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Stand der Technik
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Herkömmliche elektrische Heckklappenantriebe in Kraftfahrzeugen werden zu einer Kompensation eines Heckklappengewichts und damit zu einer Unterstützung des elektrischen Antriebs in der Regel mit Gasdruckfedern ausgerüstet. Die Gasdruckfedern sind nachteilig allerdings sehr temperaturabhängig, was sich dadurch ausdrückt, dass ihre Federkraft bei sehr hohen und sehr tiefen Temperaturen deutlich verschieden zu einer Federkraft bei Raumtemperatur ist.
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Bei bekannten elektrischen Sitzverstellantrieben, beispielsweise bei elektrischen Verstellantrieben für eine Sitzhöheneinstellung im Kraftfahrzeug werden zu einer Unterstützung des elektrischen Antriebs Drehstabfedern eingesetzt. Dadurch kann der elektrische Verstellantrieb leistungsmäßig schwächer und geometrisch kleiner dimensioniert werden, zudem kann durch die Vorspannung der Feder Spielfreiheit erreicht und dadurch ein Klappern des Sitzes vermieden werden.
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EP 1 147 028 B1 offenbart eine Einrichtung zur Verstellung einer Sitzlehne mit Lastkompensation. Dabei wird ein Torsionselement vorgeschlagen, dessen Einbauposition derart gewählt ist, dass das Torsionselement zu einem Spielausgleich innerhalb eines Taumelgetriebes benutzt werden kann. Durch eine Abwärtsbewegung der Sitzlehne kann eine Vorspannung des Torsionselements erreicht werden. Wird die Sitzlehne in Richtung der Vertikalen aufwärtsbewegt, unterstützt der Energiespeicher der Torsionsfeder durch seine Entspannung die Aufwärtsbewegung der Sitzlehne durch den Antriebsmotor.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Verstellantrieb bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verstellantrieb, aufweisend:
- – wenigstens eine Getriebestufe;
- – wobei die wenigstens eine Getriebestufe eine Feder aufweist, wobei mittels Federenergie der Feder die Getriebestufe beim Verstellen eines Verstellelements unterstützbar ist;
- – wobei die Feder als eine Spiralfeder ausgebildet ist, die an einem ersten Federende mit einem Gehäuse und mit einem zweiten Federende mit der wenigstens einen Getriebestufe des Verstellantriebs fest verbunden ist.
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Vorteilhaft ist auf diese Weise die Feder ein Bestandteil des Verstellantriebs. Eine Antriebseinrichtung für den Verstellantrieb kann aufgrund der unterstützenden Wirkung der Feder leistungsschwächer und damit kostengünstiger dimensioniert sein. Vorteilhaft ist durch die feste Verbindung der Spiralfeder mit dem Getriebegehäuse und mit der Getriebestufe unterstützt, dass die Spiralfeder ihre gespeicherte potentielle Energie bzw. Federenergie effizient an die Getriebestufe abgeben kann. Die Ausbildung der Feder als Spiralfeder realisiert vorteilhaft eine kostengünstige Form eines Energiespeicherelements, das seine Energiespeichereigenschaften über eine lange Betriebsdauer und im Wesentlichen unbeeinflusst von äußeren Umständen beibehalten kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Verstellantriebs sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verstellantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Feder in einer ersten Verstellrichtung des Verstellantriebs gespannt wird und in einer zweiten Verstellrichtung des Verstellantriebs die Federenergie an die Getriebestufe abgibt. Auf diese Weise kann die Feder die Getriebestufe beim Verstellen des Stellelements wirksam unterstützen bzw. die Antriebseinrichtung entlasten.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verstellantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellantrieb drei Getriebestufen aufweist, wobei eine erste Getriebestufe eine erste Schneckenverzahnung und eine erste Schneckenradverzahnung aufweist, wobei eine zweite Getriebestufe eine zweite Schneckenverzahnung und eine zweite Schneckenradverzahnung aufweist, und wobei eine dritte Getriebestufe ein Ritzel und ein Zahnrad aufweist. Auf diese Weise wird ein dreistufiger Verstellantrieb bereitgestellt, der beispielsweise für einen Heckklappenantrieb oder eine Sitzhöhenverstelleinrichtung im Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verstellantriebs zeichnet sich dadurch aus, dass von der ersten Getriebestufe bis zur dritten Getriebestufe eine Drehzahlreduzierung und eine Momentenerhöhung zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle generierbar sind. Dadurch kann von der Antriebswelle bis zum Verstellelement eine antriebstechnisch günstige Übersetzung von mechanischer Antriebsenergie realisiert werden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verstellantriebs zeichnet sich dadurch aus, dass die Feder auf einer Zwischenwelle angeordnet ist, wobei die Zwischenwelle im Wesentlichen parallel zu einer Antriebswelle des Verstellantriebs ausgerichtet ist. Auf diese Weise sind eine effiziente Kraft- und Momentenübertragung für den Verstellantrieb unterstützt.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verstellantriebs zeichnet sich dadurch aus, dass eine Abtriebswelle, die Antriebswelle und die Zwischenwelle im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Auch auf diese Art und Weise ist ein effizienter Kraft- und Momentenübertragungsmechanismus innerhalb des Verstellantriebs unterstützt.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verstellantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser eines Ritzels der Zwischenwelle kleiner ist als ein Durchmesser eines Zahnrads der Abtriebswelle. Auf diese Weise kann eine effiziente Momentenübersetzung für den Verstellantrieb bereitgestellt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verstellantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Feder auf der Zwischenwelle in einem Bereich zwischen dem Ritzel und einer zweiten Schneckenradverzahnung angeordnet ist. Dadurch wird der Bereich der Zwischenwelle effizient ausgenutzt, so dass eine Spiralfeder bestmöglich an die geometrische Abmessung bzw. an die Form der Zwischenwelle angepasst werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verstellantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Feder in einer oberen Endposition des Verstellelements leicht vorgespannt ist. Vorteilhaft kann dadurch ein Spiel von Elementen des Verstellantriebs vermieden bzw. wenigstens stark reduziert werden, so dass zum Beispiel störende Klappergeräusche vermeidbar bzw. wenigstens reduzierbar sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand einer Figur detailliert beschrieben. Dabei bilden alle offenbarten Merkmale den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Darstellung in der Beschreibung und in der Figur sowie unabhängig von ihrer Rückbeziehung in den Patentansprüchen. Die Figur ist vor allem zur prinzipiellen Erläuterung des erfindungsgemäßen Prinzips gedacht und ist nicht notwendigerweise maßstabsgetreu ausgeführt.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstellantriebs 100 in einer Querschnittsaufsicht. Erkennbar ist ein dreistufiger Verstellantrieb 100 mit einem Gehäuse 10, einer Antriebswelle 20 (z.B. eine Ankerwelle bzw. ein Rotor eines Elektromotors) mit einer ersten Schneckenverzahnung 21 eines antreibenden Elektromotors (nicht dargestellt). Ein Axialanlauf 30 ist für einen axialen Anschlag der Antriebswelle 20 vorgesehen. Der Verstellantrieb 100 weist ferner eine erste drehbare Zwischenwelle 40 mit einer ersten Schneckenradverzahnung 41 auf. Die erste Schneckenverzahnung 21 ist vorgesehen, um mit der ersten Schneckenradverzahnung 41 zu kämmen.
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Die erste Zwischenwelle 40 weist ferner eine zweite Schneckenverzahnung 42 auf, die mit einer zweiten Schneckenradverzahnung 51 einer drehbaren zweiten Zwischenwelle 50 kämmt. Die zweite Zwischenwelle 50 weist ferner ein Ritzel 52 (nicht dargestellt) auf, das mit einem Zahnrad 71 einer drehbaren Abtriebswelle 70 kämmt.
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Der Durchmesser des Ritzels 52 ist vorzugsweise kleiner als der Durchmesser des Zahnrads 71 der Abtriebswelle 70. Dadurch kann von der ersten bis zur dritten Getriebestufe, bzw. von der Antriebswelle 20 bis zur Abtriebswelle 70 ein Drehmoment erhöht und eine Drehzahl verringert werden, so dass ein günstiges Übersetzungs- und Drehmomentenverhältnis zum Verstellen des Verstellelements realisiert werden kann. Auf diese Weise kann mit einem relativ kleinen Drehmoment an der Antriebswelle 20 ein hohes Drehmoment an der Abtriebswelle 70 bereitgestellt werden.
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An der Abtriebswelle 70 kann ein zu verstellendes Verstellelement (nicht dargestellt) angebunden sein, beispielsweise in Form eines Fahrzeugsitzes oder einer Heckklappe eines Kraftfahrzeugs.
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Somit weist der Verstellantrieb 100 insgesamt drei Getriebestufen auf, wobei die erste Getriebestufe die erste Schneckenverzahnung 21 und die erste Schneckenradverzahnung 41 umfasst. Eine zweite Getriebestufe umfasst die zweite Schneckenverzahnung 42 und die zweite Schneckenradverzahnung 51. Eine dritte Getriebestufe umfasst das Ritzel 52 und das Zahnrad 71 der Abtriebswelle 70.
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Eine Feder 60, die vorzugsweise als eine Dreh- bzw. Spiralfeder (z.B. aus Stahl) ausgebildet sein kann, ist mit einem ersten Federende 60a fest mit dem Gehäuse 10 und mit einem zweiten Federende 60b mit der vierten Schneckenradverzahnung 51 der zweiten Zwischenwelle 50 verbunden. Auf diese Weise dreht sich das Federende 60b beim Verstellen des Verstellelements bzw. beim Drehen der zweiten Zwischenwelle 50 mit. Vorteilhaft wird die Länge der zweiten Zwischenwelle 50 ausgenutzt, um die Feder 60 im Verstellantrieb 100 raumschonend anzuordnen. Vorteilhaft ist die Feder 60 auf der zweiten Zwischenwelle 50 in einem Bereich zwischen dem Ritzel 52 und der zweiten Schneckenradverzahnung 51 angeordnet. Auf diese Weise kann das Platzangebot der Zwischenwelle 50 bestmöglich ausgenutzt werden, wodurch die Feder 60 bestmöglich an die Zwischenwelle 50 angepasst werden kann.
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Man erkennt, dass die Antriebswelle 20, die zweite Zwischenwelle 50 und die Abtriebswelle 70 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise ist ein effektiver Kraft- und Momentenübertragungsmechanismus innerhalb des Verstellantriebs 100 unterstützt. Auf diese Weise sind von der ersten Getriebestufe bis zur dritten Getriebestufe eine Drehzahlreduzierung und eine Momentenerhöhung zwischen der Antriebswelle 20 und der Abtriebswelle 70 realisierbar. Zu diesem Zweck kann auch vorgesehen sein, dass ein Durchmesser des Ritzels 52 der Zwischenwelle 50 kleiner ist als ein Durchmesser eines Zahnrads 71 (nicht dargestellt) der Abtriebswelle 70.
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Für den Fall, dass der Verstellantrieb 100 zum mechanischen Verstellen einer Sitzhöhe eines Kraftfahrzeugsitzes (nicht dargestellt) verwendet wird, wird beim Herunterfahren des Kraftfahrzeugsitzes die Feder 60 aufgezogen bzw. gespannt, wobei sich die Feder 60 mit der zweiten Zwischenwelle 50 mitdreht. Dadurch wird erreicht, dass die Feder 60 in der unteren Endposition des Fahrzeugsitzes maximal gespannt ist, das heißt eine maximal gespeicherte potentielle Energie bzw. Federenergie aufweist.
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Auf dem Weg in eine obere Endposition des Verstellantriebs 100 kann sich die Feder 60 wieder entspannen und gibt dabei ihre gespeicherte Federenergie an die zweite Zwischenwelle 50 ab. Im Ergebnis unterstützt damit die Feder 60 den antreibenden Elektromotor beim Verstellen des Fahrzeugsitzes bzw. beim Verdrehen sämtlicher drehbarer Wellen 20, 40, 50, 70. Auf diese Weise kann der Elektromotor mit geringerer Antriebsleistung und damit kostengünstiger realisiert werden.
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Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Prinzip weder von einer Anzahl der Getriebestufen noch von einer Art der Antriebseinrichtung abhängig. Ferner ist das erfindungsgemäße Prinzip auch nicht an eine konkrete Bauart der Feder 60 gebunden, wobei eine Federhärte bzw. Federkonstante der Feder an die jeweilige konkrete Anwendung angepasst sein sollte. Ein Material der Feder 60 wird vorzugsweise derart gewählt, dass die Feder 60 Anforderungen an eine Zyklenzahl von Verstellereignissen bzw. an eine Umgebungstemperatur des Verstellantriebs erfüllt.
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Vorteilhaft kann der Verstellantrieb 100 auf vielfältige Weise ausgelegt sein, beispielsweise auch mit mehr oder weniger als den vorgehend drei offenbarten Getriebestufen (nicht dargestellt). Vorteilhaft lässt sich der erfindungsgemäße Verstellantrieb im Kraftfahrzeugbereich, zum Beispiel für eine Sitzhöhenverstelleinrichtung, einen Heckklappenantrieb, usw. einsetzen.
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Die Feder 60 kann in einem Grundzustand bzw. der oberen Endposition des Verstellelements (z.B. „Fahrzeugsitz oben“ oder „Heckklappe oben“, usw.) leicht vorgespannt sein, um auf diese Weise ein Spiel des Verstellelements, das sich beispielsweise in Klappergeräuschen bemerkbar machen kann, zu eliminieren bzw. wenigstens zu reduzieren.
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Beim Absenken der Last benötigt die zu verstellende Einheit, die an der Abtriebswelle 70 angekoppelt wird, deutlich weniger Drehmoment des elektrischen Antriebs als zum Heben der Last. Das überschüssige Drehmoment, das nicht zum Senken der Last benötigt wird, kann dazu genutzt werden, die Feder 60 zu spannen und so ein über den Verstellweg sich steigerndes Drehmoment in der Feder 60 zu erzeugen. In der unteren Endposition des Verstellelements (z.B. „Fahrzeugsitz unten“ oder „Heckklappe unten“, usw.) ist auf diese Weise die Feder 60 maximal gespannt bzw. weist die maximal gespeicherte Federenergie auf.
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Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verstellantrieb bereitgestellt, der überall dort eingesetzt werden kann, wo Lasten gehoben und gesenkt werden. Mit der Unterstützung der in den Verstellantrieb integrierten Feder ist es möglich, eine kleinere Dimensionierung von elektrischen Verstellantrieben zu realisieren.
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Obwohl die Erfindung vorgehend anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels beschrieben worden ist, ist die nicht darauf beschränkt. Der Fachmann wird somit vorgehend auch nicht oder nur teilweise offenbarte Ausführungsformen realisieren können, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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