DE102015114878A1

DE102015114878A1 - Gear for electric motors

Info

Publication number: DE102015114878A1
Application number: DE102015114878.1A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Neumann
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2017-03-09

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Getriebe (1) für einen Elektromotor (3), mit einem Antriebszahnrad (4), das auf einer Antriebswelle (2) angeordnet ist und mit einem Abtriebszahnrad (8), das auf einer Abtriebswelle (9) angeordnet ist, wobei eine Kraftübertragung von der Antriebswelle (2) auf die Abtriebswelle (9) erfolgt. Erfindungsgemäß ist dem Abtriebszahnrad (8) mindestens ein elastisches Element zugeordnet, das ab einem vorbestimmten Grenzdrehmoment derart verformt wird, dass die Kraftübertragung auf die Abtriebswelle (9) reduziert oder unterbrochen wird.The invention relates to a transmission (1) for an electric motor (3), comprising a drive gear (4) arranged on a drive shaft (2) and an output gear (8) arranged on an output shaft (9) a power transmission from the drive shaft (2) to the output shaft (9). According to the output gear (8) is associated with at least one elastic element which is deformed from a predetermined limit torque such that the power transmission to the output shaft (9) is reduced or interrupted.

Description

Die Erfindung beschreibt ein Getriebe für Elektromotoren, insbesondere zur Verwendung in einem Stellantrieb zum Antreiben eines Stellobjekts.The invention describes a transmission for electric motors, in particular for use in an actuator for driving a Stellobjekts.

Solche Stellantriebe werden beispielsweise in Automobilen für vielfältige Aufgaben eingesetzt, beispielsweise als Klappensteller für Lüftungsklappen.Such actuators are used for example in automobiles for a variety of tasks, such as damper plates for ventilation flaps.

Dabei ist es wichtig, dass die Lüftungsklappen jederzeit in die exakt gewünschte Position bewegt werden können. Durch den Fahrtwind kann bei hohen Geschwindigkeiten eine sehr hohe externe Kraft auf die Lüftungsklappen wirken. Der Stellantrieb benötigt daher ein sehr hohes Drehmoment um die Klappen zu bewegen und zudem ein sehr hohes Haltemoment, damit die Klappen im Ruhezustand nicht durch den Fahrtwind verstellt werden.It is important that the ventilation flaps can always be moved to the exact desired position. Due to the wind, a high external force can act on the ventilation flaps at high speeds. The actuator therefore requires a very high torque to move the flaps and also a very high holding torque, so that the flaps are not adjusted by the wind in the idle state.

Das Drehmoment eines Elektromotors ist üblicherweise beim Starten am größten und nimmt mit Zunahme der Motordrehzahl stetig ab. Das Haltemoment des Motors hängt unter Anderem von der Stärke der Magnete und der Polzahl ab.The torque of an electric motor is usually greatest at startup and decreases steadily as the engine speed increases. The holding torque of the motor depends, among other things, on the strength of the magnets and the number of poles.

Zudem ist es so, dass ein Elektromotor beim Starten und bei geringer Drehzahl nicht so genau steuer- und regelbar ist, wie es die Positionierung des Stellobjekts erfordert. Insbesondere sensorlose, elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren können bei geringer Drehzahl nur sehr ineffektiv und ungenau betrieben werden.In addition, it is so that an electric motor when starting and at low speed is not as accurate controllable and controllable, as required by the positioning of the object Stelobjekts. In particular, sensorless, electronically commutated DC motors can be operated at low speed only very ineffective and inaccurate.

Bei vielen Anwendungen, wie im Beispiel des Klappenstellers, steht zudem nicht so viel Raum zur Verfügung, dass ein ausreichend starker Elektromotor Platz finden würde.In many applications, as in the example of the flap actuator, there is not so much space available that a sufficiently powerful electric motor would find room.

Als Lösung dieses Dilemmas werden daher kleine Elektromotoren verwendet, die eine hohe Nenndrehzahl aufweisen.As a solution to this dilemma therefore small electric motors are used, which have a high rated speed.

Wegen der besseren Steuerbarkeit wird der Elektromotor mit einer Drehzahl betrieben, die im Bereich seiner Nenndrehzahl liegt. Dadurch ist ein energieeffizienter Betrieb und eine genaue Regelung möglich.Because of the better controllability of the electric motor is operated at a speed which is in the range of its rated speed. This allows energy-efficient operation and accurate control.

Um dennoch das benötigte Dreh- und Haltemoment zu erzielen, wird ein Untersetzungs-Getriebe zwischen dem Elektromotor und dem anzutreibenden Stellobjekt angeordnet.In order nevertheless to achieve the required torque and holding torque, a reduction gear between the electric motor and the object to be driven is arranged.

Bei solchen Stellantrieben kann es immer vorkommen, dass das Stellobjekt blockiert. Um eine Beschädigung des gesamten Stellantriebs zu verhindern, erkennt die die Steuerung des Elektromotors ein solches Blockieren. Die Erkennung kann jedoch nur erfolgen, wenn der Antrieb bereits blockiert. Aufgrund der endlichen Schaltgeschwindigkeit können dabei Drehmomentspitzen auftreten, die weit über dem Nenndrehmoment und der Belastungsgrenze der Antriebskomponenten liegen.With such actuators, it can always happen that the object is blocked. To prevent damage to the entire actuator, the controller of the electric motor detects such jamming. However, the detection can only take place if the drive is already blocked. Due to the finite switching speed while torque peaks can occur, which are far above the rated torque and the load limit of the drive components.

Insbesondere bei mehrstufigen Getrieben mit vielen Getriebestufen und/oder hohen Untersetzungen können solche Drehmomentspitzen so hoch sein, dass das Abtriebszahnrad, insbesondere dessen Zähne, beschädigt werden.Especially with multi-stage transmissions with many gear stages and / or high reductions such torque peaks can be so high that the output gear, in particular its teeth, are damaged.

Diese Gefahr ist bei Getrieben mit Kunststoffzahnrädern besonders hoch. Durch das Abbrechen eines oder mehrerer Zähne wird das Getriebe sofort unbrauchbar. Je nach Anwendung, beispielsweise im Automobil, kann dies unter Umständen erhebliche Folgeschäden verursachen.This danger is particularly high in gears with plastic gears. By breaking off one or more teeth, the gear becomes immediately unusable. Depending on the application, for example in the automobile, this may cause considerable consequential damage.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Getriebe für die Verwendung mit einem Elektromotor als Stellantrieb zu schaffen, bei dem in keinem Fall Zähne an den Zahnrädern abbrechen.The object of the invention is therefore to provide a transmission for use with an electric motor as an actuator, cancel in which no teeth on the gears.

Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen.This object is achieved by a transmission with the characterizing features of the main claim. Further advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims and the embodiments.

Beim erfindungsgemäßen Getriebe ist dem Abtriebszahnrad oder einem mit dem Abtriebszahnrad kämmenden Zahnrad mindestens ein elastisches Element zugeordnet, das ab einem vorbestimmten Grenzdrehmoment derart verformt wird, dass die Kraftübertragung auf die Abtriebswelle reduziert oder unterbrochen wird.In the transmission according to the invention, the driven gear or a gear meshing with the driven gear at least one elastic element is assigned, which is deformed from a predetermined limit torque such that the power transmission is reduced or interrupted on the output shaft.

Die Reduzierung oder Unterbrechung der Kraftübertragung kann verhindern, dass das Abtriebszahnrad durch ein zu großes Drehmoment beschädigt wird, insbesondere dass die Zähne abrechen.The reduction or interruption of the power transmission can prevent the driven gear from being damaged by excessive torque, in particular the teeth breaking off.

Dazu ist es zweckmäßig, wenn das Grenzdrehmoment jeweils in Abhängigkeit der Festigkeit des Materials und der Geometrie des Abtriebszahnrads gewählt wird. In manchen bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ist das elastische Element dem Abtriebszahnrad zugeordnet. Desweiteren ist es bevorzugt, dass das Abtriebszahnrad einteilig mit der Abtriebswelle ausgestaltet ist.For this purpose, it is expedient if the limit torque is selected depending on the strength of the material and the geometry of the output gear. In some preferred embodiments of the invention, the elastic element is associated with the output gear. Furthermore, it is preferred that the output gear is designed in one piece with the output shaft.

Das heißt auch, dass durch die Wahl des Grenzdrehmoments eine beliebige Begrenzung des Drehmoments an der Abtriebswelle erzielt werden kann.This also means that any limitation of the torque on the output shaft can be achieved by the choice of the limit torque.

Unabhängig von der Ausführung kann das elastische Element beispielsweise aus einem Kunststoff-Elastomer, einer Feder, oder einem anderen elastischen Material bestehen.Regardless of the embodiment, the elastic element may for example consist of a Plastic elastomer, a spring, or other elastic material.

In einer zweckmäßigen Ausführung sind als elastische Elemente im Abtriebszahnrad oder einem damit kämmenden Zahnrad Bereiche angeordnet, in denen das Material derart geschwächt ist, beispielsweise durch Bohrungen oder Ausnehmungen, dass eine elastische Verformung möglich ist. Ab dem Grenzdrehmoment wird dann das Abtriebszahnrad oder das mit dem Abtriebszahnrad kämmendes Zahnrad des Getriebes elastisch verformt, wodurch eine Dämpfung von Drehmomentspitzen erfolgt. Die Dämpfung der Drehmomentspitzen bietet bereits Schutz vor Beschädigung des Abtriebszahnrads und/oder des mit dem Abtriebszahnrad kämmenden Zahnrades des Getriebes.In an expedient embodiment are arranged as elastic elements in the driven gear or a gear meshing therewith areas in which the material is so weakened, for example by holes or recesses, that an elastic deformation is possible. From the limit torque then the output gear or the meshing with the output gear of the gearbox is elastically deformed, whereby a damping of torque peaks occurs. The damping of the torque peaks already provides protection against damage to the output gear and / or gear meshing with the output gear of the transmission.

Noch effektiver erfolgt allerdings nicht nur eine Dämpfung von auftretenden Drehmomentspitzen, sondern das Unterbrechen der Kraftübertragung.Even more effective, however, is not only an attenuation of occurring torque peaks, but the interruption of power transmission.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist dazu das Abtriebszahnrad zwei zueinander koaxial angeordnete Teile auf, ein inneres Teil, das fest mit der Abtriebswelle verbunden ist und ein äußeres Teil, an dem die Zähne angeordnet sind. Zur Kraftübertragung vom äußeren Teil auf das innere Teil ist zwischen den beiden Teilen mindestens ein elastisches Element angeordnet ist, das ab dem Grenzdrehmoment die Kraftübertragung zwischen den beiden Teilen unterbricht. Die Kraftübertragung wird hierbei nicht nur gedämpft, sondern praktisch unterbrochen, so dass ab dem Grenzdrehmoment keine Kraft mehr auf das Abtriebszahnrad übertragen wird.In an advantageous embodiment of the invention for this purpose, the output gear has two mutually coaxially arranged parts, an inner part which is fixedly connected to the output shaft and an outer part, on which the teeth are arranged. For power transmission from the outer part to the inner part of at least one elastic element is arranged between the two parts, which interrupts the power transmission between the two parts from the limit torque. The power transmission is here not only damped, but practically interrupted, so that from the limit torque no more power is transmitted to the output gear.

Die Kraftübertragung zwischen den beiden Teilen des Abtriebszahnrads kann hier grundsätzlich über Haftreibung und/oder über einen Formschluss und/oder andere geeignete Mittel erfolgen.The power transmission between the two parts of the output gear can be done here basically on static friction and / or a positive connection and / or other suitable means.

In einer ersten Ausführung erfolgt die Kraftübertragung durch Haftreibung jeweils zwischen dem äußeren Teil, dem elastischen Element und dem inneren Teil, wobei die Haftreibung so dimensioniert ist, dass ab dem Grenzdrehmoment die Haftreibung kleiner ist, als die übertragene Kraft, und dadurch die Kraftübertragung unterbrochen wird. Das bedeutet, dass die Haftreibungskraft gerade ausreichend, um das Grenzdrehmoment zu übertragen. Ist das Drehmoment größer, rutscht das elastische Element vorzugsweise am äußeren Teil durch, wodurch keine Kraftübertragung mehr stattfindet. Eine Beschädigung der Zähne ist dabei nicht mehr möglich.In a first embodiment, the power transmission takes place by static friction in each case between the outer part, the elastic member and the inner part, wherein the static friction is dimensioned so that from the limit torque, the static friction is smaller than the transmitted force, and thereby the power transmission is interrupted , This means that the static friction force is just enough to transmit the limit torque. If the torque is greater, the elastic element preferably slips through the outer part, whereby no more power transmission takes place. Damage to the teeth is no longer possible.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung weisen der äußere Teil und der innere Teil jeweils mindestens eine Aussparung auf, in die jeweils zumindest ein Vorsprung eines elastischen Elements eingreift, so dass die Kraftübertragung zwischen den beiden Teilen durch diesen Formschluss mit den Vorsprüngen erfolgt, wobei zumindest die Vorsprünge der elastischen Elemente ab dem Grenzdrehmoment soweit verformt werden, dass der Formschluss gelöst wird und dadurch die Kraftübertragung vom äußeren Teil auf das innere Teil getrennt wird.In a further advantageous embodiment, the outer part and the inner part in each case at least one recess, in each of which engages at least one projection of an elastic element, so that the power transmission between the two parts by this positive engagement with the projections, wherein at least the projections the elastic elements are deformed from the limit torque so far that the positive connection is released and thereby the power transmission is separated from the outer part to the inner part.

Dabei kann in jedem Vorsprung ein separates elastisches Element oder ein ringförmiges elastisches Element mit mehreren Vorsprüngen angeordnet sein.In this case, a separate elastic element or an annular elastic element with a plurality of projections may be arranged in each projection.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung verbindet die beiden Kraftübertragungsmethoden. Dabei wird vorzugsweise zwischen äußerem Teil und dem elastischen Element eine Kraftübertragung mittels Haftreibung gewählt, wobei die Trennung der Kraftübertragung hier erfolgt. Und zwischen elastischem Element und innerem Teil wird ein Formschluss gewählt, der eine sichere Kraftübertragung, auch höherer Drehmomente auf die Abtriebswelle erlaubt.An expedient development of the invention combines the two power transmission methods. In this case, a power transmission is preferably selected by means of static friction between the outer part and the elastic element, wherein the separation of the power transmission takes place here. And between the elastic element and the inner part of a positive connection is selected, which allows a safe power transmission, even higher torques on the output shaft.

Zusätzlich oder alternativ können auch die Zähne des Abtriebszahnrads aus elastischem Material gebildet sein, wobei sich die Zähne ab dem Grenzdrehmoment elastisch verformen und dadurch die Kraftübertragung auf das Abtriebszahnrad teilweise unterbrochen wird. Da die Geometrie der Zähne durch viele Randbedingungen praktisch vorgegeben ist, kann hier das Grenzdrehmoment im Wesentlichen nur durch die Wahl des Materials erfolgen.Additionally or alternatively, the teeth of the output gear may be formed of elastic material, wherein the teeth deform elastically from the limit torque and thereby the power transmission to the output gear is partially interrupted. Since the geometry of the teeth is virtually predetermined by many boundary conditions, the limit torque can essentially only be done by the choice of material here.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist das Abtriebszahnrad eine elastische Lagerung auf, so dass ab dem Grenzdrehmoment die Drehachse des Abtriebszahnrads soweit verschoben wird, dass das Abtriebszahnrad aus dem Eingriff mit dem antreibenden Zahnrad gelöst und dadurch die Kraftübertragung getrennt wird.In a further advantageous embodiment of the invention, the output gear has an elastic bearing, so that from the limit torque, the axis of rotation of the driven gear is shifted so far that the driven gear released from engagement with the driving gear and thereby the power transmission is disconnected.

Dazu ist ein elastisches Element am Abtriebszahnrad angeordnet, das eine Bewegung im Wesentlichen senkrecht zur Abtriebswelle ermöglicht.For this purpose, an elastic element is arranged on the output gear, which allows a movement substantially perpendicular to the output shaft.

Die elastische Lagerung ist vorzugsweise zwischen einem Getriebegehäuse und der Abtriebswelle oder zwischen der Abtriebswelle und dem Abtriebszahnrad angeordnet.The elastic bearing is preferably arranged between a transmission housing and the output shaft or between the output shaft and the output gear.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Getriebe in Verbindung mit einem Elektromotor, der das Getriebe antreibt, verwendet. Ein erfindungsgemäßes Getriebe kann beispielsweise zusammen mit einem Elektromotor zum Verstellen einer Kühlerjalousie in einem Automobil verwendet werden. Für solche und andere Anwendungen werden üblicherweise Getriebe mit Zahnrädern aus Kunststoff verwendet, wodurch zum Einen Gewicht und zum Anderen Kosten gespart werden können. Typischerweise werden dabei Drehmomente am Abtriebszahnrad unterhalb von 50 Nm bereitgestellt. Vorzugsweise liegt das an der Abtriebswelle bereitgestellte Drehmoment im Bereich von 0,2 Nm bis 15 Nm. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn dieses Drehmoment im Bereich von 0,3 Nm bis 5 Nm liegt. Dieser Bereich ist beispielsweise für Klappensteller zum Verstellen üblicher Kühlerjalousien in Personenkraftfahrzeugen geeignet, da die bereitgestellte Kraft zum Einstellen der Klappen genügt ohne zu hohe Anforderungen an die Verwendeten Materialien zu stellen.Preferably, the transmission according to the invention is used in conjunction with an electric motor which drives the transmission. An inventive transmission can be used, for example, together with an electric motor for adjusting a radiator shutter in an automobile. For such and other applications usually gears are used with plastic gears, which on the one hand weight and on the other Costs can be saved. Typically, torques are provided at the output gear below 50 Nm. Preferably, the torque provided at the output shaft is in the range of 0.2 Nm to 15 Nm. In particular, it may be advantageous if this torque is in the range of 0.3 Nm to 5 Nm. This area is suitable for example flapper for adjusting conventional radiator shutters in passenger vehicles, since the provided force to adjust the flaps is sufficient to put too high demands on the materials used.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

Es zeigt:It shows:

1: einen Ausschnitt einer Schnittansicht eines mehrstufigen Getriebes gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung mit einem koaxial zweiteiligem Abtriebszahnrad und einem elastischen Element, 1 FIG. 2: a detail of a sectional view of a multi-stage transmission according to a first embodiment of the invention with a coaxial two-part output gear and an elastic element, FIG.

2: eine Draufsicht des Abtriebszahnrads der 1, 2 : a top view of the output gear of the 1 .

3: eine Draufsicht eines zweiteiligen Abtriebszahnrads mit mehreren formschlüssigen elastischen Elementen, 3 FIG. 2 is a plan view of a two-piece output gear having a plurality of positive elastic members. FIG.

4: eine Draufsicht eines zweiteiligen Abtriebszahnrads mit einem Formschluss zum inneren Teil, 4 FIG. 2 is a plan view of a two-piece output gear with a positive connection to the inner part, FIG.

5: eine Draufsicht eines Abtriebszahnrads mit einer elastischen Lagerung zwischen Abtriebszahnrad und Abtriebswelle, 5 FIG. 2 is a plan view of an output gear with an elastic bearing between the output gear and the output shaft. FIG.

6: einen Ausschnitt einer Schnittansicht eines mehrstufigen Getriebes mit dem Abtriebszahnrad der 5, 6 a section of a sectional view of a multi-stage transmission with the output gear of 5 .

7: einen Ausschnitt einer Schnittansicht eines mehrstufigen Getriebes mit einer elastischen Lagerung des Abtriebszahnrads zwischen der Abtriebswelle und dem Gehäuse, 7 FIG. 2: a detail of a sectional view of a multistage transmission with an elastic support of the output gear between the output shaft and the housing, FIG.

8 ein Abtriebszahnrad mit elastischen Zähnen und 8th an output gear with elastic teeth and

9 ein Abtriebszahnrad mit Ausnehmungen zur Bildung von elastischen Elementen. 9 an output gear with recesses to form elastic elements.

1 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts einer ersten Ausführung eines erfindungsgemäßen Getriebes. Das Getriebe 1 im Beispiel ist Teil eines Klappenstellers für Kühlerklappen in einem Automobil. Bei dieser Anwendung ist ein sehr hohes Drehmoment und ein sehr hohes Haltemoment notwendig, da die Kühlerklappen bei höheren Geschwindigkeiten durch den Fahrtwind mit sehr großen Kräften beaufschlagt werden. 1 shows a section of a cross section of a first embodiment of a transmission according to the invention. The gear 1 in the example is part of a flapper actuator for radiator flaps in an automobile. In this application, a very high torque and a very high holding torque is necessary because the radiator flaps are acted upon by the airstream at very high speeds with very large forces.

Das exemplarisch gezeigte Getriebe 1 besitzt der Übersicht halber nur zwei Getriebestufen. Da die Erfindung praktisch nur das Abtriebszahnrad umfasst, ist es unerheblich wie viele Getriebestufen vorgeschaltet sind.The gearbox shown as an example 1 For clarity's sake only has two gear stages. Since the invention comprises practically only the output gear, it is irrelevant how many gear stages are upstream.

Die Erfindung ist daher in keiner Weise auf die hier gezeigten Ausführungen beschränkt.The invention is therefore in no way limited to the embodiments shown here.

Das Getriebe 1 weist eine Antriebswelle 2 auf, die mit einem Elektromotor 3 verbunden ist, der als Antrieb dient. Prinzipiell spielt die Art des Antriebs für die Erfindung jedoch keine Rolle.The gear 1 has a drive shaft 2 on that with an electric motor 3 is connected, which serves as a drive. In principle, the type of drive for the invention, however, does not matter.

Um das benötigte Drehmoment zu erzeugen ist das Getriebe als Untersetzungsgetriebe ausgelegt. Auf der Antriebswelle 2 ist ein Antriebszahnrad 4 mit wenigen Zähnen angeordnet, das mit einem ersten Stufenzahnrad 5 mit wesentlich mehr Zähnen kämmt. Dieses Stufenzahnrad 5 ist auf einer Stufenwelle 6 angeordnet, auf der davon beabstandet ein zweites Stufenzahnrad 7 angeordnet ist, das wiederum wenige Zähne aufweist. Dieses zweite Stufenzahnrad 7 kämmt mit einem Abtriebszahnrad 8, das auf einer Abtriebswelle 9 angeordnet ist. Die Abtriebswelle 9 ist außerhalb eines Getriebegehäuses mit den Kühlerklappen 10 eines Kühlers verbunden. Über die Kühlerklappen 10 kann die Luftzufuhr zum Motorraum reguliert werden und damit gleichzeitig die Aerodynamik des Fahrzeugs. Die Zahnräder und Wellen sind in einem Getriebegehäuse 23 angeordnet.To generate the required torque, the transmission is designed as a reduction gear. On the drive shaft 2 is a drive gear 4 arranged with a few teeth, with a first step gear 5 with much more teeth combs. This step gear 5 is on a step wave 6 arranged on the spaced therefrom a second stage gear 7 is arranged, which in turn has a few teeth. This second step gear 7 meshes with a driven gear 8th on an output shaft 9 is arranged. The output shaft 9 is outside a gearbox housing with the radiator flaps 10 connected to a radiator. About the radiator flaps 10 the air supply to the engine compartment can be regulated and, at the same time, the aerodynamics of the vehicle. The gears and shafts are in a gearbox 23 arranged.

Das Abtriebszahnrad 8 weist bei dieser Ausführung erfindungsgemäß zwei koaxiale, voneinander beabstandete Teile auf (2). Ein inneres Teil 11 ist drehfest auf der Abtriebswelle 8 angeordnet. Ein äußeres Teil 12 weist am Außenumfang die Zähne 13 auf, die mit dem zweiten Stufenzahnrad 7 kämmen. Zwischen den beiden Teilen ist ein Ringspalt 14 gebildet.The output gear 8th has in this embodiment according to the invention two coaxial, spaced-apart parts on ( 2 ). An inner part 11 is non-rotatable on the output shaft 8th arranged. An outer part 12 has the teeth on the outer circumference 13 on that with the second step gear 7 comb. Between the two parts is an annular gap 14 educated.

In diesem Ringspalt 14 ist ein elastisches Element 15 angeordnet, das den Ringspalt 14 vollständig ausfüllt. Das elastische Element 15 ist beispielsweise aus einem Elastomer-Kunststoff gebildet.In this annular gap 14 is an elastic element 15 arranged, which is the annular gap 14 completely filled out. The elastic element 15 is formed for example of an elastomeric plastic.

Die Kraftübertragung zwischen dem inneren Teil 11 und dem äußeren Teil 12 erfolgt bei dieser Ausführung durch Haftreibung zwischen dem elastischen Element 15 und den beiden Zahnradteilen. Dabei kann die Haftreibungskraft durch die Materialwahl und/oder eine Komprimierung des elastischen Elements so eingestellt werden, dass sie ein bestimmtes Grenzdrehmoment übertragen kann. Sobald das zu übertragende Drehmoment dieses Grenzdrehmoment überschreitet, ist die Haftreibung zu klein um das Drehmoment voll zu übertragen. Dies führt dazu, dass die Haftung zwischen dem elastischen Element 15 und den beiden Zahnradteilen 11, 12 verloren geht. Die Haftreibung geht in eine Gleitreibung über, bei der zumindest eines der beiden Zahnradteile und das elastische Element aneinander entlang gleiten. Dabei wird nur noch ein der Gleitreibung entsprechendes Drehmoment übertragen. Die Kraftübertragung zwischen dem inneren Teil und dem äußeren Teil ist dadurch praktisch getrennt. Dadurch wird das übertragene Drehmoment einfach und effektiv auf das durch die Haftreibung definierte Grenzdrehmoment begrenzt. Vorzugsweise wird das Grenzdrehmoment unter der Belastungsgrenze für die Zahnradzähne gewählt. Dadurch kann effektiv verhindert werden, dass die Zähne durch Drehmomentspitzen abbrechen oder anderweitig beschädigt werden, da vorher eine Drehmomentbegrenzung stattfindet.The power transmission between the inner part 11 and the outer part 12 takes place in this embodiment by static friction between the elastic element 15 and the two gear parts. In this case, the static friction force can be adjusted by the choice of material and / or a compression of the elastic element so that it can transmit a specific limit torque. As soon as that torque to be transmitted exceeds this limit torque, the static friction is too small to fully transmit the torque. This causes the adhesion between the elastic element 15 and the two gear parts 11 . 12 get lost. The static friction is converted into a sliding friction in which at least one of the two gear parts and the elastic element slide along each other. Only one of the sliding friction corresponding torque is transmitted. The power transmission between the inner part and the outer part is thereby practically separated. As a result, the transmitted torque is simply and effectively limited to the limit torque defined by the static friction. Preferably, the limit torque is selected below the load limit for the gear teeth. This can effectively prevent the teeth from breaking off or otherwise damaged by torque peaks, since there is previously a torque limit.

Entscheidend bei dieser Ausführung der Erfindung ist die Wahl des Grenzdrehmoments. Wird die Erfindung in einem Getriebe für einen Klappensteller zum Verstellen einer Kühlerjalousie eines Automobils verwendet, kann es beispielsweise vorteilhaft sein, ein Grenzdrehmoment im Bereich von 0,3 Nm bis 15 Nm zu wählen.Decisive in this embodiment of the invention is the choice of the limit torque. For example, when the invention is used in a flap actuator gearbox for adjusting a radiator shutter of an automobile, it may be advantageous to select a limit torque in the range of 0.3 Nm to 15 Nm.

Die 3 zeigt eine Draufsicht einer alternativen Ausführung des Abtriebszahnrads 8 der 1. Anstelle des einteiligen elastischen Elements sind hier vier rundstabförmige elastische Elemente 16 in axialer Richtung im Ringspalt 14 zwischen den beiden Zahnradteilen angeordnet. Die Kraftübertragung zwischen dem inneren Teil 11 und dem äußeren Teil 12 erfolgt bei dieser Ausführung nicht durch Haftreibung sondern durch einen Formschluss. Dazu weisen das innere Teil 11 und das äußere Teil 12 jeweils in ihrer Grenzfläche zum Ringspalt 14 axiale, über die ganze Länge des Zahnrads reichende Nuten 17 oder Vertiefungen auf, in die die stabförmigen, elastischen Elemente 16 eingreifen. Das Prinzip der formschlüssigen Kraftübertragung ist dabei nicht an die im Beispiel gezeigte Anzahl oder Form der elastischen Elemente 16 gebunden. Es können auch beispielsweise nur drei oder mehr als vier elastische Elemente 16 vorhanden sein, die auch einen nicht-runden Querschnitt aufweisen können. Ebenso können die elastischen Elemente 16 eine kürzere Länge aufweisen.The 3 shows a plan view of an alternative embodiment of the output gear 8th of the 1 , Instead of the one-piece elastic element here are four round rod-shaped elastic elements 16 in the axial direction in the annular gap 14 arranged between the two gear parts. The power transmission between the inner part 11 and the outer part 12 takes place in this embodiment not by static friction but by a positive connection. For this, have the inner part 11 and the outer part 12 each in their interface with the annular gap 14 axial, over the entire length of the gear reaching grooves 17 or depressions into which the rod-shaped, elastic elements 16 intervention. The principle of positive power transmission is not based on the number or shape of the elastic elements shown in the example 16 bound. For example, only three or more than four elastic members may be used 16 be present, which may also have a non-circular cross-section. Likewise, the elastic elements 16 have a shorter length.

Ist das zu übertragende Drehmoment kleiner als das Grenzdrehmoment bewirkt der Formschluss eine direkte Kraftübertragung zwischen dem inneren Teil und dem äußeren Teil.If the torque to be transmitted is less than the limit torque, the positive locking causes a direct transmission of force between the inner part and the outer part.

Entscheidend für die Erfindung ist nun, dass ab dem Grenzdrehmoment die elastischen Elemente 16 soweit elastisch verformt werden, dass sie aus dem Eingriff in den Nuten 17 oder Vertiefungen herausgedrückt werden und der Formschluss dadurch gelöst wird. Die elastischen Elemente befinden sich dann vollständig im Ringspalt 17 und können nur durch Gleit- und Haftreibung Drehmoment übertragen. Dieses Reibungsdrehmoment ist dabei jedoch wesentlich geringer als das Grenzdrehmoment, das durch den Formschluss definiert wird.Decisive for the invention is now that from the limit torque, the elastic elements 16 As far as elastically deformed, they are out of engagement in the grooves 17 or recesses are pushed out and the positive connection is thereby solved. The elastic elements are then completely in the annular gap 17 and can transmit torque only by sliding and static friction. However, this friction torque is much lower than the limit torque, which is defined by the positive connection.

Der innere Teil und der äußere Teil zusammen mit den elastischen Elementen wirken wie eine Rutschkupplung, die ab dem Grenzdrehmoment auslöst.The inner part and the outer part together with the elastic elements act like a friction clutch, which triggers from the limit torque.

Sinkt das anliegende Drehmoment wieder unter das Grenzdrehmoment ab, rasten die elastischen Elemente jeweils in der nächsten Nut wieder formschlüssig ein.If the applied torque falls below the limit torque again, the elastic elements snap into the next groove again in a form-fitting manner.

Auch bei dieser Ausführung wird wirkungsvoll eine Beschädigung des Abtriebszahnrads und weiterer Komponenten des Stellantriebs verhindert.Also in this embodiment, damage to the output gear and other components of the actuator is effectively prevented.

Eine so strikte Trennung zwischen Haftreibung und Formschluss wie in den beiden vorgenannten Ausführungsbeispielen ist nicht immer gegeben oder möglich. Tatsächlich kann die Kraftübertragung variabel zwischen den beiden Methoden variieren.Such a strict separation between static friction and positive locking as in the two aforementioned embodiments is not always given or possible. In fact, the power transmission can vary variably between the two methods.

Eine vorteilhafte Ausführung eines Abtriebszahnrads mit gemischter Kraftübertragung ist exemplarisch in 4 gezeigt. Die Ausführung entspricht im Wesentlichen der Ausführung der 2 mit einem ringförmigen elastischen Element 18. Zwischen äußerem Teil 12 und elastischem Element 18 erfolgt hier die Kraftübertragung durch Haftreibung, das heißt die beiden Grenzflächen sind vorzugsweise im Wesentlichen glatt und liegen vollflächig aneinander an. Zwischen dem elastischen Element 18 und dem inneren Teil 11 erfolgt die Kraftübertragung jedoch durch Formschluss. Dazu weist das elastische Element 18 im Beispiel am Innenumfang vier halbrunde Vorsprünge 19 auf, die in axialer Richtung über die ganze Länge verlaufen.An advantageous embodiment of a driven gear with mixed power transmission is exemplary in 4 shown. The execution essentially corresponds to the execution of 2 with an annular elastic element 18 , Between outer part 12 and elastic element 18 Here, the power transmission by static friction, that is, the two interfaces are preferably substantially smooth and lie against each other over the entire surface. Between the elastic element 18 and the inner part 11 However, the power transmission takes place by positive engagement. For this purpose, the elastic element 18 in the example on the inner circumference four semicircular projections 19 on, which run in the axial direction over the entire length.

Die Vorsprünge 19 greifen in entsprechende axiale Nuten 20 am Außenumfang des inneren Teils 11 ein. Die Vorsprünge 19 und Nuten 20 können aber auch nur über eine Teillänge ausgebildet sein und/oder einen anderen Querschnitt haben und/oder in anderer Anzahl vorhanden sein.The projections 19 engage in corresponding axial grooves 20 on the outer circumference of the inner part 11 one. The projections 19 and grooves 20 but can also be formed over only a partial length and / or have a different cross-section and / or be present in a different number.

Der Vorteil bei dieser Ausführung liegt darin, dass die Kraftübertragung zwischen der Abtriebswelle und dem elastischen Element 18 aufgrund des Formschlusses nahezu direkt und ohne Verluste erfolgt. Die Trennung der Kraftübertragung ab dem Grenzdrehmoment erfolgt hier vorzugsweise durch Überschreiten der Haftreibung zwischen dem äußeren Teil 12 und dem elastischen Element 18.The advantage of this design is that the power transmission between the output shaft and the elastic element 18 due to the positive connection occurs almost directly and without losses. The separation of the power transmission from the limit torque is preferably carried out here by exceeding the static friction between the outer part 12 and the elastic element 18 ,

Die 5 zeigt ein Abtriebszahnrad 8 einer alternativen Ausführung der Erfindung. Dabei ist ein ringförmiges elastisches Element 21 zwischen dem Zahnrad 8 und der Abtriebswelle 9 angeordnet. Dieses elastische Element 21 ermöglicht eine Bewegung des Abtriebszahnrads 8 in radialer Richtung. Die 6 zeigt einen Ausschnitt eines mehrstufigen Getriebes 1 mit einem solchen Abtriebszahnrad 8. Das Abtriebszahnrad 8 kämmt mit einem Stufenzahnrad 7 auf einer zur Abtriebswelle 9 parallelen Stufenwelle 6. Der Antriebsmotor und weitere Stellantriebskomponenten sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. The 5 shows an output gear 8th an alternative embodiment of the invention. Here is an annular elastic element 21 between the gear 8th and the output shaft 9 arranged. This elastic element 21 allows movement of the output gear 8th in the radial direction. The 6 shows a section of a multi-stage transmission 1 with such a driven gear 8th , The output gear 8th meshes with a step gear 7 on one to the output shaft 9 parallel step wave 6 , The drive motor and other actuator components are not shown here for clarity.

Die Zähne 13 des Stufenzahnrads 7 bewirken immer eine Kraft in radialer Richtung (Pf1) auf das Abtriebszahnrad 8. Überschreitet nun das Drehmoment am Abtriebszahnrad 8 das Grenzdrehmoment, beispielsweise durch Blockieren des Stellobjekts, ist diese radiale Kraft so groß, dass sie eine elastische Verformung des elastischen Elements 21 bewirkt. Dadurch weicht das Abtriebszahnrad 8 in radialer Richtung gegenüber denn Stufenzahnrad 7 aus, so dass die Kraftübertragung zwischen dem Stufenzahnrad 7 und dem Abtriebszahnrad 8 getrennt wird. Eine Beschädigung des Abtriebszahnrads 8 durch zu hohes Drehmoment wird somit wirkungsvoll verhindert.The teeth 13 of the step gear 7 always cause a force in the radial direction (Pf1) on the output gear 8th , Now exceeds the torque on the output gear 8th the limit torque, for example, by blocking the Stellobjekts, this radial force is so large that it elastic deformation of the elastic element 21 causes. This gives way to the output gear 8th in the radial direction compared to step gear 7 out, allowing the power transmission between the step gear 7 and the output gear 8th is disconnected. Damage to the output gear 8th too high torque is thus effectively prevented.

In 7 ist ein Ausschnitt eines mehrstufigen Getriebes 1 einer weiteren alternativen Ausführung der Erfindung gezeigt. Die Ausführung entspricht im Wesentlichen der Ausführung der 6.In 7 is a section of a multi-stage transmission 1 a further alternative embodiment of the invention shown. The execution essentially corresponds to the execution of 6 ,

Bei dieser Ausführung ist die Abtriebswelle 9 einseitig in einem elastischen Element 22 gelagert. Das elastische Element 22 ist im Getriebegehäuse 23 verankert.In this embodiment, the output shaft 9 one-sided in an elastic element 22 stored. The elastic element 22 is in the gearbox 23 anchored.

Wie bei der Ausführung der 6 übt das Stufenzahnrad 7 eine radiale Kraft (Pf2) auf das Abtriebszahnrad 8 aus. Ab dem Grenzdrehmoment wird diese Kraft so groß, dass die Abtriebswelle 9 nun das elastische Element 22 soweit verformt, dass die Abtriebswelle 9 im Wesentlichen in radialer Richtung aus dem Eingriff mit dem Stufenzahnrad 7 bewegt wird. Dadurch wird die Kraftübertragung zwischen dem Abtriebszahnrad 8 und dem Stufenzahnrad 7 getrennt und eine Beschädigung des Abtriebszahnrads 8 verhindert.As with the execution of 6 Practice the step gear 7 a radial force (Pf2) on the output gear 8th out. From the limit torque, this force is so great that the output shaft 9 now the elastic element 22 as far as deformed, that the output shaft 9 substantially in the radial direction out of engagement with the step gear 7 is moved. As a result, the power transmission between the output gear 8th and the step gear 7 separated and damage to the output gear 8th prevented.

In 8 ist ein Abtriebszahnrad 8 einer weiteren Ausführung der Erfindung gezeigt. Bei dieser Ausführung sind die Zähne 24 des Abtriebszahnrads 8 aus einem elastischen Material gebildet.In 8th is an output gear 8th a further embodiment of the invention shown. In this embodiment, the teeth 24 of the output gear 8th made of an elastic material.

Steigt das übertragene Drehmoment über das Grenzdrehmoment an, verformen sich die Zähne 24 elastisch so, dass sich der Eingriff mit einem kämmenden Stufenzahnrad löst und die Kraftübertragung dadurch unterbrochen wird.If the transmitted torque increases above the limit torque, the teeth deform 24 elastic so that the engagement dissolves with a meshing step gear and the power transmission is interrupted thereby.

Eine Beschädigung, insbesondere ein Abbrechen, der Zähne ist dadurch wirkungsvoll verhindert.Damage, especially a break, the teeth is effectively prevented.

Die 9 zeigt ein Abtriebszahnrad 8 einer weiteren Ausführung der Erfindung, die im Wesentlichen der Ausführung der 3 entspricht. Hier ist das Abtriebszahnrad 8 jedoch einteilig ausgebildet. Es weist mehrere, im Beispiel fünf, axial durchgängige Ausnehmungen 25 auf, die radial um die Abtriebswelle 9 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Durch die Ausnehmungen 25 werden Stege 26 gebildet, die das Abtriebszahnrad 8 praktisch in einen inneren Teil 11 und einen äußeren Teil 12 trennen. Dennoch besteht durch die Stege 26 eine feste Verbindung zwischen den beiden Teilen. Die Stege wirken wie elastische Elemente oder Federn. Tritt eine Drehmomentspitze auf, die über dem Grenzdrehmoment liegt, wird diese kurzzeitig durch elastische Verformung der Stege abgefangen. Bei einem Dauerhaft hohen Drehmoment würden sich die Stege bis zu einem Maximum verformen und ab da entweder brechen oder das volle Drehmoment übertragen. Diese Ausführung ist daher nicht als Drehmomentbegrenzer, sondern nur zur Dämpfung von Drehmomentspitzen geeignet, was jedoch für viele Anwendungen ausreichen kann.The 9 shows an output gear 8th a further embodiment of the invention, which substantially the execution of 3 equivalent. Here is the output gear 8th however, formed in one piece. It has several, in the example five, axially continuous recesses 25 on, radially around the output shaft 9 are arranged evenly distributed. Through the recesses 25 become webs 26 formed, which is the output gear 8th practically in an inner part 11 and an outer part 12 separate. Nevertheless, it exists through the bridges 26 a firm connection between the two parts. The webs act like elastic elements or springs. If a torque peak occurs that is above the limit torque, this is briefly intercepted by elastic deformation of the webs. With a permanently high torque, the webs would deform to a maximum and then either break or transmit the full torque. This design is therefore not suitable as a torque limiter, but only for damping torque peaks, but this may be sufficient for many applications.

Alle in den Beispielen gezeigten Maßnahmen und Ausführungen können darüber hinaus beliebig kombiniert werden ohne dass dafür eine eigenständige erfinderische Leistung notwendig wäre. Die Erfindung ist daher in keiner Weise auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.In addition, all measures and designs shown in the examples can be combined as desired without the need for an independent inventive performance. The invention is therefore in no way limited to the exemplary embodiments shown.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Getriebetransmission
22: Antriebswelledrive shaft
33: Elektromotorelectric motor
44: Antriebszahnraddrive gear
55: erstes Stufenzahnradfirst step gear
66: Stufenwellestep wave
77: zweites Stufenzahnradsecond step gear
88th: Abtriebszahnradoutput gear
99: Abtriebswelleoutput shaft
1010: Klappenstellerflap plate
1111: inneres Teilinner part
1212: äußeres Teilouter part
1313: Zähneteeth
1414: Ringspaltannular gap
1515: elastisches Element Ringelastic element ring
1616: stabförmige elastische Elementerod-shaped elastic elements
1717: axialen Nutaxial groove
1818: elastisches Element Ringelastic element ring
1919: Vorsprüngeprojections
2020: Nutengroove
2121: elastisches Elementelastic element
2222: elastisches Elementelastic element
2323: Getriebegehäusegearbox
2424: elastische Zähneelastic teeth
2525: Ausnehmungenrecesses
2626: StegeStege

Claims

Gear for an electric motor ( 3 ), with a drive gear ( 4 ) mounted on a drive shaft ( 2 ) is arranged and with a driven gear ( 8th ) mounted on an output shaft ( 9 ), wherein a power transmission from the drive shaft ( 2 ) on the output shaft ( 9 ), characterized in that the output gear ( 8th ) or one with the output gear ( 8th ) meshing gear ( 7 ) of the transmission at least one elastic element ( 15 ; 16 ; 18 ; 21 ; 22 ; 24 ) is assigned, which from one on the output gear ( 8th ) predetermined predetermined limit torque is deformed such that the power transmission to the output shaft ( 9 ) is reduced or interrupted.

Transmission according to claim 1, characterized in that the elastic element the output gear ( 8th ) assigned.

Transmission according to claim 1 or 2, characterized in that the gear, to which the elastic element is associated, has two mutually coaxially arranged parts, an inner part ( 11 ) fixed to the output shaft ( 9 ) and an outer part ( 12 ) on which the teeth ( 13 ) are arranged, wherein for transmitting power from the outer part ( 12 ) on the inner part ( 11 ) at least one elastic element ( 15 ; 16 ; 18 ) between the two parts ( 11 . 12 ) is arranged, is reduced by the force transmission between the two parts from the limit torque.

Transmission according to claim 3, characterized in that the force transmission by static friction between the elastic element ( 15 ; 18 ) and the outer part ( 12 ) and / or the inner part ( 11 ), wherein the static friction coefficient is dimensioned so that from the limit torque, the static friction force is smaller than the force to be transmitted, and thereby the power transmission is interrupted or reduced.

Transmission according to claim 3, characterized in that the outer part ( 12 ) and / or the inner part ( 11 ) at least one recess ( 17 ), in each of which at least one part ( 19 ) of an elastic element ( 16 ; 18 ) engages positively, so that the power transmission between the two parts takes place by means of this positive connection, wherein the elastic elements ( 16 ; 18 ) are deformed so far from the limit torque that the positive connection is released and thereby the power transmission from the outer part ( 12 ) on the inner part ( 11 ) is separated.

Transmission according to claim 1 or 2, characterized in that the teeth ( 24 ) of the output gear ( 8th ) and / or of the gear meshing with the output gear made of elastic material, wherein the teeth ( 24 ) elastically deform from the limit torque and thereby the power transmission to the output shaft ( 9 ) is partially interrupted.

Transmission according to claim 2, characterized in that the output gear ( 8th ) has an elastic bearing, so that from the limit torque, the output gear ( 8th ) is displaced so far radially that the output gear ( 8th ) out of engagement with the driving gear ( 7 ) dissolved and thereby the power transmission is disconnected.

Transmission according to claim 7, characterized in that the elastic support ( 22 ) between a transmission housing ( 23 ) and the output shaft ( 9 ) is arranged.

Transmission according to claim 7, characterized in that the elastic support ( 21 ) between the output shaft ( 9 ) and the output gear ( 8th ) is arranged.

Transmission according to claim 1 or 2, characterized in that the output gear ( 8th ) or with the output gear ( 8th ) meshing gear several recesses ( 25 ) and / or webs ( 26 ), which form elastic elements, wherein the power transmission to the output shaft ( 9 ) is reduced by the fact that on the output shaft ( 9 ) occurring torque peaks that are above the limit torque, by elastic deformation of the recesses ( 25 ) and / or webs ( 26 ) are intercepted.

Transmission according to one of claims 1 to 10, characterized in that the output gear ( 8th ) consists of plastic.

Transmission according to one of claims 1 to 11, characterized in that the limit torque is in the range of 0.3 Nm to 15 Nm.

Transmission according to one of claims 1 to 12, characterized in that the output gear ( 8th ) in one piece with the output shaft ( 9 ) is trained.

Electric motor with a coupled to the electric motor transmission according to one of claims 1 to 13.

Flap plate for adjusting a fluid flow in an automobile with an electric motor according to claim 14.