DE102016200019A1

DE102016200019A1 - Scherenantrieb

Info

Publication number: DE102016200019A1
Application number: DE102016200019.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Oster; Mathias Wieland
Original assignee: Stabilus GmbH
Current assignee: Stabilus GmbH
Priority date: 2016-01-05
Filing date: 2016-01-05
Publication date: 2017-07-06
Also published as: EP3190254B1; US20170191300A1; CN106939750B; JP2017122508A; EP3190254A1; CN106939750A; JP6959008B2; US10240382B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Scherenantrieb, umfassend zwei relativ zueinander um eine Schwenkachse schwenkbare Schenkel (20, 30), welche jeweils eine Längsachse (L1, L2) aufweisen und dazu eingerichtet sind, mit einem externen Bauteil verbunden zu werden und eine die relative Schwenkbewegung der beiden Schenkel (20, 30) antreibende Motor-Getriebe-Baugruppe (42). Hierbei umfasst der erste Schenkel (20) ein wenigstens abschnittsweise hohles Gehäuse (24, 26), wobei sich der in dem hohlen Gehäuse definierte Hohlraum (28a–c) wenigstens abschnittsweise entlang der Längsachse (L1) des ersten Schenkels (20) erstreckt, und die Motor-Getriebe-Baugruppe (42) ist wenigstens abschnittsweise in dem sich entlang der Längsachse (L1) des ersten Schenkels (20) erstreckenden Abschnitt (28a) des Hohlraums (28a–c) im Gehäuse (24, 26) des ersten Schenkels (20) aufgenommen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scherenantrieb, umfassend zwei relativ zueinander um eine Schwenkachse schwenkbare Schenkel, welche jeweils Längsachse aufweisen und dazu eingerichtet sind, mit einem externen Bauteil verbunden zu werden, sowie eine die relative Schwenkbewegung der beiden Schenkel antreibende Motor-Getriebe-Baugruppe.
Derartige Scherenantriebe sind aus Anwendungen bekannt, in denen der Winkel zwischen zwei schwenkbar miteinander verbundenen Bauteilen einstellbar sein soll. Beispielsweise werden Scherenantriebe zum automatischen Kippen von Fenstern in Gebäuden oder zum Öffnen und Schließen von Heckklappen in Automobilen verwendet. In bekannten Scherenantrieben ist allerdings der eigentliche Antrieb der Schwenkbewegung, d. h. ein Motor, wie beispielsweise ein Elektromotor, gesondert von den beiden Schenkeln des Scherenantriebs ausgebildet, und sitzt beispielsweise auf der der Schwenkachse des Scherenantriebs entsprechenden Nabe des Scherenantriebs, wobei dann im Falle eines Rotationsmotors dessen Drehachse senkrecht auf der von den beiden Schenkeln gebildeten Ebene steht.
Derartige Scherenantriebe haben daher insbesondere außerhalb der Schwenkebene der beiden Schenkel einen vergrößerten Platzbedarf, da sich, wie angesprochen, der Motor des Antriebs aus dieser Ebene heraus erstreckt.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Scherenantrieb bereitzustellen, der gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Scherenantrieben einen verringerten Platzbedarf aufweist und durch seine erhöhte Integration ebenfalls leichtgewichtig und kostengünstig herzustellen ist.
Diese erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der erste Schenkel ein wenigstens abschnittsweise hohles Gehäuse umfasst, wobei sich ein in dem hohlen Gehäuse definierter Hohlraum wenigstens abschnittsweise entlang der Längsachse des ersten Schenkels erstreckt und die Motor-Getriebe-Baugruppe wenigstens abschnittsweise in dem sich entlang der Längsachse des ersten Schenkels erstreckenden Abschnitt des Hohlraums im Gehäuse des ersten Schenkels aufgenommen ist. Durch diese bauliche Maßnahme kann erreicht werden, dass der von dem Scherenantrieb benötigte Bauraum insbesondere außerhalb der Schwenkachse der beiden Schenkel minimiert wird. Des Weiteren kann durch die Integration der Motor-Getriebe-Baugruppe in das Gehäuse des ersten Schenkels auf ein gesondert ausgebildetes Motorgehäuse verzichtet werden, was zu einer Gewichtsreduktion gegenüber bekannten Scherenantrieben führt. Zudem ist die Motor-Getriebe-Baugruppe in der erfindungsgemäßen Konfiguration besser gegen Beschädigung und/oder Verschmutzung geschützt, als wenn sie gesondert von den beiden Schenkeln, beispielsweise auf der Nabe des Scherenantriebs, ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Scherenantriebs kann die Motor-Getriebe-Baugruppe einen Rotationsmotor umfassen, dessen Rotationsachse im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des ersten Schenkels verläuft. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt einerseits eine optimale Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums, da die Längserstreckung des ersten Schenkels zur Aufnahme des entsprechenden Motors verwendet wird und andererseits sind derartige Rotationsmotoren besonders kostengünstig und zuverlässig. Alternativ kann allerdings auch je nach Einsatzzweck auf andere Motoren, wie beispielsweise Linearmotoren, zurückgegriffen werden. Auch ist der Begriff „Motor-Getriebe-Baugruppe” nicht derart zu verstehen, dass ein Getriebe unbedingt notwendig ist, sondern es kann auch bei einer geeigneten Wahl eines Motors mit einem ausreichenden Drehmoment auf das Getriebe ganz verzichtet werden.
In einer Weiterbildung kann die Motoren-Getriebe-Baugruppe ein Untersetzungsgetriebe umfassen, das vorzugsweise mit einem Untersetzungsverhältnis von zwischen 1:20 und 1:100, weiter vorzugsweise etwa 1:50, vorgesehen ist. Die Verwendung eines derartigen Untersetzungsgetriebes erlaubt den Einsatz von handelsüblichen Rotationselektromotoren, die in der Regel eine relativ hohe Drehzahl, aber ein vergleichsweise niedriges Drehmoment aufweisen. Durch die Verwendung des Untersetzungsgetriebes kann dann die relative Schwenkgeschwindigkeit der beiden Schenkel verkleinert werden, während gleichzeitig das anliegende Drehmoment erhöht wird, um eine ausreichende Kraft zum Schwenken der mit den beiden Schenkeln verbundenen externen Bauteile aufbringen zu können.
Ferner kann der erfindungsgemäße Scherenantrieb derart ausgeführt sein, dass er ein Schneckengetriebe umfasst, welches dazu eingerichtet ist, eine Drehbewegung des Rotationsmotors in eine relative Schwenkbewegung zwischen den beiden Schenkeln umzuwandeln. Derartige Scheckengetriebe sind an sich bekannt und stellen eine robuste und zuverlässige Möglichkeit dar, eine Drehbewegung um eine erste Achse in eine Drehbewegung um eine zu der ersten Achse senkrechte zweite Achse umzuwandeln.
In einer Weiterbildung kann der erfindungsgemäße Scherenantrieb ferner ein Planetengetriebe umfassen, welches die relative Schwenkbewegung der beiden Schenkel untersetzt, vorzugsweise mit einem Untersetzungsverhältnis von zwischen 1:3 und 1:10, weiter vorzugsweise etwa 1:7,5. Hierbei kann das Planetengetriebe zusätzlich oder alternativ zu dem bereits angesprochenen Untersetzungsgetriebe der Motor-Getriebe-Baugruppe vorgesehen sein. Insbesondere wenn auf beide Getriebe zurückgegriffen wird, können sehr große Untersetzungsverhältnisse von 1:300 oder mehr realisiert werden.
Um die gewünschte Untersetzung in dem Planetengetriebe zu erreichen, kann dieses beispielsweise zwei Sätze von jeweils konzentrisch angeordneten Planetenrädern umfassen, welche jeweils paarweise drehfest miteinander verbunden sind. Derartige gestufte Planetenräder, die konzentrisch von dem Planetenträgerrad des Planetengetriebes getragen sind, stellen eine Möglichkeit dar, in einer robusten und platzsparenden Weise das gewünschte Untersetzungsverhältnis realisieren zu können.
In einer bevorzugten Weiterbildung kann der erfindungsgemäße Scherenantrieb ferner einen Überlastschutz umfassen, der insbesondere bei einer unsachgemäßen Benutzung, wie beispielsweise dem Einwirken eines großen externen Drehmoments, eine Beschädigung der mechanischen Teile und des Motors des Scherenantriebs verhindern kann.
Hierzu kann der Überlastschutz beispielsweise durch ein Zahnrad und ein mit dem Zahnrad eingreifendes Hohlzahnrad gebildet sein, wobei die Zähne des Zahnrads derart angeordnet sind, dass sie bei Überschreitung eines vorbestimmten maximalen Drehmoments über die Zähne des Hohlzahnrads derart abgleiten können, dass zwischen dem Hohlzahnrad und dem Zahnrad ein verringertes Drehmoment übertragen wird. Zu diesem Zweck können beispielsweise in dem Zahnrad Ausnehmungen vorgesehen sein, die es erlauben, dass die mit Zähnen versehenen Bereiche des Umfangs des Zahnrads bei einer Überlastung aus dem Eingriff mit den Zähnen des Hohlzahnrads herausgeschwenkt werden können. Derartige Überlastschutzvorrichtungen sind einfach und kostengünstig herzustellen und sind leicht in den erfindungsgemäßen Scherenantrieb zu integrieren, wobei der Platzbedarf, wenn überhaupt, dann nur minimal ansteigt.
In einer ebenfalls bevorzugten Weiterbildung kann das Schneckengetriebe oder/und das Planetengetriebe oder/und der Überlastschutz ebenfalls wenigstens abschnittsweise in dem Gehäuse des ersten Schenkels aufgenommen sein. Auch durch diese bauliche Maßnahme kann jeweils der für den Scherenantrieb benötigte Bauraum verringert werden und ferner kann durch die hierdurch erreichte Verkapselung der jeweiligen mechanischen Komponenten ebenfalls sichergestellt werden, dass diese weder beschädigt noch verschmutzt werden.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, beispielsweise eine Limousine, die wenigstens einen erfindungsgemäßen Scherenantrieb umfasst, wobei einer der beiden Schenkel des Scherenantriebs fest mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden ist und der andere der beiden Schenkel mit einem schwenkbar an der Karosserie des Fahrzeugs angebrachten Element verbunden ist. Hierbei steht es dem Fachmann frei, entweder den ersten Schenkel, in dem die Motor-Getriebe-Baugruppe aufgenommen ist, oder den zweiten Schenkel der Karosserie zuzuordnen. Bei dem schwenkbar mit der Karosserie verbundenen Element kann es sich insbesondere um eine Heckklappe, einen Heckdeckel, eine Tür oder ein ähnliches Element des Fahrzeugs handeln.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläutert, wobei diese im Einzelnen zeigen:
1: eine Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Scherenantriebs;
2: eine Seitenansicht des Scherenantriebs aus 1 in montiertem Zustand; und
3: eine Schnittansicht durch die Ausführungsform aus den 1 und 2 entlang der Pfeile A in 2.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Scherenantriebs, der hier in Explosionsansicht gezeigt ist, ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Scherenantrieb umfasst einen ersten Schenkel 20 und einen zweiten Schenkel 30, die gegeneinander um eine gestrichelt angedeutete Schwenkachse 12 schwenkbar sind und jeweils eine Längsachse L1 bzw. L2 aufweisen, die in 1 ebenfalls gestrichelt angedeutet sind. Die beiden Schenkel 20 und 30 weisen auf ihrer der Schwenkachse 12 gegenüberliegenden Seite jeweils Durchbohrungen 22 und 32 auf, mittels derer sie beispielsweise mit Hilfe von Bolzen oder ähnlichem mit externen Bauteilen verbunden werden können. Der erste Schenkel 20 besteht aus einem ersten Gehäuseteil 24 und einem zweiten Gehäuseteil 26, die in montiertem Zustand des Scherenantriebs durch eine Mehrzahl von Schrauben 40 miteinander verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich könnten jedoch auch andere dem Fachmann bekannte Verbindungstechniken wie beispielsweise Verkleben, Verschweißen, Einrasten etc. für die beiden Gehäuseteile verwendet werden.
Die beiden Gehäuseteile 24 und 26 sind abschnittsweise ausgehöhlt und bilden in montiertem Zustand ein Gehäuse, in dem ein zylinderförmiger erster Hohlraum 28a, der sich entlang der Längsachse L1 des ersten Schenkels 20 erstreckt, und ein damit verbundener zweiten Hohlraum 28b definiert sind, der sich kreisförmig um die Schwenkachse 12 erstreckt. Die Verbindung zwischen erstem Hohlraum 28a und dem zweiten Hohlraum 28b ist durch einen zylindrischen Abschnitt 28c gebildet. In den ersten Hohlraum 28a ist in montiertem Zustand des Scherenantriebs 10 eine Motor-Getriebe-Baugruppe 42 eingepasst, die einen Rotationselektromotor und an dessen Ausgang ein Untersetzungsgetriebe umfasst.
An den Ausgang des Untersetzungsgetriebes der Motor-Getriebe-Baugruppe 42 ist in montiertem Zustand des Scherenantriebs 10 eine Ausgangswelle 44 angeflanscht, die sich durch den zylindrischen Abschnitt 28c hindurch von dem ersten Hohlraum 28a in den zweiten Hohlraum 28 erstreckt. Im Betrieb des Scherenantriebs 10 dreht sich die Ausgangswelle 44 entsprechend der Drehzahl des Motors und dem Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes um eine erneut gestrichelt angedeutete Achse 46. Am Außenumfang der Ausgangswelle 44 befindet sich eine schräge Zahnung 44a, die es der Ausgangswelle erlaubt, als Schneckenwelle in einem Schneckengetriebe zu dienen. Mit dieser Verzahnung 44a greift ein Schneckenrad 48 ein, das an seinem Außenumfang einen entsprechenden Zahnkranz 48a aufweist und die Bewegung der Ausgangswelle 44 um die Drehachse 46 in eine Drehung um die Schwenkachse 12 umsetzt.
Ferner befindet sich am Außenumfang des Schneckenrads 48 auch ein nach innen gerichteter Zahnkranz, der in der Darstellung der 1 allerdings verdeckt ist, jedoch in 3 mit dem Bezugszeichen 48b bezeichnet ist. Mit diesem nach innen gerichteten Zahnkranz 48b greift nun wiederum ein Überlastschutz-Zahnrad 50 mit seinen gezahnten Abschnitten 50a an. Diese gezahnten Abschnitte 50a sind derart gebildet, dass sie einen Steg umfassen, der einen Teil des Außenumfangs des Überlastschutz-Zahnrads 50 bildet und der derart hinterschnitten ist, dass der jeweilige Abschnitt 50a mit den daran befindlichen Zähnen bei einem von außen auf das Überlastschutz-Zahnrad 50 eingewirkten, ein maximales Drehmoment überschreitenden Drehmoment radial nach innen schwenken kann, um so aus dem Eingriff mit dem nach innen gerichteten Zahnkranz 48b des Schneckenrads 48 herauszuschwenken. Auf diese Weise wirken die Zahnräder 48 und 50 gemeinsam als Überlastschutz, beispielsweise bei einem unsachgemäß von außen eingewirkten Drehmoment auf den zweiten Schenkel 30.
Die Nabe des Überlastschutz-Zahnrads 50 erstreckt sich durch die Nabe des Schneckenrads 48 hindurch, wobei in diesem Erstreckungsbereich ein gezahnter Abschnitt 50b vorgesehen ist. Mit diesem gezahnten Bereich 50b greifen wiederum erste Planetenräder 52a eines Planetengetriebes 52 ein. Hierbei ist das Planetengetriebe 52 als Stufenplanetengetriebe ausgebildet, wobei die ersten Planetenräder 52a koaxial mit zweiten Planetenrädern 52b fest verbunden sind, wobei die zweiten Planetenräder 52b gegenüber den ersten Planetenrädern 52a einen verkleinerten Durchmesser und entsprechend eine verkleinerte Anzahl von Zähnen aufweisen.
Die zweiten Planetenräder 52b laufen an der Innenverzahnung eines Hohlrads 54 ab, das fest in den Hohlraum 28b eingepasst und somit drehfest mit dem ersten Schenkel 20 verbunden ist. Als Sonnenrad in diesem Planetengetriebe 52 wirkt ein Zahnkranz 56a einer Achse 56, der ebenfalls mit den zweiten Planetenrädern 52b in Eingriff steht. Durch die gewählten Proportionen der Verzahnung 56a, des Hohlrads 54 und der jeweiligen Durchmesser der Planetenräder 52a, 52b wird eine zusätzliche Untersetzung der Drehbewegung erreicht. Die Achse 56 erstreckt sich von ihrem Eingriffsbereich mit der Verzahnung 56a in montiertem Zustand des Scherenantriebs 10 zwischen den ersten Planetenrädern 52 hindurch, weiter durch die Nabe des Scheckenrads 48 und des Überlastschutz-Zahnrads 50 hindurch und tritt durch eine Öffnung 28d aus dem zweiten Hohlraum 28b des ersten Schenkels 20 nach außen. Dort kann am zweiten Ende 56b der Achse 56 der zweite Schenkel 30 angebracht werden.
In der gezeigten Ausführungsform wird die Drehbewegung der Motor-Getriebe-Baugruppe 42 dementsprechend zunächst durch das aus den Elementen 44a und 48a gebildete Schneckengetriebe umgelenkt, dann über den durch die Elemente 48 und 50 gebildeten Überlastschutz weitergeleitet, durch das Planetengetriebe 52 ein weiteres Mal untersetzt und dann auf den zweiten Schenkel 30 übertragen.
In 2 ist nun der Scherenantrieb 10 aus 1 im montierten Zustand in Seitenansicht gezeigt. Hierbei ist eine Schnittebene angedeutet, die durch die Schwenkachse 12 der beiden Schenkel 20 und 30 verläuft, wobei die Ansicht aus 3 in Richtung der Pfeile A zu verstehen ist.
Diese Ansicht in 3 zeigt nun in montiertem Zustand die um die Schwenkachse 12 des Scherenantriebs 10 herum angeordneten Elemente. Fest mit dem zweiten Schenkel 30 verbunden ist die Achse 56 mit ihrem Ausgangsende 56b. An ihrem anderen Ende 56c ist die Achse 56 drehbar in einer Ausnehmung 28e in dem ersten Gehäuseteil 24 des ersten Schenkels 20 aufgenommen. Ferner sitzt auf der Achse 56 der Zahnkranz 56a, der mit den zweiten Planetenrädern 52b eingreift.
Diese zweiten Planetenräder 52b greifen andererseits auch mit dem Hohlrad 54 ein und sitzen drehbar auf einer gestrichelt angedeuteten Planetenachse 52c, die mit dem Planetenträger 52d des Planetengetriebes verbunden ist. Konzentrisch und drehfest verbunden mit den zweiten Planetenrädern 52b sind ebenfalls die Planetenräder 52a von der Planetenachse 52c getragen. Diese greifen an ihrer radialen Innenseite mit der Zahnung 50b des Überlastschutz-Zahnrads 50 ein, das an seinem anderen Ende die Eingriffsabschnitte 50a aufweist. Diese stehen in der oben beschriebenen Weise mit der Innenverzahnung 48b des Schneckenrads 48 in Eingriff, während die Außenverzahnung 48a des Schneckenrads 48 mit der Schneckenwelle 44 eingreift, die in der oben beschriebenen Weise von der Motor-Getriebe-Baugruppe 42 angetrieben wird.

Claims

Scherenantrieb, umfassend: zwei relativ zueinander um eine Schwenkachse schwenkbare Schenkel (20, 30), welche jeweils eine Längsachse (L1, L2) aufweisen und dazu eingerichtet sind, mit einem externen Bauteil verbunden zu werden; eine die relative Schwenkbewegung der beiden Schenkel (20, 30) antreibende Motor-Getriebe-Baugruppe (42); dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schenkel (20) ein wenigstens abschnittsweise hohles Gehäuse (24, 26) umfasst, wobei sich ein in dem hohlen Gehäuse definierter Hohlraum (28a–c) wenigstens abschnittsweise entlang der Längsachse (L1) des ersten Schenkels (20) erstreckt; und die Motor-Getriebe-Baugruppe (42) wenigstens abschnittsweise in dem sich entlang der Längsachse (L1) des ersten Schenkels (20) erstreckenden Abschnitt (28a) des Hohlraums (28a–c) im Gehäuse (24, 26) des ersten Schenkels (20) aufgenommen ist.
Scherenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Getriebe-Baugruppe (42) einen Rotationsmotor umfasst, dessen Rotationsachse (46) im Wesentlichen parallel zu der Längsachse (L1) des ersten Schenkels (20) verläuft.
Scherenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Getriebe-Baugruppe (42) ein Untersetzungsgetriebe, vorzugsweise mit einem Untersetzungsverhältnis von zwischen 1:20 und 1:100, weiter vorzugsweise etwa 1:50, umfasst.
Scherenantrieb nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Schneckengetriebe (44a, 48a) umfasst, welches dazu eingerichtet ist, eine Drehbewegung des Rotationsmotors in eine relative Schwenkbewegung zwischen den beiden Schenkeln (20, 30) umzuwandeln.
Scherenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Planetengetriebe (52) umfasst, welches vorzugsweise mit einem Untersetzungsverhältnis von zwischen 1:3 und 1:10, weiter vorzugsweise etwa 1:7,5, eingerichtet ist.
Scherenantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (52) zwei Sätze (52a, 52b) von jeweils konzentrisch angeordneten Planetenrädern umfasst, welche paarweise drehfest miteinander verbunden sind.
Scherenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen Überlastschutz (48, 50) umfasst.
Scherenantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlastschutz durch ein Zahnrad (50) und ein damit eingreifendes Hohlzahnrad (48) gebildet ist, wobei die Zähne (50a) des Zahnrads (50) derart angeordnet sind, dass sie bei Überschreitung eines vorbestimmten maximalen Drehmoments über die Zähne (48b) des Hohlzahnrads (48) derart abgleiten können, dass zwischen dem Hohlzahnrad (48) und dem Zahnrad (50) ein verringertes Drehmoment übertragen wird.
Scherenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckengetriebe (44a, 48a) oder/und das Planetengetriebe (52) oder/und der Überlastschutz (48, 50) ebenfalls wenigstens abschnittsweise in dem Gehäuse (24, 26) des ersten Schenkels aufgenommen ist.
Fahrzeug, beispielsweise Limousine, umfassend wenigstens einen Scherenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einer der beiden Schenkel (20, 30) fest mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden ist und der andere der beiden Schenkel (20, 30) mit einem schwenkbar an der Karosserie des Fahrzeugs angebrachten Element verbunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei es sich bei dem schwenkbar mit der Karosserie verbundenen Element um eine Heckklappe, einen Heckdeckel, eine Tür oder ähnliches handelt.