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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Gewindespindel-Verstellantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Gewindespindel-Verstellantrieb ist aus der
DE 10 2005 046 356 A1 bekannt. Verstellantriebe mit einer Gewindespindel existieren grundsätzlich in zwei unterschiedlichen Ausführungen, in Form eines so genannten Tauchspindelantriebs sowie in Form eines so genannten Drehspindelantriebs. Bei einem Tauchspindelantrieb dreht sich ein Schneckenrad des Antriebsmotors über eine Gewindespindel, woraus eine Linearbewegung der Gewindespindel relativ zu dem Schneckenrad resultiert. Bei einem Drehspindelantrieb sind demgegenüber das Schneckenrad und die Gewindespindel fest miteinander verbunden. Auf der Gewindespindel ist wiederum eine Spindelmutter mit einem korrespondierenden Innengewinde angeordnet, so dass die Spindelmutter bei drehender Gewindespindel eine Linearbewegung ausführt.
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Bei letztgenannten Drehspindelantrieben ist in der Regel die Geometrie der sich drehenden Spindelmutter an die kundenseitige Schnittstelle angepasst, während bei Tauchspindelantrieben üblicherweise die kundenspezifische Schnittstelle des Adapterelements am Gewindespindelende angefügt ist.
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Bei Schneckenrädern, die für Drehspindelantriebe verwendet werden, ist die Verbindung zwischen dem aus Kunststoff bestehenden Schneckenrad und der Gewindespindel häufig durch einen aufwändigen Umspritzprozess realisiert. Diese Verbindung muss axiale Kräfte und Drehmomente aufnehmen können. Demgegenüber ist bei Schneckenrädern, die in Tauchspindelantrieben verwendet werden, keine feste Verbindung zwischen dem Schneckenrad und der Gewindespindel vorhanden.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend vom erwähnten Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein einheitliches Schneckenrad bereitzustellen, welches sowohl bei Tauchspindelantrieben, als auch bei Drehspindelantrieben verwendet werden kann. Diese Aufgabe wird bei einem Gewindespindel-Verstellantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale wird eine relativ einfache Verbindung zwischen dem Schneckenrad und der Gewindespindel geschaffen, wobei Werkzeugkosten, die ansonsten durch die Umspritzung des Schneckenrades anfallen würden, entfallen. Darüber hinaus wird bei einem erfindungsgemäßen Gewindespindel-Verstellantrieb eine größere Flexibilität bei der Anpassung an verschiedene Spindellängen erzielt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gewindespindel-Verstellantriebs sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist es vorgesehen, dass mehrere Ausnehmungen vorgesehen sind, die radial in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind. Durch diese Ausbildung lässt sich Erhöhung der Positioniergenauigkeit der Gewindespindel zum Schneckenrad erzielen.
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Bevorzugt ist es vorgesehen, dass sich die wenigstens eine Ausnehmung am Schneckenrad am Grund des Innengewindes parallel zur Längsachse der Gewindespindel erstreckt und im Querschnitt im Wesentlichen konstant ausgebildet ist. Dadurch lässt sich die wenigstens eine Ausnehmung einfach herstellen und es wird ein leichtes Einführen des Sperrelementes in die wenigstens eine Ausnehmung ermöglicht.
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Ebenso lässt sich die wenigstens eine Ausnehmung an der Gewindespindel relativ einfach herstellen, wenn sich diese parallel zur Längsachse der Gewindespindel erstreckt, im Wesentlichen im Querschnitt konstant ist, sowie am Außengewinde bis zum Grund des Außengewindes reicht.
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Besonders bevorzugt ist der Einsatz stiftförmiger Sperrelemente, die als Normteile preiswert beschaffbar sind und hohe Festigkeiten aufweisen.
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Um die Übertragung hoher Drehmomente zu ermöglichen, ist es weiterhin vorteilhaft, dass sich die wenigstens eine Ausnehmung an dem Schneckenrad bzw. der Gewindespindel zumindest über die Länge eines die Außenverzahnung tragenden Bereichs des Schneckenrades erstreckt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass an dem Schneckenrad und der Gewindespindel ein Sitz zur Aufnahme eines axiale Kräfte aufnehmenden Körpers (Kugel) ausgebildet ist. Dadurch lässt sich der Gewindespindel-Verstellantrieb zur Verwendung als Drehspindelantrieb optimieren.
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Eine wirtschaftliche Herstellbarkeit des Schneckenrades ist gegeben, wenn dieses aus Kunststoff besteht und als Spritzgussteil ausgebildet ist.
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Eine wirtschaftliche Herstellbarkeit eines Adapterelements ist gegeben, wenn dieses aus einem Rohrabschnitt gebildet ist, wobei zwei, insbesondere identisch ausgebildete Lagerkörper vorgesehen sind, welche das Schneckenrad an seinen Endbereichen umfassen.
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Besonders bevorzugt ist dabei, dass die Lagerkörper als Tiefziehteile ausgebildet sind und einen umlaufenden, kragenförmigen Rand aufweisen.
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Eine exakte Positionierung der Lagerkörper in dem Adapterelement ist gegeben, wenn diese durch Einprägungen, insbesondere durch Rollierungen fixiert sind.
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Zur Erzielung einer axialen Spielfreiheit zwischen den Lagerkörpern und dem Schneckenrad ist es in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass zwischen einer Einprägung und dem Lagerelement ein axiales Ausgleichselement, insbesondere eine Tellerfeder, angeordnet ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Diese zeigen in:
- 1: einen Längsschnitt durch einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Gewindespindel-Verstellantriebs in einer Darstellung ohne Sperrelement,
- 2: einen Schnitt in der Ebene II - II der 1,
- 3: einen Längsschnitt durch den Gewindespindel-Verstellantrieb nach 1 bei der Verwendung als Drehspindelantrieb mit Sperrelement,
- 4: einen Längsschnitt bei einem gegenüber der 3 modifizierten Gewindespindel-Verstellantrieb,
- 5: einen Schnitt in der Ebene V - V der 4,
- 6: einen Längsschnitt durch eine modifizierte Ausführungsform des Gewindespindel-Verstellantriebs bei einer Ausbildung als Tauchspindelantrieb,
- 7: eine modifizierte Ausführungsform des Gewindespindel-Verstellantriebs gemäß 1 im Längsschnitt bei einer Ausführung als Drehspindelantrieb und
- 8: ein Teil des Gewindespindel-Verstellantriebs nach 7 in einer modifizierten Ausführungsform in vergrößerter Darstellung ebenfalls im Längsschnitt.
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In der 1 ist ein Teil eines als Tauchspindelantriebs ausgebildeten Gewindespindel-Verstellantriebs, im Folgenden lediglich als Verstellantrieb 10 bezeichnet, dargestellt. Der Verstellantrieb 10 umfasst ein Schneckenrad 11, das eine Außenverzahnung 12 aufweist.
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Die als Schrägverzahnung ausgebildete Außenverzahnung 12 des Schneckenrads 11 kämmt mit einem Antriebsritzel 13, das als Abtriebselement auf einer Abtriebswelle 14 eines nicht dargestellten Antriebs, insbesondere eines Elektromotors, drehfest befestigt ist. Das Schneckenrad 11 weist einen mittleren Bereich 16 auf, in dem auch die Außenverzahnung 12 ausgebildet ist. Beidseitig des mittleren Bereichs 16 sind zwei im Durchmesser kleinere Endbereiche 17, 18 angeordnet. Das Schneckenrad 11 ist einstückig ausgebildet und besteht aus Kunststoff, wobei es bevorzugt als Spritzgussteil hergestellt ist.
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Das Schneckenrad 11 weist ein sich in Längsrichtung erstreckendes, durchgängiges Innengewinde 20 auf. Das Innengewinde 20 wirkt mit einer Gewindespindel 21 zusammen, welche ein Außengewinde 22 aufweist, das dem Innengewinde 20 angepasst ist und mit diesem kämmt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an dem Innengewinde 20 eine erste, im Querschnitt beispielhaft kreisförmige Ausnehmung 25 ausgebildet ist, die sich vorzugsweise bis zu dessen Grund erstreckt. Die erste Ausnehmung 25 erstreckt sich parallel zur Längsachse 26 des Verstellantriebs 10 bzw. zur Längsachse des Schneckenrads 11. Die Länge L der ersten Ausnehmung 25 ist im Ausführungsbeispiel derart, dass sie sich zumindest über die gesamte Länge des mittleren Bereichs 16 erstreckt. Vorteilhafterweise beträgt die Länge L mehr als die Hälfte der Länge des Schneckenrades 11. Das erfindungsgemäße Schneckenrad 11 ist mittels eines in den 1 bis 5 nicht dargestellten Adapterelements ortsfest zum Antrieb des Verstellantriebs 10, das heißt zur Abtriebswelle 14 bzw. zu dessen Antrieb positioniert.
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Bei der Ausführung als Tauchspindelantrieb bewegt sich die Gewindespindel 21 bei einer Drehung des Schneckenrads 11 in Richtung des Doppelpfeils 27. Bei einer Ausführung als Drehspindelantrieb muss die Gewindespindel 21 in Bezug zum Schneckenrad 11 fest angeordnet sein, d.h., dass sich die Gewindespindel 21 in dem Schneckenrad 11 nicht drehen darf. Hierzu ist vorgesehen, dass an der Gewindespindel 21 eine zweite Ausnehmung 30 ausgebildet ist. Die in der Zusammenschau der 1 und 2 erkennbare zweite Ausnehmung 30 ist länglich ausgebildet und weist im Querschnitt ebenfalls eine kreisförmige Form mit gleichem Durchmesser d auf. Die zweite Ausnehmung 30 ist an dem Außengewinde 22 der Gewindespindel 21 ausgebildet. Die zweite Ausnehmung 30 reicht hierbei vom Außenumfang des Außengewindes 22 bis zum Grund des Außengewindes 22. Wie aus der 2 erkennbar ist, weist die zweite Ausnehmung 30 einen Durchmesser d auf, dessen Mittelpunkt 32 in einem Abstand x von der Längsachse 26 der Gewindespindel 21 angeordnet ist, wobei der Abstand x größer ist als der Radius der Gewindespindel 21. Die Länge der zweiten Ausnehmung 30 ist der Länge der ersten Ausnehmung 25 angepasst, sodass diese mindestens der Länge der ersten Ausnehmung 25 entspricht.
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Zum Fixieren der Gewindespindel 21 in dem Schneckenrad 11 wird ein in der 3 erkennbares Sperrelement 35 verwendet. Das Sperrelement 35 besteht hierbei bevorzugt aus Metall, ist stiftförmig bzw. zylindrisch ausgebildet und weist einen Durchmesser auf, der dem Durchmesser d der zweiten Ausnehmung 30 angepasst ist. Die Befestigung des Sperrelements 35 in der zweiten Ausnehmung 30 kann mittels einer Presspassung, mittels eines Gewindes, mittels eines Rasthakens oder einer ähnlichen Methode bewirkt werden.
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Ergänzend wird erwähnt, dass anstelle kreisförmiger Ausnehmungen 25, 30 auch zum Beispiel rechteckförmige Ausnehmungen ausgebildet sein können, die sich beispielsweise mittels eines Fräsers leicht herstellen lassen. Auch können dann handelsübliche (rechteckförmige) Passstifte verwendet werden.
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In den 4 und 5 ist der Verstellantrieb 10 in Analogie zur 3 ebenfalls als Drehspindelantrieb ausgebildet. Hierbei weist das Schneckenrad 11a in dem einen Endbereich 18a in seiner Längsachse einen angeformten Boden mit einer trichterförmigen Aufnahme 36 für eine Kugel 37 auf. Hierbei ist die Kugel 37 in der Aufnahme 36 axial fixiert. Die Kugel 37 dient als axialer Anschlag für die Gewindespindel 21a, die auf der der Kugel 37 zugewandten Seite gegebenenfalls eine der Form der Kugel 37 angepasste Ausnehmung 38 aufweisen kann. Mittels des so ausgebildeten Schneckenrades 11a lassen sich in Richtung des Pfeiles 39 auf die Gewindespindel 21a wirkende Axialkräfte aufnehmen, ohne dass diese von dem Sperrelement 35 abgefangen werden müssen.
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In der 6 ist ein weiterer Verstellantrieb 40 dargestellt, welcher als Tauchspindelantrieb ausgebildet ist. An dem einen Ende der Gewindespindel 41 des Verstellantriebs 40 ist ein Befestigungselement 43 angeordnet, das eine Durchgangsbohrung 44 aufweist. Mittels der Durchgangsbohrung 44 lässt sich die Gewindespindel 41 mit dem zu verstellenden Element, beispielsweise einem Fensterheberantrieb oder einer Sitzverstellung in einem Kraftfahrzeug verbinden. Ferner erkennt man in der 6 ein Adapterelement 45, das der Aufnahme des Schneckenrades 47 dient. Hierbei entspricht die Ausbildung des Schneckenrades 47 der Ausbildung des Schneckenrades 11, wobei kein Sperrelement 35 vorgesehen ist.
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Das Adapterelement 45 ist ortsfest an dem ansonsten nicht dargestellten Antrieb des Verstellantriebs 40 angeordnet Das Adapterelement 45 weist einen rohrförmigen Grundkörper 49 auf, der insbesondere aus einem hochfesten Abschnitt eines Stahlrohres besteht. Im Adapterelement 45 sind zwei Lagerkörper 51, 52 angeordnet, die der Lagerung des Schneckenrades 47 dienen. Die beiden identischen, im Wesentlichen topfförmigen Lagerkörper 51, 52 sind bevorzugt als Tiefziehteil ausgebildet und weisen in ihrem Bodenbereich 53 eine Durchgangsbohrung 54 auf, durch die die Gewindespindel 41 mit radialem Spiel hindurchragt. Die beiden Endbereiche 57, 58 des Schneckenrades 47 werden in den Lagerkörper 51, 52 formschlüssig aufgenommen.
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Auf der dem mittleren Bereich 59 des Schneckenrades 47 zugewandten Seite weisen die beiden Lagerkörper 51, 52 jeweils einen kragenförmigen Rand 60 auf. Hierbei liegen die Ränder 60 jeweils an dem stufenförmigen Übergang zwischen den Endbereichen 57, 58 zu dem mittleren Bereich 59 an dem Schneckenrad 47 an. Die axiale Lauffläche 61 der Lagerkörper 51, 52 weist dabei insbesondere eine Rauigkeit von ca. Ra 0,3 µm auf.
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Die Ränder 60 der Lagerkörper 51, 52 sind in ihrem Außenumfang formschlüssig an der Innenwand 63 des Adapterelements 45 aufgenommen. Zur axialen Positionierung der Lagerkörper 51, 52 weist das Adapterelement 45 an seinem Grundkörper 48 jeweils umlaufende Rollierungen 64, 65 auf, die nahe der Ränder 60 auf der dem mittleren Bereich 59 abgewandten Seite ausgebildet sind. Durch die umfangsseitig vorzugsweise vollständig umlaufenden Rollierungen 64, 65 wird ein Verkippen der Lagerkörper 51, 52 im Grundkörper 48 vermieden. Um ein axiales Lagerspiel des Schneckenrades 47 in dem Adapterelement 45 zu vermeiden, ist die Anordnung der Rollierungen 64, 65 vorzugsweise derart, dass eine axiale Vorspannung über die Lagerkörper 51, 52 auf das Schneckenrad 47 erzeugt wird.
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In der 7 ist ein weiterer Verstellantrieb 70 dargestellt, welcher als Drehspindelantrieb ausgebildet ist. Das Schneckenrad 71 des Verstellantriebs 70 ist hierbei identisch zum Schneckenrad 11 bzw. 11a ausgebildet, jedoch weist deren Gewindespindel 72 in Analogie zur Gewindespindel 21a gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 und 5 ein (in der 7 nicht erkennbares) Sperrelement auf. Ferner erkennt man im Grundkörper 73 des Adapterelements 74 eine Durchgangsöffnung 75. Die Durchgangsöffnung 75 weist einen kreisrunden Querschnitt auf, wobei die Durchgangsöffnung 75 den Grundkörper 73 mit Axialabstand zur Gewindespindel 72 in Querrichtung vollständig durchsetzt. Die Durchgangsöffnung 75 dient zur drehfesten Fixierung des Grundkörpers 73 in einem Gehäuse und/oder an der Fahrzeugkarosserie (nicht dargestellt). Der Grundkörper 73 kann sich dabei jedoch um die Achse der Durchgangsöffnung 75 drehen.
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Ergänzend wird erwähnt, dass bei dem Verstellantrieb 70 an dem der Durchgangsöffnung 75 zugewandten Lagerkörper 76 auch ein Sitz zur Aufnahme einer Lagerkugel ausgebildet sein kann, sodass mittels des Lagerkörpers 76 in Richtung des Pfeils 77 wirkende Axialkräfte aufgenommen werden können.
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Der in der 8 dargestellte Verstellantrieb 80 unterscheidet sich vom Verstellantrieb 70 gemäß der 7 durch die Verwendung eines Ausgleichselements 81, das zwischen dem einen Lagerkörper 82 und der Rollierung 83 angeordnet ist. Hierbei ist das Ausgleichselement 81 als Tellerfeder 84 ausgebildet. Mittels des Ausgleichselements 81 lässt sich ein Axialspiel des Schneckenrades 85 über die gesamte Lebensdauer des Verstellantriebs 80 vermeiden, da das Ausgleichselement 81 den einen Lagerkörper 82 stets mit axialer Vorspannung gegen das Schneckenrad 85 drückt.
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Weiterhin wird erwähnt, dass bei allen Verstellantrieben 10, 40, 70, 80 anstelle einer ersten und zweiten Ausnehmung 25, 30 auch mehrere erste und zweite Ausnehmungen 25, 30 vorgesehen sein können, die dann vorzugsweise in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
