WO2017140716A1

WO2017140716A1 - Gurtaufroller

Info

Publication number: WO2017140716A1
Application number: PCT/EP2017/053383
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Holbein
Original assignee: Trw Automotive Gmbh
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2017-08-24
Also published as: DE102016001917A1

Abstract

Ein Gurtaufroller (10) weist ein Gehäuse (18), einen Elektromotor (12) mit einer Motorwelle (36) und einem Motorritzel (28) mit Schrägverzahnung, sowie ein Getriebe (16) auf, wobei der Gurtaufroller (10) ein Spannelement (38) aufweist, das zur Vorspannung der Motorwelle (36) in axialer Richtung dient.

Description

Gurtaufroller

Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller, der mit einem Elektromotor betrieben wird. Gurtaufroller sind in vielen technischen Ausführungen bekannt. In Fahrzeugen werden zunehmend Gurtaufroller eingesetzt, die mit Elektromotoren, insbesondere mit Bürstenmotoren, betrieben werden.

Das Grundprinzip des Bürstenmotors beinhaltet Bürsten, die den Strom auf den sich drehenden Kollektor übertragen. Dabei nutzen sich sowohl die Bürsten als auch der Kollektor ab, was bei den Bürsten zu einer größeren Kontaktoberfläche und beim Kollektor zu einem eingeschliffenen Bereich führt.

Die Elektromotoren sind hierbei im Gehäuse der Gurtaufroller angeordnet und treiben mit ihrer Motorwelle die Gurtspule über ein Getriebe an. Um den hohen Geräuschanforderungen der Automobilindustrie gerecht zu werden, werden Schrägverzahnungen eingesetzt, die im Vergleich zu Geradverzahnungen deutlich leiser sind. Diese Schrägverzahnungen erzeugen jedoch eine zusätzliche axiale Belastung auf die Lagerstellen des Getriebes und des Elektromotors.

Bauartbedingt weisen Bürstenmotoren ein axiales Spiel von mehreren Zehntel Millimetern auf. Dies bedingt, dass die Motorwelle mit einem Motorritzel mit Schrägverzahnung je nach Drehrichtung verschoben wird, bis diese an den internen Motorlagern anliegt. Der Unterschied zwischen den Positionen der beiden unterschiedlichen Drehrichtungen ist der axiale Hub des Elektromotors. Die Abnutzung der Bürsten und des Kollektors hängt dabei maßgeblich von der Drehzahl, dem übertragenen Strom und der Laufzeit ab. Diese drei Faktoren sind in der Aufwickelrichtung deutlich höher als in der Abwickelrichtung und führen in Kombination mit dem axialen Hub des Elektromotors zu einem unterschiedlich starken Verschleiß der beiden Bereiche, in denen der Kollektor in axialer Richtung an den Motorlagern anliegt.

Dies hat zur Folge, dass wenn bei einem eingelaufenen Elektromotor die Drehrichtung geändert wird und die Motorwelle einen Hub macht, die Bürsten gegen Stufen am Kollektor anlaufen, wodurch störende Geräusche verursacht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gurtaufroller mit einem Elektromotor bereitzustellen, der deutlich weniger störende Geräusche im Betrieb erzeugt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Gurtaufroller mit einem Gehäuse, einem Elektromotor mit einer Motorwelle und einem Motorritzel mit Schrägverzahnung, sowie mit einem Getriebe vorgesehen, wobei der Gurtaufroller ein Spannelement aufweist, das zur Vorspannung der Motorwelle in axialer Richtung dient.

Das Spannelement beaufschlagt die Motorwelle mit einer Kraft in Richtung des Motorlagers, das in Aufwickelrichtung belastet wird, und wirkt somit der Kraft, die durch die Schrägverzahnung in Abwickelrichtung verursacht wird, entgegen. Hierdurch werden der Kollektor und die Bürsten im normalen Gebrauch, d.h. bei beliebigen Drehzahlen in Aufwickelrichtung und bei niedrigen Drehzahlen in Abwickelrichtung, relativ zueinander stets in derselben Position gehalten und damit störende Geräusche vermieden, da die Bürste immer im selben Bereich des Kollektors läuft und keine Relativbewegung zum Kollektor macht, die störende Geräusche verursachen könnte. Dies ermöglicht ferner den Einsatz einer Schrägverzahnung bei günstigen, nicht modifizierten Elektromotoren, da das Spannelement lediglich einen axialen Druck auf die Motorwelle ausübt und durch den unterbundenen Hub der Motorwelle störende Geräusche verhindert werden.

Vorzugsweise ist das Spannelement eine Spannfeder, welche kostengünstig ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spannfeder eine Spiralfeder. Diese umschließt mit einem Ende einen Teil der Motorwelle an der dem Motorritzel abgewandten Seite des Elektromotors und greift an einem radialen Überstand an der Motorwelle an dieser an, während sich das andere Ende an der Motorabdeckung abstützt. Durch diese Ausgestaltung wird ein sicherer Sitz des Spannelements sowie dessen Funktion gewährleistet. Zusätzlich bietet die Integration in die Motorabdeckung die Möglichkeit, Getriebe optional nachzurüsten.

Zwischen der Motorwelle und dem Spannelement ist vorzugsweise ein Lagerelement angeordnet, um einen idealen Sitz sowie eine optimale Kraftübertragung sicherzustellen. Das Lagerelement ist vorzugsweise als Spitzenlager ausgebildet ist. Damit reduziert sich der Einfluss des Spannelements auf den Wirkungsgrad und den Verschleiß auf ein Minimum.

Das Lagerelement kann radial fixiert sein. Dadurch, dass das Lagerelement nur in axialer Richtung beweglich ist und sich im Gegensatz zur Motorwelle nicht dreht, kann auf eine kostenintensive Lagerung des Lagerelements verzichtet werden, ohne damit die Funktion und Laufruhe zu beeinträchtigen.

Es ist von Vorteil, wenn der Elektromotor in einer Aufwickelrichtung des Gurtbandes betrieben wird, dass die Motorwelle aufgrund der Reaktionskräfte der Schrägverzahnung des Motorritzels gegen ein Motorlager gezogen wird, gegen das sie auch vom Spannelement beaufschlagt wird. Auf diese Weise wird das Spannelement von den hierbei auftretenden hohen axialen Kräften nicht beansprucht und dessen Lebensdauer erhöht.

Vorzugsweise sind die Reaktionskräfte der Schrägverzahnung des Motorritzels kleiner als die Axialkraft des Spannelements, wenn der Elektromotor in einem ersten Betriebsmodus in einer Abwickelrichtung des Gurtbandes betrieben wird. Somit wird sichergestellt, dass die Motorwelle auch bei diesem Betriebsmodus in derselben Position wie in der Aufwickelrichtung gehalten wird und störende Geräusche verhindert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor ein Bürstenmotor. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Gurtaufroller eine elektronische Steuereinheit, die eine Abstimmung der Funktion des Gurtaufrollers auf verschiedene Anforderungen ermöglicht.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:

- Figur 1 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers,

- Figur 2 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers,

- Figur 3 eine Schnittansicht eines Elektromotors mit einem Spannelement in einem erfindungsgemäßen Gurtaufroller, und - die Figuren 4a bis 4c verschiedene Schnittansichten von Motorbürsten und Kollektoren eines Bürstenmotors.

In Figur 1 ist ein Gurtaufroller 10 gezeigt, der einen Elektromotor 12 mit einer Motorabdeckung 14 und einem Getriebe 16 umfasst, die in einem Gehäuse 18 angeordnet sind. Ferner umfasst der Gurtaufroller 10 eine Gurtspule 20, die hier ohne Gurtband dargestellt ist, mit einer Gurtrückholfeder 22 und einer pyrotechnischen Straffeinheit 24, sowie eine elektronische Steuereinheit 26.

Die Figur 2 zeigt einen Blick in das Getriebe 16 des Gurtaufrollers 10. Der Elektromotor 12 treibt über ein Motorritzel 28 mit Schrägverzahnung das Stufenzahnrad 30 des Getriebes 16 an, das wiederum über ein Zwischenrad 32 mit der Kupplung 34 in Verbindung steht.

In Figur 3 ist der Elektromotor 12 mit dem an seiner Motorwelle 36 befestigtem Motorritzel 28 gezeigt. Auf der entgegengesetzten Seite des Elektromotors 12 befindet sich ein Spannelement 38, das zur Vorspannung der Motorwelle 36 in axialer Richtung dient. In dieser Ausführungsform ist das Spannelement 38 eine Spannfeder, die hier als Spiralfeder ausgebildet ist.

Dieses Spannelement 38 greift an einem radialen Überstand 40 an der Motorwelle 36 an, der sich in dieser Ausführungsform an einem Lagerelement 42 befindet, welches zwischen dem Spannelement 38 und der Motorwelle 36 angeordnet ist. Das Lagerelement 42 ist axial beweglich gelagert aber radial fixiert, und dreht sich daher im Gegensatz zur Motorwelle 36 nicht.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist an der Berührungsfläche zwischen der Motorwelle 36 und dem Lagerelement 42 eine einseitig vorgespannte Spitzenlagerung vorgesehen.

Die Spiralfeder umschließt hierbei einen Teil der Motorwelle 36 bzw. in dieser Ausführungsform einen Teil des Lagerelements 42. Auf der der Motorwelle 36 gegenüberliegenden Seite ist das Spannelement 38 in der Motorabdeckung 14 gelagert. In dieser Ausführungsform umfasst der Elektromotor 12 außerdem einen Magnetring 44 zur Drehzahlsensierung, der zwischen dem Spannelement 38 und dem Elektromotor 12 angeordnet ist.

Wird der Elektromotor 12 in einer Aufwickelrichtung des Gurtbandes betrieben, wird die Motorwelle 36 aufgrund der Reaktionskräfte der Schrägverzahnung des Motorritzels 28 in Richtung L gegen ein Motorlager gezogen, gegen das sie auch vom Spannelement 38 beaufschlagt wird.

Wird der Elektromotor 12 in einem ersten Betriebsmodus in einer Abwickelrichtung des Gurtbandes betrieben, sind die Reaktionskräfte der Schrägverzahnung des Motorritzels in Richtung L kleiner als die Axialkraft des Spannelements 38. Hierdurch wird der Kollektor bei den niedrigen Drehzahlen in Abwickelrichtung des ersten Betriebsmodus in derselben Position gehalten wie in der Aufwickelrichtung. Somit werden störende Geräusche vermieden, da die Bürste immer im selben Bereich des Kollektors läuft und keine Relativbewegung zum Kollektor macht, die störende Geräusche verursachen könnte. Der Elektromotor 12 ist in einer Ausführungsform ein Bürstenmotor. In der Figur 4a ist ein Schnitt durch den Kollektor 48 gezeigt. Die Bürsten 46 werden von Federelementen 50 an den Kollektor 48 vorgespannt, der Nuten 52 für Magnetfeldwechsel umfasst. Der Kollektor 48 ist hier in bereits eingelaufenem Zustand gezeigt und weist eine umlaufende Nut 54 auf, die durch die Bürsten 46 geschliffen wurde. Die Figur 4b und 4c zeigen einen Schnitt durch die Ebene A (siehe Figur 4a). In der Figur 4b ist der Kollektor 48 in bereits eingelaufenem Zustand für einen Bürstenmotor mit einem erfindungsgemäßen Spannelement 38 (siehe Figur 3) gezeigt, während die Figur 4c den Kollektor 48 in bereits eingelaufenem Zustand für einen Bürstenmotor nach dem Stand der Technik zeigt. Das Achsspiel X, das sich bei einem Bürstenmotor nach dem Stand der Technik einstellt, entsteht hierbei dadurch, dass der eingelaufene Bereich in Aufwicklungsrichtung 54 sich vom eingelaufenen Bereich in Kupplungsöffnungsrichtung 56 unterscheidet. Der Übergang der beiden Bereiche 54, 56 wird von einer Kante Y gebildet, an der die Bürsten 46 im Betrieb hängen bleiben und dadurch Geräusche verursachen können.

Bei normalem Betrieb, d.h. bei beliebigen Drehzahlen und Drehmomenten in Aufwickelrichtung und bei niedrigen Drehzahlen und niedrigen Drehmomenten in Abwickelrichtung, laufen die Bürsten 46 im Bereich in Aufwicklungsrichtung 54. Durch das erfindungsgemäße Spannelement 38 wird eine Relativbewegung zwischen Bürsten 46 und Kollektor 48 und damit das Achsspiel X, das für eine unerwünschte Geräuschentwicklung verantwortlich ist, vermieden.

Claims

Patentansprüche

1 . Gurtaufroller (10) mit einem Gehäuse (18), einem Elektromotor (12) mit einer Motorwelle (36) und einem Motorritzel (28) mit Schrägverzahnung, sowie mit einem Getriebe (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Gurtaufroller (10) ein Spannelement (38) aufweist, das zur Vorspannung der Motorwelle (36) in axialer Richtung dient.

2. Gurtaufroller nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (38) eine Spannfeder ist.

3. Gurtaufroller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannfeder eine Spiralfeder ist, die mit einem Ende einen Teil der Motorwelle (36) an der dem Motorritzel (28) abgewandten Seite des Elektromotors (12) umschließt und an einem radialen Überstand (40) an der Motorwelle (36) an dieser angreift.

4. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Motorwelle (36) und dem Spannelement (38) ein Lagerelement (42) angeordnet ist.

5. Gurtaufroller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (42) als Spitzenlager ausgebildet ist.

6. Gurtaufroller nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (42) radial fixiert ist.

7. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (36), wenn der Elektromotor (12) in einer Aufwickelrichtung des Gurtbandes betrieben wird, aufgrund der Reaktionskräfte der Schrägverzahnung des Motorritzels (28) gegen ein Motorlager gezogen wird, gegen das sie auch vom Spannelement (38) beaufschlagt wird.

8. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskräfte der Schrägverzahnung des Motorritzels (28), wenn der Elektromotor (12) in einem ersten Betriebsmodus in einer Abwickelrichtung des Gurtbandes betrieben wird, kleiner als die Axialkraft des Spannelements (38) ist.

9. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (12) ein Bürstenmotor ist.

10. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gurtaufroller (10) eine elektronische Steuereinheit (26) umfasst.