-
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 12.
-
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 2011 106 149 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, deren Verlaufsrichtung im Weiteren als axiale Richtung bezeichnet wird.
-
Das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe des bekannten Spindelantriebs umfasst ein Planetengetriebe, das die üblichen Komponenten Sonnenrad, Planetenradträger mit Planetenrädern und Hohlrad aufweist.
-
Zur Drehmomentübertragung vom Drehzahl-Untersetzungsgetriebe zum als Spindel-Spindelmutter-Getriebe ausgestalteten Vorschubgetriebe ist ein als Abtriebsklaue ausgestaltetes Abtriebselement drehfest mit dem Planetenradträger des Planetengetriebes verbunden. Dabei muss aufgrund von Wechselwirkungen mit den Komponenten des nachgeschalteten Vorschubgetriebes und aufgrund akustischer Auffälligkeiten resultierend aus dem Lösen der Abtriebsklaue aus dem Drehzahl-Untersetzungsgetriebe die Abtriebsklaue axial gesichert sein.
-
Eine axiale Sicherung der Abtriebsklaue eines wie zuvor beschriebenen Spindelantriebs erfolgt gemäß einem internen Stand der Technik dadurch, dass die Abtriebsklaue mit einer radialen Pressrippe versehen ist, die einen Presssitz zwischen Abtriebsklaue und Planetenradträger bewirkt. Dieser Pressverband ist radial angelegt und nur für geringe axiale Kräfte geeignet. Um ein ungewolltes Lösen der Abtriebsklaue vom Planetenradträger zu verhindern, was Schleifgeräusche hervorruft, ist es auch bekannt, die Abtriebsklaue zusätzlich stoffschlüssig mittels eines Klebstoffs axial zu sichern, der zwischen Abtriebsklaue und Planetenradträger appliziert wird. Eine entsprechende kraft- und stoffschlüssige axiale Sicherung führt zu einem relativ hohen Montageaufwand des Spindelantriebs.
-
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, den bekannten Spindelantrieb derart auszugestalten und weiterzubilden, dass der Montageaufwand 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 durch Vorsehen eines axialen Formschlusses das Abtriebselement besonders einfach eingebaut werden kann. Insbesondere erlaubt es der vorschlagsgemäße Spindelantrieb, auf ein Verpressen von Abtriebselement und Planetenradträger zum Erzeugen einer reibschlüssigen Verbindung zu verzichten, was den notwendigen Kraftaufwand bei der Montage minimiert. Auch kann auf das Erzeugen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Abtriebselement und Planetenradträger verzichtet werden, was Material insbesondere in Form von Klebstoff spart und außerdem die Montagezeit und den Montageaufwand weiter reduziert.
-
Bei der Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 handelt es sich bei dem Abtriebselement um eine Abtriebsklaue, also ein rotierbares Element, das mindestens zwei sich im Wesentlichen in axialer Richtung zum Vorschubgetriebe hin erstreckende, eine Klaue bildende Arme aufweist. Diese dienen zur Drehmomentübertragung auf eine nachfolgende Komponente des Vorschubgetriebes, beispielsweise einen Spindelanschluss, die bzw. der drehfest mit der Antriebsspindel verbunden ist.
-
Ein axialer Formschluss wird bei der Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 zwischen den Planetengetriebekomponenten, Planetenradträger und Hohlrad vorgesehen. In die eine axiale Richtung kann sich das Abtriebselement also gegen den Planetenradträger und in der entgegengesetzten Richtung gegen das Hohlrad abstützen.
-
Bei der Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 wird eine formschlüssige axiale Sicherung in Richtung des Vorschubgetriebes dadurch erreicht, dass das Abtriebselement mindestens einen radialen Vorsprung und das Hohlrad mindestens ein dazu korrespondierendes, d. h. im axialen Belastungsfall damit stützend zusammenwirkendes, Anschlagselement aufweist.
-
Im Planetenradträger kann je Vorsprung eine korrespondierende radiale Aussparung vorgesehen sein, in die der jeweilige radiale Vorsprung des Abtriebselements eintaucht oder durch den sich der jeweilige Vorsprung in radialer Richtung hindurcherstreckt (Anspruch 5). Die jeweilige Aussparung kann dabei in einer radialen Seitenwand einer Vertiefung des Planetenradträgers vorgesehen sein.
-
Die Ansprüche 6 und 7 beschreiben besondere Ausgestaltungen des mindestens einen radialen Vorsprungs, wonach insbesondere Mittel vorgesehen sind, durch die Reibungskräfte zwischen Abtriebselement und Hohlrad im Betrieb des Spindelantriebs minimiert werden.
-
Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 8 definiert eine besondere Querschnittsform des mindestens einen radialen Vorsprungs, durch die sich Material und Gewicht einsparen lässt.
-
Die Ansprüche 9 bis 11 definieren mögliche Ausgestaltungen des Bereichs zwischen dem mindestens einen radialen Vorsprung und dem Anschlagselement.
-
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 12, der 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.
-
Anspruch 13 definiert schließlich mögliche Ausgestaltungen des Verstellelements.
-
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 im eingefahrenen Zustand in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht sowie den Antriebsbereich als Explosionsdarstellung in einer perspektivischen Ansicht,
- 3 verschiedene vergrößerte Ansichten eines Teils des Antriebsbereichs des Spindelantriebs gemäß 1 und
- 4 Detailansichten einer formschlüssigen Verbindung zwischen Komponenten des Antriebsbereichs gemäß 3.
-
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, einem dem Antriebsmotor 2 nachgeschalteten Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 3 und einem dem Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 3 nachgeschalteten Vorschubgetriebe 4 zur Erzeugung linearer Antriebsbewegungen ausgestattet. Das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 3 weist ein Planetengetriebe 5 auf, während das Vorschubgetriebe 4 zur Erzeugung der linearen Antriebsbewegung als Spindel-Spindelmutter-Getriebe ausgestaltet ist.
-
Das Planetengetriebe 5 weist in an sich üblicher Weise die Getriebekomponenten Sonnenrad, Planetenradträger 6 mit Planetenrädern und Hohlrad 7 auf, von denen hier der Einfachheit halber nur der Planetenradträger 6 und das Hohlrad 7 dargestellt sind. Das Sonnenrad ist um eine entsprechende Sonnenradachse drehbar. Koaxial dazu ist der Planetenradträger 6 um eine Planetenradträgerachse drehbar, wobei die Planetenräder auf dem Planetenradträger 6 jeweils um eigene Planetenradachsen drehbar sind. Ebenfalls koaxial zu dem Sonnenrad ist das Hohlrad 7 auf einer Hohlradachse drehbar, wobei das Hohlrad 7 hier und vorzugsweise gehäusefest angeordnet ist. Denkbar ist auch, dass das Hohlrad 7 festsetzbar ist, so dass es je nach Zustand festgesetzt oder frei um seine Hohlradachse drehbar ist. In letzterem Fall kann das Planetengetriebe 5 als schaltbare Kupplung genutzt werden. Die Planetenräder stehen im achsparallelen Eingriff mit dem Sonnenrad einerseits und mit dem Hohlrad 7 andererseits. Der Begriff „achsparallel“ bedeutet hier, dass die Sonnenradachse, die Planetenradachsen und die Hohlradachse parallel zueinander ausgerichtet sind. Das als Spindel-Spindelmutter-Getriebe ausgestaltete Vorschubgetriebe 4 weist eine Antriebsspindel 8 auf, die mit einer Spindelmutter 9 kämmt. Dies ist der linken Ansicht von 2 zu entnehmen. Hier und vorzugsweise wird das vom Antriebsmotor 2 erzeugte Drehmoment je nach Getriebestellung des Planetengetriebes 5 entweder über das Hohlrad 7 oder über den Planetenradträger 6 auf die Antriebsspindel 8 übertragen. Auch ist es denkbar, dass der Antriebsmotor 2 nicht die Antriebsspindel 8, sondern stattdessen die Spindelmutter 9 antreibt. Schließlich ist hier und vorzugsweise eine die Drehbewegung der Antriebsspindel 8 bremsende Bremseinheit 10 vorgesehen, die ein sicheres Halten des Verstellelements 1, beispielsweise einer Heckklappe, in Zwischenstellungen erlaubt.
-
Eine besonders schlanke Bauform ergibt sich dadurch, dass der Antriebsmotor 2, das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 3 und das Vorschubgetriebe 4 hintereinander in einem im Wesentlichen länglichen Antriebsgehäuse 28, untergebracht und auf eine gemeinsame Antriebs-Längsachse 12 ausgerichtet sind.
-
Hier und vorzugsweise ist es mit dem Planetengetriebe
5 möglich, eine nichtselbsthemmende Ausgestaltung des Drehzahl-Untersetzungsgetriebes
3 zu bilden. Dazu kann das Planetengetriebe
5 beispielsweise als Evoloid-Getriebe ausgestaltet sein, dessen Sonnenrad nur einen einzelnen Ritzelzahn aufweist, der ein spiralförmig um die Sonnenradachse herum verlaufendes Evolventenprofil aufweist. Die Planetenräder und das Hohlrad
7 weisen dann eine korrespondierende Verzahnung auf. Zu den technischen Details einer solchen Evoloid-Verzahnung darf auf die
DE 20 2011 106 149 U1 verwiesen werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe
3, besonders bevorzugt sogar der gesamte Antriebsstrang aus Antriebsmotor
2, Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 3 und Vorschubgetriebe
4, 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 bestromten Antriebsmotor
2 ohne Weiteres möglich ist.
-
Bei dem vorschlagsgemäßen Spindelantrieb wird nun, wie bereits zuvor angedeutet, ein Drehmoment von dem Planetengetriebe 5 auf das nachgeschaltete Vorschubgetriebe 4 übertragen, und zwar, indem der Planetenradträger 6 mit einem Abtriebselement 13 drehfest verbunden ist. Das Abtriebselement 13 ist hier und vorzugsweise als Abtriebsklaue ausgestaltet und überträgt das Drehmoment hier auf einen Spindelanschluss 14, der hier als Antriebsklaue ausgestaltet ist und drehfest mit der Antriebsspindel 8 verbunden ist.
-
Das Abtriebselement 13 ist, wie die 3 und 4 zeigen, in axialer Richtung X formschlüssig gesichert. Mit der axialen Richtung X ist die Verlaufsrichtung der Antriebs-Längsachse 12 vom Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 3 in Richtung des Vorschubgetriebes 4 gemeint. Der in der axialen Richtung X bestehende Formschluss wird im Weiteren noch näher erläutert. Das Abtriebselement 13 ist ferner entgegen der axialen Richtung X formschlüssig gesichert, indem es sich axial gegen den Planetenradträger 6 abstützt.
-
Der Formschluss in der axialen Richtung X wird dadurch erreicht, dass sich das Abtriebselement 13 am Hohlrad 7 des Planetengetriebes 5 abstützt.
-
Zu diesem Zweck weist das Abtriebselement 13 einen oder mehrere radiale Vorsprünge 15, hier beispielhaft drei Vorsprünge 15, auf, die vom Abtriebselement 13 radial nach außen hervorstehen. Das Hohlrad 7 weist ein innenseitig umlaufendes, korrespondierendes Anschlagselement 16 auf, das einen axialen Anschlag für die Vorsprünge 15 des Abtriebselements 13 bildet. Das Anschlagselement 16 ist hier und vorzugsweise ein radial nach innen gerichteter, durchgehender Kragen. „Durchgehend“ bedeutet hier, dass der Kragen in Umfangsrichtung keine Unterbrechungen hat.
-
Im Planetenradträger 6 sind an dessen zum Vorschubgetriebe 4 gewandten Seite Vertiefungen 17 zur Drehmomentübertragung an das Abtriebselement 13 ausgebildet, die radial von einer umlaufenden Seitenwand 18 begrenzt werden. Im Bereich der Vertiefungen 17 sind in der umlaufenden Seitenwand 18 Aussparungen 19 vorgesehen, die zur Aufnahme je eines der Vorsprünge 15 dienen. Die Aussparungen 19 bilden im montierten Zustand Fenster, in die der jeweilige Vorsprung 15 eintaucht bzw. durch die der jeweilige Vorsprung 15 hindurchreicht. Das äußere radiale Ende der Vorsprünge 15 kann dabei mit der Innenseite des Hohlrads 7 in Kontakt kommen. Eine Drehmomentübertragung zwischen Vorsprung 15 und dem jeweiligen Rand der fensterförmigen Aussparung 19 findet vorzugsweise nicht statt, so dass die Vorsprünge 15 ausschließlich axial belastet werden. Da der Spindelantrieb überwiegend Drehmomente überträgt, treten nur geringfügige Axialkräfte zwischen den Vorsprüngen 15 und dem Anschlagselement 16 auf. Diese Funktionstrennung verhindert eine Überbestimmung und eine Überlastung durch das Drehmoment. Entsprechend können die Vorsprünge 15 zum Planetenradträger 6 freigestellt und in ihrer Geometrie entsprechend klein ausgeführt werden.
-
Da die Vorsprünge 15 nicht im Kraftfluss der Lagerstelle des Planetenradträgers 6 liegen und selbst keine Lagerstelle ausbilden, ist auch eine qualitativ einfache Oberflächengestaltung möglich. Die Materialauswahl ist somit auch frei an die Festigkeitsanforderungen des Abtriebselements 13 anpassbar. Auch ändert sich die Lagerfläche des Planetenradträgers 6 nicht nennenswert durch die vorschlagsgemäße Lösung und es besteht kein zusätzlicher Materialbedarf, da das für die Vorsprünge 15 zusätzlich benötigte Material entsprechend aus dem Planetenradträger 6 ausgespart wird. Die Aussparungen 19 werden insbesondere so ausgebildet, dass fertigungstechnische Abweichungen der Lageroberfläche in diesen Aussparungen 19 verborgen werden können. Die vorschlagsgemäße Lösung lässt sich schließlich auch ohne Änderungen in der üblichen Montage umsetzen und erfordert entsprechend keine zusätzlichen Investitionen.
-
Im Folgenden sollen nun besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Abtriebselements 13 anhand der 3 und 4 erläutert werden. So weist jeder der radialen Vorsprünge 15 an seiner im montierten Zustand dem Anschlagselement 16 zugewandten Seite 20 eine oder mehrere lokale Erhebungen 21, hier genau zwei Erhebungen 21, auf, wobei sich die Erhebungen 21 hier und vorzugsweise in Richtung des Anschlagselements 16 verjüngen. Dies hat im Betrieb des Spindelantriebs den Vorteil, dass in dem Fall, dass die Vorsprünge 15 mit dem im Betrieb relativ dazu rotierenden Anschlagselements 16 in Kontakt kommen, die Kontaktfläche zwischen Vorsprüngen 15 und Anschlagselement 16 minimiert wird. Auf diese Weise wird auch ein Kraftfluss zwischen Anschlagselement 16 und Vorsprüngen 15 minimiert, der ansonsten die Funktion des Planetengetriebes 5 beeinträchtigen und den Verschleiß innerhalb des Planetengetriebes 5 und insbesondere der Vorsprünge 15 und des Anschlagselements 16 erhöhen könnte.
-
Aus denselben Gründen kann jeder der Vorsprünge 15 an seiner radialen Außenseite 22, die der radialen Innenfläche des Hohlrads 7 zugewandt ist, eine oder mehrere Wulste oder Nocken 23 aufweisen. Auch die Wulste oder Nocken 23 können sich radial nach außen, also von dem jeweiligen Vorsprung 15 weg, verjüngen. Die Wulste oder Nocken 23 dienen ebenfalls dazu, die Kontaktfläche zwischen dem jeweiligen Vorsprung 15 und der Innenseite des Hohlrads 7 zu minimieren, um auch dadurch den Kraftfluss zu minimieren.
-
Wie 4 in der rechten unteren Ansicht zeigt, kann jeder der Vorsprünge 15 in einem Schnitt orthogonal zur radialen Richtung, d. h. einem Schnitt parallel zur Axialrichtung X, einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Solchermaßen geformte radiale Vorsprünge 15 sind einerseits ausreichend stabil, verbrauchen andererseits aber auch weniger Material als Vorsprünge aus Vollmaterial, was auch zu einer Gewichtsreduzierung beiträgt.
-
Schließlich ist in den Ansichten in 4 noch eine optionale Distanzscheibe 24 im Bereich zwischen den radialen Vorsprüngen 15 und dem umlaufenden Anschlagselement 16 dargestellt. Die Distanzscheibe 24 kann ebenfalls als axialer Anschlag der Vorsprünge 15 dienen und überträgt in diesem Fall die Kräfte weiter an das Anschlagselement 16. Durch Vorsehen einer solchen Distanzscheibe 24 kann die Materialpaarung zwischen Vorsprung 15 und der entsprechenden Anschlagfläche optimiert werden, beispielsweise dahingehend, dass die Erhebungen 21 der Vorsprünge 15 optimal auf der Anschlagsfläche gleiten können, um dadurch Reibung und einen entsprechenden Kraftfluss weiter zu minimieren.
-
Die Distanzscheibe 24 kann auch zum Spielausgleich verwendet werden. So ist das maximale Spiel a zwischen der dem Anschlagselement 16 zugewandten Seite 20 der Vorsprünge 15 und der Anschlagsfläche, mit der die Vorsprünge 15 in axialer Richtung X in Kontakt kommen können, also der den Vorsprüngen 15 zugewandten Oberfläche entweder des Anschlagselements 16 oder der Distanzscheibe 24, auf maximal 0,5 mm, bevorzugt max. 0,4 mm, besonders bevorzugt max. 0,3 mm beschränkt.
-
Schließlich darf noch näher auf die Funktionsweise des Vorschubgetriebes 4 eingegangen werden. Ein Betrieb des Antriebsmotors 2 bewirkt eine drehzahluntersetzte Drehung des Abtriebselements 13 des Drehzahl-Untersetzungsgetriebes 4, die auf die Antriebsspindel 8 geleitet wird. Eine Drehung der Antriebsspindel 8 bewirkt eine lineare Verstellung der Spindelmutter 9 und damit eine lineare Verstellung eines Führungsrohrs 25, das fest mit der Spindelmutter 9 verbunden ist. Das Führungsrohr 25 ist wiederum im Bereich eines Anschlusses 26 des Spindelantriebs mit einem Gehäuseinnenrohr 11a verbunden, das gegenüber einem Gehäuseaußenrohr 11b teleskopierbar ist. Das Gehäuseaußenrohr 11b ist wiederum mit einem entgegengesetzten Anschluss 27 verbunden. Es nimmt ferner die vorzugsweise vormontierte Einheit aus Antriebsmotor 2 und Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 3 auf. Insbesondere kann der Spindelantrieb als variables Baukastensystem je nach Kundenwunsch zusammengesetzt werden.
-
Nach einer weiteren Lehre, der 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
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 202011106149 U1 [0003, 0024]
