DE10350040A1

DE10350040A1 - Getriebe-Antriebseinheit

Info

Publication number: DE10350040A1
Application number: DE2003150040
Authority: DE
Inventors: Jochen Mönch; Daniel Cettier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-05-25
Also published as: WO2005046030A1

Abstract

Getriebe-Antriebseinheit (10), insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor (42), der einen innerhalb eines Stators (22) angeordneten Rotor (26) aufweist, und einem dazu koaxial angeordneten, eine Abtriebswelle (64) aufweisenden Untersetzungsgetriebe (44, 46, 48, 82, 90, 101, 110), wobei der Rotor (26) auf einer Hohlwelle (28) gelagert ist, an deren äußeren Umfang axial neben dem Rotor (26) mindestens ein das Untersetzungsgetriebe (44, 46, 48, 82, 90, 101, 110) antreibendes Getriebebauteil (40) angeordnet ist, und die Abtriebswelle (64) die Hohlwelle (28) durchdringt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebe-Antriebseinheit, insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.

Mit der G 85 13 219 ist ein Elektromotor mit einem daran gekoppeltem mechanischen Getriebe, insbesondere für Rotationsdruckmaschinen bekannt geworden, bei dem ein Rotor innerhalb eines am Gehäuse befestigten Stators angeordnet ist. Der Rotor weist mehrere permanentmagnetische Segmente auf, die auf einem drehbar gelagerten Getriebegehäuse eines Planetengetriebes angeordnet sind. Dabei ist das Getriebe vollständig innerhalb der axialen Ausdehnung des Rotors angeordnet, wobei eine Abtriebswelle axial auf einer Seite des Getriebegehäuses ragt, um einen Antrieb für eine Druckmaschine zur Verfügung zu stellen. Ein solcher Aufbau eines Elektromotors mit integriertem Getriebe hat den Nachteil, dass durch die Anordnung des Rotors auf dem Getriebegehäuse die gesamte Antriebseinheit einen relativ großen Durchmesser aufweist und dadurch für bestimmte Anwendungen – beispielsweise im Kraftfahrzeug – einen zu großen radialen Bauraum beansprucht. Außerdem stellt eine solche Antriebseinheit lediglich eine Antriebswelle in einer Richtung zur Verfügung, wohingegen für bestimmte Anwendungen eine Abtriebswelle in zwei unterschiedliche Richtungen erforderlich ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Getriebe-Antriebseinheit mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die Lagerung des Rotors auf einer Hohlwelle in dieser die Abtriebswelle angeordnet werden kann, die dann in beiden axialen Richtungen zum Verstellen beweglicher Teile genutzt werden kann. Durch die Anordnung eines Getriebebauteils zum Antreiben des Untersetzungsgetriebes außerhalb der Hohlwelle und axial außerhalb des Rotors kann der Durchmesser der Getriebe-Antriebseinheit reduziert werden, wobei eine eventuelle Vergrößerung der Baulänge für bestimmte Anwendungen nicht stört.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Sind der Elektromotor und das Untersetzungsgetriebe axial nebeneinander auf einer gemeinsamen Achse angeordnet, kann die Abtriebswelle koaxial entlang dieser Achse so angeordnet werden, dass diese auf beiden Seiten ein Abtriebselement aufweist. Von Vorteil ist es, die Abtriebswelle als zylindrische Vollwelle auszubilden, die mit geringem Abstand entlang der hohlzylindrischen Innenfläche der Hohlwelle verläuft, da hierbei unter Beibehalt der mechanischen Stabilität der Durchmesser der Getriebeantriebseinheit, bzw. dessen Gehäuse reduziert wird.

Ragt die Abtriebswelle auf beiden Seiten aus der offenen Hohlwelle, kann die Abtriebswelle besonders günstig in den beiden axialen Seitenwänden des Gehäuses gelagert werden.

Um zusätzliche Bauteile und radialen Bauraum zu sparen, ist die Hohlwelle, auf dem die permanentmagnetischen Magnetsegmente des Rotors gelagert sind, gleichzeitig als magnetischer Rückschluss ausgeführt.

Wird die Hohlwelle über Lager direkt oder indirekt an dem Gehäuserohrs gehalten, steht innerhalb des Gehäuses an beiden Seiten des Elektromotors Bauraum zur Verfügung, in dem beispielsweise einerseits das Untersetzungsgetriebe und andererseits eine Elektronikeinheit angeordnet werden kann, die dann durch die Seitenwände des Gehäuses axial umschlossen werden.

Ist das Untersetzungsgetriebe vollständig axial neben dem Stator und/oder Rotor angeordnet, kann die Hohlwelle relativ dünnwandig, als glatte Hülse ausgebildet werden, wodurch der Durchmesser des Gehäuses reduziert werden kann. Zur Realisierung einer durchtauchenden Abtriebswelle ist auf dieser ist im Bereich neben der Hohlwelle, die das Untersetzungsgetriebe antreibt, ein Abtriebsrad befestigt, das das Drehmoment des Untersetzungsgetriebes auf die Abtriebswelle überträgt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Gehäuserohr an seiner Innenseite eine drehfeste Innenverzahnung auf, die mit weiteren Getriebeelementen des Untersetzungsgetriebes in Eingriff steht. Eine solche Verzahnung ist durch die Abstützung am Gehäuse besonders formstabil.

Die gehäusefesten Wicklungen des Stators werden in einfacher Weise elektronisch kommutiert, so das auf Bürsten, Bürstenhalter und auf einen Kollektor verzichtet werden kann.

Die Anordnung des Untersetzungsgetriebes axial neben dem Elektromotor und das im äußeren Umfang auf der Hohlwelle angeordnete antreibende Getriebebauteil eignet sich besonders für die Ausbildung des Untersetzungsgetriebes als radiales Exzentergetriebe, als axiales Taumelgetriebe, als Harmonik-Drive-Getriebe oder als Planetengetriebe, das als Wolfromgetriebe oder Offenes Plusgetriebe ausgebildet ist. Hierdurch lassen sich Getriebe-Antriebseinheiten realisieren, die einen Außendurchmesser kleiner als 50 mm und einen freien Innendurchmesser innerhalb der Hohlwelle von etwa 15 mm aufweisen, wie dies insbesondere für die Sitzlehnenverstellung im Kraftfahrzeug gefordert wird.

Zur Ausbildung eines Wolfromgetriebes ist direkt auf der Hohlwelle ein Sonnenrad drehfest fixiert, das mit symmetrisch angeordneten Planetenrädern kämmt, die sich andererseits auf der gehäusefesten Innenverzahnung abrollen. Bei einem solchen Getriebe kann eine beliebig große Untersetzung erzielt werden, wobei die Zähne in einfacher Weise für einen geräuscharmen Betrieb ausgeführt werden können. Durch den symmetrischen Aufbau der Planetenräder wird eine Unwucht konstruktiv vermieden.

In einer alternativen Ausführung können die Planetenräder mittels Planetenachsen an einem an dem Hohlrad befestigten Steg gelagert werden, wobei dieses offene Plusgetriebe ebenfalls eine hohe Untersetzungsmöglichkeit und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Bei einem Well- oder Planetengetriebe kann das Abtriebsrad der Abtriebswelle vorteilhaft als Hohlzahnrad mit einer Innenverzahnung ausgeführt sein, das zur Erzielung einer Untersetzung eine von der gehäusefesten Innenverzahnung abweichende Zähnezahl aufweist. Dabei kann für den flexiblen Zahnring oder für die Planetenräder eine einfach herzustellende axial durchgängige Außenverzahnung verwendet werden.

Ein sehr kompakt bauendes Exzentergetriebe wird erzielt, indem einer oder mehrere Exzenter mit radialer Exzentrizität drehfest auf der Hohlwelle angeordnet werden, wodurch Unwuchten ausgeglichen werden können. Durch die Verwendung von wenigen Getriebebauteilen und die einfache mechanische Ausführung, verbunden mit niedrigen Drehzahlen der Exzenterräder, ist dieses Getriebe sehr robust und sehr leise.

Eine Untersetzung des Exzentergetriebes wird durch die abweichende Zahnzahl des Exzenterrads und der gehäusefesten Innenverzahnung erzielt, wobei das Drehmoment mittels einfacher Zapfen in einer robusten Bauweise auf das Abtriebsrad der Abtriebswelle übertragen werden kann.

Durch die Verwendung mehrerer axialen nebeneinander angeordneter Exzenter, deren Exzentrizität um einen bestimmten Drehwinkel gegeneinander versetzt sind, kann ein sehr runder, gleichmäßiger und damit geräuscharmer Betrieb der Antriebseinheit erzielt werden.

In einer weiteren Alternative eines axialen Taumelgetriebes ist das Taumelrad freidrehend auf einem axialen Exzenter angeordnet, der drehfest auf der Hohlwelle befestigt ist. Bei einem solchen Getriebe kann die Untersetzung durch eine Axialverzahnung zwischen Taumelrad und dem Abtriebsrad durch eine entsprechende Differenz der Zähneanzahl realisiert werden.

In einer weiteren Variante des Taumelgetriebes ist das Taumelrad auf einem Kalottenlager der Hohlwelle angeordnet und wird von einem Anpresselement in eine axiale Taumelbewegung versetzt, so dass die Axialverzahnung des Taumelrads gegen die Axialverzahnung des Abtriebsrads gepresst wird. Ist das Anpresselement als Wälzkörper ausgebildet, der durch die Hohlwelle angetrieben wird, kann eine zusätzliche Untersetzung realisiert werden.

Das Taumelrad kann in einfacher Weise durch eine formschlüssige Abstützung am Gehäuse der Antriebseinheit gegen eine Verdrehung gesichert werden.

Das Wellgetriebe stellt eine weitere Getriebeform dar, bei dem die Außenverzahnung der Planetenräder durch einen Flexring mit einer Außenverzahnung ersetzt wird, die mit der gehäusefesten Innenverzahnung und/oder dem Hohlzahnrad kämmt. Durch die elliptische Verformung des Flexrings greift dieser beispielsweise immer nur an den beiden Stellen der Ellipse mit den lokal kleinsten Radien in die Innenverzahnung ein, wodurch der Verzahnungseingriff besonders verschleißfrei und geräuscharm gestaltet werden kann.

Die als Wellengenerator wirkenden Planetenräder bzw. Exzenterräder rollen hierbei auch sehr verschleißfrei und geräuscharm auf der Innenfläche des Flexrings ab.

Um bei mehreren Anpresspunkten des flexiblen Rings gegen die Innenverzahnung und das Hohlrad eine möglichst hohe Untersetzung zu erzielen, kann der Flexring in zwei axiale Bereich mit unterschiedlicher Außenverzahnung ausgebildet werden, was durch die Verwendung von Kunststoff problemlos möglich ist.

Die Zahnform der einzelnen Getriebeelemente kann sehr günstig den einzelnen Zahnpaarungen angepasst werden. Wird beispielsweise bei einer Stirnzahnrad-Kombination eine Evolventenverzahnung und bei einer Hohlrad-Stirnrad-Kombination eine Zykloidenverzahnung verwendet, kann hierdurch ein hoher Wirkungsgrad mit geringem Verschleiß und geringer Geräuschentwicklung realisiert werden.

Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Getriebebauform werden hohe Wirkungsgrade der Antriebseinheit erzielt, wodurch diese keine Selbsthemmung aufweist. Anstelle einer kontinuierlichen Selbsthemmung kann gegebenenfalls eine aktiv steuerbare Sperrvorrichtung zum Blockieren des Getriebes verwendet werden.

Zeichnungen
In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Getriebe-Antriebseinheit dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 ein Elektromotor mit einem Wolfromgetriebe,
2 ein Elektromotor mit einem offenen Plusgetriebe,
3 ein Elektromotor mit einem Exzentergetriebe,
4 ein Elektromotor mit einem Wellgetriebe und
5 und 6 zwei Varianten eines Taumelgetriebes der erfindungsgemäßen Getriebe-Antriebseinheit.
Beschreibung
1 zeigt eine Antriebseinheit mit einem Gehäuse 12, das ein Gehäuserohr 14 und axiale Seitenwände 16 aufweist. Am Gehäuse 12 ist ein Flanschelement 18 angeformt, mit den der elektrische Antrieb 10 an einem nicht dargestellten beweglichen Teil – beispielsweise eine Sitzlehne eines Kraftfahrzeug oder an einem Rahmenelement – befestigbar ist. An der Innenseite 20 des Gehäuserohrs 14 ist ein Stator 22 befestigt, der zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes mehrere Wicklungen 24 aufweist, die elektrisch kommutiert werden. Als Innenläufer ist im Innern des Stators 22 ein Rotor 26 auf einer Hohlwelle 28 drehfest fixiert. Die Hohlwelle 28 stützt sich über Lager 30 und deren Halteelemente 32 direkt am Gehäuserohr 14 ab und ragt axial mit einem Ende 34 über den Rotor 26. Der Rotor 26 weist mehrere Permanentmagnet-Segmente 36 auf, die mittels der als Rückschlusselement 38 ausgebildeten Hohlwelle 28 magnetisch miteinander verbunden sind. Am Ende 34 der Hohlwelle 28 ist an deren äußeren Umfang ein Getriebebauteil 40 drehfest angeordnet, das in ein axial neben dem Elektromotor 42 angeordnetes Untersetzungsgetriebe 44 angreift. Im Ausführungsbeispiel ist das Untersetzungsgetriebe 44 als Exzentergetriebe 46 in der Bauform eines Wolfromgetriebes 48 ausgeführt, bei dem das Getriebebauteil 40 als Sonnenrad 50 mit einer Außenverzahnung 52 ausgebildet ist. Auf dem Sonnenrad 50 sind beispielsweise zwei, drei oder vier Planetenräder 54 mit einer Außenverzahnung 56 rotationssymmetrisch angeordnet, die einerseits mit der Außenverzahnung 52 des Sonnenrads 50 und andererseits mit einer gehäusefesten Innenverzahnung 58 der Innenseite 20 des Gehäuserohrs 14 kämmen. Axial neben der gehäusefesten Innenverzahnung 58 ist als ein Abtriebsrad 62 ein Hohlzahnrad 60 angeordnet, indem sich die Planetenräder 54 ebenfalls abrollen, um das Abtriebsmoment über das Abtriebsrad 62 auf eine Abtriebswelle 64 zu übertragen, die sich innerhalb der Hohlwelle 28 über deren gesamten Länge 66 erstreckt. Hierzu ist das Abtriebsrad 62 drehfest auf der Abtriebswelle 64 befestigt, die mittels Lager 68 in den Seitenwänden 16 des Gehäuses 12 gelagert ist. Mit ihren beiden Enden 70 und 71 bildet die Abtriebswelle 64 jeweils in beiden axialen Richtungen eine Abtriebs-Schnittstelle 72, wobei die Abtriebswelle 64 direkt oder über weitere Verbindungselemente, wie beispielsweise einer flexiblen Welle, mit einem beweglichen Teil verbunden ist.
Die Hohlwelle 28 weist über ihre gesamte Länge 66 eine zylinderförmige Innenfläche 74 auf, die mit geringem Abstand parallel zur zylinderförmigen Oberfläche 76 der Abtriebswelle 64, die wiederum in etwa entlang einer Mittelachse 78 der Getriebe-Antriebseinheit 10 verläuft. Auf der dem Getriebe 44 abgewandten Seite des Elektromotors 42 weist das Gehäuse 12 einen freien Bauraum 79 auf, indem im Ausführungsbeispiel eine Elektronikeinheit 80 für die Ansteuerung des Elektromotors 42 mit einer Positionserfassung 81 angeordnet ist. Das Untersetzungsverhältnis wird durch die Differenz der Anzahl der Zähne zwischen der gehäusefesten Innenverzahnung 58 und dem Hohlzahnrad 60 bestimmt, wobei bei einer axial durchgängigen Verzahnung 56 der Planetenräder 54 das Untersetzungsverhältnis durch die Anzahl der Planetenräder 54 beschränkt wird.
In 2 ist eine vom Grundaufbau ähnliche Getriebe-Antriebseinheit 10 wie in 1 dargestellt, lediglich ist das Wolfromgetriebe 48 durch eine offenes Plusgetriebe 82 ersetzt. Hierbei ist auf der Hohlwelle 28 axial neben dem Elektromotor 42 als Getriebebauteil 40 ein Trägerelement 84 drehfest angeordnet, auf dem mittels Planetenachsen 86, zwei, drei oder vier Planetenräder 54 drehbar angeordnet sind. Die Außenverzahnung 56 der Planeten 54 ist hierbei als abgesetzte Außenverzahnung 108 in zwei axiale Bereiche 87 und 88 mit unterschiedlicher Zähnezahl unterteilt, wobei der dem Elektromotor 42 zugewandte Bereich 87 mit der gehäusefesten Innenverzahnung 58 und der dem Elektromotor 42 abgewandte Bereich 88 mit dem Hohlzahnrad 60 kämmt. Durch diese abgesetzte Planetenverzahnung 56 kann auch bei Verwendung von mehreren Planetenrädern 54 eine sehr große Untersetzung erzielt werden. Sind an dem als Steg 85 ausgebildeten Trägerelement 84 beispielsweise zwei Planeten 54 angeordnet, ergibt sich bei einer abgesetzten Planetenverzahnung 108 eine Untersetzung von i = 1 – (z₁ z₂)/(z₃ z₄), wobei z₂ und z₃ die Zähnezahlen der Bereiche 87 und 88 der Planetenverzahnung 56 und z₁ und z₄ die Zähnezahlen der gehäusefesten Innenverzahnung 58 und des Hohlzahnrads 60 sind. Das Hohlzahnrad 60 ist wiederum als Abtriebsrad 62 drehfest mit der Abtriebswelle 64 verbunden, die das Planetengetriebe 46 und den Elektromotor 42 vollständig durchdringt und an beiden Seitenwänden 16 eine Schnittstelle 72 für den Abtrieb zur Verfügung stellt.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Getriebe-Antriebseinheit 10 mit dem gleichen Gehäuse 12 und dem gleichen Elektromotor 42 wie in 1 und 2, jedoch ist hier das Untersetzungsgetriebe 44 als Exzentergetriebe 90 ausgebildet. Auf der Hohlwelle 28 sind am Ende 34, das aus dem Rotor 26 herausragt, zwei Exzenter 91 und 92 als Getriebebauteile 40 drehfest am äußeren Umfang der Hohlwelle 28 befestigt. Die beiden Exzenter 91 und 92 sind axial nebeneinander angeordnet, wobei ihre Exzentrizität betragsmäßig gleich, aber in etwa um 180° gegeneinander verdreht ist. Um die Exzenter 91 und 92 sind zwei Exzenterräder 93 und 94 mit einer Exzenterradverzahnung 96 angeordnet, die wiederum mit der gehäusefesten Innenverzahnung 58 kämmt. Das Untersetzungsverhältnis ist durch die unterschiedliche Zähnezahl der gehäusefesten Innenverzahnung 58 und der Exzenterradverzahnung 96 festgelegt und ist bei einer Differenz von einem Zahn am größten. Die von der Hohlwelle 28 angetriebenen Exzenter 91 und 92 versetzen somit die Exzenterräder 93 und 94, die mittels Lager 95 – beispielsweise Kugellager oder Gleitlager – gelagert sind, in eine radiale Exzenterbewegung. Aufgrund des Untersetzungsverhältnisses, das durch die Zähnezahl der gehäusefesten Innenverzahnung 58 und der Exzenterradverzahnung 96 führen die frei drehbar gelagerten Exzenterräder 93, 94 entsprechend eine Drehbewegung gegenüber dem Stator 22 aus, die mittels eines Abtriebszapfen 98 auf das drehfest mit der Abtriebswelle 64 verbundene Abtriebsrad 62 übertragen wird. Im Ausführungsbeispiel sind die Abtriebszapfen 98 im radial äußeren Bereich des Abtriebsrads 62 befestigt und ragen axial in kreisförmige Aussparungen 100 der Exzenterräder 93 und 94. Der Durchmesser dieser Aussparung entspricht dabei der Summe aus Abtriebszapfen-Durchmesser 98 und der Exzentrizität der Exzenter 91 bzw. 92. Durch die symmetrische Anordnung der zwei Exzenterräder 93 und 94 und den Aussparungen 100 werden Unwuchten vermieden, was zu einem sehr gleichmäßigen, ruhigen Abtrieb führt.
In einer nicht dargestellten Alternative können beispielsweise auch drei oder mehr Exzenter bzw. Exzenterräder mit entsprechenden Aussparungen 100 angeordnet werden, um eine noch gleichmäßigere Kraftübertragung in tangentialer Richtung von den Exzenterrädern 93, 94 auf die Abtriebszapfen 98 zu erzielen. Bei einer weiteren Ausführung mit nur einem Exzenterrad 93 ist der Abtriebszapfen 98 in diesem befestigt und greift in eine entsprechende Aussparung im Abtriebsrad. Die Verzahnung 58, 96 ist in Evolventenform oder in einer Alternative als Zykloiden-Triebstockverzahnung ausgeführt, bei der der Querschnitt einer Verzahnung im kraftübertragenden Teil als Kreissegment ausgeführt ist. Der andere Verzahnungsquerschnitt wird als Epi- oder Perizykloide ausgebildet.
In 4 ist als weiteres Ausführungsbeispiel eine Antriebseinheit 10 dargestellt, bei der das Untersetzungsgetriebe 44 als Wellgetriebe 101 axial neben dem Stator 22 und dem Rotor 26 angeordnet ist. Hierbei ist wie beim offenen Plus-Planetengetriebe 46 in 2 ein Trägerelement 84 am Ende 34 der Hohlwelle 28, das aus dem Rotor 26 ragt drehfest befestigt. Mittels Planetenachsen 86 sind wiederum an dem als Steg 85 ausgebildete Trägerelement 84 beispielsweise zwei Planeten 54 frei drehbar angeordnet, die jedoch hier keine Außenverzahnung 56 sondern eine radiale Anpressfläche 102 aufweisen und daher als Anpressrollen 104 ausgebildet sind. Die beiden Anpressrollen 104 bilden einen Wellengenerator 105, der einen um die Anpressrollen 104 angeordneten flexiblen außenverzahnten Ring 106 elastisch in eine Ellipse verformen, so dass an den beiden Stellen der Ellipse mit den lokal kleinsten Radien die Zähne des Flexrings 106 mit der gehäusefesten Innenverzahnung 58 und dem Hohlzahnrad 60 in Eingriff stehen. An Stellen des flexiblen Rings 106 mit einem großen lokalen Radius findet dabei keine Berührung der Zähne des Flexrings 106 mit der Innenverzahnung 58 bzw. dem Hohlzahnrad 60 statt. Im Ausführungsbeispiel weist der flexible Ring 106 wie bei der Verzahnung 56 der Planeten 54 in 1 eine durchgehende axiale Verzahnung 107 auf, so dass die Untersetzung durch die Differenz der Zähnezahl der gehäusefesten Innenverzahnung 58 und dem als Hohlzahnrad 60 ausgebildeten Abtriebsrad 62 gebildet wird.
Dabei entspricht das Wellgetriebe 101 dem als Offenes Plusgetriebe 82 ausgebildeten Planetengetriebe 46 aus 2, wobei die Verzahnung 56 der Planeten 54 durch den die Anpressrollen 104 umfassenden flexiblen Ring 106 mit der Außenverzahnung 107 ersetzt ist, die sich entsprechend der Planeten 54 auf der gehäusefesten Innenverzahnung 58 abrollt. Das Abtriebsmoment wird von dem Hohlzahnrad 60 wieder auf die Abtriebswelle 64 übertragen, die durch die Hohlwelle 28 durchgreift und dadurch in beiden axialen Richtungen eine Schnittstelle 72 für den Abtrieb bereitstellt.
In einer Variation dieser Ausführung ist die Außenverzahnung 107 des flexiblen Rings 106 als abgesetzte Verzahnung 108 in zwei axiale Bereich 87, 88 mit unterschiedlicher Zähnezahl unterteilt, wie dies im Ausführungsbeispiel des Offenen Plusgetriebes nach 2 für die Verzahnung 56 der Planeten beschrieben ist. Durch die Fertigung des flexiblen Rings 106 aus Kunststoff ist eine solch abgesetzten axiale Verzahnung 108 einfach zu fertigen, und ermöglicht unabhängig von der Anzahl der Abtriebsrollen 104 eine größere Untersetzung.
In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel eines Wellgetriebes 101 ist der Wellgenerator 105 als elliptisches Gleit – oder Rollenlager, analog zu einem auf der Hohlwelle 28 befestigten Exzenter 91, 92 ausgeführt, so dass der Flexring 106 ständig zu einer Ellipse verformt ist und immer an einer oder mehreren Stellen in die Innenverzahnung 58 und/oder das Hohlzahnrad 60 greift. In einer weiteren Variation weist das Wellgetriebe 101 entsprechend dem Exzentergetriebe 90 nach 3 kein Hohlzahnrad 60 als Abtriebsrad 62, sondern nur die gehäusefeste Innenverzahnung 58 auf. Dabei führt der Flexring 106 entsprechend der Exzenterräder 93, 94 eine untersetzte Drehbewegung aus, so dass das Abtriebsmoment vom Flexring auf die durchtauchende Abtriebswelle 64 übertragen wird. Dazu ist der Flexring 106 beispielsweise als Flextopf mit einer axialen Seitenfläche ausgebildet, wie dies von Harmonic-Drive-Getrieben bekannt ist.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Untersetzungsgetriebe 44 als axiales Taumelgetriebe 110 ausgeführt ist. Als Getriebebauteil 40 ist hier axial neben dem Rotor 26 drehfest ein axialen Exzenter 112 auf der Hohlwelle 28 befestigt. Auf dem axialen Exzenter 112 ist eine axiale Taumelscheibe 113 axial verkippt frei drehbar gelagert, beispielsweise mittels eines Kugel- oder Gleitlagers 111. Die Taumelscheibe 113 weist eine axiale Taumelverzahnung 114 auf, die mit einer Axialverzahnung 115 eines auf der Abtriebswelle 64 drehfest befestigten Abtriebsrad 62 kämmt. Die antreibende Hohlwelle 28 versetzt hierbei mittels des axialen Exzenters 112 die Taumelscheibe 113 in eine axiale Taumelbewegung, wobei die Taumelscheibe 113 mittels einer gehäusefesten Abstützung 116 an einer Drehung um die Mittelachse 78 gehindert wird. Aufgrund der Zähnezahldifferenz zwischen der Taumelverzahnung 114 und der axialen Verzahnung 115 des Abtriebsrads 62 wird dieses mit einer daraus resultierenden Untersetzung in Rotation versetzt. Das Abtriebsmoment kann wiederum an beiden Seiten der koaxial zur Hohlwelle 28 angeordneten – drehfest mit dem Abtriebsrad 62 verbundenen – Abtriebswelle 64 abgegriffen werden. Die gehäusefeste Abstützung 116 zur Verhinderung der Rotation des Taumelrads 114 ist beispielsweise als Teil der Innenverzahnung 58 ausgeführt, in die entsprechende radiale Zähne 117 am äußeren Umfang des Taumelrads 113 greifen. Der axiale Exzenter 112 auf der Hohlwelle 28 entspricht bei dieser Ausführung der Anordnung des Taumelrads 113 auf einer gekröpften Antriebs-Vollwelle eines herkömmlichen Taumelgetriebes.
In 6 ist eine weitere Antriebseinheit 10 mit einem alternativen axialen Taumelgetriebe 110 dargestellt. Dabei ist das Taumelrad 113 frei beweglich auf einem Kalottenlager 125 gelagert, das auf der aus dem Elektromotor 42 ragenden Hohlwelle 28 angeordnet ist. Die axiale Taumelscheibe 113 weist wieder eine axiale Taumelverzahnung 114 auf, die mit einer um mindestens einen Zahn differierenden Axialverzahnung 115 des Abtriebrads 62 zusammenwirkt. Die Taumelscheibe 113 wird mittels einer Drehsicherung 117, die in eine Gegenausformung des Gehäuses greift, an einer Rotation gehindert. Die axiale Taumelbewegung wird hierbei nicht durch einen axialen Exzenter 112 erzeugt, sondern von einem axialen Anpresselement 118, das durch die antreibende Hohlwelle 28 in Rotation um die Mittelachse 78 versetzt wird und dadurch die Taumelscheibe 113 umlaufend immer an einer Stelle gegen das Abtriebsrad 62 presst. Durch das umlaufende Anpresselement 118 wird somit die Taumelscheibe 113 in eine axiale Taumelbewegung versetzt, wodurch aufgrund der Zähnezahldifferenz ein untersetztes Abtriebsmoment auf die Abtriebswelle 64 übertragen wird. Das Anpresselement 118 ist hierbei als Zahnrad 119 mit einer in etwa senkrecht zur Mittelachse 78 orientierten Drehachse 120 ausgebildet, und wird von einer Antriebsscheibe 121 in Rotation versetzt, die als Getriebebauteil 40 drehfest auf der Hohlwelle 28 angeordnet ist. Die Antriebsscheibe 121 und die dieser zugewandten Seite der Taumelscheibe 113 weisen jeweils eine axiale Verzahnung 122, 123 auf, wodurch eine zusätzliche Untersetzung von 2:1 entsteht. Das Zahnrad 119 ist optional mittels eines Sicherungsrings 124 gegen radiales Verschieben gesichert. Anstelle des Zahnrads 119 ist das Anpresselement 118 in weiteren Variationen des Taumelgetriebes 110 als unverzahnter axialer Wälzkörper oder als mit der Antriebsscheibe 121 verbundener Gleitstift ausgebildet, der die Taumelscheibe 113 umlaufend punktuell gegen die Abtriebsscheibe 62 presst. Zum Gewichtsausgleich des Anpresselements 118 kann optional gegenüberliegend eine Ausgleichsmasse 126 angeordnet werden, um einen ruhigeren gleichmäßigeren Abtrieb zu erzielen. Als Abtriebs-Schnittstelle 72 ist hier beispielsweise am einen Ende der Abtriebswelle 64 ein Abtriebsritzel 128 oder am anderen Ende ein Innen-Mehrkantprofil 130 zur Kopplung mit einem entsprechenden Profil einer flexiblen Welle angeformt.
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in allen Figuren und in der Beschreibung dargestellten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. Insbesondere können bezüglich der einzelnen Variationen der Getriebebauformen, die Art der Lagerung einzelner Getriebeelement und die Ausformung der Verzahnung, sowie die verwendeten Werkstoffe beliebig variiert werden. Desweiteren kann die Bauform des Elektromotors 42 unterschiedlich gestaltet sein, solange der Rotor 26 auf einer Hohlwelle 28 gelagert ist. Ebenso kann die Ausformung des Gehäuses variiert werden, beispielsweise der freie Bauraum 79 für andere Anwendungen benutzt werden, oder alternativ auch die axiale Baulänge der Antriebseinheit verkürzt werden. Dabei könnte beispielsweise die Hohlwelle 28 auf einer Seite auch direkt in der Gehäuseseitenwand 16 gelagert werden. Bevorzugt findet die erfindungsgemäße Antriebseinheit Anwendung, für das Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, insbesondere das elektrische Verstellen von Sitzteilen; sie kann jedoch auch überall eingesetzt werden, wo hohe Anforderungen an ein geringen Außendurchmesser und eine große lichte Weite für eine durchtauchende Welle gefordert werden.

Claims

Getriebe-Antriebseinheit (10), insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor (42), der einen innerhalb eines Stators (22) angeordneten Rotor (26) aufweist, und einem dazu koaxial angeordneten, eine Abtriebswelle (64) aufweisenden Untersetzungsgetriebe (44, 46, 48, 82, 90, 101, 110), dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (26) auf einer Hohlwelle (28) gelagert ist, an deren äußeren Umfang axial neben dem Rotor (26) mindestens ein, das Untersetzungsgetriebe (44, 46, 48, 82, 90, 101, 110) antreibendes Getriebebauteil (40) angeordnet ist, und die Abtriebswelle (64) die Hohlwelle (28) durchdringt.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (64) als koaxial durch den Elektromotor (42) und das Untersetzungsgetriebe (44, 46, 48, 82, 90, 101, 110) durchtauchende Welle ausgebildet ist, die an beiden axialen Enden (70, 71) der Abtriebswelle (64) eine Schnittstelle (72) für den Abtrieb zur Verfügung stellt.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (28) als Rohr mit einer glatten Innenwand (74) ausgebildet ist, und die Abtriebswelle (64) eine Oberfläche (76) aufweist, die über die gesamte Länge (66) des Rohrs in etwa parallel zu der Innenwand (74) verläuft.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12), das ein Gehäuserohr (14) sowie zwei axiale Seitenwände (16) aufweist, in denen die Abtriebswelle (64) jeweils gelagert ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (28) als magnetisches Rückschlusselement (38) des Rotors (26) ausgebildet ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (28) drehbar an dem Gehäuserohr (14) axial beabstandet zu den Seitenwänden (16) gelagert ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (44, 46, 48, 82, 90, 101, 110) mit mindestens einer Untersetzungsstufe axial neben dem Elektromotor (42) angeordnet ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Abtriebswelle (64) axial neben der Hohlwelle (28) ein Abtriebsrad (62, 60) drehfest angeordnet ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuserohr (14) mindestens eine Innenverzahnung (58) – insbesondere als Bestandteil einer Untersetzungsstufe – drehfest angeordnet ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (42) elektrisch kommutiert ist, und insbesondere der Rotor (26) Permanentmagnete (27) aufweist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (44, 46, 48, 82, 90, 101, 110) ein Exzentergetriebe (90), oder ein axiales Taumelgetriebe (110), oder ein Wellgetriebe (101) oder ein Planetengetriebe (46, 48, 82) – insbesondere ein Wolfromgetriebe (48) – ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebebauteil (40) als drehfest auf der Hohlwelle (28) angeordnetes Sonnenrad (50) ausgebildet ist, das mindestens ein Planetenrad (54) antreibt, das mit der gehäusefesten Innenverzahnung (58) gekoppelt ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebebauteil (40) als ein drehfest auf der Hohlwelle (28) angeordnetes Trägerelement (84, 85) ausgebildet ist, an dem mindestens ein Planetenrad (54, 104) drehbar gelagert ist, das mit der gehäusefesten Innenverzahnung (58) zusammenwirkt.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsrad (62) als Hohlzahnrad (60) ausgebildet ist, das eine um mindestens einen Zahn von der gehäusefesten Innenverzahnung (58) abweichenden Zähnezahl aufweist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebebauteil (40) ein drehfest auf der Hohlwelle (28) fixierter radialer Exzenter (91, 92) ist, der mit einem Exzenterrad (93, 94) zusammenwirkt, das mit der gehäusefesten Innenverzahnung (58) gekoppelt ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Exzenterrad (93, 94) eine Anzahl von Zähnen aufweist, die von der der gehäusefesten Innenverzahnung (58) abweicht und das Exzenterrad (93, 94) mittels mindestens einem Abtriebszapfen (98) mit dem Abtriebsrad (62) gekoppelt ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Hohlwelle (28) mehrere Exzenter (91, 92), die jeweils mit einem Exzenterrad (93, 94) gekoppelt sind, in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebebauteil (40) ein drehfest auf der Hohlwelle (28) fixierter axialer Exzenter (112) ist, der mit einem axialen Taumelrad (113) zusammenwirkt, das eine axiale Taumelverzahnung (114) aufweist, die mit mit einer Axialverzahnung (115) des Abtriebsrads (62) kämmt.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Taumelrad (113) frei beweglich mittels eines Kalottenlagers (125) auf der Hohlwelle (28) gelagert ist und mit einem axialen in Umfangsrichtung der Hohlwelle (28) umlaufenden Anpresselement (118, 119) zusammenwirkt, das mit der Hohlwelle (28) gekoppelt ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Taumelrad (113) mittels einer gehäusefesten Abstützung (116, 58) an einer Drehung gegenüber dem Gehäuse (12) gehindert ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (28) einen Wellengenerator (105, 104, 54, 91, 92) antreibt, der an mindesten zwei Punkten einen flexiblen außenverzahnten Ring (106) gegen die gehäusefeste Innenverzahnung (58) und/oder das als Hohlzahnrad (60) ausgebildete Abtriebsrad (62) presst.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Wellengenerator (105) mindestens ein Planetenrad (54) verwendet wird, das als Anpressrolle (104) ausgebildet ist, und den flexiblen außenverzahnten Ring (106) gegen mindestens eine Innenverzahnung (58, 62) presst.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible außenverzahnte Ring (106) oder das mindestens eine Planetenrad (54) zwei axial abgesetzte Außenverzahnungen (108) mit unterschiedlicher Zähnezahl aufweist, und insbesondere aus Kunststoff gefertigt ist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Exzenterrad (93, 94) und/oder das axiale Taumelrad (113) und/oder das Abtriebsrad (60, 62) und/oder das Planetenrad (54) und/oder der flexible Ring (106) und/oder die Innenverzahnung (58) eine Evolventen- oder Zyklioden-Triebstock-Verzahnung (87, 88, 108) aufweist.
Getriebe-Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (44, 46, 48, 82, 90, 101, 110) nicht selbsthemmend ausgebildet ist.