DE202011106149U1

DE202011106149U1 - Spindelantrieb zur motorischen Verstellung eines Verstellelements eines Kraftfahrzeugs

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Publication number: DE202011106149U1
Application number: DE202011106149U
Authority: DE
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: US20140230586A1; DE112012004041A5; CN104114900B; CN104114900A; US9791026B2; WO2013045104A1

Abstract

Spindelantrieb zur motorischen Verstellung eines Verstellelements (1) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Antriebsmotor (2) mit Motorwelle (3), einem dem Antriebsmotor (2) nachgeschalteten Drehzahl-Untersetzungsgetriebe (4) und einem dem Drehzahl-Untersetzungsgetriebe (4) nachgeschalteten Vorschubgetriebe (5), wobei das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe (4) ein Planetengetriebe (4a) aufweist und wobei das Vorschubgetriebe (5) als Spindel-Spindelmutter-Getriebe ausgestaltet ist, wobei das Planetengetriebe (4a) ein drehbares Sonnenrad (6) und koaxial dazu einen drehbaren Planetenradträger (7) und ein festgesetztes oder festsetzbares Hohlrad (10) aufweist und wobei der Planetenradträger (7) mindestens ein drehbares Planetenrad (8, 9) trägt, das in achsparallelem Eingriff mit dem Sonnenrad (6) einerseits und dem Hohlrad (10) andererseits steht, wobei der Antriebsmotor (2), das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe (4a) und das Vorschubgetriebe (5) hintereinander in einem im Wesentlichen länglichen Antriebsgehäuse (13) untergebracht und auf eine gemeinsame Antriebs-Längsachse (14) ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriff zwischen dem Sonnenrad (6) und dem mindestens einen Planetenrad (8, 9) des Planetenradträgers (7) als Evoloid-Verzahnung ausgestaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb zur motorischen Verstellung eines Verstellelements eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Verstellelementanordnung eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 20.
Der in Rede stehende Spindelantrieb kann für alle möglichen Verstellelemente eines Kraftfahrzeugs Anwendung finden. Beispiele hierfür sind eine Heckklappe, ein Heckdeckel, eine Tür, insbesondere eine Seitentür, eine Motorhaube o. dgl. eines Kraftfahrzeugs.
Der bekannte Spindelantrieb ( DE 20 2006 014 694 U1 ), von dem die Erfindung ausgeht, ist mit einem rotatorischen Antriebsmotor, einem dem Antriebsmotor nachgeschalteten Drehzahl-Untersetzungsgetriebe und einem dem Drehzahl-Untersetzungsgetriebe nachgeschalteten Spindel-Spindelmutter-Getriebe ausgestattet. All diese Komponenten sind hintereinander in einem länglichen, teleskopierbaren Antriebsgehäuse untergebracht und auf eine gemeinsame Antriebs-Längsachse ausgerichtet.
Das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe des bekannten Spindelantriebs umfasst zwei Planetengetriebestufen, die jeweils die üblichen Komponenten Sonnenrad, Planetenradträger mit Planetenrädern und Hohlrad aufweisen.
Während der bekannte Spindelantrieb in bezogen auf die Antriebs-Längsachse radialer Ausdehnung eine hohe Kompaktheit aufweist, bestehen für die erreichbare Kompaktheit in der Ausdehnung entlang der Antriebs-Längsachse noch Optimierungsmöglichkeiten.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, den bekannten Spindelantrieb derart auszugestalten und weiterzubilden, dass der notwendige Bauraum in Richtung der Antriebs-Längsachse reduziert wird.
Das obige Problem wird bei einem Spindelantrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Wesentlich ist die Überlegung, dass der Eingriff zwischen dem Sonnenrad und dem mindestens einen Planetenrad des Planetenradträgers als Evoloid-Verzahnung ausgestaltet ist.
Bei Evoloid-Verzahnungen handelt es sich um schräge Evolventen-Verzahnungen, die zur Realisierung großer Übersetzungen in einer Stufe mit parallelen Achsen Ritzelzähnezahlen bis zu einem Zahn verwenden. Diese Evoloid-Verzahnungen sind als solche aus dem Stand der Technik bekannt („Zahnradtechnik, Evolventen-Sonderverzahnungen zur Getriebeverbesserung", Dr.-Ing. Karlheinz Roth, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1998, ISBN 3-540-642 36-6, Kapitel 1 "Evoloid-Verzahnungen ...", Seite 2 ff.). Zu den technischen Details einer solchen Evoloid-Verzahnung darf auf diese Literaturstelle verwiesen werden.
Im Einzelnen handelt es sich bei dem Sonnenrad des Planetengetriebes um ein Evoloid-Zahnrad, dessen Ritzelzähnezahl bis auf 1 reduziert werden kann. Dann läuft ein einziger Ritzelzahn mit Evolventenprofil spiralförmig um die Sonnenradachse herum.
Interessant bei einer Evoloid-Verzahnung ist grundsätzlich die Tatsache, dass mit der kleinen Ritzelzähnezahl eine hohe Kompaktheit im Hinblick auf die radiale Ausdehnung bei hoher Drehzahl-Untersetzung erreicht wird. Dies ist durch eine spezielle Verzahnungsgeometrie möglich, die in der obigen Literaturstelle erläutert ist.
Der Einsatz einer Evoloid-Verzahnung für den Eingriff zwischen dem Sonnenrad und dem wenigstens einen Planetenrad ermöglicht eine besonders hohe Kompaktheit in Richtung der Antriebs-Längsachse, da auf die Verwendung mehrerer Planetengetriebestufen regelmäßig verzichtet werden kann. Diese Kompaktheit in Richtung der Antriebs-Längsachse ist bei dem in Rede stehenden Spindelantrieb von besonderer Bedeutung, um die verfügbare Längserstreckung des Spindelantriebs weitestgehend für die Erzeugung der linearen Antriebsbewegung mittels des Vorschubgetriebes nutzen zu können.
Die Kompaktheit wird bei dem vorschlagsgemäßen Spindelantrieb weiter dadurch erhöht, dass das Sonnenrad einerseits und der Planetenradträger andererseits drehbar und das Hohlrad festgesetzt bzw. festsetzbar ausgestaltet ist. Im einfachsten Falle ist das Hohlrad dann Bestandteil eines Gehäuses o. dgl.
Mit der vorschlagsgemäßen Evoloidverzahnung lassen sich für das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe in einem weiten Bereich Drehzahluntersetzungen einstellen. Bei der bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 ist eine Drehzahluntersetzung in einem Bereich zwischen etwa 17:1 und etwa 19:1 vorgesehen, was sich insbesondere bei der Anwendung des Spindelantriebs als Heckklappenantrieb bewährt hat.
Bei geeigneter Auslegung ist es dann gemäß Anspruch 4 ohne weiteres möglich, dass das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe einstufig ausgestaltet ist und zwischen dem Antriebsmotor und dem Spindel-Spindelmutter-Getriebe die einzige Getriebestufe bereitstellt, was maßgeblich zu der oben angesprochenen Kompaktheit in Richtung der Antriebs-Längsachse beiträgt.
Bei der besonders bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 11 ist das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe nicht-selbsthemmend ausgestaltet. Auch dies spielt bei der Anwendung des Spindelantriebs als Heckklappenantrieb eine besondere Rolle, um die manuelle Verstellbarkeit der Heckklappe zu ermöglichen. Überraschenderweise lässt sich eine Evoloid-Verzahnung ahne weiteres nicht-selbsthemmend auslegen.
Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen gemäß den Ansprüchen 12 bis 15 ist eine Axiallageranordnung für den Planetenradträger vorgesehen. Der Grund hierfür besteht darin, dass die Übertragung von Antriebs-Drehmomenten über die Evoloid-Verzahnung stets mit der Erzeugung von Axialkräften einhergeht. Dem wird durch den Einsatz einer entsprechenden Axiallageranordnung Rechnung getragen, um Reibungsverluste zu reduzieren und insbesondere um die Rücktreibbarkeit des Drehzahl-Untersetzungsgetriebes sicherzustellen. Der letztgenannte Aspekt ist wiederum bei der Anwendung des Spindelantriebs als Heckklappenantrieb von besonderer Bedeutung.
Der Aspekt der Axiallagerung ist nicht nur relevant für den Planetenradträger, sondern auch für das Sonnenrad. Entsprechend ist bei den weiter bevorzugten Ausführungsbeispielen gemäß den Ansprüchen 16 bis 18 eine entsprechende Axiallageranordnung für das Sonnenrad vorgesehen.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 20, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Verstellelementanordnung eines Kraftfahrzeugs mit einem Verstellelement und einem obigen, vorschlagsgemäßen Spindelantrieb beansprucht. Auf alle Ausführungen zu dem vorschlagsgemäßen Spindelantrieb darf insoweit verwiesen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 in ganz schematischer Darstellung den Heckklappenbereich eines Kraftfahrzeugs mit einem vorschlagsgemäßen Spindelantrieb,
2 den Spindelantrieb gemäß 1 in einer teilweisen geschnittenen Seitenansicht,
3 den Antriebsmotor mit nachgeschaltetem Drehzahl-Untersetzungsgetriebe des Spindelantriebs gemäß 2 in einem Längsschnitt,
4 die Anordnung gemäß 3 in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Darstellung, und
5 die Anordnung gemäß 3 in einer Explosionsdarstellung.
Der in der Zeichnung dargestellte Spindelantrieb dient der motorischen Verstellung eines als Heckklappe ausgestalteten Verstellelements 1 eines Kraftfahrzeugs. Dies ist zwar vorteilhaft, aber nicht beschränkend zu verstehen. Vielmehr lässt sich der vorschlagsgemäße Spindelantrieb für alle möglichen Verstellelemente eines Kraftfahrzeugs einsetzen, wie weiter unten noch erläutert wird.
Der Spindelantrieb ist mit einem Antriebsmotor 2 mit Motorwelle 3, einem dem Antriebsmotor 2 nachgeschalteten Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 4 und einem dem Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 4 nachgeschalteten Vorschubgetriebe 5 zur Erzeugung linearer Antriebsbewegungen ausgestattet. Das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 4 weist ein Planetengetriebe 4a auf, während das Vorschubgetriebe 5 zur Erzeugung der linearen Antriebsbewegungen als Spindel-Spindelmutter-Getriebe ausgestaltet ist.
Das Planetengetriebe 4a weist in an sich üblicher Weise ein um eine Sonnenradachse 6a drehbares Sonnenrad 6 auf. Koaxial dazu ist ein um eine Planetenradträgerachse 7a drehbarer Planetenradträger 7 vorgesehen, der mindestens ein um eine Planetenradachse 8a, 9a drehbares Planetenrad 8, 9 trägt. Hier und vorzugsweise ist der Planetenradträger 7 entsprechend mit genau zwei Planetenrädern 8, 9 ausgestattet. Grundsätzlich kann hier auch nur ein Planetenrad bzw. können mehr als zwei Planetenräder vorgesehen sein. Koaxial zu dem Sonnenrad 6 ist ferner ein auf eine Hohlradachse 10a ausgerichtetes Hohlrad 10 vorgesehen, das hier und vorzugsweise gehäusefest angeordnet ist. Denkbar ist auch, dass das Hohlrad 10 festsetzbar ist, so dass es je nach Zustand festgesetzt oder frei um die Hohlradachse 10a drehbar ist. In diesem Fall kann das Planetengetriebe 4a als schaltbare Kupplung genutzt werden.
Die Planetenräder 8, 9 stehen im achsparallelen Eingriff mit dem Sonnenrad 6 einerseits und mit dem Hohlrad 10 andererseits. Der Begriff „achsparallel” bedeutet hier, dass die Sonnenradachse 6a, die Planetenradachsen 8a, 9a und die Hohlradachse 10a parallel zueinander ausgerichtet sind. Der grundsätzliche Aufbau des Drehzahl-Untersetzungsgetriebes 4 ergibt sich am besten aus einer Zusammenschau der 3 und 4.
Das als Spindel-Spindelmutter-Getriebe ausgestaltete Vorschubgetriebe 5 weist eine Antriebsspindel 11 auf, die mit einer Spindelmutter 12 kämmt. Dies ist der Darstellung gemäß 2 zu entnehmen. Hier und vorzugsweise wird die Antriebsspindel 11 mittels des Antriebsmotors 2 angetrieben. Grundsätzlich kann aber auch die Spindelmutter 12 mittels des Antriebsmotors 2 antreibbar sein.
Eine besonders schlanke Bauform ergibt sich dadurch, dass der Antriebsmotor 2, das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 4 und das Vorschubgetriebe 5 hintereinander in einem im Wesentlichen länglichen Antriebsgehäuse 13 untergebracht und auf eine gemeinsame Antriebs-Längsachse 14 ausgerichtet sind. Diese Ausrichtung ergibt sich im Einzelnen dadurch, dass die Motorwelle 3, die Sonnenradachse 6a, die Planetenradträgerachse 7a, die Hohlradachse 10a und die Antriebsspindelachse 11a auf die Antriebs-Längsachse 14 ausgerichtet sind.
Wesentlich ist mm, dass der Eingriff zwischen dem Sonnenrad 6 und dem mindestens einem Planetenrad 8, 9 des Planetenradträgers 7 als Evoloid-Verzahnung ausgestaltet ist. Die hiermit verbundenen Vorteile wurden im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert.
Im Sinne eines hohen Untersetzungsverhältnisses ist es hier vorgesehen, dass das Sonnenrad 6 die Antriebsseite und der Planetenradträger 7 die Abtriebsseite des Drehzahl-Untersetzungsgetriebes 4 bilden.
Mit der Evoloid-Verzahnung zwischen Sonnenrad 6 und Planetenradträger 7 lassen sich wie oben angedeutet hohe Drehzahl-Untersetzungsverhältnisse realisieren. Hier und vorzugsweise liegt das Untersetzungsverhältnis in einem Bereich zwischen etwa 17:1 und etwa 19:1, was sich bei der Anwendung des Spindelantriebs als Heckklappenantrieb bewährt hat. In Versuchen hat sich insbesondere das Untersetzungsverhältnis von etwa 18,4:1 bewährt.
Dadurch, dass das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 4 die oben genannten, hohen Untersetzungsverhältnisse bereitstellen kann, lässt sich das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 4 einstufig ausgestalten. In besonders bevorzugter Ausgestaltung stellt das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 4, insbesondere das Planetengetriebe 4a, die einzige Getriebestufe zwischen dem Antriebsmotor 2 und dem Vorschubgetriebe 5 bereit, was eine kompakte Bauart hinsichtlich der axialen Ausdehnung des Drehzahl-Untersetzungsgetriebes 4 erlaubt.
Die Detaildarstellung aus 5 zeigt, dass das Sonnenrad 6 als Evoloid-Zahnrad mit einer Ritzelzähnezahl = 1 ausgestaltet ist. Dabei verläuft der eine Ritzelzahn 15 im Wesentlichen spiralförmig um die Sonnenradachse 6a herum. Die axiale Erstreckung des Sonnenrads 6 entspricht hier und vorzugsweise etwa vier Windungen des Ritzelzahns 15.
Alternativ ist es auch denkbar, dass das Sonnenrad 6 als Evoloid-Zahnrad mit einer Ritzelzähnezahl = 2 oder mit einer Ritzelzähnezahl = 3 ausgestaltet ist. Dies kann insbesondere im Hinblick auf die zu erwartende Geräuschentwicklung vorteilhaft sein.
Bei den Planetenrädern 8, 9 des Planetenradträgers 7 handelt es sich vorzugsweise um schrägverzahnte Stirnräder. Entsprechend ist es hier und vorzugsweise so, dass das Hohlrad 10 für den Eingriff mit den Planetenrädern 8, 9 eine schrägverzahnte Innenverzahnung aufweist. Die Ausgestaltung der schrägverzahnten Planetenräder 8, 9 ergeben sich aus einer Zusammenschau der 4 und 5.
Die grundsätzliche Funktionsweise des Planetengetriebes 4a ergibt sich aus einer Zusammenschau der 3 und 4. Das Sonnenrad 6 wird über die Motorwelle 3 des Antriebsmotors 2 in Drehung versetzt und bewirkt über die Evoloid-Verzahnung eine Drehung der Planetenräder 8, 9 um die jeweiligen Planetenradachsen 8a, 9a. Die Drehung der Planetenräder 8, 9 bewirkt wiederum ein Abwälzen der Planetenräder 8, 9 an der Innenverzahnung des Hohlrads 10, was im Ergebnis zu einer Drehung des Planetenradträgers 7 um die Planetenradträgerachse 7a führt. Die Drehung des Planetenradträgers 7 wird über den Abtrieb 16 auf die Antriebsspindel 11 geleitet, was eine lineare Verstellung der Spindelmutter 12 entlang der Antriebsspindel 11 bewirkt. Die Funktionsweise des Vorschubgetriebes 5 wird im Detail weiter unten erläutert.
In der Darstellung gemäß 3 fällt auf, dass der Durchmesser der Planetenräder 8, 9 um einen Faktor größer als der Durchmesser des Sonnenrads 6 ist, der in einem Bereich zwischen etwa 2 und etwa 4, insbesondere bei etwa 3, liegt.
Eine Zusammenschau der 3 und 5 zeigt, dass hier und vorzugsweise zwei Planetenräder 8, 9 vorgesehen sind, die im Querschnitt quer zur Antriebs-Längsachse 14 auf gegenüberliegenden Seiten des Sonnenrads 6 angeordnet sind. In besonders bevorzugter Ausgestaltung liegen die Planetenradachsen 8a, 9a in einer Ebene, in der auch die Sonnenradachse 6a liegt.
Grundsätzlich können auch mehr als zwei Planetenräder 8, 9, hier und vorzugsweise vier Planetenräder, vorgesehen sein, die zumindest zum Teil, vorzugsweise paarweise, bezogen auf die Antriebs-Längsachse 14 versetzt angeordnet sind. Der Versatz der Planetenräder ist gerade so getroffen, dass eine kollisionsfreie Anordnung der Planetenräder zueinander gewährleistet ist.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine nicht-selbsthemmende Ausgestaltung des Drehzahl-Untersetzungsgetriebes 4, insbesondere also des Planetengetriebes 4a, mit der vorschlagsgemäßen Evoloid-Verzahnung ohne weiteres möglich ist. Entsprechend ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 4, vorzugsweise sogar der gesamte Antriebsstrang aus Antriebsmotor 2, Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 4 und Vorschubgetriebe 5, nicht-selbsthemmend ausgestaltet ist. Dies ist vor allem bei der Anwendung des Spindelantriebs als Heckklappenantrieb vorteilhaft, so dass eine manuelle Verstellung der Heckklappe 1 bei nicht bestromtem Antriebsmotor 2 ohne weiteres möglich ist.
Die vorschlagsgemäße Evoloid-Verzahnung gewährleistet eine hohe Untersetzung bei gutem Wirkungsgrad. Allerdings ist die Übertragung von Antriebs-Drehmomenten stets mit einer gewissen Axialkraft auf das Sonnenrad 6 einerseits und auf den Planetenradträger 7 andererseits verbunden. Der Planetenradträger 7 und/oder das Sonnenrad 6 sind entsprechend axial zu lagern, insbesondere wenn es auf eine nicht-selbsthemmende Anordnung ankommt. Eine solche Axiallagerung ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel für den Planetenradträger 7 und das Sonnenrad 6 zumindest zum Teil realisiert.
Für den Planetenradträger 7 ist eine Axiallageranordnung 17 vorgesehen, die bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ein als Wälzlager ausgestaltetes Axiallager 18 aufweist. Im Einzelnen handelt es sich bei dem Wälzlager 18 um ein Nadellager mit radial angeordneten Lagerkörpern. Grundsätzlich kann es sich bei dem Axiallager 18 auch um ein beliebig ausgebildetes Zylinderrollenlager, Kugellager o. dgl. handeln. Denkbar ist auch, dass mehr als nur ein als Wälzlager ausgestaltetes Axiallager 18 vorgesehen ist.
Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist für den Planetenradträger 7 eine Axiallageranordnung 17 vorgesehen, die den Planetenradträger 7 in beiden axialen Richtungen lagert. Interessant dabei ist die Tatsache, dass die Axiallageranordnung 17 asymmetrisch ausgelegt ist, so dass die Lagerreibung bei betragsmäßig identischer axialer Belastung in entgegengesetzten axialen Belastungsrichtungen unterschiedlich ist. In besonders bevorzugter Ausgestaltung liegt die Lagerreibung in der einen axialen Richtung mehr als 10% über der Lagerreibung in der anderen axialen Richtung.
Die obige Asymmetrie ergibt sich bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Axiallageranordnung 17 für den Planetenradträger 7 in der einen axialen Richtung ein oben angesprochenes, als Wälzlager ausgestaltetes Axiallager 18 und in der anderen axialen Richtung ein als Gleitlager ausgestaltetes Axiallager 19 bereitstellt.
Die Realisierung des Wälzlagers 18 und des Gleitlagers 19 stellt sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel konstruktiv besonders einfach dar. Das liegt vor allem daran, dass der Planetenradträger 7 eine im Wesentlichen zylindrische Trägerstruktur 20 für die Planetenräder 8, 9 aufweist, die auf die Antriebs-Längsachse 14 ausgerichtet ist. Die im Wesentlichen zylindrische Form der Trägerstruktur 20 zeigt sich deutlich in der Darstellung gemäß 5. Die im Wesentlichen zylindrische Trägerstruktur 20 des Planetenradträgers 7 ist entsprechend mit einer Zylinder-Stirnseite 21 ausgestattet, die hier und vorzugsweise flächig mit dem Wälzlager 18 der Axiallageranordnung 17 in Eingriff steht. Dabei stützt sich das Wälzlager 18, das wie erläutert vorzugsweise als Nadellager ausgestaltet ist, an einem gehäusefesten Absatz 22 ab, wie sich aus einer Zusammenschau der 3 und 4 ergibt.
Die andere Zylinder-Stirnseite 23 der im Wesentlichen zylindrischen Trägerstruktur 20 liegt gleitend an einem Gehäusedeckel 24 an und bildet so das als Gleitlager ausgestaltete Axiallager 19.
Auch das Sonnenrad 6 ist mit einer Axiallageranordnung 25 ausgestattet, die hier und vorzugsweise als reine Gleitlageranordnung ausgestaltet ist (3). Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass auch die Axiallageranordnung 25 für das Sonnenrad 6 mindestens ein als Wälzlager ausgestaltetes Axiallager, insbesondere ein Zylinderrollenlager, Nadellager oder Kugellager, aufweist.
Die Axiallageranordnung 25 des Sonnenrads 6 kann das Sonnenrad 6 grundsätzlich in beiden axialen Richtungen lagern und insbesondere in obiger Weise asymmetrisch ausgestaltet sein. Bei einer solchen Ausgestaltung ist die Lagerreibung bei betragsmäßig identischer axialer Belastung in entgegengesetzten Belastungsrichtungen entsprechend unterschiedlich. Vorzugsweise liegt die Lagerreibung in der einen axialen Richtung mehr als 10% über der Lagerreibung in der anderen axialen Richtung.
Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Axiallageranordnung 25 für das Sonnenrad 6 in der einen axialen Richtung ein als Wälzlager ausgestaltetes Axiallager und in der anderen axialen Richtung ein als Gleitlager ausgestaltetes Axiallager bereitstellt.
Wie schon erläutert, handelt es sich bei der Axiallageranordnung 25 für das Sonnenrad 6 um eine reine Gleitlageranordnung. Hierfür ist dem Sonnenrad 6 eine Lagerhülse 26 zugeordnet, die sich an einem gehäusefesten Absatz 27 abstützt, insbesondere in diesen gehäusefesten Absatz 27 eingepresst ist. Die Lagerhülse 26 stellt sowohl ein Radiallager als auch ein Axiallager in einer axialen Richtung, in 3 nach oben, bereit. Die Axiallagerung des Sonnenrads 6 in der anderen axialen Richtung, in 3 nach unten, ergibt sich vorzugsweise dadurch, dass das Sonnenrad 6 mit einer Klaue 28a einer Klauenkupplung 28 verpresst ist, die bei einer in 3 nach unten gerichteten Bewegung des Sonnenrads 6 gegen ein gehäusefestes Wandelement 29 in Anlage kommt.
Es wurde bereits erläutert, dass sowohl die Axiallageranordnung 17 für den Planetenradträger 7 als auch die Axiallageranordnung 25 für das Sonnenrad 6 asymmetrisch derart ausgelegt sein können, dass die Lagerreibung bei identischer axialer Belastung in entgegengesetzten axialen Belastungsrichtungen unterschiedlich ist. Dies bedeutet, dass bei betragsmäßig identischer axialer Belastung auf den Planetenradträger 7 bzw. auf das Sonnenrad 6 in Abhängigkeit von der Belastungsrichtung eine unterschiedliche Lagerreibung resultiert. Diese asymmetrische Ausgestaltung kann im Sinne einer kostengünstigen Auslegung des Drehzahl-Untersetzungsgetriebes 4 besonders vorteilhaft sein, wenn das zu verstellende Verstellelement 1 eine gewisse Öffnungs- oder Schließneigung aufweist. Dies ist bei der Anwendung des Spindelantriebs als Heckklappenantrieb in der Regel der Fall. Ein als Heckklappe ausgestaltetes Verstellelement 1 hat jedenfalls in einem gewissen Verstellbereich regelmäßig eine Schließneigung, gegen die der Heckklappenantrieb beim Öffnen antreibend und beim Schließen ggfs. bremsend wirkt. Im Ergebnis werden das Sonnenrad 6 und der Planetenradträger 7 überwiegend in vorbestimmte axiale Richtungen belastet, die für diese beiden Komponenten 6, 7 stets entgegengesetzt sind. Für einen solchen Fall ist es bevorzugt, nur hinsichtlich der überwiegend auftretenden Belastungsrichtungen eine besonders geringe Lagerreibung, insbesondere durch Verwendung eines Wälzlagers, vorzusehen. Die jeweils andere Öffnungsrichtung kann kostengünstig mit einem Gleitlager ausgelegt werden.
Schließlich darf noch auf die Funktionsweise des Vorschubgetriebes 5 hingewiesen werden. Eine Drehung der Motorwelle 3 bewirkt wie schon erläutert stets eine drehzahluntersetzte Drehung des Abtriebs 16 des Drehzahl-Untersetzungsgetriebes 4, die auf die Antriebsspindel 11 geleitet wird. Eine Drehung der Antriebsspindel 11 bewirkt eine lineare Verstellung der Spindelmutter 12 und damit eine lineare Verstellung eines Führungsrohrs 30, das fest mit der Spindelmutter 12 verbunden ist. Das Führungsrohr 30 ist wiederum im Bereich eines Anschlusses 31 des Spindelantriebs mit einem Außenrohr 13a verbunden, das gegenüber einem Innenrohr 13b teleskopierbar ist. Das Außenrohr 13a und das Innenrohr 13b ergeben zusammen das Antriebsgehäuse 13 des Spindelantriebs. Das Innenrohr 13b ist mit dem anderen Anschluss 32 des Spindelantriebs verbunden. Es nimmt ferner die vorzugsweise vormontierte Einheit aus Antriebsmotor 2 und Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 4 auf.
Die Vormontierbarkeit des Antriebsmotors 2 und des Drehzahl-Untersetzungsgetriebes 4 ergibt sich aus der in den 3, 4 und 5 dargestellten Struktur. Aus diesen Darstellungen geht hervor, dass dem Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 4 ein Getriebegehäuse 33 zugeordnet ist, dass im Rahmen einer Vormontage an den Antriebsmotor 2 montierbar ist und das fest mit dem Innenrohr 13b des Antriebsgehäuses 13 verbunden ist.
Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Verstellelementanordnung eines Kraftfahrzeugs mit einem Verstellelement 1 und einem obigen, vorschlagsgemäßen Spindelantrieb zur motorischen Verstellung des Verstellelements 1 beansprucht. Auf alle Ausführungen zu dem vorschlagsgemäßen Spindelantrieb, die geeignet sind, die Verstellelementanordnung zu erläutern, darf verwiesen werden.
Wie oben erläutert, sind für das Verstellelement 1 zahlreiche Varianten denkbar. In besonders bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei dem Verstellelement 1 um eine Heckklappe, einen Heckdeckel, eine Tür, insbesondere eine Seitentür, eine Motorhaube o. dgl. eines Kraftfahrzeugs.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202006014694 U1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Zahnradtechnik, Evolventen-Sonderverzahnungen zur Getriebeverbesserung”, Dr.-Ing. Karlheinz Roth, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1998, ISBN 3-540-642 36-6, Kapitel 1 ”Evoloid-Verzahnungen ...”, Seite 2 ff. [0009]

Claims

Spindelantrieb zur motorischen Verstellung eines Verstellelements (1) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Antriebsmotor (2) mit Motorwelle (3), einem dem Antriebsmotor (2) nachgeschalteten Drehzahl-Untersetzungsgetriebe (4) und einem dem Drehzahl-Untersetzungsgetriebe (4) nachgeschalteten Vorschubgetriebe (5), wobei das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe (4) ein Planetengetriebe (4a) aufweist und wobei das Vorschubgetriebe (5) als Spindel-Spindelmutter-Getriebe ausgestaltet ist, wobei das Planetengetriebe (4a) ein drehbares Sonnenrad (6) und koaxial dazu einen drehbaren Planetenradträger (7) und ein festgesetztes oder festsetzbares Hohlrad (10) aufweist und wobei der Planetenradträger (7) mindestens ein drehbares Planetenrad (8, 9) trägt, das in achsparallelem Eingriff mit dem Sonnenrad (6) einerseits und dem Hohlrad (10) andererseits steht, wobei der Antriebsmotor (2), das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe (4a) und das Vorschubgetriebe (5) hintereinander in einem im Wesentlichen länglichen Antriebsgehäuse (13) untergebracht und auf eine gemeinsame Antriebs-Längsachse (14) ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriff zwischen dem Sonnenrad (6) und dem mindestens einen Planetenrad (8, 9) des Planetenradträgers (7) als Evoloid-Verzahnung ausgestaltet ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (6) die Antriebsseite und der Planetenradträger (7) die Abtriebsseite des Planetengetriebes (4a) bildet.
Spindelantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (4a) eine Drehzahluntersetzung bereitstellt, die in einem Bereich zwischen etwa 17:1 und etwa 19:1, insbesondere bei etwa 18,4:1 liegt.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe (4) einstufig ausgestaltet ist und zwischen dem Antriebsmotor (2) und dem Vorschubgetriebe (5) die einzige Getriebestufe bereitstellt.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (6) als Evoloid-Zahnrad mit einer Ritzelzähnezahl = 1 ausgestaltet ist, oder, dass das Sonnenrad (6) als Evoloid-Zahnrad mit einer Ritzelzähnezahl = 2 ausgestaltet ist, oder, dass das Sonnenrad (6) als Evoloid-Zahnrad mit einer Ritzelzähnezahl = 3 ausgestaltet ist.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine dem Planetenradträger (7) zugeordnete Planetenrad (8, 9) als schrägverzahntes Stirnrad ausgestaltet ist.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (10) für den Eingriff mit dem mindestens einen dem Planetenradträger (7) zugeordneten Planetenrad (8, 9) eine schrägverzahnte Innenverzahnung aufweist.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des mindestens einen Planetenrads (8, 9) um einen Faktor größer als der Durchmesser des Sonnenrads (6) ist, der in einem Bereich zwischen etwa 2 und etwa 4, insbesondere bei etwa 3, liegt.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Planetenräder (8, 9) vorgesehen sind, die im Querschnitt quer zur Antriebs-Längsachse (14) auf gegenüberliegenden Seiten des Sonnenrads (6) angeordnet sind.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Planetenräder (8, 9), insbesondere vier Planetenräder, vorgesehen sind, die zumindest zum Teil, vorzugsweise paarweise, bezogen auf die Antriebs-Längsachse (14) versetzt angeordnet sind.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe (4), vorzugsweise der Antriebsstrang aus Antriebsmotor, Drehzahl-Untersetzungsgetriebe (4) und Vorschubgetriebe (5), nicht-selbsthemmend ausgestaltet ist.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Axiallageranordnung (17) für den Planetenradträger (7) vorgesehen ist, vorzugsweise, dass die Axiallageranordnung (17) mindestens ein als Wälzlager ausgestaltetes Axiallager (18), insbesondere ein Zylinderrollenlager, Nadellager oder Kugellager, aufweist.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Axiallageranordnung (17) für den Planetenradträger (7) vorgesehen ist, die den Planetenradträger (7) in beiden axialen Richtungen lagert, vorzugsweise, dass die Lagerreibung bei betragsmäßig identischer axialer Belastung in entgegengesetzten axialen Belastungsrichtungen unterschiedlich ist, weiter vorzugsweise, dass die Lagerreibung in der einen axialen Richtung mehr als 10% über der Lagerreibung in der anderen axialen Richtung liegt.
Spindelantrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallageranordnung (17) für den Planetenradträger (7) in der einen axialen Richtung ein als Wälzlager ausgestaltetes Axiallager (18) und in der anderen axialen Richtung ein als Gleitlager ausgestaltetes Axiallager (19) bereitstellt.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (7) eine im Wesentlichen zylindrische Trägerstruktur (20) für das mindestens eine Planetenrad (8, 9) aufweist, die auf die Antriebs-Längsachse (14) ausgerichtet ist, vorzugsweise, dass die im Wesentlichen zylindrische Trägerstruktur (20) des Planetenradträgers (7) mindestens eine Zylinder-Stirnseite (21) aufweist, die insbesondere flächig mit einem Axiallager (18) der Axiallageranordnung (17) in Eingriff steht.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Axiallageranordnung (25) für das Sonnenrad (6) vorgesehen ist, vorzugsweise, dass die Axiallageranordnung (25) mindestens ein als Wälzlager ausgestaltetes Axiallager, insbesondere ein Zylinderrollenlager, Nadellager oder Kugellager, aufweist.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Axiallageranordnung (25) für das Sonnenrad (6) vorgesehen ist, die das Sonnenrad (6) in beiden axialen Richtungen lagert, vorzugsweise, dass die Lagerreibung bei betragsmäßig identischer axialer Belastung in entgegengesetzten axialen Belastungsrichtungen unterschiedlich ist, weiter vorzugsweise, dass die Lagerreibung in der einen axialen Richtung mehr als 10% über der Lagerreibung in der anderen axialen Richtung liegt.
Spindelantrieb nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallageranordnung (25) für das Sonnenrad (6) in der einen axialen Richtung ein als Wälzlager ausgestaltetes Axiallager und in der anderen axialen Richtung ein als Gleitlager ausgestaltetes Axiallager bereitstellt.
Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Drehzahl-Untersetzungsgetriebe ein Getriebegehäuse (13) zugeordnet ist, das im Rahmen einer Vormontage an dem Antriebsmotor (2) montierbar ist.
Verstellelementanordnung eines Kraftfahrzeugs mit einem Verstellelement (1) und einem Spindelantrieb zur motorischen Verstellung des Verstellelements (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verstellelementanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement (1) eine Heckklappe, ein Heckdeckel, eine Tür, insbesondere eine Seitentür, eine Motorhaube o. dgl., eines Kraftfahrzeugs ist.