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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit zum Einstellen eines einstellbaren Elements, wie etwa eines Luftstrombeeinflussungselements eines Kraftfahrzeugs.
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Ein Kraftfahrzeug, aber auch andere Vorrichtungen, wie etwa Satellitenempfänger, sind mit mehreren einstellbaren Elementen, wie zum Beispiel einem Spiegeleinstellelement, einem Absperrelement oder Verriegelungselement für die Energieversorgung oder einem Luftstrombeeinflussungselement bereitgestellt. Solche einstellbaren Elemente sind mit einer Antriebseinheit bereitgestellt, die zum Einstellen des einstellbaren Elements, wie etwa eines Spiegels oder einer Vorderradklappe oder eines Spoilers, oder von Komponenten des einstellbaren Elements, wie etwa Lamellen eines Lufteinlasses, konfiguriert ist.
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Ein Luftstrombeeinflussungselement kann beispielsweise ein Verschluss eines Lufteinlasses eines Kraftfahrzeugs sein, insbesondere einstellbare Lamellen oder Klappen des Lufteinlasses. Ein Luftstrombeeinflussungselement kann beispielsweise ein Flügel sein, der sich an einer Außenseite eines Kraftfahrzeugs befindet, oder eine Frontschürze oder ein Spoiler sein, die/der sich an einer Unterseite eines Kraftfahrzeugs befindet. Ein Luftstrombeeinflussungselement kann auch eine Vorderradklappe oder eine Hinterradklappe sein. Die Luftstrombeeinflussungselemente, auch Luftleitelemente genannt, leiten oder manipulieren einen Luftstrom in und/oder um ein Fahrzeug. Ein solches Luftstrombeeinflussungselement kann so ausgestaltet sein, dass es einstellbar ist, zum Beispiel zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position. Die erste Position und die zweite Position können eine offene Position bzw. eine geschlossene Position sein, können aber auch eine Ein-Position und eine Aus-Position sein.
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Auch kann ein Spiegeleinstellelement mit einer Antriebseinheit zum Einstellen einer Spiegelscheibe, zum Beispiel einer Innenspiegeleinheit oder einer Außenspiegeleinheit eines Kraftfahrzeugs, bereitgestellt sein. Die Spiegelscheibe kann auf eine willkürliche Anzahl von Positionen einstellbar sein.
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Bei Kraftfahrzeugen kann auch das Schließelement für die Benzineinfüllöffnung und/oder die Steckeröffnung so ausgestaltet sein, dass sie mithilfe einer Antriebseinheit automatisch einstellbar ist. Insbesondere bei elektrisch aufladbaren Fahrzeugen kann des Weiteren ein Einstellelement zum Verriegeln eines Ladesteckers, wenn dieser in der Steckeröffnung angeordnet ist, vorgesehen sein, sodass der Ladestecker nicht irrtümlich wieder entfernt werden kann, bevor das Laden beendet worden ist. Ein solches Einstellelement ist dann zwischen einer Aus-Position, in der es den Ladestecker blockiert, und einer Ein-Position, in der es den Ladestecker freigibt, einstellbar.
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Bei Satellitenempfängern kann das Empfangselement so ausgestaltet sein, dass es mithilfe einer Antriebseinheit einstellbar ist. Insbesondere können Satellitenempfänger, die auf nicht geostationäre Satelliten gerichtet sind, oder Empfänger, die abwechselnd auf unterschiedliche Satelliten gerichtet sind, mit einem elektrisch einstellbaren Empfangselement bereitgestellt sein. Ein solches Empfangselement ist dann um mindestens eine, aber bevorzugt mehrere Einstellachsen einstellbar, zum Beispiel eine durch den Erdmittelpunkt verlaufende Achse oder eine Achse parallel zu einer Tangentenlinie zu der Erdoberfläche.
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Die Einstellelemente und insbesondere die Antriebseinheiten für die Einstellelemente, die in dem Kraftfahrzeug untergebracht sind, oder die Einstellelemente für einen Satellitensignalempfänger müssen oft dort untergebracht werden, wo der verfügbare Platz begrenzt ist. Es wird daher auch weiterhin nach kompakten Antriebseinheiten für solche Antriebseinheiten für solche Einstellelemente gesucht.
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Es ist daher eine Aufgabe dieser Offenbarung, eine Antriebseinheit bereitzustellen, die relativ kompakt ist.
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Zu diesem Zweck stellt diese Offenbarung eine Antriebseinheit zum Einstellen eines einstellbaren Elements nach Anspruch 1 bereit.
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Durch Bereitstellen einer Antriebseinheit, die einen geteilten Antriebsstrang aufweist, kann der Leistungsfluss von der Eingangswelle zu der Ausgangswelle über den ersten Antriebsweg und über den zweiten Antriebsweg halbiert werden. Infolgedessen können in dem ersten Antriebsweg und in dem zweiten Antriebsweg kleinere Antriebselemente verwendet werden. Die kleineren Antriebselemente können weniger Platz beanspruchen, als ein Antriebselement in einem ungeteilten Antriebsstrang könnte. Auch kann durch Bereitstellen eines geteilten Antriebsstrangs weniger Spiel in dem Antriebsstrang sein. Optional kann der Antriebsstrang sogar so umgesetzt sein, dass er spielfrei ist. Optional können die Antriebselemente in dem ersten Antriebsweg und/oder in dem zweiten Antriebsweg leichter und/oder aus einem günstigeren Material gefertigt sein. Wegen des geteilten Antriebsstrangs können die Antriebselemente pro Antriebsweg nicht nur kleiner werden, sondern auch günstiger und damit kompakter in der Antriebseinheit untergebracht werden.
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Indem zusätzlich auch mindestens ein Element in dem Antriebsstrang mit einer Evoloidverzahnung umgesetzt wird, kann der Antriebsstrang noch kompakter umgesetzt werden. Über eine Evoloidverzahnung kann nämlich mit einer begrenzten Anzahl von Zähnen eine relativ große Kraftübertragung erzielt werden. Durch Verwendung eines Evoloidantriebselements in dem Antriebsstrang kann der Antriebsstrang eine simple und kostengünstige Ausgestaltung aufweisen. Auch kann ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden, infolge dessen die Antriebseinheit einfach für vielseitige Anwendungen eingesetzt werden kann, zum Beispiel auch für Luftbeeinflussungselemente, die eine relativ hohe Einstellkraft erfordern.
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Vorteilhafterweise kann der Antriebsstrang ferner noch einmal in mindestens zwei Antriebswege geteilt sein. In diesem Fall können zum Beispiel der erste Antriebsweg und der zweite Antriebsweg an einem Antriebselement aufeinandertreffen und kann zum Beispiel in dem Antriebsstrang der Antriebsstrang erneut in mindestens zwei Antriebswege geteilt sein. Auf diese Art und Weise kann auch bei einem längeren Antriebsstrang der Vorteil eines Teilens des Antriebsstrangs erzielt werden. Optional kann selbst ein geteiltes Getriebe zwischen dem Motor und der Eingangswelle des Antriebsstrangs bereitgestellt sein.
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Vorteilhafterweise liegt das Antriebselement mit der Evoloidverzahnung zwischen dem ersten Antriebsweg und dem zweiten Antriebsweg. Bevorzugt liegt das Antriebselement mit Evoloidverzahnung als teilendes Antriebselement an einer Teilung zwischen dem ersten Antriebsweg und dem zweiten Antriebsweg. Somit ist das Antriebselement mit Evoloidverzahnung ein teilendes Antriebselement, nach dem sich der Antriebsstrang in mindestens einen ersten Antriebsweg und einen zweiten Antriebsweg teilt. Auf diese Weise kann mit einem relativ kompakten Antriebselement mit Evoloidverzahnung die Eingangskraft zu dem ersten Antriebsweg und zu dem zweiten Antriebsweg geteilt werden. Das teilende Antriebselement kann vorteilhafterweise als das Antriebselement mit Evoloidverzahnung umgesetzt sein, kann aber alternativ ohne Evoloidverzahnung umgesetzt sein.
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Vorteilhafterweise ist das Antriebselement mit Evoloidverzahnung ein Ritzel mit Evoloidverzahnung. Ein Ritzel mit Evoloidverzahnung kann eine sehr kompakte und kleine Ausgestaltung aufweisen, infolge dessen es in dem Antriebsstrang wenig Platz beansprucht. Das Ritzel mit Evoloidverzahnung kann relativ große Kräfte in dem Antriebsstrang auf effiziente und kompakte Art und Weise übertragen.
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Unter einem Ritzel mit Evoloidverzahnung wird in dieser Offenbarung ein Ritzel mit einer Verzahnung verstanden, wobei
- - die Anzahl der Zähne kleiner oder gleich 6 ist;
- - der Zahnwinkel größer als 15° ist;
- - die Profilkorrektur des Ritzels größer als 0,5 ist;
- - die Profilkorrektur des Hauptantriebselements kleiner oder gleich 0 ist;
- - der Fußhöhenfaktor des Hauptantriebselements größer oder gleich dem Fußhöhenfaktor des Ritzels ist; und
- - der Kopfhöhenfaktor des Hauptantriebselements im Wesentlichen gleich dem Fußhöhenfaktor des Ritzels ist.
- Eine solche Evoloidverzahnung ist von K. Roth in Zahnrad Technik - Evolventen Sonderverzahnungen, Springer Verlag, ISBN 3-540-64236-6, erörtert.
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Wenn das Ritzel mit einer Evoloidverzahnung umgesetzt ist, ist üblicherweise auch das damit gekoppelte Antriebselement, beispielsweise ein Zahnrad, mit einer Evoloidverzahnung umgesetzt. Somit kann die effiziente Kraftübertragung mit der Evoloidverzahnung optimal verwendet werden.
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Der erste Antriebsweg weist mindestens ein erstes Antriebselement auf und der zweite Antriebsweg weist mindestens ein zweites Antriebselement auf, wobei das mindestens eine erste Antriebselement und das mindestens eine zweite Antriebselement beide mit dem Antriebselement mit Evoloidverzahnung als teilendes Antriebselement in Eingriff stehen. Somit kann die Kraftübertragung in dem Antriebsstrang zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle des Antriebsstrangs auf effiziente und kompakte Art und Weise stattfinden. Das erste Antriebselement, das mit dem teilenden Antriebselement in Eingriff steht, ist auch mit einer Evoloidverzahnung umgesetzt, bevorzugt als Zahnrad mit Evoloidverzahnung umgesetzt. Das zweite Antriebselement, das mit dem teilenden Antriebselement in Eingriff steht, ist auch mit einer Evoloidverzahnung umgesetzt, bevorzugt als Zahnrad mit Evoloidverzahnung umgesetzt.
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Das mindestens eine erste Antriebselement und das mindestens eine zweite Antriebselement können auch beide zum gemeinsamen Antreiben der Ausgangswelle mit der Ausgangswelle in Eingriff stehen. Somit kommen der erste Antriebsweg und der zweite Antriebsweg an der Ausgangswelle wieder zusammen. Der erste Antriebsweg kann somit ein einziges erstes Antriebselement umfassen, das einerseits mit dem teilenden Antriebselement und andererseits mit der Ausgangswelle in Eingriff steht. Der zweite Antriebsweg kann somit ein einziges zweites Antriebselement umfassen, das einerseits mit dem teilenden Antriebselement und andererseits mit der Ausgangswelle in Eingriff steht. Da das erste Antriebselement einerseits mit dem Antriebselement mit der Evoloidverzahnung in Eingriff steht und andererseits mit der Ausgangswelle in Eingriff steht, umfasst der erste Antriebsweg nur das erste Antriebselement, wodurch der erste Antriebsweg kompakt umgesetzt ist. Auch der zweite Antriebsweg umfasst auf vergleichbare Art und Weise nur das zweite Antriebselement, das einerseits mit dem Antriebselement mit der Evoloidverzahnung in Eingriff steht und andererseits mit der Ausgangswelle in Eingriff steht. Alternativ kann der erste Antriebsweg zwei oder mehr Antriebselemente umfassen und auch der zweite Antriebsweg kann zwei oder mehr Antriebselemente umfassen, was von dem verfügbaren Platz und/oder dem gewünschten Übersetzungsverhältnis abhängt.
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Zum Beispiel kann das erste Antriebselement, das mit dem teilenden Antriebselement in Eingriff steht, um eine erste Achse liegen, kann das zweite Antriebselement, das mit dem teilenden Antriebselement in Eingriff steht, um eine zweite Achse liegen und kann das Antriebselement mit der Evoloidverzahnung als teilendes Antriebselement um eine dritte Achse liegen, um auf diese Art und Weise einen kompakten Aufbau zu erzielen. Bevorzugt liegen die erste Achse, die zweite Achse und die dritte Achse im Wesentlichen parallel zueinander und in einem Abstand voneinander. Bei den Achsen kann es sich auch um Drehachsen handeln, um die die Antriebselemente drehbar aufgenommen sind. Somit können die Antriebselemente in der Antriebseinheit in liegender Ausrichtung sein, infolge dessen die Antriebseinheit mit einer geringen Höhe, gemessen in der Richtung der Achsen, umgesetzt sein kann. Optional können sich die erste Achse, die zweite Achse und die dritte Achse in einer Richtung gleich einer Richtung der Ausgangswelle erstrecken, infolge dessen das Ausgangswellenelement auch in liegender Ausrichtung in der Antriebseinheit aufgenommen sein kann und die Höhe der Antriebseinheit begrenzt bleiben kann. Deswegen kann die Antriebseinheit eine relativ flache Konstruktion aufweisen, wodurch sie in Hohlräume in einem Fahrzeug oder einer Vorrichtung mit einer begrenzten Gesamttiefe aufnehmbar ist.
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Die erste Achse, die zweite Achse und die dritte Achse können so relativ zueinander positioniert sein, dass sie, in einer Richtung entlang der Achsen betrachtet, ein gleichschenkliges Dreieck bilden. Ein Schenkel des Dreiecks zwischen der ersten Achse und der dritten Achse ist dann praktisch so lang wie ein Schenkel des Dreiecks zwischen der zweiten Achse und der dritten Achse. In der Praxis kann es vorkommen, dass aufgrund von Einbau- und/oder Herstellungstoleranzen die Abstände zwischen der ersten Achse und der dritten Achse sowie zwischen der zweiten Achse und der dritten Achse nicht genau gleich sind. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass in diesem Fall eine solche Konfiguration dennoch erzielt wird. Dadurch kann eine symmetrische Konfiguration erlangt werden, die für die Kraftübertragung in dem Antriebsstrang und insbesondere zum möglichst guten Teilen der Kraft in zwei zu dem ersten Antriebsweg und zu dem zweiten Antriebsweg günstig ist. Vorteilhafterweise gibt jeder Antriebsweg eine Hälfte der Kraft des Antriebsstrangs weiter und sie kommen dann an der Ausgangswelle zusammen. Durch Positionieren der ersten Achse, der zweiten Achse und der dritten Achse in einer symmetrischen Konfiguration, nämlich einem gleichschenkligen Dreieck, kann eine möglichst ausgeglichene Kraftverteilung erzielt werden.
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Die Dreieckskonfiguration der ersten Achse, der zweiten Achse und der dritten Achse ist bevorzugt eine stumpfe Dreieckskonfiguration, wobei der Winkel an der dritten Achse der stumpfe Winkel ist. Dies bedeutet, dass der Winkel zwischen einem Schenkel des Dreiecks von der ersten Achse zu der dritten Achse und einem Schenkel des Dreiecks von der zweiten Achse zu der dritten Achse ein stumpfer Winkel ist. Ein stumpfer Winkel ist größer als 90 Grad, bevorzugt beträgt der stumpfe Winkel hier zwischen etwa 150 Grad und etwa 180 Grad, bevorzugt beträgt der stumpfe Winkel 150 Grad oder mehr und weniger als 180 Grad. Somit kann ein recht flaches Dreieck erlangt werden, während das Antriebselement um die dritte Achse relativ nahe an dem Schenkel des Dreiecks zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse liegt. Somit können die Radialkräfte des ersten Antriebselements und des zweiten Antriebselements, die in einer gleichen Kraftlinie liegen, einander weitgehend aufheben und nur eine geringe Kraftkomponente in der Richtung quer zu der erwähnten Kraftlinie übrig bleiben. Diese geringe Kraftkomponente kann durch das Antriebselement mit der Evoloidverzahnung absorbiert werden. In einem Beispiel steht das Antriebselement mit der Evoloidverzahnung selbst mit dem Antriebselement der Eingangswelle in Eingriff. In diesem Fall kann selbst die verbleibende geringe Kraftkomponente auf das Antriebselement mit der Evoloidverzahnung mindestens teilweise durch die durch das Antriebselement der Eingangswelle ausgeübte Kraft kompensiert werden, was bedeutet, dass das Antriebselement mit der Evoloidverzahnung aus einer relativ leichten und relativ kleinen Konstruktion gefertigt sein kann.
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Noch vorteilhafter ist es, wenn die erste Achse, die zweite Achse und die dritte Achse einen Winkel von 180 Grad miteinander bilden, in der Richtung entlang der Achsen betrachtet, das heißt, wenn sie in einer Ebene liegen. In dieser optimalen Situation ist die Kraft auf das Antriebselement mit Evoloidverzahnung unter dem Einfluss des ersten Antriebselements und des zweiten Antriebselements praktisch null. Die geringen Kräfte auf das Antriebselement mit Evoloidverzahnung sind vorteilhaft für die Lebensdauer des betreffenden Antriebselements.
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Das Antriebselement der Eingangswelle kann um eine vierte Achse liegen, wobei die vierte Achse von der ersten Achse, der zweiten Achse und der dritten Achse in einem Abstand und im Wesentlichen parallel zu diesen liegt. Das Antriebselement der Eingangswelle ist vorteilhafterweise drehbar um die vierte Achse aufgebaut, wobei die vierte Achse die Drehachse des Antriebselements der Eingangswelle ist. Somit kann das Antriebselement der Eingangswelle auch in einer liegenden Ausrichtung in der Antriebseinheit sein, was eine Antriebseinheitskonstruktion ermöglicht, deren Höhe begrenzt ist. In einem Beispiel kann das Antriebselement der Eingangswelle auch gleichzeitig das teilende Antriebselement sein, infolge dessen die vierte Achse und die dritte Achse zusammenfallen. In diesem Fall fungiert das teilende Antriebselement auch als Eingangswelle des Antriebsstrangs.
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Die Eingangswelle wird durch einen Motor der Antriebseinheit, beispielsweise einen bürstenlosen Gleichstrommotor oder einen Gleichstrommotor mit Bürste, angetrieben. Der Motor liegt bevorzugt in einem Winkel relativ zu den Antriebselementen des Antriebsstrangs, spezifischer kann der Motor liegend ausgerichtet sein, wobei ein Ausgangswellenzapfen des Motors quer zu einer Drehachse der Eingangswelle des Antriebsstrangs liegt.
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Der Motor weist eine Ausgangswelle auf, die eine Motorschnecke umfasst, die mit dem Antriebselement der Eingangswelle in Eingriff steht, um dadurch die Eingangswelle anzutreiben und somit den Rest des Antriebsstrangs in Bewegung zu versetzen.
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Die Motorschnecke des Motors ist vorteilhafterweise eine Motorschnecke aus Kunststoff, infolge dessen sie simpel und kostengünstig umgesetzt sein kann. Die Motorschnecke kann axial in einem Gehäuse der Antriebseinheit gelagert sein, während die Motorschnecke relativ zu der Ausgangswelle des Motors axial bewegbar ist. Da die Motorschnecke axial bewegbar ist, werden die Axialkräfte der Motorschnecke von dem Antriebsstrang und von dem Motor entkoppelt. Folglich erfährt der Motor weniger Last und ist der Motor vorwiegend drehbelastet, infolge dessen der Motor eine längere Lebensdauer aufweisen kann.
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Durch zusätzliches drehfestes Verbinden der Motorschnecke mit der Ausgangswelle des Motors wird lediglich Drehmoment auf die Motorschnecke übertragen und der Motor axial von dem Antriebsstrang entkoppelt. Zum Beispiel kann die Ausgangswelle des Motors an einem Ende davon abgeflacht sein, wobei dieser abgeflachte Teil in eine entsprechende Kammer in der Motorschnecke passt, wodurch zugelassen wird, dass das drehfeste Verbinden entsteht. Dies kann auch die Wärmeabfuhr von der Motorschnecke verbessern. Während der Verwendung wird nämlich die Motorschnecke heiß und diese Wärme kann somit mittels des Lagers der Motorschnecke in dem Gehäuse an das Gehäuse abgeführt werden, was der Lebensdauer und Haltbarkeit der Motorschnecke zugutekommt. Auch der Motor selbst erfährt dadurch keine oder weniger Wärmeentwicklung aus der Motorschnecke, was auch der Lebensdauer des Motors zugutekommt.
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In einem Beispiel kann die Motorschnecke an mindestens einem Ende axial auf einer Lagerplatte gelagert sein, wobei die Lagerplatte durch das Gehäuse der Antriebseinheit getragen ist. Die Lagerplatte ist bevorzugt eine Lagerplatte aus Metall, die die Wärmeabfuhr der Motorschnecke fördert. Zum Beispiel stößt ein Ende der Motorschnecke an die Lagerplatte an und ist somit auf der Lagerplatte gelagert abgestützt. Auch kann das Vorsehen einer Lagerplatte dem entgegenwirken, dass das Lager der Motorschnecke in dem Gehäuse mit der Zeit korrodiert wird. Die Lagerplatte kann zu einer Verstärkung des Lagers der Motorschnecke in dem Gehäuse beitragen. Insbesondere kann eine Lagerplatte aus Metall für ein haltbares Lager der Motorschnecke in dem Gehäuse sorgen. Die Motorschnecke aus Kunststoff kann somit auf der Lagerplatte aus Metall abgestützt sein und sich über die Lagerplatte aus Metall bewegen, um somit auf der Lagerplatte aus Metall gelagert abgestützt zu sein. Vorteilhafterweise können beide Seiten der Motorschnecke in axialer Richtung durch eine Lagerplatte, zum Beispiel durch eine Lagerplatte aus Metall, abgestützt sein. Dies kann dann zu einer noch besseren Wärmeabfuhr führen. Auch ist das Bereitstellen einer Lagerplatte eine kompakte Weise zum Umsetzen des axialen Lagers und Abstützen der Motorschnecke.
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Die Antriebseinheit kann des Weiteren ein Zählelement in dem Antriebsstrang zum Bestimmen der Position eines Antriebselements in dem Antriebsstrang umfassen. Durch Bestimmen der Position eines Antriebselements in dem Antriebsstrang kann auf indirekte Weise die Position der Ausgangswelle und damit auch die Position des Luftbeeinflussungselements bestimmt werden. Das Zählelement kann an einem willkürlichen Element des Antriebsstrangs bereitgestellt sein oder auch fehlen.
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Der Antriebsstrang zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle kann des Weiteren einen nächsten geteilten Teil umfassen, in dem der Antriebsstrang in mindestens zwei Antriebswege geteilt ist. Zum Beispiel kann der Antriebsstrang nach einem ersten teilenden Antriebselement, das als das Antriebselement mit Evoloidverzahnung umgesetzt sein kann oder nicht, einen ersten geteilten Teil umfassen, wobei dieser geteilte Teil wiederum an einem Antriebselement wieder zusammenkommen kann. Weiter in dem Antriebsstrang kann der Antriebsstrang dann zum Beispiel einen nächsten geteilten Teil umfassen, wobei dieser zweite geteilte Teil an einem Antriebselement oder zum Beispiel der Ausgangswelle wieder zusammenkommen kann.
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Die Antriebseinheit kann des Weiteren ein Gehäuse umfassen, das zum Beispiel zwei Schalenteile umfasst. In dem Gehäuse können die Wellen der Antriebselemente gelagert sein und auch die Motorschnecke und/oder die Lagerplatten für das Lager der Motorschnecke können gelagert und/oder durch das Gehäuse abgestützt sein. Vorteilhafterweise ist der Motor in liegender Ausrichtung in dem Gehäuse aufgenommen, infolge dessen auch das Gehäuse so konfiguriert sein kann, dass seine Höhe relativ begrenzt ist.
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Das Ausgangswellenelement kann mit zwei gegenüberliegenden Enden bereitgestellt sein, in denen ein Kopplungselement zum Koppeln mit einem Einstellelement aufnehmbar ist. Zwei Kopplungselemente können an beiden Enden zum zeitgleichen Antreiben von zwei benachbarten Einstellelementen eingepasst sein. Anstelle von zwei Kopplungselementen kann auch ein durchgehendes Kopplungselement bereitgestellt sein. Das Ende des Ausgangswellenelements, das für ein Kopplungselement zugreifbar ist, kann durch einen Kragen aus Kunststoff, bevorzugt Gummi, mit dem Gehäuse abdichtbar sein. Bevorzugt ist der Kragen aus Kunststoff durch einen Ring aus Kunststoff, der mit dem Gehäuse verschweißt ist, an dem Gehäuse gesichert. Der Kragen aus Kunststoff sorgt somit für die Abdichtung zwischen dem Ende des Ausgangswellenelements und dem Gehäuse und ist selbst durch einen Ring aus Kunststoff mit dem Gehäuse fixiert. Der Kragen aus Kunststoff ist bevorzugt ein ringförmiger Kragen, sodass er für Abdichtung um den gesamten Umfang des Ausgangswellenelements sorgen kann. Sollen beide Enden des Ausgangswellenelements zum Aufnehmen eines Kopplungselements zugreifbar bleiben, können beide Enden mit einem solchen Kragen aus Kunststoff verschlossen werden. Muss nur ein Ende zugreifbar bleiben, kann das andere Ende verschlossen werden, um Schmutz und andere Umgebungseinflüsse nicht hineinzulassen. Das zu verschließende Ende des Ausgangswellenelements kann dann mit einer Abdeckung, bevorzugt einer Abdeckung aus Kunststoff, verschlossen werden, die mit dem Gehäuse fixiert verschweißt werden kann und somit das Ende des Ausgangswellenelements im Wesentlichen hermetisch verschließen kann.
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Das Verschließen und/oder Abdichten eines Endes des Ausgangswellenelements kann unabhängig von der Umsetzung des Antriebsstrangs der Antriebseinheit auch an sich als Erfindung erachtet werden. Das Einstellelement kann ein Luftstrombeeinflussungselement eines Kraftfahrzeugs sein. Das Luftstrombeeinflussungselement kann ein Flügel, eine Klappe oder eine Frontschürze oder ein anderes Element sein und kann zum Beispiel zwischen einer ersten Position, in der es sich im Wesentlichen entlang des Fahrzeugs erstreckt, und einer zweiten Position, in der es sich in einem Winkel von dem Fahrzeug erstreckt, oder zwischen einer ersten Position, in der es sich relativ weit von einer Seite des Fahrzeugs erstreckt, und einer zweiten Position, in der es sich relativ weniger weit von der Seite des Fahrzeugs erstreckt, eingestellt werden.
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Ferner betrifft die Offenbarung ein Luftstrombeeinflussungselement mit einer solchen Antriebseinheit und auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebseinheit.
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Die Erfindung betrifft ein Luftstrombeeinflussungselement, wie etwa einen Verschluss eines Lufteinlasses oder einen Spoiler, zum Beispiel eine Frontschürze oder einen Flügel, das mit einer solchen Antriebseinheit bereitgestellt ist, ein Kraftfahrzeug, das mit einem solchen Luftstrombeeinflussungselement bereitgestellt ist, und ein Verfahren zum Einstellen eines Luftstrombeeinflussungselements.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung kann darin bestehen, die Motorschnecke des Motors der Antriebseinheit aus Kunststoff umzusetzen und/oder sie axial in dem Gehäuse der Antriebseinheit zu lagern. Eine Antriebseinheit kann zum Einstellen eines einstellbaren Elements zwischen mindestens einer ersten Position und einer zweiten Position bereitgestellt sein, umfassend eine Antriebseinheit zum Einstellen des einstellbaren Elements zwischen mindestens der ersten Position und der zweiten Position, die mit einem motorgetriebenen Antriebsstrang bereitgestellt ist, der eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle aufweist, wobei die Eingangswelle ein Eingangsantriebselement umfasst, das mit einer Motorschnecke des Motors der Antriebseinheit in Eingriff steht, wobei die Motorschnecke eine Motorschnecke aus Kunststoff ist, die axial in einem Gehäuse der Antriebseinheit gelagert ist und relativ zu einer Ausgangswelle des Motors axial bewegbar ist. Eine solche Antriebseinheit kann für eine Spiegeleinstellvorrichtung eines Innen- oder Außenspiegels eines Kraftfahrzeugs günstig sein. Die Motorschnecke aus Kunststoff und/oder das Lager davon in dem Gehäuse der Antriebseinheit können jeweils unabhängig von der geteilten oder nicht geteilten Umsetzung des Antriebsstrangs der Antriebseinheit auch an sich als Erfindung erachtet werden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
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Die Erfindung wird auf der Grundlage einer beispielhaften Ausführungsform, die in einer Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in den Figuren:
- 1a eine schematische perspektivische Ansicht einer Antriebseinheit;
- 1b eine schematische perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Antriebseinheit;
- 1c eine schematische perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Antriebseinheit;
- 2 eine Draufsicht auf eine Antriebseinheit;
- 2a ein Diagramm von Kräften des geteilten Antriebsstrangs;
- 3 eine schematische perspektivische Ansicht einer Motorschnecke an der Ausgangswelle des Motors als Antriebsquelle der Antriebseinheit;
- 4 eine Draufsicht auf ein Lager der Motorschnecke in dem Gehäuse;
- 5 eine Draufsicht auf ein alternatives Lager der Motorschnecke in dem Gehäuse;
- 6 eine schematische perspektivische Ansicht einer Motorschnecke an der Ausgangswelle des Motors als Antriebsquelle der Antriebseinheit;
- 7 einen Querschnitt durch die Ausgangswelle der Antriebseinheit;
- 8 einen Querschnitt durch die Ausgangswelle der Antriebseinheit, wobei die Ausgangswelle auf einer Seite mit einem Luftstrombeeinflussungselement koppelbar ist.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Figuren nur schematische Darstellungen von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung sind. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen angegeben.
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1a zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Antriebseinheit 1. Die Antriebseinheit 1 ist üblicherweise in einem Gehäuse 100 aufgenommen, das zwei Schalenteile 100a, 100b umfasst, die aneinander anbringbar sind, damit sie das um die Antriebseinheit 1 geschlossene Gehäuse 100 bilden. Die Schalenteile 100a, 100b sind schematisch dargestellt. Die Antriebseinheit 1 kann zum Einstellen eines Luftstrombeeinflussungselements oder eines Spiegeleinstellelements eines Kraftfahrzeugs, wie etwa eines Pkw oder eines Lkw, konfiguriert sein. Das Einstellelement, das nicht gezeigt ist, ist zwischen mindestens einer ersten Position und einer zweiten Position einstellbar und kann optional auch zwischen Zwischenpositionen einstellbar sein.
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Die Antriebseinheit 1 umfasst einen Antriebsstrang 3 mit einer Eingangswelle 4 und einer Ausgangswelle 5. Die Ausgangswelle 5 kann mit dem Luftbeeinflussungselement oder mit Einstellelementen des Luftbeeinflussungselements gekoppelt sein, zum Beispiel direkt mit dem Einstellelement, wie etwa einer Klappe, oder zum Beispiel mit einem Kopplungselement, das mehrere Luftbeeinflussungselemente, wie etwa Lamellen, koppelt. Somit kann die Antriebseinheit 1 ein oder mehrere Einstellelemente des Luftbeeinflussungselements einstellen. Die Ausgangswelle 5 kann an zwei Enden 5a, 5b mit einem Luftbeeinflussungselement koppelbar sein.
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Die Eingangswelle 4 ist durch eine Antriebsquelle 6, hier einen Elektromotor 6, wie zum Beispiel einen bürstenlosen Gleichstrommotor oder einen Gleichstrommotor mit Bürste, antreibbar.
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Der Motor 6 treibt die Eingangswelle 4 an und versetzt somit den Antriebsstrang 3 in Bewegung. Der Antriebsstrang 3 ist in einen ersten Antriebsweg 7 und einen zweiten Antriebsweg 8 geteilt. Durch Teilen des Antriebsstrangs 3 können die Kräfte zwischen dem ersten Antriebsweg 7 und dem zweiten Antriebsweg 8 halbiert werden, infolge dessen die Antriebselemente der Antriebswege 7 und 8 eine leichtere und/oder kleinere Konstruktion aufweisen können, infolge dessen wiederum der Antriebsstrang und damit die Antriebseinheit eine kompaktere Konstruktion aufweisen können.
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Der Antriebsstrang 3 umfasst Antriebselemente, wie etwa Zahnräder, Schneckenräder usw., die drehbar aufgebaut sind. Mindestens ein Antriebselement in dem Antriebsstrang 3 ist mit Evoloidverzahnung bereitgestellt. Der Antriebsstrang 3 ist an dem teilenden Antriebselement 9, das zwischen dem ersten Antriebsweg 7 und dem zweiten Antriebsweg 8 liegt, geteilt. Das teilende Antriebselement 9 ist mit der Evoloidverzahnung bereitgestellt. In diesem Beispiel weist das teilende Antriebselement 9 eine Evoloidverzahnung mit fünf Zähnen auf, kann aber auch mit sechs Zähnen oder mit vier oder drei Zähnen oder zwei Zähnen oder sogar mit einem einzigen Zahn umgesetzt sein. Das teilende Antriebselement 9 ist hier ein Ritzel mit einer Evoloidverzahnung.
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Das teilende Antriebselement 9 steht mit dem Eingangswellenantriebselement 10 in Eingriff, das um eine Eingangsachse A liegt. Der erste Antriebsweg 7 umfasst ein erstes Antriebselement 11 und der zweite Antriebsweg 8 ein zweites Antriebselement 12. Das erste Antriebselement 11 ist drehbar um eine erste Achse B aufgebaut und das zweite Antriebselement 12 ist drehbar um eine zweite Achse C aufgebaut. Das teilende Antriebselement 9 mit Evoloidritzel ist drehbar um eine dritte Achse D aufgebaut. Die Ausgangswelle 5 umfasst ein Ausgangswellenelement 13, das drehbar um eine Ausgangsachse E aufgebaut ist. Das erste Antriebselement 11 und das zweite Antriebselement 12 stehen beide zum Antreiben der Ausgangswelle 5 mit dem Ausgangswellenelement 13 der Ausgangswelle 5 in Eingriff. Mindestens die erste Achse B, die zweite Achse C und die dritte Achse D sind parallel und in einem Abstand voneinander ausgerichtet. Die erste, zweite und dritte Achse B, C, D erstrecken sich in stehender Richtung, typischerweise in einer Richtung quer zu dem Gehäuse. Somit sind das erste Antriebselement 11, das zweite Antriebselement 12 und das dritte Antriebselement 13, die drehbar um die erste Achse B, die zweite Achse C bzw. die dritte Achse D aufgebaut sind, in liegender Ausrichtung positioniert. Somit kann die Antriebseinheit eine kompakte Ausgestaltung aufweisen und insbesondere ihre Höhe begrenzt sein. Die Eingangsachse A und/oder die Ausgangsachse E können optional auch so ausgestaltet sein, dass sie parallel zu der ersten, zweiten und dritten Achse B, C, D liegen. Indem auch die Ausgangsachse E so ausgestaltet ist, dass sie parallel zu den anderen Achsen B, C, D liegt, kann das Ausgangswellenelement 13 mit zwei gegenüberliegenden Ausgängen auf beiden Seiten des Gehäuses 100 bereitgestellt sein, die ein erstes Ende 5a der Ausgangswelle 5 und ein zweites Ende 5b der Ausgangswelle 5 bilden. Somit können zwei benachbarte Einstellelemente durch eine gleiche Antriebseinheit 1 angetrieben werden, wobei ein durchgehendes Wellenelement oder zwei kurze Wellenelemente in der Ausgangswelle 5 aufgenommen sind. Die Antriebselemente sind drehbar um die Achsen aufgebaut und drehbar an Wellenelementen befestigt. Eine Längsachse der Wellenelemente fällt mit den jeweiligen Achsen A, B, C, D, E zusammen. Das Eingangswellenantriebselement 10 ist an dem Wellenelement 10a befestigt, das teilende Antriebselement 9 ist an dem Wellenelement 9d befestigt, das erste Antriebselement 11 ist an dem Wellenelement 11b befestigt und das zweite Antriebselement 12 ist an dem Wellenelement 12c befestigt. Die Wellenelemente 9d, 10a, 11b und 12c sind als Stäbe aus Kunststoff oder Metall umgesetzt, die in dem Gehäuse 100 gelagert sind, ein Ende der Stäbe 9d, 10a, 11b und 12c ist in einem Schalenteil 100a gelagert und ein gegenüberliegendes Ende der Stäbe 9d, 10a, 11b und 12c ist in dem anderen Schalenteil 100b gelagert. Somit ist zum Beispiel in 1a eine Aussparung 11b' in dem Schalenteil 100b zu sehen, in der ein Ende des Wellenelements 11b aufnehmbar ist.
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Die Antriebsquelle 6 ist hier in liegender Ausrichtung angeordnet und schräg in dem Gehäuse 100 platziert, zum Beispiel in einem Aufnahmeraum 6' in dem Schalenteil 100b, damit sie auf platzsparende Art und Weise in dem Gehäuse 100 aufnehmbar ist. Die Ausgangswelle des Motors 6 liegt quer zu der Richtung der Achse A der Eingangswelle 4. Insbesondere liegt die Ausgangswelle des Motors 6 in einem Winkel von 90 Grad zu der Achse A der Eingangswelle 4. Die Ausgangswelle des Motors 6 ist mit einer Motorschnecke 16 gekoppelt, wobei diese Motorschnecke 16 mit dem Eingangswellenantriebselement 10 in Eingriff steht. Das Eingangswellenantriebselement 10 ist mit einem ersten Zahnrad 101 bereitgestellt, wobei dieses Zahnrad 101 mit der Motorschnecke 16 in Eingriff steht. Über die Motorschnecke 16 kann die Drehrichtung der Ausgangswelle des Motors 6 um 90 Grad zu einer Drehrichtung um die Achse A der Eingangswelle 4 gedreht werden. Infolgedessen kann die Antriebseinheit 1 kompakt mit einem liegenden Motor 6 und einem Antriebsstrang aufgebaut sein, von dem sich mindestens die Eingangswelle 4 um eine Achse A quer zu der Ausgangswelle des Motors 6 dreht. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist das Eingangswellenantriebselement 10, das die Eingangswelle 4 bildet, separat von dem teilenden Antriebselement 9. In einer alternativen Konfiguration kann das teilende Antriebselement 9 direkt mit der Ausgangswelle des Motors 6 gekoppelt sein und somit die Eingangswelle 4 bilden.
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Das Eingangswellenantriebselement 10 ist des Weiteren mit einem zweiten Zahnrad 102 bereitgestellt, das mit dem ersten Eingangszahnrad 101 gekoppelt ist, sodass, wenn das erste Eingangszahnrad 101 durch die Motorschnecke 16 angetrieben wird, sich das zweite Eingangszahnrad 102 auch damit um die Achse A mitdreht. Das erste Eingangszahnrad 101 weist hier eine Schrägverzahnung auf, kann aber auch mit einer Geradverzahnung umgesetzt sein. Das zweite Eingangszahnrad 102 ist hier mit Evoloidverzahnung bereitgestellt, kann aber auch mit einer Geradverzahnung oder mit einer Verzahnung eines anderen Typs umgesetzt sein. Dieses zweite Eingangszahnrad 102 steht mit dem teilenden Antriebselement 9 in Eingriff. Das teilende Antriebselement 9 umfasst ein erstes teilendes Element, das Ritzel 901 und ein zweites teilenden Zahnrad 902. Das zweite teilende Zahnrad 902 steht mit dem zweiten Eingangszahnrad 102 in Eingriff und ist auch mit einer Evoloidverzahnung bereitgestellt, um dazu in der Lage zu sein, mit der Evoloidverzahnung des zweiten Eingangszahnrads 102 in Eingriff zu stehen. Es versteht sich, dass, wenn das zweite Eingangszahnrad 102 mit einer andere Verzahnung umgesetzt ist, das zweite teilende Zahnrad 902 eine entsprechende, zusammenwirkende Verzahnung aufweist. Das erste teilende Element 901 ist das Ritzel mit Evoloidverzahnung, das für das Teilen des Antriebsstrangs 3 in den ersten Antriebsweg 7 und den zweiten Antriebsweg 8 sorgt. Das Ritzel 901 steht mit dem ersten Antriebselement 11 und mit dem zweiten Antriebselement 12 in Eingriff. Das erste Antriebselement 11 umfasst ein erstes Antriebszahnrad 111, das mit dem Ritzel 901 in Eingriff steht, und ist damit mit einer Evoloidverzahnung bereitgestellt. Das erste Antriebselement 11 umfasst auch ein zweites Antriebszahnrad 112, das mit Geradverzahnung bereitgestellt ist. Das zweite Antriebselement 12 umfasst auch ein erstes Antriebszahnrad 121 und ein zweites Antriebszahnrad 122. Das erste Antriebszahnrad 121 steht mit dem Ritzel 901 in Eingriff und ist daher mit Evoloidverzahnung bereitgestellt. Das zweite Antriebszahnrad 122 ist mit dem ersten Antriebszahnrad 121 gekoppelt und dreht sich mit der gleichen Drehzahl.
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Das erste Antriebselement 11 und das zweite Antriebselement 12 können gleich umgesetzt sein, sodass der erste Antriebsweg 7 symmetrisch zu dem zweiten Antriebsweg 8 ist. Das zweite Antriebselement 12 kann jedoch auch anders als das erste Antriebselement 11 umgesetzt sein, wie in dem Beispiel nach 1 gezeigt. In dem Beispiel nach 1 ist das zweite Antriebselement 12 mit einem dritten Antriebszahnrad 123 bereitgestellt, das antriebsmäßig mit einem Zählelement 20 gekoppelt ist. Das Zählelement 20 umfasst ein Zählzahnrad 201, das mit einem Zählsensor 202 bereitgestellt ist. Der Zählsensor 202 kann zum Beispiel ein Hall-Sensor sein oder kann ein visueller Zählsensor sein oder anderweitig umgesetzt sein. Der Zählsensor 202 ist mit einer Leiterplatte 30 der Antriebseinheit 1 verbunden, die zum Beispiel eine Speichereinheit umfassen kann, um die Position des Zählzahnrads 201 zu überwachen. Durch Bestimmen der Position des Zählzahnrads 201 kann die Position der Ausgangswelle 5 indirekt bestimmt werden und damit die Position des Luftstrombeeinflussungselements indirekt bestimmt werden. Die Leiterplatte 30 ist mit Kontaktelementen 301 bereitgestellt, hier in Form von Kontaktstiften 301, mit denen ein Stecker verbunden werden kann, um eine elektrische Verbindung und/oder Datenverbindung mit einem Steuersystem des Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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1b zeigt eine Ausführungsform der Antriebseinheit 1, bei der das Zählelement 20 mit dem ersten Antriebszahnrad 121 des zweiten Antriebselements 12 gekoppelt ist. Ein drittes Antriebszahnrad 123 ist hier weggelassen und das Zählzahnrad 201 steht direkt mit dem ersten Antriebszahnrad 121 in Eingriff. Es versteht sich von selbst, dass das Zählzahnrad 201 auch direkt mit dem zweiten Antriebszahnrad 122 des zweiten Antriebselements 12 in Eingriff stehen kann. In 1c ist eine Ausführungsform der Antriebseinheit 1 ohne Zählelement 20 gezeigt. Um die Position der Ausgangswelle zu bestimmen, kann zum Beispiel Strommessung oder zum Beispiel Asynchronzählung verwendet werden. Solche Verfahren sind auch in der Ausführungsform nach 1a und 1b anwendbar, um dazu in der Lage zu sein, eine noch genauere Bestimmung der Position der Ausgangswelle durchzuführen. Wenn ein Zählelement 20, das ein Zählzahnrad 201 aufweist, bereitgestellt ist, kann zwischen dem Zählzahnrad 201 und dem gekoppelten ersten oder zweiten Antriebszahnrad 121, 122 des zweiten Antriebselements 12 optional ein zusätzliches Zahnrad bereitgestellt sein, um eine gewünschte Verzögerungsstufe zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise kann das Zählelement 20 die Position des Zählzahnrads 201 genauer auslesen und somit die Position des Ausgangswellenelements 13 genauer bestimmen.
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Das Ausgangswellenelement 13 umfasst ein Ausgangszahnrad 131, das gleichzeitig sowohl mit dem zweiten Antriebselement 112 des ersten Antriebselements 11 als auch mit dem zweiten Antriebselement 122 des zweiten Antriebselements 12 des geteilten Antriebsstrangs 3 in Eingriff steht. Der geteilte Antriebsstrang 3 kommt somit an dem Ausgangswellenelement 13 wieder zusammen.
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In Verwendung kann der Motor 6 ein Signal empfangen, zum Beispiel von einem zentralen Steuersystem, die Luftbeeinflussungselemente einzustellen. Es ist auch möglich, dass die eigene Leiterplatte 30 mit einer Steuereinheit umgesetzt ist, um die Einstellung zu steuern. Der Motor 6 beginnt, zu arbeiten, und treibt über die Motorschnecke 16 das erste Eingangszahnrad 101 des Eingangswellenantriebselements 10 an. Da das zweite Eingangszahnrad 102 mit dem ersten Eingangszahnrad 101 verbunden ist, wird es gleichzeitig und mit der gleichen Drehzahl in Bewegung gesetzt. Das zweite teilende Zahnrad 902 ist mit dem zweiten Eingangszahnrad 102 gekoppelt und wird dadurch zum Drehen veranlasst. Das teilende Ritzel 901 ist mit dem zweiten teilenden Zahnrad 902 verbunden und bewegt sich mit diesem mit, wobei die ersten Antriebszahnräder 111, 112 dadurch in Bewegung versetzt werden. Da die zweiten Antriebszahnräder 112, 122 mit den ersten Antriebszahnrädern 111, 112 verbunden sind, drehen sie sich mit der gleichen Drehzahl mit. Die zweiten Antriebszahnräder 112, 122 stehen mit dem Ausgangszahnrad 131 in Eingriff und versetzen daher die Ausgangswelle 5 in Bewegung. Ein Kopplungselement der Luftbeeinflussungselemente kann an dem Ende 5a oder 5b der Ausgangswelle 5, insbesondere in die Aussparung 13a oder 13b - nicht gezeigt - des Ausgangswellenelements 13, eingeführt sein. Hier ist die Aussparung 13a, 13b mit einem sternförmigen Querschnitt bereitgestellt, um das Kopplungselement des Luftbeeinflussungselements nicht drehbar mit dem Ausgangswellenelement zu koppeln und auf diese Weise die Einstellung des Einstellelements oder der Einstellelemente des Luftbeeinflussungselements zu bewirken.
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In den Ausführungsformen nach 1a, 1b und 1c ist die Antriebseinheit 1 mit einem Antriebsstrang 3 beschrieben und gezeigt, der einen einzigen geteilten Teil umfasst, von dem der erste Antriebsweg 7 des geteilten Teils das erste Antriebselement 11 umfasst und der zweite Antriebsweg 8 des geteilten Teils das zweite Antriebselement 12 umfasst. Der erste und der zweite Antriebsweg 7, 8 können jedoch auch mehrere erste bzw. zweite Antriebselemente umfassen. Auch kann der Antriebsstrang mehr als einen geteilten Teil umfassen.
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2 zeigt eine Draufsicht auf eine Antriebseinheit 1. In diesem Beispiel ist kein Zählelement bereitgestellt. Ein oberer Schalenteil 100a ist weggelassen worden und auch ein Teil der Leiterplatte 30 ist schematisch entfernt worden, sodass die Antriebseinheit 1 in dem unteren Schalenteil 100b sichtbar ist. Der Schalenteil 100b ist mit Befestigungsösen 100c bereitgestellt, durch die dann ein Befestigungselement eingeführt werden kann, um das Gehäuse 100 zum Beispiel an dem Kraftfahrzeug zu sichern. In diesem Beispiel sind die Schalenteile 100a, 100b miteinander verschweißt, aber selbstverständlich ist auch eine andere Weise des Verbindens der Schalenteile 100a, 100b miteinander möglich, zum Beispiel eine Schnapp- oder Klemmverbindung.
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In dieser Draufsicht ist zu sehen, dass die erste Achse B, die zweite Achse C und die dritte Achse D parallel zueinander und in einem Abstand voneinander liegen. Auch die Eingangsachse A und die Ausgangsachse E liegen parallel und in einem Abstand von der ersten, zweiten und dritten Achse B, C, D. Dementsprechend sind die Antriebselemente, die drehbar um die jeweiligen Achsen angeordnet sind, in liegender Ausrichtung in dem Gehäuse 100 aufgenommen, infolge dessen das Antriebselement 1 mit einer kompakten Höhe umgesetzt werden kann. Auch die Montage der Wellenelemente und der Antriebselemente in dem Gehäuse kann simpler sein, da die Antriebselemente in liegender Ausrichtung in dem Gehäuse angeordnet werden können. Dies kann auch die Automatisierung der Montage einfacher machen. Zum Beispiel können die separaten Elemente von oben in dem unteren Schalenteil 100b montiert werden.
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Der Motor 6 ist in liegender Ausrichtung in dem Gehäuse und schräg in Bezug auf eine Längenrichtung der Antriebseinheit angeordnet, um eine Antriebseinheit zu erzielen, die möglichst kompakt ist. Die Ausgangswelle des Motors 6 bildet einen Winkel von etwa 90 Grad in Bezug auf die Achse A der Eingangswelle 4.
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In der Draufsicht ist auch zu sehen, dass die erste Achse B, die zweite Achse C und die dritte Achse D in einer gleichschenkligen Dreieckskonfiguration relativ zueinander liegen. Das Dreieck der Dreieckskonfiguration weist drei Schenkel BC, BD und CD auf. Die Schenkel BD und CD sind gleich lang, das teilende Antriebselement 9 liegt in der Mitte zwischen dem ersten Antriebselement 11 und dem zweiten Antriebselement 12. Bevorzugt ist die gleichschenklige Dreieckskonfiguration eine stumpfe Dreieckskonfiguration. Der Winkel zwischen den Schenkeln CD und BD ist ein stumpfer Winkel. Durch Bereitstellen des Winkels an der dritten Achse D als stumpfen Winkel ist der Abstand zwischen der dritten Achse D und dem Schenkel BC relativ kurz. Das teilende Antriebselement 9 liegt dann relativ nahe an der Achse B des ersten Antriebselements 11 und an der Achse C des zweiten Antriebselements 12.
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Das erste Antriebselement 11, das teilende Antriebselement 9 und das zweite Antriebselement 12 stehen miteinander in Eingriff und erfahren Kräfte davon. Das erste Antriebselement 11 übt eine Kraft F11 auf das teilende Antriebselement 9 in der Richtung des Schenkels BD aus. Das zweite Antriebselement 12 übt eine Kraft F12 auf das teilende Antriebselement 9 in der Richtung des Schenkels CD aus. 2a zeigt schematisch die Kräfte des geteilten Antriebsstrangs. Da das erste Antriebselement 11 und das zweite Antriebselement 12 in einer Linie liegen, nämlich auf dem Schenkel BC des Dreiecks BCD, heben sich die Kraftkomponenten Flly und F12y der Kräfte F11, F12 des ersten Antriebselements 11 bzw. des zweiten Antriebselements 12 entlang der Linie des Schenkels BC auf. In der Tat sind aufgrund des Teilens des Antriebsstrangs 3 in einen ersten Antriebsweg 7 und einen zweiten Antriebsweg 8 die Kräfte F 11, F 12 auf das erste Antriebselement 11 bzw. das zweite Antriebselement 12 ungefähr gleich groß. Diese Kräfte F11, F12 können in eine Komponente F11y, F12y entlang der Linie des Schenkels BC und eine Komponente F11x, F12x quer zu dieser Linie aufgelöst werden. Die Kraftkomponenten F11y, F12y entlang der Linie des Schenkels BC heben einander auf und folglich erfährt das teilende Antriebselement 9 in dieser Richtung keine Kraft oder kaum Kraft von den Antriebselementen 11, 12. Was dann für beide Antriebselemente 11, 12 übrig bleibt, ist eine Kraftkomponente F11x, F12x in der Richtung quer zu der Richtung des Schenkels BC. Diese Kraftkomponenten F11x, F12x addieren sich auf und werden durch das teilende Antriebselement 9 erfahren. Indem das teilende Antriebselement 9 möglichst nahe an dem Schenkel BC des Dreiecks platziert wird und somit der Abstand zu dem Schenkel BC möglichst klein gemacht wird, ist die Kraftkomponente F11x, F12x der Kräfte F11, F12 der Antriebselemente 11, 12 in der Richtung quer zu dem Schenkel BC relativ klein und kann sogar dann, wenn sie aufaddiert sind, relativ gut durch das teilende Antriebselement 9, insbesondere durch das Ritzel 901 mit der Evoloidverzahnung, absorbiert werden. Dies liegt daran, dass das Eingangswellenantriebselement 10 auch eine Kraft auf das teilende Antriebselement 9 ausübt, was die aufaddierten Kraftkomponenten F11x, F12x der Antriebselemente 11, 12 weitgehend aufhebt. Das teilende Antriebselement 9 und insbesondere das Ritzel mit Evoloidverzahnung 901 erfährt dementsprechend relativ geringe Kräfte, was zulässt, dass es relativ leicht gefertigt wird, zum Beispiel aus Kunststoff hergestellt wird. Bevorzugt beträgt der stumpfe Winkel zwischen den Schenkeln BD und CD zwischen etwa 150 Grad und etwa 175 Grad.
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Optimal liegen die Achsen B, C und D in einer Ebene, in einer Draufsicht ist dies dadurch gezeigt, dass die Achsen B, C, D in einer Linie liegen, und sie bilden miteinander einen Winkel von 180 Grad, in einer Richtung entlang der Achsen betrachtet. In diesem Fall weist das Dreieck keine Höhe mehr auf, sondern ist zu einer Linie geworden. In einer solchen optimalen Situation ist die Kraft, die das Antriebselement mit Evoloidverzahnung 9 erfährt, die sich aus dem ersten und zweiten Antriebselement 11, 12 ergibt, ganz oder praktisch null.
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3 zeigt schematisch einen Teil des Motors 6 mit der Motorschnecke 16 an einem Ausgangswellenzapfen 61 des Motors 6. Der Ausgangswellenzapfen 61 wird durch den Motor 6 zum Drehen veranlasst und überträgt diese Drehung auf die Motorschnecke 16 und damit auf den Antriebsstrang 3. Die Motorschnecke 16 ist dahingehend drehfest mit dem Wellenzapfen 61 verbunden, dass ein freies Ende 61a des Wellenzapfens 61 mit mindestens einer abgeflachten Seite bereitgestellt ist. In diesem Beispiel ist das freie Ende 61a mit zwei abgeflachten Seiten bereitgestellt, die gegenüberliegende Seiten des freien Endes 61a bilden. Die Motorschnecke 16 ist an einer Innenseite davon mit einer entsprechenden Aussparung 16b bereitgestellt, die mit der Form des Wellenzapfens 61 zusammenwirkt, um dadurch die drehfeste Verbindung zu erzielen. Über diese drehfeste Verbindung kann das Motordrehmoment auf die Motorschnecke 16 übertragen werden, um den Antriebsstrang 3 in Bewegung zu versetzen. Die drehfeste Verbindung der Motorschnecke 16 mit dem Ausgangswellenzapfen 61 des Motors 6 wird somit durch eine formschlüssige Zusammenwirkung zwischen dem Wellenzapfen 61 und der Innenseite der Motorschnecke 16 erzielt. In axialer Richtung kann sich die Motorschnecke 16 jedoch noch über den Wellenzapfen 61 bewegen. In der Aussparung 16b der Motorschnecke 16 kann ein Positionierführungselement, zum Beispiel in Form einer Spiralrippe oder Nut, bereitgestellt sein. Wegen des Führungselements kann die Motorschnecke 16 einfacher in die richtige Position relativ zu den abgeflachten Seiten 61a des Wellenzapfens 61 gebracht werden, was für eine automatische Montage günstig ist. Durch eine solche Führungsrippe oder Nut kann auch ein richtiges Verriegeln der Motorschnecke 16 an dem Wellenzapfen 61 erlangt werden, da die Motorschnecke 16 dadurch in die richtige Position an dem Wellenzapfen 61 gebracht wird.
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Das Verriegeln in axialer Richtung der Motorschnecke 16 relativ zu dem Wellenzapfen 61 wird dadurch erzielt, dass die Motorschnecke 16 in axialer Richtung in dem Gehäuse gehalten wird. Zu diesem Zweck kann die Motorschnecke 16 an einem Ende 16a davon mit einem Vorsprung 16a bereitgestellt sein, der in einer entsprechenden Aussparung 116 des Gehäuses 100 aufnehmbar ist und sich darin drehen kann, wie in 4 gezeigt. Optional kann in der Aussparung 116 des Gehäuses eine kleine Platte bereitgestellt sein, an der sich das Ende 16a drehen kann, um dadurch Kunststoffauf-Kunststoff-Kontakt zwischen der Motorschnecke 16 aus Kunststoff und dem Gehäuse 100 aus Kunststoff zu vermeiden. Auf einer anderen Seite der Motorschnecke 16, bei der es sich um die Seite proximal zu dem Motor 6 handelt, ist eine kleine Lagerplatte 17 aus Metall bereitgestellt, um die Motorschnecke 16 axial zu halten. Auf dieser Seite ist die Motorschnecke 16 somit auf der Lagerplatte 17 gelagert abgestützt. Ein Ende der Motorschnecke 16 umfasst zum Beispiel eine ringförmige Kante, die auf der Lagerplatte 17 läuft und somit das Lager sowie die axiale Halterung bereitstellt. Die Form der Lagerplatte 17 ist so ausgestaltet, zum Beispiel unten abgerundet und mit abgeflachten Seiten, dass sie in eine entsprechende Aussparung 117 des Gehäuses 100 passt, wodurch die Lagerplatte 17 in Bezug auf das Gehäuse 100 fixiert ist. Da die Ausgestaltung der Lagerplatte 17 an einem oberen Ende davon, hier mit einem gebogenen Ende bereitgestellt, und an einem unteren Ende davon, hier abgerundet, unterschiedlich ist, kann die Lagerplatte eindeutig ausgerichtet und in einer automatischen Montagelinie montiert werden. Das Vorsehen dieser Lagerplatte 17 zwischen der Motorschnecke 16 und dem Motor 6 kann auch erschweren oder reduzieren, dass Lagerfett der Motorschnecke in den Motor gelangt. Die Lagerplatte 17 sorgt auch zum Teil für ein Verschließen des Motors 6, zum Beispiel gegen Lagerfett und/oder gegen Schmutz. Optional kann zwischen dem Motor 6 und der Lagerplatte 17 eine Feder bereitgestellt sein, die die Lagerplatte 17 gegen die Motorschnecke 16 und so mit ihrem Ende 16a gegen das Gehäuse 100 drückt, um die axiale Position der Motorschnecke 16 zu bestimmen und um etwaigen Tickgeräuschen aufgrund der axialen Positionierung der Motorschnecke relativ zu dem Gehäuse, zum Beispiel beim Starten des Motors 6, entgegenzuwirken. Die Lagerplatte 17 ist mit einer Öffnung bereitgestellt, durch die der Wellenzapfen 61 eingeführt werden kann.
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5 zeigt eine Alternative zu dem axialen Lager der Motorschnecke 16 in dem Gehäuse 100 und 6 zeigt eine perspektivische Ansicht davon. Hier werden zwei Lagerplatten 17 und 18 jeweils an einem Ende der Motorschnecke 16 verwendet. Die Lagerplatten 17, 18 sind in entsprechenden Aussparungen 117, 118 in dem Gehäuse aufgenommen und sind somit fixiert in dem Gehäuse 100 aufgenommen. Zwischen den Lagerplatten 17 und 18 kann somit eine Kammer gebildet sein, in der das Fett des Antriebsstrangs und/oder der Motorschnecke verbleiben kann. Die Lagerplatten 17, 18 verhindern somit, dass das Fett dazu in der Lage ist, in den Motor 6 einzudringen, was für die Lager des Motors ungünstig ist und einen negativen Einfluss auf die Lebensdauer des Motors 6 hat. Die Lagerplatte 17 ist mit einer Öffnung für den Wellenzapfen 61 bereitgestellt, die Lagerplatte 18 weist keine solche Öffnung auf. Ein Ende 61 der Motorschnecke 61 ist hier mit einer ringförmigen Kante bereitgestellt, die an der Lagerplatte 18 anliegt und sich über die Lagerplatte 18 dreht, da die Lagerplatte 18 nicht drehbar in dem Gehäuse aufgenommen ist, spezifischer in einer Aussparung 118 des Gehäuses 100. Die Lagerplatten 17, 18 weisen hier auch eine Ausgestaltung auf, die der Form der in 3 und 4 gezeigten Lagerplatte 17 entspricht. Bevorzugt sind eine Ober- und eine Unterseite der Lagerplatten 17, 18 unterschiedlich, was automatisiertes Ausrichten und Montieren erleichtert. Die Seiten sind vorteilhafterweise abgeflacht, damit sie ohne Weiteres in die entsprechenden Aussparungen 117, 118 passen. In dem Beispiel nach 5 weist die Motorschnecke 16 kein vorspringendes Ende mehr auf. Die Lagerplatten 17, 18 sind bevorzugt aus Metall und können optional beschichtet sein. Indem die Lagerplatten 17, 18 mit Metall bereitgestellt werden, können sie auch als Wärmeabfuhr für die Wärme fungieren, die sich während der Verwendung an der Motorschnecke 16 und dem Motor 6 entwickelt. Die Lagerplatten 17, 18 können auch beschichtet sein, um zum Beispiel Schalldämpfung, Kühlung, geringere Reibung bereitzustellen. Indem nun eine zweite Lagerplatte 18 bereitgestellt ist, kann zwischen der ersten Lagerplatte 17 und der zweiten Lagerplatte 18 eine Kammer gebildet sein, in der das Lagerfett enthalten sein kann und die von dem Motor 6 abgeschirmt ist, sodass das Lagerfett nicht in den Motor 6 gelangen kann. Auch in diesem Beispiel kann optional eine kleine Feder vorgesehen sein, um die axiale Position der Motorschnecke 16 genauer zu bestimmen und etwaigen Tickgeräuschen der Motorschnecke in Bezug auf das Gehäuse, zum Beispiel während der Betätigung des Motors 6, entgegenzuwirken. Die Feder kann zum Beispiel zwischen dem Motor 6 und der Lagerplatte 17 angeordnet sein.
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Der Eingriff zwischen dem ersten Eingangszahnrad 101 und der Motorschnecke 16 weist bevorzugt eine selbstverriegelnde Ausgestaltung auf, sodass eine Rückwärtsdrehung des Motors 6, wenn er nicht aktiv ist, durch das selbstverriegelnde Merkmal mechanisch verhindert werden kann. Optional können auch Reibungsunterschiede in der Drehrichtung an der Motorschnecke 16 eingebracht werden, zum Beispiel durch Verwendung von zwei unterschiedlichen Materialien zum Beispiel der Lagerplatten 17, 18 oder durch Verwenden von zwei unterschiedlichen Radien an der Motorschnecke 16. Somit wird ein Reibungsunterschied erfahren, wenn sich die Motorschnecke in einer Richtung oder in der anderen dreht. Aus diesem Unterschied, der anhand des Leistungsverbrauchs detektiert werden kann, kann bestimmt werden, in welcher Richtung sich der Motor 6 dreht. Auch kann die rückwärtige Antreibbarkeit des Antriebsstrangs - das heißt, wenn der Antriebsstrang an der Ausgangswelle und damit nicht wie in einem Normalbetrieb durch den Motor zum Bewegen veranlasst wird - somit von der Richtung der Last an der Ausgangswelle abhängig gemacht werden. Zum Beispiel kann es im Fall einer manuellen Einstellung, wenn das Einstellelement von Hand bewegt wird, nützlich sein, wenn der Antriebsstrang rückwärts antreibbar ist. Damit der Antriebsstrang in einer konkreten Richtung rückwärts antreibbar ist, kann er in dieser Richtung nicht selbstverriegelnd sein. Zum Beispiel kann man sich dafür entscheiden, dass der Antriebsstrang in einer Richtung rückwärts antreibbar ist, aber nicht in der anderen Richtung. In einem solchen Beispiel kann der Benutzer dann das Einstellelement ergreifen und es in der einen Richtung einstellen, aber nicht in der anderen Richtung. Die rückwärtige Antreibbarkeit des Antriebsstrangs in einer konkreten Richtung kann durch Reibung in dem Antriebsstrang erlangt werden, wenn er in der einen Richtung belastet ist, und blockiert dadurch und ist selbstverriegelnd, aber umgekehrt ein hoher Wirkungsgrad in der anderen Richtung, wodurch er nicht selbstverriegelnd und so in dieser Richtung rückwärts antreibbar ist. Die erwähnte Reibung kann unter anderem durch einen Unterschied bei Materialien oder einen Unterschied bei Radien zwischen Antriebselementen erlangt werden. Zum Beispiel kann die Reibung zwischen Motorschnecke und Lagerplatte in einer Drehrichtung höher sein als in der anderen Drehrichtung. 7 und 8 zeigen einen Querschnitt durch die Ausgangswelle 5. In 7 ist die Ausgangswelle 5 an beiden Enden offen mit einer Trennwand 5c dazwischen und kann an beiden Enden 5a, 5b mit einem Kopplungselement eines einstellbaren Elements gekoppelt sein. Somit können mit einer Antriebseinheit zwei einstellbare Elemente zeitgleich eingestellt werden. Alternativ kann auch eine lange durchgehende Aussparung ohne Trennwand 5c in dem Ausgangswellenelement 13 bereitgestellt sein, in der dann eine durchgehende Welle aufgenommen sein kann, die auf beiden Seiten die einstellbaren Elemente koppelt. In 8 ist ein Ende 5a der Ausgangswelle 5 mit einer Abdeckung 500 verschlossen und das Ende 5b kann mit dem Luftstrombeeinflussungselement gekoppelt sein. Die Abdeckung 500 kann ein Teil aus Kunststoff sein und ist mit einer Schürze 501 und einer Schulter 502 bereitgestellt, um das Ende 5a hermetisch gegen Schmutz und Umgebungseinflüsse zu verschließen. Die Abdeckung 500 aus Kunststoff kann in dem Gehäuse festgeklemmt sein. Auf diese Art und Weise kann mit einem einzigen Teil ein hermetischer Verschluss erzielt werden, infolge dessen ein Schließring, zum Beispiel ein Schließring aus Metall, entfallen kann, was eine Kosteneinsparung mit sich bringt. Wenn nur ein Ende 5b verwendet wird, kann das andere Ende 5a durch die Abdeckung 500 und die Trennwand 5c hermetisch verschlossen werden. Ein ringförmiger Kragen 510 und ein nachstehend erläuterter Haltering 512 können daher entfallen, infolge dessen anstelle von zwei Teilen nur ein Teil benötigt wird, was in dem Fall, dass nur ein Ende der Ausgangswelle 5 verwendet wird, eine Kosteneinsparung mit sich bringt.
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Das Ende 5b des Ausgangswellenelements 13 ist in dem Gehäuse 100, insbesondere in dem Schalenteil 100b des Gehäuses 100, mit einem ringförmigen Kragen 510 gehalten, von dem eine Schrägkante 511 in Richtung einer vorspringenden Position vorgespannt ist, und sorgt somit für eine Abdichtung des Ausgangswellenelements 13 gegen das Gehäuse 100b. Der ringförmige Kragen 510 kann ein Gummidichtring sein. Dies ist in 7 und 8 gezeigt. Ein Haltering 512 kann verwendet werden, um den ringförmigen Kragen 510 relativ zu dem Schalenteil 100b des Gehäuses 100 zu fixieren. Auf diese Art und Weise kann ein Schließring, zum Beispiel ein Schließring aus Metall, entfallen, was eine Kosteneinsparung mit sich bringt. Der Haltering 512 ist bevorzugt ein Ring 512 aus Kunststoff, der mit dem Gehäuse verschweißt ist. In dem Fall, dass auch das andere Ende 5a der Ausgangswelle 5 verwendet wird, wie in 7, kann an diesem Ende 5a eine gleiche Halterung und Abdichtung mit dem ringförmigen Kragen 510 und dem Haltering 512 bereitgestellt sein.
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Im Vorangehenden ist die Erfindung auf der Grundlage einer Antriebseinheit für ein Einstellelement, wie etwa ein Luftstrombeeinflussungselement für ein Kraftfahrzeug, erläutert worden. Die Antriebseinheit kann jedoch auch für andere einstellbare Elemente verwendet werden, bei denen der Platz zum Platzieren der Antriebseinheit nur begrenzt ist. Die Motorschnecke 16 aus Kunststoff, das Lager davon in dem Gehäuse durch Lagerplatten 17, 18, die Verschlussabdeckung 500, der ringförmige Kragen 510 und der Haltering 512 können unabhängig von der Konstruktion des Antriebsstrangs an sich als Erfindungen zur Verwendung in einer Antriebseinheit für ein Einstellelement angesehen werden.
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Zum Zweck der Übersichtlichkeit und einer kurzen Beschreibung sind hierin Merkmale als Teil derselben oder unterschiedlicher Ausführungsformen beschrieben worden, doch es ist offensichtlich, dass der Schutzumfang der Erfindung Ausführungsformen mit Kombinationen aller oder einiger der beschriebenen Merkmale umfassen kann. Es versteht sich, dass die gezeigten Ausführungsformen dieselben oder ähnliche Komponenten aufweisen, abgesehen von den Stellen, an denen sie als unterschiedlich beschrieben sind.
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In den Ansprüchen sind in Klammern gesetzte Bezugszeichen nicht als einschränkend für den Patentanspruch auszulegen. Das Wort „umfassend“ schließt nicht das Vorhandensein anderer Merkmale oder Schritte als derjenigen aus, die in einem Patentanspruch vorgegeben sind. Ferner sollten die Wörter „ein(e)“ und „eines“ nicht als auf „nur eines“ begrenzt ausgelegt werden, sondern werden stattdessen verwendet, um „mindestens eines“ anzugeben, und schließen eine Vielzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass gewisse Maßnahmen in voneinander unterschiedlichen Ansprüchen aufgeführt sind, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht vorteilhaft verwendet werden kann. Viele Varianten werden für den Fachmann offensichtlich sein. Alle Varianten werden als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung umfasst verstanden, der in den folgenden Ansprüchen definiert ist.
