Mit
der
EP 0 474 904 B1 ist
ein Kraftfahrzeug-Fensterheberantrieb bekannt geworden, bei dem
in einem einstückigen
Basisgehäuse
die Elektronik, das Getriebe und der verlängerte Teil der Motorwelle
eines Kommutatormotors angeordnet ist. Der Motor weist ein topfförmiges Motorgehäuse mit einer
offenen Stirnseite auf, die mit dem Basisgehäuse verschraubt wird. Nach
der Montage des Kommutatormotors axial zu dessen Ankerwelle kann
nach radialer Montage der übrigen
Bauteile das Basisgehäuse
mit einem Deckel in Montagerichtung (radial zur Ankerwelle) verschlossen
werden. Eine solche Antriebseinheit hat den Nachteil, dass bei deren Montage
bestimmte Bauteile, wie beispielsweise der Kommutatormotor, axial
zur Ankerwelle und andere Bauteile, wie beispielsweise das Getriebe,
die Elektronik, radial zur Ankerwelle montiert werden. Außerdem müssen schon
während
der Montage der einzelnen Bauteile das Basisgehäuse und das Motorgehäuse miteinander
verschraubt werden, wodurch solch eine Antriebseinheit prozesstechnisch
aufwändig
herzustellen ist.
Vorteile der
Erfindung
Die
erfindungsgemäße Getriebe-Antriebseinheit
mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil,
dass alle Bauteile der Getriebe-Antriebseinheit
einschließlich des
Antriebs-Motors in einer Montagerichtung in ein einziges Gehäuseteil
montiert werden können,
bevor das erste Gehäuseteil
mit einem zweiten Gehäuseteil verschlossen
wird. Dadurch wird das Montageverfahren deutlich vereinfacht, so
entfällt
beispielsweise die Herstellung eines Poltopfs und dessen wasserdichte Anbindung
an ein weiteres Gehäuseteil.
Somit können
die Herstellungskosten einer erfindungsgemäßen Getriebe-Antriebseinheit
deutlich gesenkt werden.
Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Durch die gleiche, radiale Montagerichtung
des Getriebes mit der des Antriebsmotors entfällt ein zusätzlicher Prozess-Schritt, so dass
das Gehäuse
nicht gedreht werden muss.
In
einer bevorzugten Ausgestaltung besteht das Gehäuse aus zwei Schalen, die näherungsweise senkrecht
zur Ankerwelle zusammengefügt
werden, wobei die beiden Schalen näherungsweise symmetrisch zur
Ankerwelle, oder als Topf mit Deckel ausgeführt sein können. Das komplette Gehäuse besteht hierbei
lediglich aus zwei Gehäuseteilen,
wodurch die Teilevielzahl reduziert wird.
Damit
der Antriebsmotor nicht in einem Poltopf vormontiert werden muss,
können
die einzelnen Komponenten des Motors, wie die Permanentmagnete,
Rückschlusselemente
oder eine optionale elektromagnetische Abschirmung direkt von der
einen Schale gehalten werden. Hierzu können an einer der Schalen Geometrien
angeformt werden, die die einzelnen Komponenten und Lager des Antriebsmotors aufnehmen.
Dadurch entfällt
die separate Montage des Antriebsmotors im Poltopf.
Wird
die Ankerwelle über
deren gesamten Länge
bei deren montage in einem einzigen Gehäuseteil aufgenommen, so müssen zu
deren Lagerung keine zwei Gehäuseteile,
wie Getriebegehäuse
und Poltopf, exakt zueinander justiert werden. Alle Lager der Ankerwelle
können
vorteilhaft in einem einzigen Gehäuseteil positionsgenau zueinander
angeordnet werden.
Durch
die Montage aller Bauteile innerhalb eines Gehäuseteils, kann dieses zusammen
mit dem entsprechenden Deckel symmetrisch zu einer Ebene, die durch
die Abtriebsachse und den Schwerpunkt des Antriebsmotors verläuft, geformt
sein. Durch solch eine Symmetrie können Schwingungsgeräusche der
Getriebeantriebseinheit reduziert werden und das identische Gehäuse beispielsweise
für den
Einbau in der linken, als auch in der rechten Tür für die Verwendung bei einem
Fensterheberantrieb eingebaut werden. Dadurch ist für alle Fensterheber in
einem Kraftfahrzeug nur ein Typ einer Antriebseinheit notwendig.
Werden
die beiden Halbschalen senkrecht zur Ankerwelle miteinander verbunden,
um das Gehäuse
zu schließen,
kann zwischen den beiden Halbschalen eine Dichtung angeordnet werden,
die komplett in einer Dichtebene liegt. Dies vereinfacht die Fertigung,
beispielsweise das Anspritzen, eines Dichtelements und erhöht die Dichtigkeit
der Antriebseinheit.
Durch
die Verwendung zweier Kunststoff-Halbschalen, die vorzugsweise mittels
Spritzgußverfahren
hergestellt sind, kann auf einen Poltopf aus Metall verzichtet werden,
wodurch Kosten eingespart werden.
Mittels
Spritzgußverfahren
können
in einfacher Weise Halteelemente einstückig an die Gehäuseteile
angeformt werden, die beispielsweise direkt die Lager der Anker-
und/oder Schneckenwelle, sowie anderer Komponenten des Antriebsmotors
(Permanentmagneten, Rückschlusselemente,
Abschirmung) aufnehmen. Dadurch wird die Anzahl der verwendeten
Bauteile, und damit die dabei auftretenden Toleranzen, reduziert.
Besonders
günstig
ist es, die Komponenten und Bauteile des Antriebsmotors und des
Getriebes bei der Montage zuerst in einem einzigen Gehäuseteil
zu lagern, und diese dann mit dem zweiten Gehäusebauteil räumlich fest
zu fixieren. In einem solchen Gehäuse kann günstigerweise ein Getriebe mit mehreren
Getriebestufen angeordnet werden, um das für die jeweilige Anwendung benötigte Drehmoment
zur Verfügung
zu stellen. Durch die separate Ausführung einer Schneckenwelle,
räumlich
versetzt zur Ankerwelle, kann hierbei die Baulänge der Getriebe-Antriebseinheit
axial zur Ankerwelle deutlich reduziert werden, wodurch das Gehäuse universeller
verbaut werden kann.
Zeichnungen
In
der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es
zeigen
1 und 2 eine perspektivische Darstellung einer
erfindungsgemäßen geöffneten
Getriebe-Antriebseinheit im Montagezustand,
3 und 4 Drauf- und Seitenansicht einer weiteren
erfindungsgemäßen Getriebe-Antriebseinheit ohne
zweite Halbschale,
5 eine Ansicht einer weiteren
Getriebe-Antriebseinheit mit mehrstufigem Getriebe ohne Deckel und
6 eine perspektivische Darstellung
eines weiteren Auführungsbeispiels
mit separater Schneckenwelle.
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
In 1 und 2 ist eine Getriebe-Antriebseinheit 10 mit
einem mehrteiligen Gehäuse 12 dargstellt, das
im Wesentlichen aus einer ersten Halbschale 14 und einer
zweiten Halbschale 16 besteht. Bei der Montage der Getriebe-Antriebseinheit 10 wird
in dem ersten Gehäuseteil 14 ein
Antriebsmotor 18 und ein Getriebe 20 angeordnet.
Der Antriebsmotor 18 weist eine Ankerwelle 22 mit
einem Anker 24 und einer Schnecke 26 auf, die
mit einem Schneckenrad 28 des Getriebes 20 zusammenwirkt.
Zwischen der Schnecke 26 und dem Anker 24 ist
ein Kollektor 29 angeordnet, der mit einem hier noch nicht
montierten Bürstenhalter 30 zusammenwirkt,
der eine elektrisch leitende Verbindung zu einem Steckerteil 32 des
ersten Gehäuseteils 14 aufweist.
Als weitere Komponenten weist der Antriebsmotor 18 Permanentmagnete 34 auf,
die bei der Montage direkt im ersten Gehäuseteil 14 gelagert
werden. Da das Gehäuseteil 14 und
ein weiteres zweites Gehäuseteil 16,
das das Gehäuse 20 verschließt, im Spritzgußverfahren
aus Kunststoff hergestellt sind, wird bei der Montage des Antriebsmotors 18 desweiteren
ein oder mehrere Rückschlusselemente 36 im
ersten Gehäuseteil 14 montiert,
die an Stelle eines Metall-Poltopfes die Funktion der magnetischen
Kopplung der Permanentmagnete 34 übernehmen. Zur Lagerung der
einzelnen Komponenten des Antriebsmotors 18, wie die Ankerwelle 22,
die Permanentmagnete 34 oder das Rückschlusselement 36,
sind im ersten Gehäuseteil 14 Haltelemente 38 angeformt,
die die einzelnen Komponenten des Antriebsmotors 18 aufnehmen.
Im Ausführungsbeispiel
sind diese Halteelemente 38 als einstückige Ausformungen mit dem
Gehäuseteil 14 mittels
dem Spritzgussverfahren angeformt. Zur Lagerung der Ankerwelle 22 werden
vor deren Montage zuerst Ankerlager 40, beispielsweise
Gleit- oder Kugellager, angeordnet, die dann bei der Montage der Ankerwelle 22 von
den Halteelementen 38 aufgenommen werden. Die verschiedenen
Halteelemente 38 für
die Komponenten des Antriebsmotors 18, sowie für die Bauteile
des Getriebes 20 können
sehr maßgenau
zueinander angeformt werden, da sie alle in einem einzigen Prozess-Schritt
an dem einteiligen Gehäuseteil 14 ausgebildet
werden. Zur räumlichen Fixierung
der Komponenten des Antriebsmotors 18 (Lager 40,
Permanentmagnete 34, Rückschlusselemente 36)
weist das zweite Gehäuseteil 16 korrespondierende
Gegenelemente 42 auf, die beim Schließen des Gehäuses 12 mittels des
zweiten Gehäuseteils 16 die
Komponenten des Antriebsmotors 18 räumlich fixieren und ein Verschieben
oder Loslösen
im Betrieb verhindern. Nach dem Schließen des Gehäuses 12 wird der gesamte
Antriebsmotor 18 von den beiden Halbschalen 14, 16 umschlossen.
Zwischen den beiden Halbschalen 14 und 16 ist
eine Dichtfläche 44 näherungsweise
parallel zur Ankerwelle 22 angeordnet, die das Gehäuse 20 wasserdicht
abdichtet. Dazu ist an der Dichtfläche 44 elastisches
Dichtmaterial 46 angespritzt oder alternativ eine separate
Dichtung 48 zwischen den beiden Gehäuseteilen 14 und 16 angeordnet.
Die beiden Gehäuseteile 14 und 16 werden
mit entsprechendem Anpressdruck, beispielsweise mit Rastelementen, Schrauben
oder sonstigen Verbindungselementen 50 fest miteinander
verbunden. Bei der Montage der Getriebe-Antriebseinheit 10 werden alle
Komponenten des Antriebsmotors 18, sowie alle Bauteile
des Getriebes 20 in der selben Montagerichtung 52 radial zur
Ankerwelle 22 in ein einziges Gehäuseteil 14 eingefügt. Nach
der vollständigen
Bestückung
des ersten Bauteils 14 und Lagerung der einzelnen Komponenten
wird das zweite Gehäuseteil 16,
das hier in etwa spiegelsymmetrisch zur Ankerwelle 22 ausgebildet
ist, als Deckel 54 montiert, der die einzelnen Komponenten
und Bauteile räumlich
fixiert und das Gehäuse 12 abdichtet.
Das Getriebe 20 ist hierbei als Schneckengetriebe ausgebildet,
dessen Schneckenrad 28 auf einer gehäusefesten Achse 56 gelagert
ist, die beispielsweise als Einlegeteil beim Spritzgußverfahern
eingefügt
wird. Das Schneckenrad 28 wirkt mit einem elastisch gelagerten
Mitnehmer 58 zusammen, an den ein Abtriebselement 60,
beispielsweise ein Ritzel zum Antrieb eines Fensterhebers, angeformt
ist.
In 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform
einer Getriebe-Antriebseinheit 10 abgebildet, wobei das
Gehäuse 12 ebenfalls
eine erste und zweite Halbschale 14, 16 aufweist.
Aus 4 ist ersichtlich,
dass das Getriebe 20 und der vollständige Antriebsmotor 18 komplett
von der ersten Halbschale 14 aufgenommen und nach der Montage
des nicht näher
dargestellten, im Wesentlichen spiegelsymmetrischen Deckels 16,
vollständig
umfasst wird. Die Ankerwelle 22 ist hier beispielsweise
mittels drei Kugellagern 40 über deren gesamte Länge 62 in
der ersten Halbschale 14 gelagert und durch das Zusammenfügen mit
der als Deckel 54 ausgebildeten zweiten Halbschale 1G räumlich befestigt.
Zusätzlich
zu den Permanentmagneten 34 und dem Rückschlusselement 36 ist
hier eine elektromagnetische Abschirmung 64 in das Gehäuseteil 14 eingefügt, um die feldgebundene
Abstrahlung der Permanentmagneten 34, sowie der induzierten
Felder der Wicklungen 25 zu minimieren. Der Kollektor 29 ist
hierbei am von der Schnecke 26 abgewandten Ende 66 des
Ankers 24 angeordnet. Auf der gleichen Seite 66 ist
auf der Ankerwelle 22 ein Ringmagnet 68 für eine Positionserfassung
angeordnet, der mit einem magnetischen Sensor 70, beispielsweise
Hall-Elemente, zusammenwirkt. Wie in 3 dargestellt,
ist das Gehäuse 12 derart
ausgeformt, dass Aufnahmen 72 für Verbindungselemente 74 mit
der Karosserie symmetrisch zu einer Geraden 76 angeordnet
sind, die sowohl durch die Drehachse 56 des Schneckenrads 28,
als auch durch den Masseschwerpunkt 78 des Antriebsmotors 18 verläuft. Durch
solch eine symmetrische Anordnung des Masseschwerpunkts 78 zu
den Aufnahmen 72 werden unerwünschte Schwingungen unterbunden,
und dadurch die Geräuschbelästigung des
Antriebs reduziert. Die Aufnahmen 72 sind dabei so angeordnet,
dass eine solche Getriebe-Antriebseinheit 10 bei einem
identischen Bauraumvolumen sowohl in einer linken, als auch in einer
rechten Fahrzeugtür
zur Betätigung
eines Fensterhebers eingebaut werden kann.
5 zeigt eine weitere Form
eines ersten Gehäuseteils 14,
das sowohl den vollständigen
Antriebsmotor 18, als auch das Getriebe 20 aufnimmt, das
hier mehrstufig ausgebildet ist. Das Antriebsmoment wird hier über die
Schnecke 26 auf das Schneckenrad 28 übertragen,
dessen zweiter, nicht sichtbarer Zahnkranz mit einem weiteren Zahnrad 80 kämmt. Durch
eine weitere Getriebestufe auf ein drittes Zahnrad 82,
das auf einer dritten, als Drehachse 56 ausgebildeten Achse 84 gelagert
ist, steht das Abtriebsmoment am Abtriebselement 60 zur
Verfügung. Der
Masseschwerpunkt 78 des Antriebsmotors 18 liegt
wiederum auf einer Geraden 76, die durch die Drehachse 56 verläuft, und
zu der die Grundfläche des
Gehäuseteils 14 symmetrisch
ausgeformt ist. Bei dieser Ausführung
ist das erste Gehäuseteil 14 in Montagerichtung
nicht symmetrisch zu einem zweiten, nicht dargestellten Gehäuseteil 16 ausgebildet. Vielmehr
bildet die untere Schale 14 einen höheren Topf, in dem alle Bauteile
des Getriebes 20 und die Komponenten des Antriebsmotors 18 mittels
Halteelementen 38 räumlich
fest fixiert werden, und das zweite Gehäuseteil 16 als Deckel 54 ausgebildet
ist, der das Gehäuse 12 wasserdicht
abschließt.
Bei der Montage werden hierbei die elektromagnetische Abschirmung 64,
das Rückschlusselement 36,
sowie die Permanentmagnete 34 direkt in das erste Gehäuseteil 14 integriert.
In 6 ist eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Getriebe-Antriebseinheit 10 dargestellt,
bei dem das Drehmoment über
ein auf der Ankerwelle 22 angeordnetes Getriebeelement 86 auf
ein korrespondierendes Getriebeelement 88 einer separaten
Schneckenwelle 90 übertragen
wird. Auf der Schneckenwelle 90 ist wiederum eine Schnecke 26 drehfest
fixiert, die mit einem Schneckenrad 28 kämmt. Innerhalb
des Schneckenrads 28 sind nicht näher dargestellte Dämpfungsmittel 91 angeordnet,
die das Drehmoment auf ein Abtriebsritzel 60 übertragen,
das gemeinsam mit dem Schneckenrad 28 auf einer Drehachse 56 gelagert
ist. Durch die separate Ausbildung der Schneckenwelle 90,
die räumlich
neben dem Antriebsmotor 18 angeordnet ist, reduziert sich
die axiale Länge 62 der
Ankerwelle 22 des Antriebsmotors 18 und damit
der gesamten Getriebe-Antriebseinheit 10. Das Gehäuse 12 ist
wiederum im Wesentlichen symmetrisch zu einer Geraden 76 durch
den Schwerpunkt 78 des Antriebsmotors 18 und durch
die Drehachse 56 ausgebildet. Alle Bauelemente des Getriebes 20 und
der gesamte Antriebsmotor 18 werden bei der Montage wieder
von einer Gehäuseschale 14 aufgenommen,
an das Halteelemente 38 angeformt sind, die die Kugellager 40 der
separaten Schneckenwelle 90, sowie der Ankerwelle 22 aufnehmen.
Ebenso werden alle weiteren Komponenten des Antriebsmotors 18 radial
zur Ankerwelle in gleicher Montagerichtung 52 mit den Getriebebauteilen
montiert. Radial zur Ankerwelle 22 ist ebenfalls mittels
Halteelementen 38 ein Bürstenhalterelement 92 zur
Aufnahme von Bürsten 94 angeordnet.
Das Bürstenhalterelement 92 weist
ebenfalls einen magnetischen Sensor 70 auf, der mit einem Ringmagneten 68 zur
Drehzahlerfassung des Antriebs, bzw. zur Positionserfassung des
zu verstellenden Teils zusammenwirkt. Die elektrische Verbindung 96 der
Bürsten 94 und
des Magneten 72 sind hier als Stanzgitter 96 ausgebildet,
dessen Kontaktfahnen 98 das Steckerteil 32 durchdringen.
Die obere Stirnseite des Gehäuseteils 14 bildet
eine Dichtfläche 44,
die in etwa in einer Ebene zur Ankerwelle 22 angeordnet
ist, und auch das Steckerteil 32 umschließt. Das
nicht dargestellte zweite Gehäuseteil 16,
das hierbei deutlich flacher ausgebildet ist, als das erste Gehäuseteil 14,
wird beispielsweise mittels schamatisch dargestellten Rastmitteln 50 verbunden,
und weist Gegenelemente 42 zur exakten räumlichen Justierung
und Fixierung bestimmter Komponenten, wie beispielsweise das Bürstenhalterelement 92,
das Rückschlusselement 36 oder
die magnetische Abschirmung 64 auf. Völlig unabhängig von der konkreten Ausformung
des Gehäuses 12 kann
durch die Ausbildung einer separaten Schneckenwelle 90,
die mit der Ankerwelle 22 gekoppelt ist, die Baulänge der Getriebe-Antriebseinheit 10 reduziert
werden, insbesondere, wenn die separate Schneckenwelle 90 in etwa
parallel neben der Ankerwelle 22 angeordnet ist.
Es
sei angemerkt, dass hinsichtlich der in allen Figuren gezeigten
Ausführungsbeispiele
vielfältige
Kombinationsmöglichkeiten
der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann die konkrete
Ausgestaltung des Getriebes 20 und des Antriebsmotors 18 variiert
werden, solange dies mit dem erfindungsgemäßen Montagekonzept des Gehäuses 12 vereinbar
ist. So ist die Erfindung sowohl auf Antriebsmotoren 18 mit
Bürstenhalter 92,
als auch auf elektronisch kommutierte BLDC-Motoren anwendbar. Dabei
kann ein Elektronikmodul 100 auch innerhalb des Gehäuses 12 beispielsweise
als Bestandteil des Bürstenhalterelements 92 angeordnet
sein. Auch ist die Ausführung
der Dichtung 44, 48, der Verbindungsteile 50 zwischen
den Gehäuseteilen 14, 16, sowie
die Art der Aufnahmen 72 nicht auf die beschriebenen Beispiele
beschränkt.
Des Weiteren kann das Gehäuse 12 auch
ein drittes oder weiteres Gehäuseteil
aufweisen, solange alle wesentlichen Komponenten und Bauteile des
Antriebsmotors 18 und des Getriebes 20 von einer
ersten Gehäuseschale 14 bei
deren Montage aufgenommen werden. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Getriebe-Antriebseinheit 10 für die Betätigung von
Fensterhebern oder für
die Verstellung beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, wie Schiebedächer oder
Sitzteile, verwendet.