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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Verstellantrieb, insbesondere einen Fensterverstellantrieb
in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Bei
heute zum Einsatz kommenden Verstellantrieben zum Verstellen eines
Fensters in einem Kraftfahrzeug besteht das zum Einsatz kommende Getriebe
aus einer von einem Elektromotor antreibbaren Getriebeschnecke und
einem mit der Getriebeschnecke kämmenden
Schneckenrad. Dabei ist das Schneckenrad meist als schräg verzahntes
Stirnrad aus Kunststoff und die Getriebeschnecke aus Metall ausgebildet.
Bei derartigen Verstellantrieben ist es wichtig, dass die Kombination
aus Getriebeschnecke und Schneckenrad eine gute Verzahnungsfestigkeit aufweist,
da die Verzahnung im Betrieb über
die gesamte Lebensdauer Verstellzyklen ausführen muss. Insbesondere die
zum Verstellen von Fenstern in Kraftfahrzeugen eingesetzten Verstellantriebe
sind großen
Belastungen ausgesetzt, die über
die Lebensdauer zu Zahnverformungen führen können, die sich jedoch nur in
gewissen Grenzen bewegen dürfen.
Die hohen Belastungen resultieren bei einem Verstellantrieb für ein Fenster
in einem Kraftfahrzeug u. a. daraus, dass das Fenster am Ende eines
Verstellzyklus gegen einen Anschlag bewegt wird. Dabei wird die
Bewegung abrupt abgebremst, und es kommt zu einer starken Belastung
der Verzahnung zwischen Getriebeschnecke und Schneckenrad mit dem
maximalen Antriebsmoment des Elektromotors. Zusätzlich wirken aufgrund der
abrupten Verzögerung
große
dynamische Kräfte
auf die Verzahnung. Hinzu kommt, dass das System bestehend aus Fenster
und Verstellantrieb nicht selten im Anschlagszustand über einen
längeren
Zeitraum stehen bleibt und es dadurch zu einer ständigen statischen
Belastung der Verzahnung kommt. Da die zum Einsatz kommenden Kunststoff zahnräder zu einem
sogenannten Kriechen neigen, kommt es auch bei diesem Belastungsfall
zu einer sich negativ auswirkenden Verformung an den Kunststoffzähnen des
Schneckenrades.
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Darüber hinaus
ist eine gute Verzahnungsfestigkeit insbesondere bei heute zum Einsatz
kommenden Elektronikmotoren wichtig, die beispielsweise die Funktion „Einklemmschutz" realisieren, da
Geschwindigkeitsänderungen,
die durch Verzahnungsfehler oder Verzahnungsverformungen verursacht werden,
die Funktion „Einklemmschutz" beeinträchtigen
können.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verstellantrieb
vorzuschlagen, der den Belastungen im Betrieb verbessert standhalten
kann.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verstellantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest
zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten
Merkmalen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Verzahnungsfestigkeit
bei einem Verstellantrieb dadurch zu erhöhen, dass zusätzlich zu
dem ersten mit der Getriebeschnecke kämmenden Schneckenrad mindestens
ein zweites mit der Getriebeschnecke kämmendes Schneckenrad vorgesehen
ist. Dabei sind bevorzugt beide Schneckenräder als schräg verzahnte
Stirnräder
aus Kunststoff ausgebildet. Diese Grundkonzeption eines Verstellantriebes
erlaubt in unterschiedlichen, im Folgenden noch zu erläuternden
Weiterbildungen eine Entlastung des Verzahnungseingriffs zwischen
dem ersten Schneckenrad und der Getriebeschnecke, wodurch die Funktionstüchtigkeit
des Ver stellantriebes über
einen längeren
Zeitraum aufrechterhalten werden kann. Darüber hinaus können die
Schneckenräder
aufgrund der verbesserten Verzahnungsfestigkeit bei gleichbleibender Übersetzung
verkleinert werden, wodurch das Bauraumvolumen eines nach dem Konzept
der Erfindung ausgebildeten Verstellantriebs minimiert werden kann.
Mit einem nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Verstellantrieb
folgende Vorteile realisiert werden: Es wird ein einfach zu montierender
und kostengünstig
herstellbarer Verstellantrieb mit einer vergleichsweise geringen
Kriechneigung der zur Anwendung kommenden Schneckenräder erhalten,
wobei es im Rahmen der Erfindung liegt, die Schneckenräder nicht
aus Kunststoff, sondern beispielsweise aus Metall auszubilden. Die
geringe Kriechneigung ist dabei auf die Kraft- bzw. Drehmomentverteilung
auf mindestens zwei Verzahnungseingriffe mit der Getriebeschnecke
zurückzuführen. Darüber hinaus
ist die Getriebefestigkeit des Verstellantriebs erhöht und es
kommt, wenn überhaupt,
zu geringeren, insbesondere ausschließlich elastischen Zahnverformungen
der Schneckenräder,
was insgesamt zu einem robusteren Getriebe und einer erhöhten Lebensdauer
führt.
Gegebenfalls kann der Verstellantrieb ein verringertes Bauvolumen
aufgrund der Verwendung kleinerer Schneckenräder bei gleich bleibender Übersetzungsverhältnis aufweisen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind die Schneckenräder
nicht nur drehmomentübertragend
mit der Getriebeschnecke, sondern zusätzlich noch miteinander gekoppelt.
Dabei liegt es im Rahmen der Weiterbildung, die Schneckenräder unmittelbar
miteinander kämmend
anzuordnen, oder die Schneckenräder über mindestens ein
weiteres, drehbar gelagertes Getriebeelement drehmomentübertragend
miteinander zu verbinden. Bei einer derartigen Ausführungsform
mit drehmomentübertragend
miteinander gekoppelten Schneckenrädern wird das zweite Schneckenrad
im Normalbetrieb mehr oder weniger kraftlos, d. h. im Wesentlichen
kein Drehmoment übertragend,
mitangetrieben. Kommt es jedoch zu einer Überlast des ersten Schneckenrades,
beispielsweise beim Blocklauf oder durch statische Dauerbelastungen,
beispielsweise bei einem im Anschlag befindlichen Fenster, wird
durch die drehmomentübertragende
Kopplung der beiden Schneckenräder
ein unterstützender Kraftfluss
auf die Getriebeschnecke bzw. von der Getriebeschnecke auf das zweite
Schne ckenrad realisiert. Insbesondere bei aus einem Kunststoff ausgebildeten,
vorzugsweisen einstückigen
Schneckenrädern
wird im Normalbetrieb das Drehmoment zumindest näherungsweise ausschließlich von
der Getriebeschnecke auf das erste Schneckenrad und von diesem weiter,
beispielsweise auf einen Seilzugmechanismus, übertragen. Kommt es zu einer Überlast des
ersten Schneckenrades, überschreiten
also die Verzahnungskräfte
zwischen der Getriebeschnecke und dem ersten Schneckenrad ein bestimmtes
Niveau, kommt es zunächst
zu einer vorzugsweisen Verformung des ersten Schneckenrades. Durch
die drehmomentübertragende
Kopplung zwischen den beiden Schneckenrädern verteilt sich sodann die Drehmomentübertragung
von der Getriebeschnecke auf die beiden Schneckenräder, wodurch
die Belastung des ersten Schneckenrades begrenzt wird. Insgesamt
kann durch die Anordnung der mindestens zwei Schneckenräder ein
größeres Moment übertragen
werden. Der Abstimmung der Verzahnungsspiele des Verstellantriebs
kommt dabei eine große
Bedeutung zu. Die Abstimmung gibt vor, wie weit (wie stark) sich
das erste Schneckenrad verformt, bis dass sich das zweite Schneckenrad
an der Kraftübertragung
beteiligt. Die Verzahnungsspiele sollten derart abgestimmt werden,
dass sich das zweite Schneckenrad bereits an der Drehmomentübertragung
beteiligt, wenn sich das erste Rad noch im elastischen Verformungsbereich
befindet.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die
Schneckenräder
in direktem Verzahnungseingriff miteinander stehen. Hierzu weisen
beide Schneckenräder
jeweils mindestens einen Zahnkranz auf, wobei die Zahnkränze der
Schneckenräder
mit Abstand zu der Getriebeschnecke miteinander kämmen. Bevorzugt
sind die Zahnkränze unmittelbar
neben dem mit der Getriebeschnecke in Eingriff befindlichem, vorzugsweise
schräg
verzahnten Abschnitt des jeweiligen Schneckenrades angeordnet.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die
insbesondere aus Kunststoff, beispielsweise durch Spritzgießen oder
Pressformen, hergestellten Schneckenräder miteinander kämmende Zahnkränze mit
einer geraden Zahnung aufweisen, also mit in Umfangsrichtung benachbarten
Zähnen
versehen sind, die sich parallel zur Drehachse des jeweiligen Schneckenrades
erstrecken.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Anordnung der Schneckenräder, bei
der sich die Schneckenräder
auf einander gegenüberliegenden
Längsseiten der
Getriebeschnecke befinden und auf den einander gegenüberliegenden
Längsseiten
der Getriebeschnecke mit dieser in Eingriff sind. Dabei ist es vorteilhaft,
dass die Drehachsen der Schneckenräder parallel zueinander verlaufen,
also quer zur Längserstreckung
der Getriebeschnecke angeordnet sind.
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Für eine weitgehend
gleichmäßige Drehmomentverteilung
zwischen den mindestens zwei Schneckenrädern ist es von Vorteil, wenn
diese sich exakt gegenüberliegen,
d. h. die Drehachsen der Schneckenräder eine gedachte Achse senkrecht schneiden,
die die Längsachse
der Getriebeschnecke ebenfalls rechtwinklig schneidet.
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Bei
einer einfachsten Ausführungsform
ist lediglich eines der mindestens zwei Schneckenräder mit
einem Abtriebselement zur Weitergabe des Drehmomentes, beispielsweise
auf einen Seilzugmechanismus, ausgestattet. Bei dem Abtriebselement
kann es sich beispielsweise um einen Rändelabschnitt oder einen Zahnkranz
handeln. Besonders bevorzugt ist es, wenn sich das Abtriebselement
des ersten Schneckenrades benachbart zu dem mit der Getriebeschnecke
in Eingriff befindlichem Abschnitt des Schneckenrades angeordnet
ist, vorzugsweise auf der gegenüberliegenden
Seite des Zahnkranzes, mit dem das erste Schneckenrad mit dem Zahnkranz
des zweiten Schneckenrades kämmt.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist zusätzlich zu dem dem ersten Schneckenrad
zugeordneten ersten Abtriebselement mindestens ein zweites, dem zweiten
Schneckenrad zugeordnetes Abtriebselement vorgesehen, so dass der
Verstellantrieb insgesamt mindestens zwei Abtriebe aufweist.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn diese Abtriebselemente mit einem weiteren
Getriebeteil, insbesondere einer Zahnstange, gemeinsam in drehmomentübertragenden
Eingriff stehen, das weitere Getriebeelement von beiden Abtriebselementen
also gleichzeitig angetrieben wird, um so die Belastung der einzelnen
Schneckenräder
im Wesentli chen zu halbieren. Bei einer derartigen Ausführungsform
des Verstellantriebs kann ggf. auf einen direkten Verzahnungseingriff
der Schneckenräder
verzichtet werden, die Schneckenräder also ohne zusätzliche
Zahnkränze
ausgebildet werden.
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Aus
Kostengründen
und zur Vereinfachung der Montage ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei
der die beiden Schneckenräder
identisch ausgebildet sind. Vorzugsweise handelt es sich um Kunststoff-Schneckenräder.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1:
eine perspektivische Darstellung eines Verstellantriebes mit zwei
mit einer Getriebeschnecke kämmenden,
gegenüberliegenden
Schneckenrädern,
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2:
eine ergänzte
Schnittdarstellung entlang der Schnittlinien A-A gemäß 1 und
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3:
eine schematisierte Darstellung eines Verstellantriebes, bei der
die zwei Schneckenräder sowohl
gemeinsam mit der Getriebeschnecke als auch mit einer Zahnstange
kämmend
angeordnet sind.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist
eine einfache Ausführungsform eines
Verstellantriebes 1 zum Verstellen einer Fensterscheibe
in einem Kraftfahrzeug dargestellt. Zu erkennen ist eine drehbar
gelagerte Abtriebswelle 2, die zwischen zwei beabstandeten
Axialanschlägen 3, 4 angeordnet
ist. Auf der von einem Elektromotor 5 angetriebenen Abtriebswelle 2 sitzt
eine Getriebeschnecke 6 aus Metall, in diesem Ausführungsbeispiel
aus Messing.
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Die
Getriebeschnecke 6 kämmt
mit einem ersten Schneckenrad 7 aus Kunststoff, genauer
mit einem schräg
verzahnten ersten Eingriffsabschnitt 8 des ersten Schneckenrades 7.
Die in 2 eingezeichnete erste Drehachse 9 des
ersten Schneckenrades 7 verläuft dabei mit Abstand und senkrecht
zu der Längserstreckung
der Abtriebswelle 2.
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Auf
der dem ersten Schneckenrad 7 gegenüberliegenden Längsseite
der Abtriebswelle 2 bzw. der Getriebeschnecke 6 ist
ein zweites Schneckenrad 10 angeordnet, welches ebenfalls
mit einem zweiten, schräg
verzahnten Eingriffsabschnitt 11 mit der Getriebeschnecke 6 kämmt. Die
aus 2 ersichtliche zweite Drehachse 12 des
zweiten Schneckenrades 10 verläuft parallel zur ersten Drehachse 9 des
ersten Schneckenrades 7 und ist im gleichen Abstand zu
der Getriebeschnecke 6 angeordnet wie die erste Drehachse 9.
Beide Drehachsen 9, 12 werden von einer gedachten,
nicht eingezeichneten, die Getriebeschnecke 6 in Querrichtung
schneidenden Achse im rechten Winkel geschnitten.
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Wie
sich insbesondere aus 1 ergibt, ist das erste, einstückig ausgebildete
Schneckenrad 7 benachbart zu dem ersten Eingriffsabschnitt 8 mit
einem ersten, gerade verzahnten Zahnkranz 13 ausgestattet,
der im drehmomentübertragenden
Eingriff mit einem identischen zweiten Zahnkranz 14 des
zweiten Schneckenrades 10 ist.
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Wie
sich aus den 1 und 2 ergibt,
ist benachbart zu dem ersten Eingriffsabschnitt 8 des ersten
Zahnrades 7 ein erstes, als Verzahnungselement ausgebildetes
Abtriebselement 15 angeordnet, welches zum Antreiben eines
nicht gezeigten Fensterhebermechanismus dient, welcher an sich bekannt
ist. Mit dem Bezugszeichen 23 ist in 1 eine mögliche Umfangskontur
eines Verstellantriebgehäuses
angedeutet.
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Wie
aus 2 zu entnehmen ist, ist das erste Schneckenrad 7 auf
einem ersten Bolzen 16 und das zweite Schneckenrad 10 auf
einem zweiten Bolzen 17 drehbar gelagert.
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In 2 sind
durch unterschiedliche Pfeile die Drehmomentflüsse in unterschiedlichen Belastungszuständen des
Verstellantriebes gezeigt. Die mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichneten
Pfeile zeigen dabei den Drehmomentfluss im normalen Verstellzustand.
Zu erkennen ist, dass eine Drehmomentübertragung im Wesentlichen
nur zwischen der Getriebeschnecke 6 und dem ersten Schneckenrad 7 stattfindet.
Die mit dem Bezugszeichen 19 gekennzeichneten Pfeile zeigen
den Drehmomentfluss im Blockanschlag, also bei einsetzender Zahnverformung
des ersten Schneckenrades 7. Zu erkennen ist, dass eine
Drehmomentübertragung
sowohl zwischen der Getriebeschnecke 6 und dem ersten Schneckenrad 7 als
auch zwischen der Getriebeschnecke 6 und dem zweiten Schneckenrad 10 stattfindet,
wobei das Drehmoment von dem zweiten Schneckenrad 10 und dem
zweiten Zahnkranz 14 an den ersten Zahnkranz 13 und
damit an das erste Schneckenrad 7 bzw. das Abtriebselement 15 weitergegeben
wird.
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Die
mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichneten Pfeile zeigen
den Drehmomentfluss bei einer Belastung des Verstellantriebes von
der Antriebsseite her während
eines sogenannten Creep-Tests. Zu erkennen ist, dass die Pfeile 20 dabei
den Pfeilen 19 entgegengesetzt gerichtet sind.
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In 3 ist
ein alternatives Ausführungsbeispiel
eines Verstellantriebes 1 gezeigt. Zur Vermeidung von Wiederholung
werden im Folgenden im Wesentlichen lediglich die Unterschiede zu
den in den 1 und 2 gezeigten
Ausführungsbeispielen
beschrieben. Bezüglich
der Gemeinsamkeiten wird auf die vorhergehende Figurenbeschreibung
sowie die zugehörigen 1 und 2 verwiesen.
Zu erkennen ist, dass das zweite Schneckenrad 10 im Gegensatz
zu dem zweiten Schneckenrad 10 gemäß dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
ein zweites Abtriebselement 21 aufweist, das identisch wie
das erste Abtriebselement 15 des ersten Schneckenrades 7 ausgebildet
ist.
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Beide
Abtriebselemente 15, 21 sind mit einer schematisch
angedeuteten Zahnstange 22 in einem drehmomentübertragenden
Eingriff. Der Drehmomentfluss verteilt sich bei einer derartigen
Ausbildung bereits von der Getriebeschnecke 6 auf die beiden
Schneckenräder 7, 10 und
wird über
die Abtriebselemente 15, 21 auf zwei gegenüberliegenden
Seiten verteilt auf die Zahnstange 22 übertragen. Mit einem derart
ausgebildeten Verstellantrieb können
vergleichsweise große
Drehmomente übertragen
werden. Anstelle der gezeigten, im Querschnitt rechteckigen Zahnstange
kann auch eine Zahnstange mit rundem Querschnitt eingesetzt werden.