DE4316022C2 - Schnecken-Zahnstangen-Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schnecken-Zahnstangen-Getriebe, das sich insbesondere für die Verwendung in Verstelleinrichtungen von Kraftfahrzeugen eignet und sich durch eine besonders geringe Geräuschentwicklung auszeichnet.

Aus der DE-OS 20 04 504 ist eine Längsverstellvorrichtung für Fahrzeugsitze bekannt, deren Führungsschienen einen Hohlraum einschließen und eine Gewindespinde als kraftübertragendes Getriebeelement aufnehmen. Die an der Oberschiene befestigte und ausrastbar gelagerte Gewindespindel greift in schräg verlaufende Schlitze der Unterschiene ein. Über eine Welle ist ein Handrad mit der Gewindespindel verbunden und ermöglicht durch Betätigung des Handrades eine Feineinstellung des Fahrzeugsitzes.

Eine ähnliche technische Lösung, jedoch für einen motorisch angetriebenen Fahrzeugsitz, beschreibt die JP 63-3 80 47A. Als Zahnstange wird ein Blechstreifen verwendet, in den schlitzartige Vertiefungen geprägt sind. In diese Vertiefungen greift die Verzahnung einer zylindrischen Schnecke ein, an deren Ende ein Schneckenrad kleineren Durchmessers angeformt ist, das wiederum von einer Antriebsschnecke getrieben wird. Die Kombination einer Zahnstange und einer zylindrisch ausgebildeten Antriebsschnecke weißt den Nachteil auf, daß die rotierende Schnecke durch das periodische Eintauchen ihres Verzahnungsbeginns in die Verzahnung der Zahnstange ein schlagendes Einlaufgeräusch verursacht wird. Die Ursache hierfür besteht in der schlagartig auftretenden vollen Belastung der in die Verzahnung der Zahnstange eintauchenden Flanke der Schneckenverzahnung.

Der oben genannte Nachteil eines Schnecken-Zahnstangen-Getriebes wird durch die technische Lösung des DE 91 09 918 U1 beseitigt. Danach sind die Verzahnungselemente der Zahnstange als Matrizen eines Abschnittes eines Schneckenprofils ausgebildet. Nachteilig hierbei ist der relativ hohe technische Aufwand zur Herstellung solcher Zahnstangen, die im wesentlichen nur durch Fräsen oder Prägen erzeugt werden können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Schnecken-Zahnstangen- Getriebe für Verstelleinrichtungen von Kraftfahrzeugen, insbesondere für die Verwendung in Sitzverstelleinrichtungen, zu entwickeln, bei dem der Verzahnungsbeginn der Schnecke zunächst berührungslos in die Verzahnung der Zahnstange eintaucht und dann allmählich, d. h. gleitend zu tragen beginnt. Dadurch sollen schlagende Einlaufgeräusche der Schneckenverzahnung vermieden werden. Außerdem soll die Schnecke ohne Mehraufwand herstellbar sein und keine wesentliche Vergrößerung ihrer Baulänge aufweisen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Schnecke gelöst, deren Kontur im Einlaufbereich ihrer Verzahnung, also an den Enden der Schnecke, ballig ausgeführt ist. Solche im wesentlichen konvexe Schneckenformen haben den Vorteil, daß die Flanken der Schneckenverzahnung nur allmählich in die Gegenverzahnung der ihr zugeordneten im wesentlichen geraden Zahnstange einlaufen und entsprechend allmählich (leitend und nicht schlagend) an der Kraftübertragung beteiligt werden.

Gemäß der ersten Erfindungsvariante sind beide Flanken des Verzahnungsbeginns der Schnecke, d. h., sowohl die rechte als auch die linke Flanke, radial in Richtung der Schneckenachse vorzugsweise um den gleichen Betrag zurückgesetzt. Besonders günstig, und gegenüber herkömmlichen Herstellungsmethoden ohne jeden Mehraufwand, lassen sich solche Schnecken mit einem Fräser (Negativ-Fräser) erzeugen, dessen Schneidkanten die Negativform des vollständigen Zahnquerschnitts der Schneckenverzahnung abbilden.

Eine weitere Variante der Erfindung sieht eine gegenüber der Verzahnung der Zahnstange geringfügig vergrößerte Teilung der Schneckenverzahnung vor, wobei die jeweils äußeren Flanken der Schneckenverzahnung radial zurückgesetzt sind. Auch durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß beide Zahnflanken (innere und äußere Zahnflanke) ohne schlagartigen Kontakt in die Gegenverzahnung der Zahnstange eintauchen. Außerdem tragen bei dieser Ausführungsform nur die am weitesten außen liegenden und nicht radial zurückgesetzten Flanken der Schneckenverzahnung.

Das Maß einer sinnvollen Teilungsvergrößerung ist von der Verzahnungsgeometrie abhängig und wird im wesentlichen von der Verzahnungshöhe sowie dem Eingriffswinkel bestimmt. Bei einer üblichen Verzahnungsgeometrie sollte die Teilungsvergrößerung im Bereich von (0,2 . . . 0,7) h . tan α liegen, wobei h die Zahnhöhe und α den Verzahnungswinkel bezeichnet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen sowie den dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a - Schematische Darstellung der Kontur einer über ihre gesamte Länge balligen (konvexen) Schnecke.

Fig. 1b - Schematische Darstellung einer Schnecke mit balligen Enden (Einlaufbereichen).

Fig. 1c - Schematische Darstellung der konvexen äußeren Kontur einer Schnecke, zusammengesetzt aus drei linearen Bereichen.

Fig. 2 - Querschnitt durch eine Schnecke mit balligen (konvexen) Einlaufbereichen mit angesetztem Negativ-Fräser.

Fig. 3 - Querschnitt durch eine Schnecke mit vergrößerter Teilung und zurückgesetzten Außenflanken des Verzahnungsbeginns.

Die Fig. 1a bis 1c zeigen grundsätzlich erfindungsgemäß verwendbare ballige (konvexe) Schneckenformen mit radial zurückgesetzten Enden (Einlaufbereichen).

Während die Schnecke 1a über ihre gesamte Länge eine konvexe äußere Kontur aufweist, besitzt die Schnecke 1b einen mittleren Bereich 2b mit zylindrischer Kontur, an den sich beidseitig die konvexen Einlaufbereiche 3b anschließen. Einen ähnlichen Konturaufbau zeigt die Schnecke 1c, deren zylindrischer mittlerer Bereich 2c von zwei ebenfalls ebenen Einlaufbereichen 3c flankiert wird.

Fig. 2 stellt den Querschnitt durch eine konvexe Schnecke 10 gemäß der in Fig. 1b beschriebenen Kontur dar. Diese Erfindungsvariante besitzt einen zylindrischen mittleren Bereich 20 mit Zahnquerschnitten 21, an denen sich konvexe Einlaufbereiche 30 anschließen. Der Verlauf des Mittenkreisdurchmessers 323 der Schneckenverzahnung ist durch eine Strich-Punkt-Linie kenntlich gemacht.

Um einen schlagenden Einlauf der Schneckenverzahnung in die Verzahnung einer (nicht dargestellten) Zahnstange sicher zu vermeiden, sind beide Zahnflanken 310 des Zahnquerschnitts 31 im Einlaufbereich radial in Richtung der Schneckenachse zurückgesetzt. Dies trifft bei gleichbleibender Zahnhöhe natürlich auch auf den Zahnkopf 300 zu.

Besonders günstig läßt sich die beschriebene Schnecke 10 mit einem Negativ- Fräser 40 herstellen, der während des Fräsvorganges entsprechend des Verlaufs des Mittenkreisdurchmessers 323 geführt wird und dessen Schneidkanten 400, 410 vollständig den Zahnquerschnitt 21, 31 der Schneckenverzahnung abbilden.

Eine andere Ausführungsform zeigt Fig. 3. Die dargestellte Schnecke 11 weist gegenüber der Gegenverzahnung der Zahnstange 4 eine geringfügig größere Teilung auf und die äußeren Zahnflanken 311 (und Zahnköpfe 301) der Zahnquerschnitte 31 im Einlaufbereich 30 der Schnecke 11 sind zurückgesetzt. Durch die vergrößerte Teilung t ist es nicht erforderlich, auch die anderen Zahnflanken 312 (und den Zahnkopf 302) zurückzusetzen, da diese ohnehin nicht mit den Zähnen der Gegenverzahnung in Berührung kommen können. Eine solche Schnecke 11 ist mit herkömmlichen und allgemein gebräuchlichen Fräsern 40a herstellbar.

Eine Folge der Teilungsvergrößerung ist auch, daß lediglich die am weitesten außenliegenden radial nicht versetzten Zahnflanken 211 mit der Gegenverzahnung der Zahnstange 4 während der Übertragung von Normalkräften in Berührung kommen. Erst im Überlastfall, z. B. zur Übertragung von Crashkräften kommt es auch zum (berührenden) Eingriff der übrigen Zahnquerschnitte 21a.

Das Maß einer günstigen Teilungsvergrößerung hängt stark von den Belastungsbedingungen sowie von der gewählten Verzahnungsgeometrie ab. In den meisten Fällen wird sie sich jedoch im Bereich von Δt = (0,2 . . . 0,7) h . tan α mit der Zahnhöhe h und dem Eingriffswinkel α bewegen.

Die voran beschriebene Erfindung weist den Vorteil eines geräuscharmen Einlaufs in die Gegenverzahnung einer im wesentlichen geraden Zahnstange auf. Außerdem sind derartige Schnecken leicht und ohne Mehraufwand zu fertigen. Die notwendige Einlauflänge ist sehr kurz; sie liegt stets unter der Länge für eine Schneckenumdrehung. Oft kann schon mit einem Einlaufbereich über eine viertel Schneckenumdrehung ein hinreichender Erfolg erzielt werden.

Bezugszeichen

1

a - Schnecke

1

b - Schnecke

1

c - Schnecke

10

- Schnecke

11

- Schnecke

2

- äußere Kontur

2

b - äußere Kontur, mittlerer Bereich

2

c - äußere Kontur, mittlerer Bereich

20

- äußere Kontur, mittlerer Bereich

21

- Zahnquerschnitt, mittlerer Bereich

21

a - Zahnquerschnitt, mittlerer Bereich

211

- Zahnflanke

3

b - äußere Kontur, Einlaufbereich

3

c - äußere Kontur, Einlaufbereich

30

- äußere Kontur, Einlaufbereich

31

- Zahnquerschnitt, Einlaufbereich

300

- Zahnkopf

301

- äußerer Teil der Stirnfläche

302

- innerer Teil der Stirnfläche

310

- Zahnflanke

311

- Zahnflanke

312

- Zahnflanke

323

- Verlauf des Mittenkreisdurchmessers

4

- Zahnstange

40

- Negativ-Fräser

40

a - Fräser

400

- Schneidkante (Zahnkopf)

410

- Schneidkante (Zahnflanke)
α - Eingriffswinkel
h - Zahnhöhe
t - Teilung der Verzahnung
Δt - Teilungsvergrößerung

Claims (5)

1. Schnecken-Zahnstangen-Getriebe für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen, wobei der Verzahnungsbeginn der Schnecke während der Schneckenumdrehung periodisch in die Verzahnung einer geraden Zahnstange ein- und austaucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Schnecke (1, 10, 11) im Einlaufbereich (3, 30) ihrer Verzahnung ballig ausgeführt ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Flanken (310) des Zahnquerschnitts (31) im Verzahnungsbeginn der Schnecke (10) radial zurückgesetzt sind.

3. Getriebe nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß beide Flanken (310) um den gleichen Betrag radial zurückgesetzt sind.

4. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung (t) der Schneckenverzahnung geringfügig größer ist als die Teilung der Verzahnung der Zahnstange und daß die jeweils äußeren Zahnflanken (311) der Schneckenverzahnung radial zurückgesetzt sind, so daß nur die am weitesten außen liegenden, nicht radial versetzten Zahnflanken (211) der Schneckenverzahnung tragen.

5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungsvergrößerung bezogen auf die äußeren tragenden Zahnflanken (211) der Schneckenverzahnung im Bereich Δt = (0,2 . . . 0,7) h . tan α liegt, wobei h die Verzahnungshöhe und α der Verzahnungswinkel ist.