen
gegenüberliegenden Wellenstumpf umgreift. Dieser Ring ist
vorzugsweise am freien Stirnende einer ebenfalls gehäusefesten
elastischen Zunge angeordnet, die zum Einschieben des Schneckenrades
längs der Führungsbahn angehoben und dann auf
dessen Wellenstumpf niedergelassen wird. Wenn das Schneckenrad so
weit vorgeschoben ist, daß es, mit der Schnecke in Engriff
geraten, mit seinem unteren Achsstummel in das Lagerloch einfällt,
greift also zugleich der axial gegenüberliegende Wellenstumpf
in den Ring hinein, womit er ebenfalls gehäusefest positioniert
ist. Zur mechanischen Stabilisierung und axialen Abstützung
dieser Lagerung kann ein, dann auch die Führungsbahn seitlich
abschließender, Gehäusedeckel auf der Zunge aufliegen.
Jedenfalls sind so Schnecke und Schneckenrad in ein und demselben
massiven, verwindungssteifen Gehäuseblock definiert radial
gelagert, wodurch Achsabstand und -winkel nur noch wenigen Maßtoleranzen
unterworfen und insbesondere vom Montageprozess praktisch unabhängig
sind.
-
Zusätzliche
Weiterbildungen und Abwandlungen der Erfindung ergeben sich aus
den weiteren Ansprüchen und, auch hinsichtlich deren Vorteilen, aus
nachstehender Beschreibung eines etwa maßstabsgerecht vergrößert
aber auf das Funktionswesentliche vereinfacht skizzierten bevorzugten
Ausführungsbeispiels zur erfindungsgemäßen
Lösung. In der Zeichnung zeigen
-
1 einen
Stellmotor mit elastisch angekoppeltem Schneckengetriebe im Längsschnitt,
-
2 eine
gegenüber 1 vergrößerte Darstellung
der Kupplung zwischen Motorwelle und Schneckenwelle,
-
3 den
noch unbestückten Gehäuseblock aus 1 in
Ansicht und
-
4 einen
Gehäusedeckel zum Gehäuseblock nach 3.
-
Der
skizzierte Stellmotor 11 weist gemäß 1 einen
Elektro-Motor 12 und ein ihm nachgeschaltetes Schnecken-Getriebe 13 auf,
die etwa gemäß 2 über
ein Element 31 elastisch koaxial miteinander gekuppelt
sind. Wegen dieses nichtstarren gegenseitigen Eingriffes können
Motor 11 und Schnecke 20 an sich unabhängig
voneinander montiert bzw. gelagert sein.
-
Wesentlich
wirksamer ist die angestrebte Geräuschvermeidung jedoch,
wenn der Motor 12 und die Schnecke 20 seines Getriebes 13 darüber
hinaus noch, wie skizziert, beide koaxial zueinander in einem einstückig
in Kunststoff-Spritzguß erstellten Gehäuseblock 14 gelagert
sind. Dafür ist solch ein Gehäuseblock 14 mit
einer im Durchmesser abgestuft freigesparten Bohrung 15 ausgestattet.
Auf deren größeren Durchmesser, die zum Äußeren
des Gehäuseblocks 14 sich öffnende Motoraufnahme 16, folgt
koaxial eine zum Innern des Gehäuseblocks 14 hin
sackförmig geschlossene Schneckenaufnahme 17 dagegen
kleineren Durchmessers. Letztere öffnet sich zu einem seitlichen
Gehäusefortsatz 18 hin (siehe 3)
mit einem breiten achsparallelen Schlitz 19, in dem die
Schnecke 20 mit ihrem Schneckenrad 21 wechselseitig
in Eingriff gelangen können (1).
-
Wie
aus 1 näher ersichtlich, greift am Sackende
der Schneckenaufnahme 17 die Schnecke 20 mit einem
gegenüber ihrer Welle 25 dünneren koaxialen
Wellenstutzen 22 in eine zur Schneckenaufnahme 17 koaxiale
Lagerbohrung 23 ein. Beim gegenüberliegenden Ende
ist die Schnecke 20 in ihrer Aufnahme 17 durch
einen zu radialem Aufstecken aufgeschnittenen elastischen Lagerring 24 radial
koaxial gelagert. Dieser wie in 3 skizziert
geschlitzte Lagerring 24 wurde vor dem axialen Einführen
der Schnecke 20 in ihre Aufnahme 17 auf das dem
Motor 12 zugewandte Ende der Schneckenwelle 25 gesprengt.
So ist die Schnecke 20 nahe ihren beiden Stirnenden im
Gehäuseblock 14 radial gelagert. Zu axialer Positionierung
ist die Schneckenwelle 25 zweckmäßigerweise – vorzugsweise
nahe dem Wellenstutzen 22 – mit einer umlaufenden
Nut 26 ausgebildet, in die zum Abschluß der Montage
wenigstens ein am Gehäuseblock 14 festzulegender
Zinken 26', etwa eine zweizinkige Gabel, radial oder axial
bezüglich der Welle 25 eingreift. Das erfolgt
vorzugsweise, wenn mit Fertigstellen der Bestückung des
Schneckengetriebes 13 der Gehäuseblock 14 mit
einem, in 4 skizzierten, Gehäusedeckel 27 verschlossen wird.
Unter diesem orthogonal abstehend, sind solche Zinken 26' derart
frei vorkragend angeformt oder montiert, daß sie beim Aufsetzern
des Deckels 27 auf den Gehäuseblock 14 durch
eine Eingriffsöffnung 28 in der Wandung der Schneckenaufnahme 17 hindurch
mit ihren freien Stirnenden in die zugeordnete Nut 26 hineinragend
zu liegen kommen.
-
Die
Schnecke 20 ist an die Motorwelle 29 des Motors 12 über
einen Mitnehmer 30 elastisch angeschlossen. Der besteht
aus zwei an der Schneckenwelle 25 bzw. an der Motorwelle 29 montierten, über
ein elastisches Element 31 koaxial ineinandergreifenden
Profilen unrunden Querschnitts; etwa gemäß 2 nach
Art einer Schraubendreherspitzte, die mit einem z. B. ring- oder
topfförmigen Überzug aus Elastomer als dem elastischen
Element 31 in eine Nut nach Art eines Schraubenkopfschlitzes
eingreift. Dieses elastische Element 31 muß aber
nicht separat montiert sein; insbesondere für die Großserienfertigung
ist es vorteilhafter einstückig in bzw. auf wenigstens
einem der beiden unrunden Profile im Mehrkomponenten-Spritzguß angeformt.
Jedenfalls bewirkt das Element 31 eine elastische Kupplung zwischen
Motor 12 und Schnecke 20, wenn – nach Bestücken
des Gehäusebloekes 14 mit der Schnecke 20 – der
Motor 12 in seine Aufnahme 16 eingeführt
wird und dabei die beiden auf einander zu ragenden Teile des Mitnehmers 30 elastisch-formschlüssig
ineinandergreifen. So werden etwaige Belastungen der Lagerungen
der Motorwelle 29 in ihren Lagerschilden, insbesondere
aufgrund externer Beanspruchungen von der Schneckenverzahnung her, zuverlässig
vermieden, weil der zweiteilige, elastisch gekoppelte Mitnehmer 30 für
die Drehmomentenübertragung die im gemeinsamen Getriebeblock 14 ohnehin
allenfalls geringfügig auftretenden Positions- und Winkelfehler
zwischen Motor- und Schneckenwelle 29–25 noch
ausgleicht. Insoweit das elastische Element 31 des Mitnehmers 30 auch
torsionselastisch wirkt, resultiert daraus zugleich ein Ausgleich etwa
ungleichförmiger Drehbewegungen und somit eine weitere
Geräuschreduzierung.
-
Wie
die Schnecke 20 ist auch das Schneckenrad 21 nicht
zwischen Gehäuseschalen, sondern allein im Gehäuseblock 14 definiert
und stabil gelagert, um aus einer Gehäusemontage resultierende
Verspannungen und darauf beruhende Geräuschentwicklungen
zu vermeiden und zugleich die Anzahl der zu montierenden Präzisionsteile
spürbar zu reduzieren. Dazu ist der sich an den Aufnahmeschlitz 19 anschließende
plattenförmige Gehäusefortsatz 18 mit
einem quer zur Schneckenachse orientierten Lagerloch 32 zum
Eingriff eines Achsstummels am Schneckenrad 21 versehen.
Das wird zur Montage längs einer gemäß 3 in
den Gehäusefortsatz 18 eingesenkten, zum Rand
des Gehäuseblockes 14 offenen Führungsbahn 33 in
radialer Richtung 34 vorgeschoben, bis mit Verzahnungseingriff
in die Schnecke 20 der Achsstummel in das Lagerloch 32 einfällt.
-
Seine
axial gegenüberliegende Lagerung erfährt das Schneckenrad 21 durch
einen gehäusefesten Ring 35, der einen vom Schneckenrad 21 vorragenden
Wellenstumpf 36 umgreift. Dadurch ist von Außerhalb
ein koaxialer drehfester Eingriff in ein Abtriebsprofil 37 mög lich,
das – hier anstelle eines axial vorstehenden Abtriebsritzels – konzentrisch
sacklochartig in den Wellenstumpf 36 eingearbeitet ist. Der
Ring 35 ist am freien Stirnende einer Federzunge 38 ausgebildet,
die am Gehäuseblock 14 befestigt sein kann, die
bevorzugt aber einstückig mit dem Gehäuseblock 14 gespritzt
ist. Zum Einführen des Schneckenrades 21 in Montagerichtung 34 wird
die Federzunge 38 mit ihrem Lagerring 35 leicht
angehoben und auf den Wellenstumpf 36 abgesetzt, bis das längs
der in den Fortsatz 18 eingesenkten Führungsbahn 33 vorgeschobene
Schneckenrad 21 in sein Lagerloch 32 und damit
axial, gegenüber zugleich der Wellenstumpf 36 in
den Ring 35 einfällt. So ist dann auch das Schneckenrad 21,
wie seine Schnecke 20, ausschließlich im Gehäuseblock 14 gelagert,
was geräuscherzeugende Lagerfluchtfehler zwischen etwa gesondert
zu montierenden Gehäuseschalen zuverlässig ausschließt.
-
Zum
axialen Fixieren dieser Lagerung des Schneckenrades 21 wird
der Deckel 27 (4) auf den Gehäuseblock 14 aufgesetzt,
etwa in den skizzierten Löchern verschraubt oder einfach
eingerastet. Durch eine Öffnung 39 im Deckel 27 bleibt
das Abtriebsprofil 37 im Wellenstumpf 36 von außerhalb des
nun verschlossenen Gehäuseblocks 14 zugänglich.
Der Rand der Öffnung 39 liegt dabei auf dem Lagerring 35 auf
und fixiert so axial die gehäusefeste Federzungen-Lagerung
des Schneckenrades 21.
-
Zugleich
dient der Gehäusedeckel 27 mit einer abgekanteten
Lasche 40 dem seitlichen Verschluß des Zuganges
zur Montage-Führungsbahn 33 im Gehäuseblock 14.
Der ist samt seinem aufgesetzten Deckel 27 achsparallel
zum Schneckenrad 21 von beispielsweise drei Montagelöchern 41 durchquert,
mittels derer der Schneckengetriebe-Stellmotor 11 – unter
drehstarrem Eingriff eines von diesem Aktuator zu bewegenden Bauteils
in das Abtriebsprofil 37 – funktionsgerecht montiert
werden kann.
-
Bei
einem kleinbauenden Aktuator in der Bauform eines Stellmotors 11 aus
Antriebsmotor 12 und Schneckengetriebe 13 wird
so erfindungsgemäß das Geräuschverhalten
ganz entscheidend verbessert, wenn der Motor 12 und die
Schnecke 20 getrennt aber elastisch gekoppelt, zumal praktisch
toleranzfrei und ohne Fluchtungsfehler in koaxial einander benachbarten
Aufnahmebohrungen 16–17 in einem gemeinsamen,
massiven Gehäuseblock 14, radial gelagert sind.
Die Verzahnung zwischen der Schnecke 20 und ihrem quer
dazu orientierten Schneckenrad 21 liegt in einem achsparallelen Schlitz 19,
mit dem sich die Schneckenaufnahme 17 zu einem seitlichen
Gehäusefortsatz 18 hin öffnet, der mit
einem Loch 32 sowie ihm gegenüber mit einem Ring 35 am
freien Ende einer gehäusefesten Federzunge 38 als
den Radiallagern für das Schneckenrad 21 ausgestattet
ist. Die axiale Posi tionierung der Schnecke 20 im Gehäuseblock 14 erfolgt
mittels eines über der Federzunge 38 auf den Gehäuseblock 14 aufzusetzenden
und dabei mit Zinken 26' in die Schneckenaufnahme 17 eingreifenden
Deckels 27. Solch ein Stellmotor 11 findet insbesondere
als Aktuator für Komfortfunktionen im Kraftfahrzeug und
dabei bevorzugt zur Lenksäulenverstellung im PKW Anwendung,
weil bei ihm vor allem durch die elastische Drehmomenten-Kupplung
im Mitnehmer 30 die ansonsten, vor allem infolge Fluchtungsfehlern
und Verzahnungseffekten, geräuscherzeugenden externen Lasteinflüsse
auf die Lagerung der hochtourigen Motorwelle 29 nun zuverlässig
vermieden sind.
-
- 11
- Stellmotor
(1)
- 12
- Motor
(von 11)
- 13
- Schneckengetriebe
(von 11, hinter 12)
- 14
- Gehäuseblock
(von 11; 3)
- 15
- Bohrung
(in 14, aus 16–17)
- 16
- Motoraufnahme
(in 14 für 12)
- 17
- Schneckenaufnahme
(koaxial zu 16 in 14 für 20)
- 18
- Gehäusefortsatz
(für 21 an 14 neben 19)
- 19
- Schlitz
(in 17, nach 18 hin)
- 20
- Schnecke
(in 17)
- 21
- Scheckenrad
(auf 18)
- 22
- Wellenstutzen
(vor 25)
- 23
- Lagerbohrung
(vor 17 in 14 für 22)
- 24
- Lagerring
(auf 25 in 17)
- 25
- Schneckenwelle
(von 20)
- 26
- Nut
(an 25);
- 26'
- Zinken
(unter 27, nach 26 hin)
- 27
- Gehäusedeckel
(für 14; 4)
- 28
- Eingriffsöffnung
(in 27 für 26' nach 26 hin)
- 29
- Motorwelle
(von 12)
- 30
- zweiteiliger
Mitnehmer (zwischen 29 und 25; 2)
- 31
- elastisches
Element (in 30)
- 32
- Lagerloch
(in 33 für 21)
- 33
- Führungsbahn
(in 18 für 21)
- 34
- Montage-Richtung
(für 21 längs 33 nach 19)
- 35
- Lagerring
(an 38, für 36)
- 36
- Wellenstumpf
(auf 21)
- 37
- Abtriebsprofil
(in 36)
- 38
- Zunge
(mit 35, an 14)
- 39
- Öffnung
(in 27 für Zugang zu 37)
- 40
- Lasche
(an 27 für 33)
- 41
- Montagelöcher
(durch 14–27)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DD 274378
A1 [0002]
- - DE 102004052180 B3 [0003]
- - DE 19906693 C1 [0003]
- - EP 622564 A [0005]