JP2004514102A - トルクを遊びなく伝達するための伝動エレメント - Google Patents

Abstract

本発明は伝動装置（５，１８）における伝動エレメント（５）であって、該伝動エレメント（５）が入力側にて駆動モータ（１）を介して駆動され、該駆動モータの出力軸（２）の上に当該伝動エレメント（５）が受容されている形式のものに関する。当該伝動エレメント（５）はその外周面に歯（７）を備え、別の伝動エレメント（１８）の単数又は複数の歯と噛合っている。出力軸（２）とスプリングセット（８）との間並びにスプリングセット（８）と伝動エレメント（５）との間には軸方向に可動でかつ調節可能な支持エレメント（１１，１２；３３，３４，３５，３６）とスリーブ状の連行エレメント（１３，１４；３０，３１）が受容されている。

Description

【０００１】
技術分野
トルクを伝達する伝動装置においては固有の回転軸線を有する複数の駆動エレメントが使用される。前記駆動エレメントの間には連結エレメントが使用されるか又はトーションエレメントが設けられていることができる。伝動装置、例えば軸継手及びモータ駆動装置の各軸の位置はその回転軸線を、製作誤差、摩耗及び温度の影響に基づき、その都度使用されている材料とは無関係に、種々異なる程度変化させる。
【０００２】
従来技術
伝動装置に課される要求には高い信頼性、低い騒音及び長い耐久時間の他に無遊び性に対する要求が含まれている。無遊び性の基準は高い位置正確性である。すなわち互いに９０゜ずらされて配置された駆動軸を有するウォーム駆動装置においてはセルフロックが前提である。つまり一度選ばれた駆動エレメントの噛合位置は円筒歯車の対抗モーメントの影響下で変化させられない。
【０００３】
伝動装置における無遊び性は特に直歯円筒歯車の歯車を曲げる負荷の発生を著しく低減させる。これは限られた程度ではあるが斜歯歯車にも当嵌まる。伝動装置における無遊び性は通常はトーションばねの使用によって、自動車工業の分野ではトーションロッドによって達成される。しかし、通常はトーションロッドはその組込み長さに基づき著しい組込みスペース、特に構成長さを必要とする。
【０００４】
さらに伝動装置の無遊び性に対する要求は、互いに噛合う歯車の間の大きなねじり剛性と軸方向の剛性とを保った状態での大きな半径方向の従動性に対する要求に平行して生じる。伝動装置においてクラッチとトーションロッドとが使用されると、遊びと曲げ特性は不都合な形式で合わさるので、無遊び性は高いプレロードを作用させなければ保証されない。これも、最高のプレロードモーメントを発生する構成エレメントの使用を条件とする。この構成エレメント自体は構成スペースを必要とするので、コンパクトに構成された、遊びのない伝動装置に対する要求は十分には充たされない。
【０００５】
発明の開示
本発明によって提案された解決策で出力部の弾性は完全に伝動エレメントに統合された。これによりクラッチエレメント及びトーションロッドを設けるために必要とされる構成スペースは著しく減少した。本発明による解決手段は単数又は複数の互いに同心的に配置された扁平ばねを有していることができる。個々の扁平ばね自体は垂直又は水平に延びる多数の薄板、連行もしくは支持エレメントを有している。
【０００６】
スプリングセットは伝動エレメントの孔内に、スプリングセットと伝動エレメントとの間のリングギャップもしくは出力軸とスプリングセットとの間のリングギャップに受容された、支持区分を有するスリーブもしくはこのリングギャップ内に滑動可能に支承された滑り座を介して支承されていることができる。電気的な駆動装置の出力軸に滑動可能に受容された滑り座によって弾性的な駆動装置の出力軸のたわみに関して力の流れが規定されかつ半径方向の剛性が調節されることができる。
【０００７】
例えばリング状のスリーブとして製作することができる連行エレメントによって出力エレメントへの伝動軸による駆動モーメントの力流に影響が与えられ、この力流が変化させられる。連行エレメントはトルクを伝達するための伝力又は形状接続を可能にし、さらに連行エレメントによって出力軸／出力エレメントの構成部分組合せの半径方向の剛性が調節されかつ限界内で変化させることができる。
【０００８】
無遊び性及び伝達しようとするトルクに対する要求に応じて本発明による解決手段では、スプリングセットと電気的な駆動装置の出力軸との間の滑り座の調節により、その都度の使用に合わせて、所望の半径方向の剛性を調節することができる。出力軸の軸方向の長さに関しては付加的な構成空間の必要が生じることはなく、曲げ力の経過は、軸方向であらかじめ与えることのできる滑り座の調節距離に相応して、段階的に調節することができる。
【０００９】
伝動エレメントにおける当接によって、ウォームであれ、直歯又は斜歯の円筒歯車であれ、最大偏位の調節は簡単な手段で可能である。
【００１０】
スプリングセットは駆動軸に対しほぼ垂直又は水平に向けられた薄板から構成されていることができる。薄板は垂直に向けられている場合には、例えば扁平ばねとして構成されているか又は巻かれたプロフィールエレメントとして製作されていることができる。さらにスプリングセットは交番する方向に層状化された同心的に配置された扁平ばねとして製作されていることもできる。最後に複数回巻かれた扁平ばねの使用も可能である。この扁平ばねの使用で、隣り合った薄板の接触面にて、発生する振動は隣り合った薄板の摩擦により適時に緩衝される。
【００１１】
本発明により提案されたスプリングセット、連行エレメント及び滑り座の組合せにより、その都度の使用にとって最適なパラメータが無遊び性、伝達トルク及び半径方向の剛性に関して最適な形式で伝動エレメントにて調節されるようになる。
【００１２】
実施例
図１には電気駆動装置の断面して示された駆動エレメントを有する駆動装置が示されている。
【００１３】
本発明によって構成された伝動エレメント５は図１に示されたように、例えば電気的な駆動装置の駆動モータの出力軸に受容されている。電気的な駆動装置１の出力軸２は対称軸３を中心として回転方向４へ回転する。伝動エレメント５は軸方向に延びる孔６に通され、この孔６にはスプリングセット８、スリーブ状に構成された連行エレメント１３もしくは１４並びに支持エレメント１１及び１２が受容されている。
【００１４】
伝動エレメント５の孔６を貫通する出力軸２の外側には電気的な駆動モータ１に向いた側にて、符号１９で示した軸方向の調節路に沿って滑り座の形をした支持エレメント１１が可動に受容されている。さらに電気的な駆動装置１の出力軸２はスリーブ状の連行エレメント１４によって取囲まれている。スリーブ状の連行エレメント１４の外面には、符号１５，１６で示されたリング状の支持区分がある。この支持区分１５，１６はスプリングセット８の内面に向き合っている。スプリングセット８自体は多数の薄板４０から成っている。これについては後で詳細に記述する。
【００１５】
スプリングセット８の外側には、出力軸２とスプリングセット８との自由端部にて、同様に滑動可能な滑り座の形をした支持エレメント１２が配置されている。電気的な駆動装置１の伝動エレメント５と出力軸２とから成る組合せの半径方向の剛性を調節するための調節路１９に相応した前記支持エレメント１２の最大偏位量はストッパ２１によって規定されている。このストッパ２１は符号２２で示されたギャップにてスプリングセット８の自由端部から距離をおいて配置されている。さらにスプリングセット８はリング形状に構成された連行エレメント１３によって取囲まれている。この連行エレメント１３のリング状に構成された支持セグメントは、スプリングセット８の外周面に向けられている。連行エレメント１３はその連続した平滑な面で伝動エレメント５の孔６の内面に支えられている。この伝動エレメント５自体はその外周面に歯７を備えている。歯７はウォーム状の歯であることができる。さらに歯は直歯又は斜歯として構成されていることもできる。伝動エレメント５の外周に形成された歯７を介し、電気的な駆動装置１からその出力軸２を介して回転方向４に生ぜしめられたトルクは伝動エレメント５と噛合う別の出力エレメント１８の歯に伝達される。前記出力エレメント１８は図１では外歯を有するウォーム歯車として構成されている。ウォーム歯車１８は駆動装置１の出力軸２に対し９０゜ずらして配置された回転軸２０を中心として回転する。歯の幾何学的形状又はウォームのリードを適当に選ぶことにより、本発明にしたがって構成された伝動エレメント５とウォーム歯車１８とを用いて程度の高いセルフロック作用を達成することが可能である。
【００１６】
調節路１９は電気的な駆動装置１の出力軸２の対称線３に関して多数の調節距離１９．１，１９．２，１９．３，１９．４並びに１９．５に分割されている。これらの調節距離１９．１，１９．２，１９．３，１９．４並びに１９．５にて、支持エレメント１１もしくは１２並びに連行エレメント１３もしくは１４はスプリングセット８を取囲む中空室９内で、つまり外側リングギャップ９内でもしくは内側リングギャップ１０内で軸方向に滑動可能である。滑り座として構成された支持エレメント１１もしくは１２の位置が調節距離１９．１もしくは１９．４に相応して移動させられると、特定な使用にとっては最適な曲げ特性が調節される。リングギャップ９もしくは１０が軸方向に延びていることにより、支持エレメントとして作用する滑り座１１もしくは１２の軸方向の滑動性は各リングギャップ９もしくは１０内でストッパ２１によって制限される。このストッパ２１は外側ギャップ９内に滑動可能に受容した滑り座１２の最大の滑動の可能性を軸方向で制限する。
【００１７】
スリーブ状に構成された連行エレメント１３もしくは１４の配置によって得られるトルク流は符号１７の符された破線で図示され、電気的な駆動装置１の出力軸２から内側に位置するスリーブ状に構成された連行エレメントを介してスプリングセット８へかつ該スプリングセット８から、外側ギャップ９に受容された外側の連行エレメント１３への力の流れを形成している。伝動エレメント５を貫く孔６の内壁に接触した状態で、外側の連行エレメント１３からはトルクが伝動エレメント５の外歯７を介し、図１ではウォーム歯車として構成された別の伝動エレメント１８の外歯に伝達されるので、トルクは最終的にウォーム歯車において負荷モーメントを克服する。
【００１８】
図２によれば電気的な駆動装置の伝動エレメントと出力軸との組合せの曲げ線を調節するために外側と内側とに滑り座を備えたスプリングセットが示されている。
【００１９】
図１の図示と同様に図２には対称線３を中心として出力軸２が回転する電気的な駆動装置１が示されている。図１による図示とは異なって、図２に図示されたスプリングセット８は、出力軸２の外周面にて支持エレメント３５もしくは３６によって支えられている。これらの支持エレメント３５もしくは３６は図１に示されている形式と同じ形式で同様に、各ギャップ１０内で滑動可能な滑り座として構成されている。図２に示されたスプリングセット８の外側には同様に２つの支持エレメント３３もしくは３４が受容されている。これらの支持エレメント３３もしくは３４はスプリングセット８と伝動エレメント５との間の外側リング室９内で軸方向に移動可能である。図２に示された連行エレメントは符号３０もしくは３１で示されかつ外側リングギャップ９内にも内側リングギャップ１０内にも受容されている。連行エレメント３０もしくは３１を介して電気的な駆動装置１から出力軸２を介して伝達されたトルクは間に挿入されたスプリングセット８を介して伝動エレメント５の外歯７に伝達される。
【００２０】
図２においては符号３７で示された曲げ線が記入されている。この曲げ線３７は外側リングギャップ９における支持エレメント３３もしくは３４の選ばれた配置と、内側リングギャップ１０における支持エレメントとして作用する滑り座３５もしくは３６の位置とによって規定される。図２において符号３２によって規定された曲げ力の力流に従って、回転駆動された出力軸２から内側の連行エレメント３１を介してスプリングセット８内に形成されるトルクの経過が生じる。このトルクはスプリングセット８と伝動エレメント５の孔６との間の外側リングギャップ９に受容された外側の連行エレメントを介して伝動エレメント５へ導入され、歯７を介し、図１と同じ形式で別の伝動エレメント（図示せず）に伝達される。
【００２１】
符号３７で示された経過では、内側リングギャップ１０内に配置された支持エレメント３５もしくは３６並びに外側リングギャップ９に受容された支持エレメント３３もしくは３４を介して伝動エレメント５に曲げ力が伝達される結果発生する曲げ線が示されている。
【００２２】
図３．１には平行に向けられた薄板を有するスプリングセットの原理図が示されている。
【００２３】
図３．１はスプリングセット８の略示的な原理図である。スプリングセット８は平行配置４１で配置された連続した薄板４０を有している。薄板４０の外側には図２で示された滑り座３３もしくは３４の形をした支持エレメントがある。平行配置４１で配置された薄板４０によってスプリングセット８と電気的な駆動装置１の出力軸２との間に受容された支持エレメント、同様に滑り座３５，３６として構成された支持エレメントが覆われる。図３．１に示された薄板４０は、滑動可能に配置された支持エレメント３３，３４，３５もしくは３６の選択によって、ばね／緩衝エレメント４５，４６の特性を支持エレメント３３から３６までの軸方向の位置決めに応じてもたらす一体の構成部分である。連行の改善は、この場合には図示されていない滑り座３３もしくは３４における切欠き又はパターン構造が薄板４０，４１に形状接続的に適合させられることで行なわれる。図３．１．１もしくは３．１．２によれば、支持エレメント３３，３４，３５，３６とエンドレスな薄板４０との間の形状接続は、支持エレメント３３，３４，３５，３６の下面にも切欠きが設けられ、この切欠きが薄板４０の区分を受容することでも改善される（図３．１．１）。他面においては同様に支持エレメント３６の上側面に切欠きを設け、この切欠きを通って薄板４０の区分が延びることもできる。これは緩衝が行なわれる場合の応働特性の改善を可能にする。
【００２４】
図３．２にはスプリングセットの周方向区分に埋設された薄板ストランドの平行配置が示されている。この場合、薄板ストランドは図平面に対し垂直に延びている。
【００２５】
この場合に円筒構造体として構成されたスプリングセット８は個々のエラストマセグメント４９を有し、該エラストマセグメント４９内には軸方向に延びるように連続した薄板４０の単個薄板ストランドが図３．１における原理図にしたがって配置されている。薄板の延在方向、つまり、電気的な駆動装置１の出力軸２の対称線３に対する平行な位置は図平面に垂直に延びているかもしくは図平面から垂直に延びている。薄板４０はスプリングセット８のエラストマセグメント４９内に遊びなく配置されている。
【００２６】
図３．３には垂直に配置された薄板を有するスプリングセット８が示されている。図示の如く、スプリングセット８は垂直な層４２を成して配置された個々の薄板４０を有している。この薄板４０は例えばスリットの切られたバーの形に構成されていることができる。スプリングセット８の薄板４０は図３．３に示されている場合には軽く傾けられて配置されており、かつ電気的な駆動装置１の出力軸２の軸方向の長さ全体に亘って延びる扁平ばねとして構成されている。図３．３に示されたように垂直な層４２を成す薄板４０の配置を選択することによって、スプリングセット８には半径方向で見て所定のばね緩衝特性が与えられる。これは半径方向に作用するばね及び緩衝装置４５，４６によって示されている。
【００２７】
図３．４に示されているように、スプリングセット８は電気的な駆動装置１の出力軸２の対称軸線３に対して平行に軸方向で構成された、巻かれた成形エレメント４３の配置としても構成することができる。成形エレメント４３は軸方向で、電気的な駆動装置１の出力軸２の調節路１９に沿って互いにオーバラップして延びる、巻かれた成形エレメントであることができる。巻かれた個々の成形エレメントの間に延在する中空室により、スプリングセット８のこの変化実施例には高い弾性が内在している。これは、本発明にしたがって構成された伝動エレメント５が使用される使用例によってはきわめて望ましい。
【００２８】
図３．３もしくは３．４に図示されたものとは異なって図３．５には、同心的に配置された複数の個別の扁平ばねを有するスプリングセットが示されている。
【００２９】
電気的な駆動装置１の出力軸２の対称軸線３に対し同軸的には外に位置する１つの扁平ばね４４が示されている。この扁平ばね４４の薄板４０はここでは図示されていない電気的な駆動装置１の駆動された出力軸２の対称軸線３に対し垂直な状態で配置されている。外側に位置する扁平ばね４４は電気的な駆動装置１の出力軸２の全長に亘って連続的に延び、図面を見やすくするという理由から中央にて中断して示されている。薄板４０がほぼ垂直な層４２で配置されている、外側に位置する扁平なばね４４の下側には、内側にあるばねエレメント４４．１がある。図３．５に示されているように、前記ばねエレメント４４．１は連続的に構成された外側の扁平ばね４４の始端領域もしくは終端領域にしか配置されていない。薄板４０のスリット付けに関する適宜な選択もしくは内側にある扁平ばねエレメント４４．１の軸方向の長さに関する適宜な選択によって、この組合わされた配置では、使用例によっては図３．３もしくは３．４に示したスプリングセット構造よりも十分に考慮される剛性特性が達成される。
【００３０】
図４にはスプリングセット８における付加的な軸方向ばねの配置と半径方向に偏位した場合のその特性線とが示されている。
【００３１】
図４に示された配置からは、この場合には図示されていない電気的な駆動装置１の出力軸２は対称線３に対し対称的であることが判る。ここには示されていない電気的な駆動装置１の出力軸２はスプリングセット８によって取囲まれている。このスプリングセット８の単個薄板４０はほぼ垂直な方向４２で受容されている。これまで記述した、図３．１，３．２，３．３，３．４，３．５に示したスプリングセット８とは異なって、図４に示した変化実施例によるスプリングセット８には、付加的な軸方向に作用するばねエレメント４７が配属されている。この付加的なばねエレメント４７はそれを取囲む伝動エレメント５においてばね肩５３で支えられている。この変化実施例によっては、隣接する個々の薄板４０の接触及び摩擦によりポテンシャル振動の形成に対抗する作用が生ぜしめられ、適当な緩衝を行なうことが可能になる。スプリングセット８におけるばね剛性と緩衝とが方向に関連していることに基づき生じるばね剛さと緩衝の非対称性（これは軸方向に圧縮される場合には軸方向に引っ張られる場合よりも著しく大きい）に対しては、付加的なばねエレメント４７が設けられていることによって対抗作用が発揮される。
【００３２】
提案した解決策によっては弾性はほぼ完全に伝動エレメント５に統合されるようになる。この場合、この構想には薄板４０、連行エレメント１３，１４もしくは３０，３１、支持エレメント１１もしくは１２並びに３３，３４，３５，３６を含む組合せが含まれている。記述したエレメントによりばねと緩衝器のネットワークが構成される。この場合、半径方向の剛性は図４に示された線図に相応して半径方向の偏位４２に関連して、図４の剛性経過５０から読取ることができるように圧着力５１の著しい上昇がもたらされる。したがって所望の半径方向の剛性は伝動エレメント５の寸法を著しく変化させることなしに、支えエレメント１１，１２，３３，３４，３５と３６を軸方向の調節路１９に沿って所定の調節距離１９．１から１９．５までに適当に移動させることであらかじめ規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
断面して示された電気的な駆動装置を有する駆動装置を示した図。
【図２】
半径方向の剛性を調節するために外側及び内側に滑り座を備えたスプリングセットを有する伝動エレメントを示した図。
【図３．１】
平行に配向された薄板を有するスプリングセットの原理図。
【図３．１．１】
滑り座とそれに対し直角に延びる薄板との間の形状接続の１実施例を示した図。
【図３．１．２】
滑り座とそれに対し直角に延びる薄板との間の形状接続の１実施例を示した図。
【図３．２】
図平面に対し垂直に延びて円筒セグメントに平行に配置されて埋設された薄板ストランドを示した図。
【図３．３】
垂直に配置された薄板を有するスプリングセットを示した図。
【図３．４】
巻かれた成形エレメントを有するスプリングセットを示した図。
【図３．５】
同心的に配置された、リング形に構成された扁平スプリングセットを示した図。
【図４】
薄板条に構成されたスプリングセットに配属された付加的なアキシャルスプリングを、半径方向に偏位した場合の全特性線と共に示した図。
【符号の説明】
１　電気的な駆動装置、　２　出力軸、　３　対称線、　４　回転方向、　５　伝動エレメント、　６　孔、　７　外歯、　８　スプリングセット、　９　外側リングギャップ、　１０　内側リングギャップ、　１１　内側の滑り座、　１２　外側の滑り座、　１３　外側の連行エレメント、　１４　内側の連行エレメント、　１５　第１のリングセグメント、　１６　第２のリングセグメント、　１７　力流、　１８　別の出力部材（ウォーム歯車）、　１９　調節路、　１９．１　調節距離、　１９．２　調節距離、　１９．３　調節距離、　１９．４　調節距離、　１９．５　調節距離、　２０　回転軸線、　２１　ストッパ、　２２　ギャップ寸法、　３０　外側の連行エレメント、　３１　内側の連行エレメント、　３２　力流モーメント、　３３　支持エレメント、　３４　支持エレメント、　３５　支持エレメント、　３６　支持エレメント、　３７　曲げ線、　４０　薄板、　４１　平行な薄板配置、　４２　垂直な薄板配置、　４３　巻かれたプロフィールエレメント、　４４　同心的な扁平ばね、　４４．１　同心的な内側の扁平ばね、　４５　ばね、　４６　緩衝装置、　４７　付加的な軸方向ばねエレメント、　４８　エラストマ埋設部、　４９　セグメント、　５０　剛性度経過、　５１　圧着力、　５２　半径方向偏位、　５３　ばね肩、　５４　扁平ばね

Claims (12)

1. 伝動装置（５，１８）における伝動エレメント（５）であって、入力側にて駆動モータ（１）を介して駆動され、該駆動モータ（１）の出力軸（２）の上に前記伝動エレメント（５）が受容されており、前記伝動エレメント（５）がその周面に外歯（７）を備えかつ他の伝動エレメント（１８）の単数又は複数の歯と噛合っている形式のものにおいて、前記出力軸（２）とスプリングセット（８）との間並びに該スプリングセット（８）と当該伝動エレメント（５）との間に、調節可能な支持エレメント（１１，１２；３３，３４，３５，３６）とスリーブ状の連行エレメント（１３，１４；３０，３１）とが受容されていることを特徴とする、トルクを遊びなく伝達するための伝動エレメント。
2. 前記軸方向に可動な支持エレメント（１１，１２；３３，３４，３５，３６）と前記スリーブ状の連行エレメント（１３，１４；３０，３１）とがリングギャップ形の中空室（９，１０）に受容されている、請求項１記載の伝動エレメント。
3. 当該伝動エレメント（５）にストッパ面（２１）が構成されており、該ストッパ面（２１）が前記支持エレメント（１１，１２；３３，３４，３５，３６）の最大の軸方向の移動を制限している、請求項１記載の伝動エレメント。
4. 当該伝動エレメントの軸方向の長さが、調節路（１９）を分割する、個々の調節距離（１９．１から１９．５まで）に分割されている、請求項１記載の伝動エレメント。
5. 前記連行エレメント（１３，１４）がリング状の支持セグメント（１５，１６）を有し、該支持セグメント（１５，１６）が前記スプリングセット（８）の内周面及び／又は外周面に接触している、請求項１記載の伝動エレメント。
6. 前記スプリングセット（８）が互いに相対的に可動な薄板（４０）を有し、前記薄板（４０）がばね／緩衝部材（４５，４６）として作用している、請求項１記載の伝動エレメント。
7. 前記薄板（４０）が前記出力軸（２）に対しほぼ平行な配置位置（４１）で配置されている、請求項６記載の伝動エレメント。
8. 前記薄板（４０）が前記出力軸（２）に対しほぼ垂直な配置位置（４２）で配置されている、請求項６記載の伝動エレメント。
9. 前記薄板（４０）が円筒形のスプリングセット（８）のエラストマセグメント（４９）内に埋設されている、請求項７記載の伝動エレメント。
10. 前記薄板（４０）が前記スプリングセット（８）内に巻かれた成形エレメント（４３）として配置されている、請求項６記載の伝動エレメント。
11. 前記薄板（４０）が前記スプリングセット（８）内に同心的な扁平ばね（４４，４４．１）として配置されている、請求項６記載の伝動エレメント。
12. 前記スプリングセット（８）の前記薄板（４０）に付加的な軸方向ばね（４７）が配属されている、請求項６記載の伝動エレメント。