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Die Erfindung betrifft einen Aktuator gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches.
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Derartige, mit Kleinspannungs-Getriebemotoren ausgestattete Aktuatoren finden vielfältig Einsatz etwa im Kraftfahrzeug für Komfortantriebe wie zum Bewegen von Gurtschlössern, von Fenstern oder von Schiebedächern, zum Einstellen von Sitzen und insbesondere zum Festspannen und Lösen von Parkbremsen. Solche am Bordnetz betriebene Aktuatoren können manuell über Schalter oder unmittelbar aus der bordeigenen elektronischen Datenverarbeitung heraus angesteuert werden.
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Ein derartiger Aktuator ist typischerweise mit einem kleinbauenden hochtourigen elektromechanisch oder elektronisch kommutierenden Gleichstrommotor mit nachfolgendem, mehrstufig stark untersetzendem Stirnradgetriebe ausgestattet, um nicht nur die vor allem auf hochtourige Komponenten zurückzuführende Geräuschentwicklung zu reduzieren, sondern insbesondere auch an der Abtriebswelle ein für den jeweiligen Arbeitseinsatz ausreichendes Drehmoment zur Verfügung zu stellen.
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Bei der gattungsbildenden
DE 10 2015 226 770 A1 treibt der Motor nicht ein Stirnradgetriebe, sondern ein Schneckengetriebe an, dessen Schneckenkörper mit einem koaxialen Sackloch auf dem vorkragenden Stirnende der Motorwelle stoffschlüssig befestigt ist. Der Schneckenkörper steht innerhalb des Aktuatorgehäuses mit einem Schneckenrad in Eingriff, das die Abtriebswelle des Aktuators antreibt. Konstruktiv problematisch ist dabei die Drehmomentenübergabe vom Schneckenkörper an das Schneckenrad, weil die zu einer betriebstechnisch kritischen Axialbeanspruchung des Schneckenkörpers und damit der Motorwelle führen kann. Bei Einsatz von preisgünstigen Motoren aus der Serienfertigung besteht keine praktikable Möglichkeit, diese Axialbeanspruchung an einem Motorschild aufzunehmen. Eine Lagerung zur Aufnahme der Axialbeanspruchung beim motorabgelegenen Ende des Schneckenkörpers bedarf im Aktuator-Gehäuse erheblichen Einbauraumes zusätzlich zur hier zu gewährleistenden Radiallagerung des Schneckenrades im Aktuator-Gehäuse.
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In Erkenntnis solcher Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, eine einfach zu fertigende und zu montierende, dauerfest wirksame Lagerung des Schneckenkörpers zu erstellen, die möglichst auch zusätzliche Funktionen beim Betrieb des Schneckengetriebes unterstützt.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das Zusammenwirken der im unabhängigen Patentanspruch angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst. Danach ist ein mit abgewinkelten Schenkeln versehener, gestreckt u-förmiger Lagerbügel vorgesehen, dessen Joch sich, zentrifugal versetzt, längs des Schneckenkörpers erstreckt und der mit seinen quer dazu, also radial-zentripetal bezüglich der Schneckenachse orientierten Schenkeln den Schneckenkörper im jeweiligen Bereich seiner beiden Stirnseiten axial hintergreift. Insoweit der Lagerbügel gehäusefest montiert ist, resultiert daraus eine Axiallagerung der mit dem Schneckenkörper bestückten Welle in den beiden, einander entgegengesetzten, Axialrichtungen.
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Es muss im Rahmen vorliegender Erfindung der vorzugsweise aus steifelastischem Material wie Federblech ausgebildete Lagerbügel nicht einteilig u-förmig abgekantet sein, er kann auch aus zwei parallel zur Schneckenachse gegeneinander versetzt gehalterten, L-förmig abgekanteten Winkeln zum Lagerbügel gruppiert sein.
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Vorzugsweise ist wenigstens einer der Lagerbügel-Schenkel mit einem quer zu seiner Längserstreckung orientierten und geöffneten Schlitzloch versehen, dessen Länge sich über gut die halbe Breite des Schenkels erstreckt. Das Schlitzloch lässt sich vor der benachbarten Stirnseite des Schneckenkörpers zentripetal auf die Welle schieben, die dadurch dann über die Hälfte ihres Umfanges im Lagerbügel Stahl auf Stahl radial gelagert ist. Dadurch wird eine verschleißgeneigte Radiallagerung der stählernen Welle zwischen gehäusefesten Kunststoff-Halbschalen entlastet und so die zuverlässige Funktion des in Kunststoff rotierenden Stahlkörpers verlängert.
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Der Schneckenkörper braucht nicht stoffschlüssig auf oder vor einer Motorwelle, die dadurch zugleich zur Schneckenwelle wird, montiert zu sein; jede andere Ankopplung kommt grundsätzlich ebenso in Betracht, wie ein Aufpressen einer axialen Bohrung im Schneckenkörper auf einen gerändelten Axialbereich der aus dem Motorgehäuse vorkragenden Motorwelle: bis hin zu einer Schneckengewindeprägung unmittelbar in die Mantelfläche einer verlängert vorkragenden Motorwelle.
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Die Schneckenwelle muss axial nicht mit der motorabgelegenen Fläche der Stirnseite des Schneckenkörpers fluchten; sie kann sich auch axial darüber hinaus erstrecken, um etwa mit einem kugelkappenförmig abgerundeten Stirnende eine definiert kleinflächige Anlage gegen ein Axiallager in Form eines Lagerbügel-Schenkels zu erbringen. Das entspricht einer hier indirekten Axiallagerung des Schneckenkörpers, im Gegensatz zur zuvor betrachteten direkten Axiallagerung des axial gegen die dortige Stirnseite anliegenden Schenkels.
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Wenn hinreichend lange, radial orientierte Schenkel infolge mehrfacher Faltung längs der Schneckenachse mäandrisch verlaufen, steigert das eine gewisse Elastizität bei der Axialabstützung des Schneckenkörpers. Vor allem aber werden die Aufnahmen der Welle in den Schlitzlöchern entlastet, weil die jeweils axial gegeneinander versetzte, mehrfache Aufnahme den Flächendruck an der jeweiligen Radialaufnahme mindert.
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Zur Montage im Aktuator-Gehäuse ist der Lagerbügel etwa kraft- oder formschlüssig an einem ein- oder mehrteiligen Fixierkörper beziehungsweise zwischen diesem und einer Gehäuse-Teilungsfuge befestigt. Im Prinzip ist der Lagerbügel dadurch starr am Gehäuse gehaltert. Vorzugsweise ist aber eine geringfügige Axialbewegung des Fixierkörpers und damit des Lagerbügels relativ zum Gehäuse zugelassen; nämlich unter drehrichtungsabhängigem elastischem axialem Abstützen des Fixierkörpers gegen Federelemente wie federelastische kissenartige Körper, die ihrerseits dann starr im Gehäuse abgestützt sind. Dadurch ist sicherstellbar, dass der Verzahnungseingriff zwischen Schneckenkörper und Schneckenrad bei Erreichen des linearen Endanschlages des Lagerbügels nicht miteinander verkeilen (sog. Schraubstock-Effekt), weil der axiale Andruck des Schneckenkörpers gegen die Verzahnung des Schneckenrades mit Beendigung des Einbringens von Drehmoment in das Schneckenrad gleich wieder von den Federelementen, über die axiale Lagerung des Schneckenkörpers mittels des Lagerbügels, etwas zurückgeführt wird.
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Solche Blockierverhinderung wird nicht nur durch die erwähnten Federelemente, und durch federelastische Schenkel des Lagerbügels, gefördert, sondern auch durch produktionsbedingtes Axialspiel der mit dem Rotor bestückten Motorwelle. Eine Steigerung dieses Blockierschutzes ist noch dadurch möglich, dass die Motoraufnahme im Aktuator-Gehäuse ein geringfügiges Axialspiel des Motors selbst zulässt.
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Außerdem kann ein Festfahrschutz für das Schneckenrad vorgesehen sein, indem etwa ein Hebel konzentrisch zum Schneckenrad gegen einen von zwei gehäusefesten Federelementen verschwenkt und von denen wieder minimal, in eine lastfreie Stellung, zurückgedreht wird.
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Zusätzliche Weiterbildungen und deren Alternativen ergeben sich aus den weiteren Patentansprüchen und, auch unter Berücksichtigung von deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung von bevorzugten Realisierungsbeispielen zur erfindungsgemäßen Lösung. Die auf das Funktionswesentliche abstrahierten Skizzen gemäß der Zeichnung zeigen in
- 1 annähernd maßstabsegerecht einen erfindungsgemäß mit Lagerbügel ausgelegten Aktuator im Axial-Längsschnitt und
- 2 einen Ausschnitt aus 1 mit weitergebildetem Lagerbügel.
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Der beispielshalber skizzierte Aktuator 11 weist ein geteiltes Gehäuse 12 mit einer Motoraufnahme 13 und einer Getriebeaufnahme 14 zum Bestücken mit einem hochtourigen Motor 15 und mit einem untersetzenden Schnecken-Getriebe 16 als erster Getriebestufe auf. Dessen Schneckenkörper 17 ist auf der aus dem Motor 15 koaxial vorkragenden Welle 18 ausgebildet oder jedenfalls drehfest befestigt. Die Welle 18 ist im Motorschild 19, und davor in Kunststoff-Halbschalen (nicht gezeichnet), radial gelagert.
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Als erste Getriebestufe zum Steigern des Drehmomentes infolge Reduzierens der Drehzahl greift der motorgetriebene Schneckenkörper 17 in die Außenverzahnung eines Schneckenrades 20 ein. Das ist als flach-topfförmiges Hohlrad mit umlaufender Innenverzahnung ausgelegt (in der Zeichnung nicht dargestellt), mit welcher die Planetenräder eines Umlaufgetriebes als zweiter Getriebestufe kämmen. Dadurch wird der Planetensteg gedreht, der konzentrisch drehstarr mit einer Abtriebswelle bestückt ist.
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Die bei der Drehmomenten-Übergabe vom Schneckenkörper 17 an das Schneckenrad 20 drehrichtungsabhängig auftretende Axialbelastung der Welle 18 wird von einem, im Prinzip gehäusefesten, Lagerbügel 21 aus steifelastischem Material wie Federblech aufgenommen. Der Lagerbügel 21 ist dazu u-ähnlich ausgebildet, aber mit parallel zur Welle 18 längs des Schneckenkörpers 17 zentrifugal versetzt relativ lang gestrecktem u-Joch 22. Bei seinen beiden Enden ist das Joch 22 jeweils zu Schenkeln 23 rechtwinklig abgekantet, die dadurch, nach zentripetal auf der Welle 18 aufgestecktem Lagerbügel 21, radial zur Welle 18 orientiert sind. Befestigt ist der Lagerbügel 21 an einem etwa im Kunststoffspritzguss erstellten Fixierkörper 24, der seinerseits im Bereich der Getriebeaufnahme 14 im Aktuator-Gehäuse 12 gelagert ist.
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Nicht dargestellt ist, dass das Joch 22 des Axiallagerbügels 21 auch geteilt sein kann. Dann sind zwei L-förmige Teile, die sich zu einem Lagerbügel ergänzen, axial gegeneinander versetzt am Fixierkörper 24 gehaltert.
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Jedenfalls der Motorseitige der Schenkel 23 weist für das erwähnte zentripetale Aufstecken des Lagerbügels 21 auf die Welle 18 ein Schlitzloch 25 auf, das sich quer zur Längserstreckung des Schenkels 23 erstreckt und öffnet. Mit dieser Öffnung übergreift der Schenkel 23 radial die Welle 18, während er die dem Motor 15 zugewandte Stirnseite 26 des Schneckenkörpers 17 axial hintergreift. Daraus resultiert eine gewisse Radiallagerung der Welle 18 im Hufeisenprofil des Schlitzloches 25; wobei die Welle 18 im Übrigen (nicht gezeichnet) zwischen zwei Radial-Halbschalen aus Kunststoff im Gehäuse 12 gelagert ist. Vor allem stellt sich eine unverkantete Axialabstützung des Schneckenkörpers 17 ein, weil der Schenkel 23 sich nicht nur zentripetal bis zur Welle 18 erstreckt, sondern über diese hinaus diametral den gesamten Durchmesser der Stirnseite 26 des Schneckenkörpers 17 überspannt.
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Axial gegenüber kann der Motorabgelegene der Schenkel 23 auch durch solch ein Schlitz- oder Hufeisenloch 25 dafür ausgelegt sein, unter stirnseitigem Hintergreifen des Schneckenkörpers 17 zentripetal auf die Welle 18 aufgeschoben zu werden. Um die Reibungsverluste an dieser Axialabstützung zu verringern, kann es jedoch zweckmäßiger sein, wie skizziert motorabgelegen die Axialabstützung der aus dem Schneckenkörper 17 konzentrisch hervorragenden Welle 18 nicht über den Schneckenkörper 17, sondern an deren freiem Stirnende 28 vorzunehmen. Im Interesse einer möglichst punktförmigen Anlage des hiesigen Schenkels 23 nahe bei dessen Stirn 27 ist das Wellen-Stirnende 28 zweckmäßigerweise zu etwa einer Kugelkappe 29 verrundet.
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Der Fixierkörper 24, an dem der ein- oder mehrteilige Lagerbügel 21 befestigt ist, ist vorzugsweise nicht starr im Gehäuse 12 festgelegt, sondern mit der schneckenbestückten, dadurch gegen das Schneckenrad 20 abgestützten Welle 18 je nach deren momentaner Drehrichtung in der einen oder anderen Axialrichtung geringfügig verlagerbar. Dadurch werden beim Einfahren in eine Endstellung dort angeordnete Federelemente 30 komprimiert. Bei denen handelt es sich etwa um weichelastische Kissen oder dergleichen vom Fixierkörper 24 achsparallel vorstehende Weichkomponenten, die zwischen dem Fixierkörper 24 und dem axial benachbarten Bereich des Gehäuses 12 angeordnet sind. Aus dem federelastischen Rückbewegungseffekt resultiert nicht nur ein Montagetoleranzausgleich, sondern insbesondere auch, bei Anfahren des Schneckenrades 20 gegen einen Endanschlag, ein Festfahrschutz gegen Verkeilen des Schneckengewindes im Schneckenrad 20.
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Dazu kann der Schneckenkörper 17 relativ zur Welle 18 verlagert werden, auf der er drehfest montiert ist. Oder es wird bei auf der Welle 18 starrem Schneckenkörper 17 dieser zusammen mit der Welle 18 axial verschoben.
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Wenn das Axialspiel des Rotors im Motor 15 konstruktionsbedingt für den federelastisch initiierten Rückhub der Welle 18, zum Vermeiden des Einfahrens in eine Festfahrstellung, nicht ausreichen sollte, kann auch der Motor 15 selbst minimal aber doch hinreichend axial verschiebbar in seiner Aufnahme 13 gelagert sein.
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In der Zeichnung ist berücksichtigt, dass es zweckmäßig ist, einem Verkeilen des Schneckeneingriffes am Endanschlag nicht nur bezüglich der Linearbewegung des Schneckenkörpers 17 entgegenzuwirken, sondern auch bezüglich der Rotationsbewegung des Schneckenrades 20. Dazu greift ein zum Schneckenrad 20 konzentrisch verdrehbarer Schwenkhebel 31 in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Schneckenrades 20 komprimierend zwischen zwei weitere Federelemente 30 ein, um bei Entlastung das Schneckenrad 20 geringfügig zurück zu drehen. Dafür kann ein Reibschluss zwischen dem Schwenkhebel 31 und dem Schneckenrad 31 ausgebildet sein. Unter dem Gesichtspunkt des Getriebe-Wirkungsgrades ist es aber zweckmäßiger, das Verschwenken des Hebels 31 aus einer Bewegungskomponente des Fixierkörpers 24 abzuleiten; was in der Prinzipskizze der Zeichnung dadurch berücksichtigt ist, dass der Fixierkörper 24 und der Schwenkhebel 31 das Schneckenrad 20 hintergreifen.
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Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 der Zeichnung näher dargestellt, dienen die Schenkel 23 des Lagerbügels 21 der beidseitig gegensinnigen axialen Abstützung des Schneckenkörpers 17 und damit der drehstarr mit ihm verbundenen Welle 18. Hinzu kommt jedoch der Effekt einer Radiallagerung quer zur Orientierung des Schlitzloches 25 im jeweiligen Schenkel 23. Diese Radiallagerung lässt sich durch Wiederholen längs der Welle 18 vervielfältigen, indem der Lagerbügel 21 an wenigstens einem Ende mit mehreren axial gegeneinander versetzten solchen Schenkeln 23 ausgestattet wird, die zu entsprechend vielen axial gegeneinander versetzten Radiallagerungen führen. Dazu können, wie aus 2 ersichtlich, lange Schenkel 23 zu einem mäandrischen Verlauf mehrfach gefaltet werden, mit axial fluchtenden Schlitzlöchern 25. Es wird nun eine kritische Flächenpressung zwischen dem Rand des Schlitzloches 25 und der dagegen abgestützten Welle 18 vermieden, indem die Gesamtbelastung auf eine Mehrzahl solcher einander relativ dicht benachbarter radialer Stützstellen verteilt wird.
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Am motorabgelegenen Wellen-Stirnende 28, wo die Axiallagerung des Schneckenkörpers 17 indirekt, über die Welle 18, erfolgt, ist der letzte Faltungs-Schenkel 23 nicht gelocht, um hier die Welle 18 mit ihrer stirnseitigen Kugelkappe 29 axial anliegen zu lassen.
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Alle diese axialen und radialen Lagerstellen werden in einem Zuge montiert, indem der am Fixierkörper 24 befestigte Lagerbügel 21, den Schneckenkörper 17 axial übergreifend, mit den Schlitzlöchern 25 zentripetal auf die Welle 18 aufgeschoben wird.
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Bei einem, etwa für eine elektromotorische Parkbremse einsetzbaren, Aktuator 11, dessen Gehäuse 12 längs einer Welle 18 mit einem Motor 15 und einem Schnecken-Getriebe 16 bestückt ist, erfolgt also erfindungsgemäß eine Abstützung des Schneckenkörpers 17 mittels eines Lagerbügels 21, der an einem geringfügig axial verlagerbaren Fixierkörper 24 festgelegt ist. Das vergleichsweise lange u-Joch 22 des Lagerbügels 21 erstreckt sich achsparallel längs des Schneckenkörpers 17, während dessen beiderseitigen Schenkel 23 den Schneckenkörper 17 direkt oder indirekt stirnseitig axial hintergreifen, Dabei übergreifen die Schenkel 23 die Welle 18 mit zentripetal orientierten Schlitzlöchern 25. Als Festfahrschutz, gegen ein Verkeilen zwischen dem Schneckenkörper 17 und dem Schneckenrad 20 bei Erreichen eines Endanschlages des Schneckenrades 20, ist der Fixierkörper 24, gegen Federelemente 30 abgestützt, geringfügig im Gehäuse 12 axial verlagerbar, um den unter der Last der Drehmomentenübergabe stehenden Schneckeneingriff zu entlasten. Dazu wird, infolge der von den jeweils gerade gespannten Federelementen 30 ausgeübten Rückstellkräfte, der Fixierkörper 24 samt Axiallagerbügel 21 und Schneckenkörper 17 relativ zur Welle 18, oder mit der Welle 18 beziehungsweise mit dem Motor 15, dem Lasteingriff entgegen geringfügig axial verschoben. Zweckmäßigerweise wird auch das Schneckenrad 20 geringfügig federelastisch aus seiner Endanschlagstellung zurück verdreht.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Aktuator (mit 15 und 16)
- 12
- Gehäuse (von 11)
- 13
- Motor-Aufnahme (in 12 für 15)
- 14
- Getriebe-Aufnahme (in 12 für 16)
- 15
- Motor (von 11)
- 16
- Getriebe (hinter 15)
- 17
- Schneckenkörper (auf 18)
- 18
- Welle (von 15 und von 17)
- 19
- Motorschild
- 20
- Schneckenrad (von 16)
- 21
- Lagerbügel (für 17)
- 22
- Joch (von 21)
- 23
- Schenkel (von 21; beiderseits 22)
- 24
- Fixierkörper (in 12; für 21, 31)
- 25
- Schlitzloch (in 23)
- 26
- Stirnseite (von 17)
- 27
- Stirn (von 23)
- 28
- Stirnende (von 18)
- 29
- Kugelkappe (vor 28)
- 30
- Federelemente (zwischen 24 und 12 sowie 31 und 12)
- 31
- Schwenkhebel (zwischen 30-30)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015226770 A1 [0004]
