DE102020105409A1

DE102020105409A1 - Getriebegehäuseeinheit mit Polymerelement für axialen Spielausgleich

Info

Publication number: DE102020105409A1
Application number: DE102020105409.2A
Authority: DE
Inventors: Jian Yang; Max Schwing
Original assignee: Nidec Motors and Actuators Germany GmbH
Current assignee: Nidec Motors and Actuators Germany GmbH
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2021-09-02
Also published as: CN113324010A

Abstract

Eine Getriebegehäuseeinheit, die wenigstens einen Teil einer Welle (4) oder eines auf einer Welle (4) angeordneten Rads (3) aufnehmen kann und die einen Gehäusekörper (5, 6) mit einem elastischen Polymerelement (10) zum Axialspielausgleich zwischen der Welle (4) oder dem Rad (3) und dem Gehäusegrundkörper (5, 6) aufweist. Die Getriebeeinheit weist eine Anlaufscheibe (9) auf, die sich an dem Polymerelement (10) abstützt. Entweder weist der Gehäusekörper (5, 6) einen Anschlag (12) auf, an dem die Anlaufscheibe (9) anschlagen kann, wenn eine Kompression des elastischen Polymers (10) ein vorbestimmtes Maß erreicht hat, oder das elastische Polymerelement (10) oder wenigstens ein Freiraum (14, 15, 16, 18), in den das elastische Polymerelement (10) durch Verformung ausweichen kann, wenn es der Anlaufscheibe (9) elastisch nachgibt, ist oder sind so eingerichtet und angeordnet, dass das elastische Polymerelement (10) eine Kraft-Weg-Kennlinie aufweist, die wenigstens abschnittsweise nicht-linear ist. Außerdem eine Getriebeeinheit (1) mit einer Getriebegehäuseeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einer in die Getriebegehäuseeinheit ragende Welle (4) und einem innerhalb der Getriebegehäuseeinheit auf der Welle (4) angeordneten Rad (3).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Getriebegehäuseeinheit, die wenigstens einen Teil einer Welle oder eines auf einer Welle angeordneten Rads aufnehmen kann und die einen Gehäusekörper mit einem Element zum Axialspielausgleich zwischen der Welle oder dem Rad und dem Gehäusegrundkörper aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Getriebeeinheit mit der Getriebegehäuseei nheit.
Hintergrund der Erfindung
Aus DE 102008043904 A1 ist eine Vorrichtung zur Lagerung eines Linearantriebs mittels zweier Bolzen bekannt, wobei der Linearantrieb einen Motor an einem Getriebe mit einem Getriebegehäuse umfasst. Das Getriebegehäuse hat ein zylindrisches Mantelrohr, in welchem ein Schneckenrad radial gelagert wird. Die axiale Lagerung erfolgt mittels einer Lagerscheibe, wobei sich zwischen Mantelrohr und Lagerscheibe eine Wellfeder zum Spielausgleich befindet. Zwei Öffnungen am Getriebegehäuse bilden eine Bolzenaufnahme. Die Bolzen weisen jeweils einen Befestigungsabschnitt zur Befestigung des Bolzens in der Bolzenaufnahme in der Art, dass der Bolzenkopf von der Außenseite des Getriebegehäuses beabstandet ist und somit der Lagerabschnitt außerhalb des Getriebegehäuses als Lager für den Linearantrieb angeordnet ist, auf.
DE 102011077584 A1 offenbart eine Verstellvorrichtung, die eine Gewindespindel und ein Schneckenrad umfasst, wobei das Schneckenrad über eine Außenverzahnung mit einer Antriebseinheit gekoppelt ist. Das Schneckenrad weist ein Innengewinde auf, das mit einem Außengewinde der Gewindespindel kämmt, und ein Gehäuse, in welchem das Schneckenrad aufgenommen ist, wobei das Gehäuse zweiteilig mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil gebildet ist. Das Gehäuse weist zwei Axiallagerflächen und zwei Radiallagerflächen auf. Zum Spielausgleich kommt am Schneckenrad ein konisches Federelement zum Einsatz. Es liegt zwischen dem Schneckenrad und der ersten Axiallagerfläche des Gehäuses.
Aus WO 2018215010 A1 ist ein Stellantrieb für ein Kraftfahrzeug bekannt, der ein Gehäuse aus einer Gehäuseschale und einem Gehäusedeckel und einen elektrischen Antrieb, mittels dessen ein Stellmittel bewegbar ist, aufweist. Das Stellmittel wird über einen Spindelantrieb bewegt, wobei die Spindel unter Vorspannung in einer Lageraufnahme gehalten wird. Die Vorspannung wird mittels eines in das Gehäuse eingefügten Federelementes erzeugt. Das Federelement ist zwischen Erhebungen einer Rippe des Gehäuses eingespannt, und das axiale Ende des Schneckenrads greift an dieses Federelement an.
Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Getriebegehäuseeinheit, die wenigstens einen Teil einer Welle oder eines auf einer Welle angeordneten Rads aufnehmen kann und die einen Gehäusekörper mit einem Element zum Axialspielausgleich zwischen der Welle oder dem Rad und dem Gehäusegrundkörper aufweist, bereitzustellen. Insbesondere soll die Erfindung eine einfache Montierbarkeit der Getriebegehäuseeinheit ermöglichen. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Getriebeeinheit mit der Getriebegehäuseeinheit bereitzustellen.
Erfindungsgemäße Lösung
Im Nachfolgenden ist, im Falle des Fehlens gegenteiliger Hinweise, jede Bezugnahme auf ein (auch durch unbestimmte und bestimmte Artikel), zwei oder eine andere Zahl von Gegenständen in der Weise zu verstehen, dass das Vorhandensein weiterer solcher Gegenstände nicht ausgeschlossen ist. Die Bezugszeichen in sämtlichen Ansprüchen haben keine einschränkende Wirkung, sondern sollen lediglich deren Lesbarkeit verbessern.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine Getriebegehäuseeinheit nach Anspruch 1. Die Getriebegehäuseeinheit kann wenigstens einen Teil einer Welle oder eines auf einer Welle angeordneten Rads aufnehmen und weist einen Gehäusekörper mit einem elastischen Polymerelement zum Axialspielausgleich zwischen der Welle oder dem Rad und dem Gehäusegrundkörper auf. Darüber hinaus ist eine Anlaufscheibe, an deren eine Seite sich ein Teil der Welle oder des Rads abstützen kann und deren andere Seite sich an dem Polymerelement abstützt, vorgesehen. Weiter weist entweder der Gehäusekörper einen Anschlag auf, an dem die Anlaufscheibe anschlagen kann, wenn eine Kompression des elastischen Polymers ein vorbestimmtes Maß erreicht hat, oder das elastische Polymerelement oder wenigstens ein Freiraum, in den das elastische Polymerelement durch Verformung ausweichen kann, wenn es der Anlaufscheibe elastisch nachgibt, ist oder sind so eingerichtet und angeordnet, dass das elastische Polymerelement eine Kraft-Weg-Kennlinie aufweist, die wenigstens abschnittsweise nicht-linear ist.
Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis der Erfinder zugrunde, dass der Einsatz von elastischen Polymerelement, insbesondere im Vergleich zu konventionellen Metallfedern, die Konstruktion der erfindungsgemäßen Getriebegehäuseeinheit und der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit vereinfachen kann, weil sie dem Konstrukteur mehr Spielraum bei der Gestaltung von Hohlräumen, in die das elastische Polymerelement durch Verformung ausweichen kann, wenn es der Anlaufscheibe elastisch nachgibt, hat. Einigen Aspekten der Erfindung liegt unter anderem auch die Erkenntnis der Erfinder zugrunde, dass durch die Gestaltung von Hohlräumen, in die das elastische Polymerelement durch Verformung ausweichen kann, die Kraft-Weg-Kennlinie des Polymerelements beeinflusst werden kann.
Die Erfindung umfasst sowohl Ausführungsformen, in denen die Getriebegehäuseeinheit die Welle oder das Rad vollständig aufnimmt, als auch solche Ausführungen, in denen sie Welle oder das Rad nur zum Teil aufnimmt, zum Beispiel nur einen Abschnitt der Welle oder des Rads. Die Erfindung umfasst sowohl Ausführungsformen, in denen sich das elastische Polymerelement direkt an der Anlaufscheibe abstützt, als auch solche, in denen es sich indirekt über ein anderes Element an der Anlaufscheibe abstützt.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein „elastisches Polymer“ ein elastisch verformbarer Kunststoff, auch als „Elastomer“ bezeichnet. Ein elastisches Polymerelement im Sinne der vorliegenden Erfindung besteht vorwiegend, das heißt, zu mehr als 50 %, vorzugsweise zu mehr als 90 %, besonders vorzugsweise zu mehr als 99 % oder sogar vollständig aus einem oder mehreren elastischen Polymeren. Das elastische Polymerelement kann in eine oder mehrere Richtungen durch Fasern, zum Beispiel Glas- oder Karbonfaser, verstärkt sein.
Ein „Axialspielausgleich“ im Sinne der Erfindung ist ein Begrenzen des Spiels der Welle und/oder des Rads in Richtung der Wellenachse. Besonders vorzugsweise läuft das Rad oder die Welle oder ein Teil davon an der Anlaufscheibe an, die Erfindung umfasst aber auch Ausführungen der Erfindung, in denen das Federelement und/oder der Anschlag an der Anlaufscheibe anlaufen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet „anlaufen“, dass die Welle oder das Rads oder der Teil davon beziehungsweis das Federelement oder der Anschlag sich an der Anlaufscheibe in axialer Richtung abstützen kann, die Welle und/oder das Rad sich dabei aber weiter um seine Achse drehen kann.
Die Erfindungsaufgabe wird außerdem durch eine Getriebeeinheit nach Anspruch 14 gelöst. Die Getriebeeinheit umfasst eine in die Getriebegehäuseeinheit ragende Welle und ein innerhalb des Getriebegehäuseeinheit angeordnetes Rad.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
Der bevorzugte Gehäusekörper weist einen Gehäusegrundkörper und einen Gehäusedeckel auf. Der Gehäusedeckel kann vorteilhafterweise die Montage der Getriebegehäuseeinheit und der Getriebeeinheit erleichtern. Der Gehäusedeckel kann vorteilhafterweise zusammen mit einem Gehäusegrundkörper der Getriebegehäuseeinheit für einen Schutz der darin angeordneten Bauteile vor mechanischer Beschädigung oder Verschmutzung sorgen. Vorzugsweise stützt sich das elastische Polymerelement an seiner von der Anlaufscheibe abgewandten Seite an dem Gehäusedeckel ab.
Bei der bevorzugten Getriebegehäuseeinheit sind Gehäusegrundkörper und Gehäusedeckel mittels Gewindeschrauben aneinander befestigbar. Vorzugsweise sind mindestens zwei, besonders vorzugsweise mindestens 3 Gewindeschrauben vorgesehen. Vorzugsweise weist der Gehäusedeckel Durchgangslöcher auf, durch die die Gewindeschrauben ragen können. Der Gehäusegrundkörper weist vorzugsweise Löcher auf, in die die Gewinde der Gewindeschrauben jeweils eingeschraubt werden können, um den Gehäusedeckel am Gewindegrundkörper zu befestigen.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Gehäusekörper einen Anschlag auf, an dem die Anlaufscheibe anschlagen kann, wenn eine Kompression des Federelements ein vorbestimmtes Maß erreicht hat. Dieser Ausführungsform liegt unter anderem die Erkenntnis der Erfinder zugrunde, dass auf das elastische Polymerelement einer gattungsgemäßen Getriebegehäuseeinheit eine erhebliche Kraft In Axialrichtung wirken kann, z. B. wenn das Rad ein Schneckenrad eines Schneckengetriebes ist. In solchen Fällen muss bei konventionellen Bauformen der Gehäusegetriebeeinheit zur wirkungsvollen Begrenzung des Axialspiels ein elastisches Element mit einer hohen Federkonstante eingesetzt werden. Jedoch kann der Zusammenbau einer solchen Getriebegehäuseeinheit mit der Welle zu einer Getriebeeinheit schwierig sein, wenn das elastische Element vorgespannt sein muss und der Monteur oder Montageroboter nicht oder nur mit Mühe die Kraft aufbringen kann, um die erforderliche Vorspannkraft des elastischen Elements zu überwinden. Durch den Anschlag kann die axiale Bewegung der Welle oder des Rads beschränkt werden, indem die Anlaufscheibe an den Anschlag anschlägt, sobald die Kompression des elastischen Polymerelements ein vorbestimmtes Maß erreicht hat, auch wenn die in Axialrichtung der Welle in Richtung elastische Polymerelement wirkende Kraft so groß ist, dass das elastische Polymerelement alleine über dieses Maß hinaus nachgeben würde. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise das Spiel der Welle und/oder des Rads begrenzt werden und dennoch ein elastisches Polymerelement mit geringer Federkonstante verwendet werden.
Der Anschlag, an den die Anlaufscheibe anschlagen kann, wenn eine Kompression des elastischen Polymerelements ein vorbestimmtes Maß erreicht hat, ist vorzugsweise ein Teil des Gehäusedeckels. Vorzugsweise ist er mit dem Gehäusedeckel einstückig gebildet, besonders vorzugsweise aus dem Gehäusedeckelmaterial.
Der bevorzugte Anschlag, in einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung der Anschlag und wenigstens ein Teil des Gehäusegrundkörpers, besonders vorzugsweise des Gehäusedeckels, umfassen einen Kunststoff, besonders vorzugsweise besteht der Anschlag aus Kunststoff. Bevorzugte Kunststoffe sind Polyamide und glasfaserverstärkte Kunststoffe, z. B. PA66 GF50. Das Kunststoffmaterial kann vorteilhafterweise eine besonders einfache und/oder preiswerte Herstellung der Kombination aus Anschlag und Gehäuse ermöglichen. Ein weiterer erreichbarer Vorteil des Kunststoffmaterials kann darin bestehen, dass der Anschlag eine eigene Federelastizität aufweist. Der Anschlag kann dadurch bei hohen axial auf ihn wirkenden Kräften etwas nachgeben und so einem Beschädigen der Getriebeeinheit vorbeugen.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das elastische Polymerelement ringförmig. Vorzugsweise verläuft die Wellenachse durch das Loch des ringförmigen elastischen Polymerelements.
Vorzugsweise ist das elastische Polymerelement in einer Nut des Gehäusekörpers, besonders vorzugsweise des Gehäusedeckels, angeordnet. Das elastische Polymerelement liegt vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung der Welle oder des Rads. Es ist ein erreichbarer Vorteil dieser Ausführung der Erfindung, dass das elastische Polymerelement sich auf gegenüberliegenden Seiten der Wellenachse oder gleichmäßig beabstandet rundum auf der Anlaufscheibe abstützen kann. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise einer einseitigen Bauteilbelastung entgegengewirkt werden.
Der Anschlag grenzt vorzugsweise an den radial inneren oder den äußeren Rand des elastischen Polymerelements an, besonders vorzugsweise umschließt er es ringförmig. Besonders vorzugsweise ist der Anschlag ein ringförmiger Vorsprung. Der bevorzugte Vorsprung ragt aus der Ebene des Gehäusekörpers, an der das elastische Polymerelement sich an dem Gehäusekörper abstützt, in Richtung Anlaufscheibe heraus. Besonders vorzugsweise ragt der Vorsprung aus der Ebene des Gehäusedeckels, an der das elastische Polymerelement sich an dem Gehäusekörper abstützt, in Richtung Anlaufscheibe heraus. Dies ermöglicht eine besonders einfache Konstruktion des Gehäusekörpers, insbesondere des Gehäusedeckels.
Die Höhe des Anschlags in Richtung Anlaufscheibe ist vorzugsweise geringer als die des elastischen Polymerelements im entspannten Zustand des elastischen Polymerelements. Das elastische Polymerelement ragt in diesem Zustand vorzugsweise mehr als 0,2 mm (Millimeter), besonders vorzugsweise mehr als 0,3 mm, besonders vorzugsweise mehr als 0,4 mm, besonders vorzugsweise mehr als 0,5 mm über den Anschlag hinaus.
Besonders vorzugsweise ist die Höhe des Anschlags in Richtung Anlaufscheibe auch im vorgespannten Zustand des elastischen Polymerelements nach dem Zusammenbau des Gehäusegrundkörpers und des Gehäusedeckels geringer als die des elastischen Polymerelements. Das elastische Polymerelement ragt in diesem Zustand vorzugsweise mehr als 0,1 mm, besonders vorzugsweise mehr als 0,2 mm, besonders vorzugsweise mehr als 0,3 mm, besonders vorzugsweise mehr als 0,4 mm über den Anschlag hinaus.
Der Gehäusekörper der Getriebegehäuseeinheit weist vorzugsweise ein Durchgangsloch auf, durch welches sich die Welle erstreckt. Auf diese Weise kann die Welle in die Getriebegehäuseeinheit hineinragen. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Gehäusekörper zwei solche Durchgangslöcher auf, sodass die Welle an beiden Seiten aus dem Gehäusekörper und damit der Getriebegehäuseeinheit herausragen kann; mit anderen Worten, die Welle kann den Gehäusekörper durchragen. Dazu befinden sich die Durchgangslöcher vorteilhafterweise an gegenüberliegenden Enden des Gehäusekörpers. Besonders vorzugsweise weisen der Gehäusegrundkörper und der Gehäusedeckel jeweils ein Durchgangsloch auf, durch welches sich die Welle erstrecken kann.
Der Anschlag grenzt vorzugsweise an das oder eines der Durchgangsloch/-löcher an, besonders vorzugsweise umschließt er das Durchgangsloch ringförmig. Dazu ist vorzugsweise die Nut von dem Durchgangsloch durch den Anschlag in Form eines ringförmigen Stegs gebildet, dessen innere Wand einen Teil der Wand des Durchgangslochs des Gehäusekörpers bildet, während seine äußere Wand die dem Durchgangsloch zugewandte Wand der Nut bildet. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung grenzt der Anschlag an das Durchgangsloch im Gehäusedeckel an, besonders vorzugsweise umschließt das Durchgangsloch im Gehäusedeckel ringförmig.
Die bevorzugte Getriebegehäuseeinheit weist wenigstens im entspannten Zustand des elastischen Polymerelements einen oder mehrere Freiräume auf, in den oder die das elastische Polymerelement durch Verformung ausweichen kann, wenn es der Anlaufscheibe elastisch nachgibt.
Der oder mindestens einer der Freiräume, besonders vorzugsweise alle Freiräume, ist oder sind so angeordnet, dass das elastische Polymerelement durch Verformung in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung der Welle in den Freiraum ausweichen kann, wenn es der Anlaufscheibe elastisch nachgibt. Die Erfindung umfasst jedoch auch Ausführungsformen, in denen das Polymerelement, alternativ oder zusätzlich, in eine Richtung im Wesentlichen in Axialrichtung der Welle in den Freiraum ausweichen kann, wenn es der Anlaufscheibe elastisch nachgibt. In einer Ausführung der Erfindung wird dieser Freiraum oder werde diese Freiräume durch Teile der Nut des Gehäusekörpers, besonders vorzugsweise des Gehäusedeckels, gebildet, in der das elastische Polymerelement angeordnet ist.
Alternativ oder zusätzlich weist die Anlaufscheibe in dem Bereich, in dem sie sich an dem elastischen Polymerelement abstützt, den oder mindestens einen der Freiräume, besonders vorzugsweise alle Freiräume, in den das elastische Polymerelement durch Verformung ausweichen kann, wenn es der Anlaufscheibe elastisch nachgibt, auf. Ein solcher Freiraum kann zum Beispiel durch eine Kerbe in einer Fläche in dem Bereich, in dem die Anlaufscheibe sich an dem elastischen Polymerelement abstützt, gebildet sein. Die Kerbe ist vorzugsweise ringförmig; es können auch mehrere, vorzugsweise ringförmige Kerben vorgesehen sein. Die Kerbe kann zum Beispiel einen V-förmigen oder einen rechteckigen Querschnitt haben. Alternativ oder zusätzlich kann der Freiraum oder mindestens einer der Freiräume oder können alle Freiräume durch eine abfallende Ausführung, zum Beispiel eine Fase, des Rands der Anlaufscheibe gebildet werden.
An der Anlaufscheibe stützt sich vorzugsweise ein Teil der Welle oder des Rads ab. Besonders vorzugsweise stützt sich an der einen Seite der Anlaufscheibe ein Teil der Welle oder des Rads ab und die andere Seite der Anlaufscheibe stützt sich an dem Polymerelement ab.
Die bevorzugte Anlaufscheibe ist ringförmig, wobei die Welle durch das Loch der ringförmigen Anlaufscheibe verläuft. Die Anlaufscheibe liegt vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung der Welle oder des Rads. Sie ist vorzugsweise stationär relativ zu dem Rad, das heißt, das Rad läuft an die Anlaufscheibe an. Die bevorzugte Anlaufscheibe umfasst oder besteht aus Metall, vorzugsweise Stahl, beispielsweise Werkstoff 1.4310 nach DIN EN 10088-3. Die Oberfläche einer bevorzugten Anlaufscheibe ist zumindest in dem Bereich, in dem ein anderer Gegenstand, vorzugsweise ein Teil des Rads, an die Anlaufscheibe anläuft, mit einer reibungsoptimierten, vorzugsweise einer Chrom-Oberfläche ausgestattet. Dadurch kann vorteilhafterweise die Reibung zwischen Rad und Anlaufscheibe reduziert werden. In einer Ausführung ist die gesamte Anlaufscheibe verchromt. Eine bevorzugte Anlaufscheibe umfasst Stahl, besonders vorzugsweise verchromten Stahl. In einer weiteren möglichen Ausführungsform umfasst oder besteht die Anlaufscheibe aus einen nicht metallischen Werkstoff, vorzugsweise Keramik, beispielsweise Zirkoniumoxid.
Bei der bevorzugten Getriebeeinheit ist das elastische Polymerelement gegen die Anlaufscheibe vorgespannt. Das elastische Polymerelement einer bevorzugten Getriebegehäuseeinheit stützt sich an seiner von der Anlaufscheibe abgewandten Seite am Gehäusekörper, vorzugsweise am Gehäusedeckel, ab, vorzugsweise ist das elastische Polymerelement eines bevorzugten Getriebes also zwischen Anlaufscheibe und Gehäusekörper, vorzugsweise Gehäusedeckel vorgespannt.
Alternativ oder zusätzlich zu den zuvor genannten Varianten weist der Gehäusekörper, vorzugsweise der Gehäusedeckel, in dem Bereich, in dem sich das elastische Polymerelement an ihm abstützt, den oder mindestens einen der Freiräume, besonders vorzugsweise alle Freiräume, in den das elastische Polymerelement durch Verformung ausweichen kann, wenn es der Anlaufscheibe elastisch nachgibt, auf. Ein solcher Freiraum kann zum Beispiel durch eine Kerbe in einer Fläche in dem Bereich, in dem sich das elastische Polymerelement an ihm abstützt, gebildet sein. Die Kerbe ist vorzugsweise ringförmig; es können auch mehrere, vorzugsweise ringförmige Kerben vorgesehen sein. Die Kerbe kann zum Beispiel einen V-förmigen oder einen rechteckigen Querschnitt haben.
Die Form des Polymerelements und des oder der Freiraum/-räume können die Kraft-Weg-Kennlinie des elastischen Polymerelements bestimmen. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind das Polymerelement und der oder die Freiraum/-räume so eingerichtet und angeordnet, dass das elastische Polymerelement eine Kraft-Weg-Kennlinie aufweist, die wenigstens abschnittsweise nicht-linear ist. Dabei bedeutet „wenigstens abschnittsweise“, dass die Kraft-Weg-Kennlinie in wenigstens einem Abschnitt nicht-linear ist. Mit anderen Worten, die Federkonstante des Polymerelements ist in diesem Abschnitt oder diesen Abschnitten nicht konstant, sondern variiert mit zunehmender Kompression des Polymerelements. In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung nimmt die Federkonstante mit zunehmender Kompression des Polymerelements zu. Vorzugsweise ist die Steigung Kraft-Weg-Kennlinie, also deren mathematische erste Ableitung, positiv und monoton steigend.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann das elastische Polymerelement den oder die Freiräume im Betrieb der Getriebeeinheit derart im Wesentlichen vollständig ausfüllen, dass es im Wesentlichen nicht mehr weiter elastisch ausweichen kann; auch dieser Fall ist im Sinne der vorliegenden Erfindung unter den Fall einer nicht-linearen Kraft-Weg-Kennlinie subsummiert. Die Ausführung der Erfindung nutzt den Effekt aus, dass ein elastisches Polymer sich verhärtet, wenn es keinen weiteren Raum mehr zur Verfügung hat, in den es durch Verformung auszuweichen kann. Dass das elastische Polymerelement „im Wesentlichen“ nicht mehr weiter elastisch ausweichen kann, bedeutet, dass die Federkonstante des Polymerelements sich im Moment des Ausfüllens des oder der Freiräume im Vergleich zu der Federkonstante kurz vor dem Ausfüllen mindestens verdoppelt, besonders vorzugsweise mindestens verfünffacht, besonders vorzugsweise mindestens verzehnfacht. Dadurch wird insbesondere berücksichtigt, dass aus konstruktiven Gründen, zum Beispiel zur Konstruktionsvereinfachung, der Freiraum nicht notwendigerweise vollständig geschlossen ist oder vollständig ausgefüllt werden kann.
Die Getriebegehäuseeinheit ist vorzugsweise zu einer Getriebeeinheit weitergebildet, die neben der Getriebegehäuseeinheit eine in die Getriebegehäuseeinheit ragende Welle und ein innerhalb der Getriebegehäuseeinheit auf der Welle angeordnetes Rad aufweisen. Das Rad ist vorzugsweise als Schneckenrad ausgebildet, das besonders vorzugsweise mit einer mit einem Elektromotor antreibbaren Schnecke kämmt.
Ein geeignetes Polymer des elastischen Polymerelements ist zum Beispiel Delrin 100 NC010. Die Federkonstante des elastischen Polymerelements soll einerseits eine gewisse Mindestgröße aufweisen, um einen ausreichenden Spielausgleich zu bewirken. Vorzugsweise ist die Federkonstante - im vorgespannten Zustand nach dem Zusammenbau der Getriebeeinheit aber ohne zusätzliche axiale Belastung - größer als 10 N/mm (Newton pro Millimeter), besonders vorzugsweise größer als 20 N/mm, besonders vorzugsweise sogar größer als 50 N/mm.
Andererseits sollte die Federkonstante des elastischen Polymerelements einen gewissen Höchstwert nicht überschreiten, damit die Getriebeeinheit einfach montierbar ist. Vorzugsweise ist die Federkonstante - im vorgespannten Zustand nach dem Zusammenbau der Getriebeeinheit aber ohne zusätzliche axiale Belastung - kleiner als 750 N/mm, besonders vorzugsweise kleiner als 500 N/mm, besonders vorzugsweise sogar kleiner als 100 N/mm.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, näher beschrieben.
Es zeigt schematisch:

1 eine perspektivische Explosionsansicht erfindungsgemäße Getriebeeinheit mit einer erfindungsgemäßen Getriebegehäuseeinheit;
2 eine perspektivische Ansicht der dem Gehäusegrundkörper zugewandten Seite des Gehäusedeckels der Getriebegehäuseeinheit der 1;
3 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit;
4 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit;
5 eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführung der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit;
6 eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführung der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit;
7 eine Querschnittsansicht einer fünften Ausführung der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit; und
8 in Querschnittsansicht das elastische Ausweichen elastischer Polymerelemente in einen durch einen Vorsprung modifizierten Freiraum.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungen der Erfindung
Bei der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Bei mehreren gleichen Komponenten ist in der Regel nur eine mit einem Bezugszeichen versehen.
Die in 1 und 2 dargestellte Getriebeeinheit 1 besteht im Wesentlichen aus einer Getriebegehäuseeinheit, einer von einem an einen Flansch 2 anbaubaren Elektromotor (nicht dargestellt) antreibbaren Antriebswelle (ebenfalls nicht dargestellt), einem innerhalb der Getriebegehäuseeinheit angebrachten Schneckengetriebe, von dem das Schneckenrad 3 dargestellt ist, und einer die Getriebegehäuseeinheit durchragenden, nur in 2 ausschnittsweise dargestellten Abtriebswelle 4 des Schneckengetriebes.
Die Abtriebswelle 4 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Spindel ausgeführt und kann insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile in Kraftfahrzeugen verwendet werden. Die Abtriebswelle 4 stellt eine Welle im Sinn der vorliegenden Erfindung dar. Die Achse der Antriebswelle ist zur Achse der Abtriebswelle 4 um im Wesentlichen 90° versetzt.
Die Getriebegehäuseeinheit bildet durch einen Gehäusekörper bestehend aus einem Gehäusegrundkörper 5 und einen Gehäusedeckel 6, beide aus Kunststoff, in ihrem Inneren einen Aufnahmeraum für das Schneckengetriebe. Der Gehäusegrundkörper 5 und der Gehäusedeckel 6 sind über vier Gewindeschrauben (nicht dargestellt) miteinander verbunden. Dazu weist der Gehäusedeckel 6 vier Durchgangslöcher auf, und im Gehäusegrundkörper 5 befinden sich vier korrespondierende Löcher, in die die Gewinde der Gewindeschrauben eingeschraubt werden können. Das Schneckengetriebe wird in der vorliegenden Ausführungsform aus einer auf der Antriebswelle ausgebildeten Schnecke (nicht dargestellt) gebildet, die mit dem Schneckenrad 3 kämmt. Das Schneckenrad 3 ist an der Abtriebswelle 4 angeordnet und überträgt die Bewegung der Schnecke auf die als Spindel ausgeführte Abtriebswelle 4. Das Axialspiel des Schneckenrads 3 soll durch die weiter unten näher beschriebenen Maßnahmen ausgeglichen wird.
Der Gehäusegrundkörper 5 des Gehäusekörpers weist ein auf den Außendurchmesser der Abtriebswelle 4 abgestimmtes Durchgangsloch 8 auf. In ähnlicher Weise besitzt der Gehäusedeckel 6 ein mit dem Durchgangsloch 8 des Gehäusegrundkörpers 5 korrespondierendes Durchgangsloch 7, sodass die Abtriebswelle 4 die Getriebegehäuseeinheit durchragen und derart in dieser gelagert werden kann, dass sie zu beiden Seiten aus der Getriebegehäuseeinheit herausragt.
Zwischen dem Schneckenrad 3 und dem Gehäusedeckel 6 befindet sich eine Anlaufscheibe 9, an deren eine Seite sich ein Teil des Schneckenrads 3 abstützt. Die Anlaufscheibe 9 dreht sich nicht mit dem Schneckenrad 3 mit, sondern ist stationär relativ zu diesem, das heißt, das Schneckenrad 3 läuft an die Anlaufscheibe 9 an. Die Anlaufscheibe 9 ist aus Stahl, der mit Chrom beschichtet ist, um die Reibung des Schneckenrads 3 an der Anlaufscheibe zu reduzieren. Auf der anderen Seite stützt sich ein elastisches Polymerelement in Form einer Polymerrings 10 an der Anlaufscheibe 9 ab.
Das Schneckenrad 3 wird im Betrieb der Getriebeeinheit durch die Kraft des Polymerrings 10 in Richtung eines nicht dargestellten Anschlags im Gehäusegrundkörper 5 gepresst, wobei zwischen diesem Anschlag und dem Schneckenrad 3 eine weitere Anlaufscheibe 13 angeordnet ist. Je nach Laufrichtung des Getriebes wird diese Kraft noch verstärkt oder das Getriebe erzeugt eine entgegengesetzte Kraft, das heißt eine Kraft, die das Schneckenrad 3 in Richtung Gehäusedeckel 6 drängt. Diese Kraft führt zu einer weiteren Kompression des Polymerrings 10.
3 bis 7 stellen den Polymerring 10 jeweils in seiner entspannten Form dar, während Schneckenrad 3 und Anlaufscheibe 9 in der vorgespannten Stellung dargestellt sind. Dadurch überschneiden sich Anlaufscheibe 9 und Polymerring 10 in den Figuren. In der Realität weicht das Polymermaterial des Polymerrings 10 aufgrund der Vorspannung durch Verformung in einen Freiraum elastisch aus. Die 3 bis 7 zeigen Ausführungsformen mit verschiedenen Typen von Freiräumen, in die das Polymermaterial ausweichen kann.
In der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform der Erfindung weicht das Polymermaterial durch Verformung zum einen in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung der Welle in einen Freiraum 18 zwischen Anlaufscheibe 9, Gehäusedeckel 6 und Schneckenrad 3 aus, wenn es der Anlaufscheibe 9 elastisch nachgibt. Zum anderen weicht das Polymermaterial durch Verformung in einen Freiraum 14, der durch eine Fase am radial äußeren Rand der Anlaufscheibe 9 und den Gehäusedeckel 9 gebildet wird, aus, wenn es der Anlaufscheibe 9 elastisch nachgibt. Dabei sind die Freiräume 14, 18 so gewählt, dass das Polymermaterial im Betrieb der Getriebeeinheit 1 selbst bei größter vorgesehener Kraftbeaufschlagung sich nicht so stark verformt, dass es an das Schneckenrad 3 anstößt.
Die in 4 dargestellte Ausführungsform weist zusätzlich einen Freiraum in Form einer keilförmigen Ringnut 15 auf, in die das Polymermaterial durch Verformung ausweichen kann, wenn es der Anlaufscheibe 9 elastisch nachgibt. In 5 befindet sich die Ringnut 16 stattdessen in der Anlaufscheibe 9. Wieder sind die Freiräume 15, 16 so gewählt, dass das Polymermaterial im Betrieb der Getriebeeinheit 1 selbst bei größter vorgesehener Kraftbeaufschlagung sich nicht so stark verformt, dass es an das Schneckenrad 3 anstößt.
In 6 liegt der Polymerring 10 in einer Ringnut 11 des Gehäusedeckels 6, die das Durchgangsloch 7 des Gehäusedeckels 6 umschließt. Die Nut 11 ist von dem Durchgangsloch 7 des Gehäusedeckels 6 durch einen Anschlag 12 gebildet, der als ringförmiger Steg ausgebildet ist und dessen innere Wand einen Teil der Wand des Durchgangslochs 7 des Gehäusedeckels 6 bildet, während seine äußere Wand die dem Durchgangsloch 7 des Gehäusedeckels 6 zugewandte Wand der Nut 11 bildet. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Anschlag 12 am radial äußeren Rand der Nut 11 ausgebildet. Die Höhe des Anschlags 12 gemessen vom Nutboden in Richtung Anlaufscheibe 9 ist geringer als die des Polymerrings 10 im entspannten Zustand des Polymerrings 10 und auch im vorgespannten Zustand des Polymerrings 10 nach dem Zusammenbau des Gehäusegrundkörpers 5 und des Gehäusedeckels 6.
Das Polymermaterial weicht durch Verformung zum einen in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung der Welle in den Freiraum 18 zwischen Polymerring 10, Gehäusedeckel 6 und Schneckenrad 3, und zum anderen in den Freiraum 14, der durch eine Fase am radial äußeren Rand der Anlaufscheibe 9 und den Gehäusedeckel 6 gebildet wird, aus, wenn es der Anlaufscheibe 9 elastisch nachgibt. Bei ausreichend hoher Kraftbeaufschlagung auf die Anlaufscheibe 9 stößt diese an den Anschlag 12 an. Dabei sind die Freiräume 14,18 so gewählt, dass das Polymermaterial zumindest bis zu diesem Zustand, typischerweise auch in diesem Zustand, zumindest nicht alle Freiräume 14, 18 ausfüllt, sodass jedenfalls bis zum Anschlagen der Anlaufscheibe 9 an den Vorsprung 12 die Elastizität des Polymerrings 10 gewährleistet ist.
Anders verhält es sich in der Ausführungsform der 7. Auch hier liegt der Polymerring 10 in einer Nut 11. Jedoch sind die Freiräume 14, 18 so dimensioniert, dass das Polymermaterial diese im Wesentlichen ausfüllt, bevor die Anlaufscheibe 9 den Steg erreicht. Weil das Polymermaterial nicht weiter ausweichen kann, erstarrt es, das heißt, seine Federkonstante steigt wesentlich an. Die Ausführungsform kann so ausgebildet sein, dass die Anlaufscheibe 9 selbst bei größter vorgesehener Kraftbeaufschlagung nicht an den Steg anstößt. In einer anderen Ausbildung stößt die Anlaufscheibe 9 vor der größten vorgesehenen Kraftbeaufschlagung an den Steg an.
In den 8a bis 8f ist ein durch einen Vorsprung 17 modifizierter Freiraum 18dargestellt. Die Folge der 8a bis 8c zeigt, wie ein Polymerelement 10 mit rundem Querschnitt und die Folge der 8a bis 8c, wie ein Polymerelement 10 mit rechteckigem Querschnitt sich verformt, während die Anlaufscheibe 9 sich dem Gehäusedeckel 6 nähert. Der Vorsprung 17 hat die Folge, dass die Federkonstante des Polymerelements 10, wenn es durch Verformung den Vorsprung erreicht, zunimmt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Kraft-Weg-Kennlinie des Polymerelements 10 an dieser Stelle steiler wird.
Die vorgenannten Arten von Freiräumen 14, 15 und 16 und 18 können einzeln oder in jeder Kombination in Ausführungsformen der Erfindung vorkommen.
Zum Zusammenbau der Getriebeeinheit 1 wird unter anderem der elastische Polymerring 10 in die Nut 11 im Gehäusedeckel 6 eingesetzt und das Schneckenrad 3 bei aufgesetzter Anlaufscheibe 9 in die Durchgangsöffnung 7 des Gehäusedeckels 6 eingesetzt. Dann wird der Gehäusedeckel 6 mit dem Gehäusegrundkörper 5 gegen die Kraft des elastischen Polymerrings 10 zusammengepresst und die beiden Komponenten werden mit den Gewindeschrauben verschraubt. Dadurch ist der elastische Polymerring 10 permanent vorgespannt und teilweise komprimiert.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008043904 A1 [0002]
DE 102011077584 A1 [0003]
WO 2018215010 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 10088-3 [0030]

Claims

Getriebegehäuseeinheit, die wenigstens einen Teil einer Welle (4) oder eines auf einer Welle (4) angeordneten Rads (3) aufnehmen kann und die einen Gehäusekörper (5, 6) mit einem elastischen Polymerelement (10) zum Axialspielausgleich zwischen der Welle (4) oder dem Rad (3) und dem Gehäusegrundkörper (5, 6) und eine Anlaufscheibe (9), an dem sich an dem Polymerelement (10) abstützt, aufweist, wobei entweder der Gehäusekörper (5, 6) einen Anschlag (12) aufweist, an dem die Anlaufscheibe (9) anschlagen kann, wenn eine Kompression des elastischen Polymers (10) ein vorbestimmtes Maß erreicht hat, oder das elastische Polymerelement (10) oder wenigstens ein Freiraum (14, 15, 16, 18), in den das elastische Polymerelement (10) durch Verformung ausweichen kann, wenn es der Anlaufscheibe (9) elastisch nachgibt, so eingerichtet und angeordnet ist oder sind, dass das elastische Polymerelement (10) eine Kraft-Weg-Kennlinie aufweist, die wenigstens abschnittsweise nicht-linear ist.
Getriebegehäuseeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (5, 6) einen Gehäusegrundkörper (5) und einen Gehäusedeckel (6) aufweist.
Getriebegehäuseeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäusegrundkörper (5) und Gehäusedeckel (6) mittels Gewindeschrauben aneinander befestigbar sind.
Getriebegehäuseeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (5, 6) einen Anschlag (12) aufweist, an dem die Anlaufscheibe (9) anschlagen kann, wenn eine Kompression des elastischen Polymers (10) ein vorbestimmtes Maß erreicht hat.
Getriebegehäuseeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Polymerelement (10) ringförmig ist.
Getriebegehäuseeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (12) ein ringförmiger Vorsprung aus der Ebene des Gehäusekörpers (5, 6), an der das elastische Polymerelement (10) sich an dem Gehäusekörper (5, 6) abstützt, in Richtung Anlaufscheibe (9) ist.
Getriebegehäuseeinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (5, 6) ein Durchgangsloch (8, 7) aufweist, durch welches sich die Welle (4) erstreckt, und der ringförmige Anschlag (12) an das Durchgangsloch (8, 7) angrenzt.
Getriebegehäuseeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens im entspannten Zustand des elastischen Polymerelements (10) mindestens einen Freiraum (14, 15, 16, 18) aufweist, in den das elastische Polymerelement (10) durch Verformung ausweichen kann, wenn es der Anlaufscheibe (9) elastisch nachgibt.
Getriebegehäuseeinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum (14, 15, 16, 18) so angeordnet ist, dass das elastische Polymerelement (10) durch Verformung in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung der Welle in den Freiraum (14, 15, 16, 18) ausweichen kann, wenn es der Anlaufscheibe (9) elastisch nachgibt.
Getriebegehäuseeinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufscheibe (9) in dem Bereich, in dem sie sich an dem elastischen Polymerelement (10) abstützt, den Freiraum (14, 16) aufweist, in den das elastische Polymerelement (10) durch Verformung ausweichen kann, wenn es der Anlaufscheibe (9) elastisch nachgibt.
Getriebegehäuseeinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Polymerelement (10) sich an seiner von der Anlaufscheibe (9) abgewandten Seite am Gehäusekörper (5, 6) abstützt.
Getriebegehäuseeinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (5, 6) in dem Bereich, in dem sich das elastische Polymerelement (10) an ihm abstützt, den Freiraum (15) aufweist, in den das elastische Polymerelement (10) durch Verformung ausweichen kann, wenn es der Anlaufscheibe (9) elastisch nachgibt.
Getriebegehäuseeinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Polymerelement (10) oder der wenigstens eine Freiraum (14, 15, 16, 18) so eingerichtet und angeordnet ist oder sind, dass das elastische Polymerelement (10) eine Kraft-Weg-Kennlinie aufweist, die wenigstens abschnittsweise nicht-linear ist.
Getriebegehäuseeinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Polymerelement (10) den oder die Freiräume (14, 15, 16,18) im Betrieb der Getriebegehäuseeinheit so im Wesentlichen ausfüllen kann, dass es im Wesentlichen nicht mehr weiter elastisch ausweichen kann.
Getriebeeinheit (1) mit einer Getriebegehäuseeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einer in die Getriebegehäuseeinheit ragende Welle (4) und einem innerhalb der Getriebegehäuseeinheit auf der Welle (4) angeordneten Rad (3).
Getriebeeinheit (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Polymerelement (10) gegen die Anlaufscheibe (9) vorgespannt ist.
Getriebeeinheit (1) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad (3) als Schneckenrad ausgebildet ist, das mit einer mit einem Elektromotor antreibbaren Schnecke kämmt.