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Die
Erfindung betrifft ein Exzentergetriebe zum Verstellen zweier relativ
zueinander beweglich angeordneter Teile nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs
1.
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Mit
der
EP 0 981 696 B1 ist
ein Elektromotor mit einem Exzenterzahnrad-Getriebe bekannt geworden,
bei dem ein auf einem Exzenter gelagertes Exzenterzahnrad auf einem
in das Motorgehäuse
integrierten Bolzen angeordnet ist. Als Antrieb für den Exzenter
wird wahlweise ein elektrisch kommutierter, oder ein Elektromotor
mit Bürsten
verwendet, der unmittelbar in das Gehäuse des Exzenterzahnradgetriebes
integriert ist.
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Hierbei
ist ein mit dem Exzenter verbundener Mitnehmer einstückig mit
dem Anker des Elektromotors ausgebildet, der ebenfalls drehbar auf
dem Bolzen gelagert ist. Das Exzenterrad weist Führungselemente auf, die entweder
im feststehenden Gehäusedeckel
in einer als Führung
dienenden Öffnung
unmittelbar geführt
sind, oder in Öffnungen
geführt
sind, welche in einem im Gehäusedeckel
aufgenommenen und darin verschiebbar geführten Schieber angeordnet sind.
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Eine
solche Vorrichtung hat den Nachteil, dass beim Auftreten großer Drehmomente,
die beispielsweise bei großen
Verstellkräften
oder bei einer Crash-Situation auf das Abtriebselement einwirken, das
Exzentergetriebe und das Getriebegehäuse schnell beschädigt werden
können.
Eine solche Getriebevorrichtung eignet sich daher nicht für Verstellanwendungen
im Kraftfahrzeug – wie
beispielsweise einer Sitzverstellung-, bei denen hohe Sicherheitsanforderungen
gestellt werden.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Exzentergetriebe
mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat den
Vorteil, dass durch die Anordnung eines stabilen Befestigungsflansches
um ein Kopplungselement, das mit dem Exzenterrad zusammenwirkt,
auch große,
auf das Abtriebselement einwirkende Drehmomente über den Befestigungsflansch
an karosseriefeste Teile abgeführt
werden können.
Durch den Kraftschluss vom Abtriebselement über das Exzenterrad direkt
auf das Kopplungselement und von diesem direkt auf den Befestigungsflansch
bleibt der Drehantrieb mit seiner Kraftübertragungsstrecke zum Mitnehmer
des Exzenters vor einer erhöhten
Krafteinwirkung geschützt.
Ebenso ist das Getriebegehäuse
keinem erhöhten
Kraftfluss ausgesetzt, so dass dieses vorteilhaft aus Kunststoff hergestellt
werden kann.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Weist der Befestigungsflansch
Aufnahmen auf, die beispielsweise als Durchbrüche im Flansch ausgebildet
sind, können
an diesem sowohl die Getriebegehäuseteile
befestigt werden, als auch das gesamte Exzentergetriebe an einem
der gegeneinander beweglichen Teile befestigt werden.
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Ist
der Befestigungsflansch aus Metall, beispielsweise Stahl, hergestellt,
kann dieser besonders hohe Kräfte übertragen,
ohne dass das Getriebe zerstört
wird. Außerdem
können
günstig
radiale Laschen angeformt werden, an denen Aufnahmen zur Befestigung
an einem der gegeneinander beweglichen Teile angeformt sind.
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Ist
das Getriebegehäuse
aus Kunststoff gefertigt, können
darin weitere Getriebeelemente direkt mit geringer Reibung gelagert
werden. Durch die Ausbildung eines axial montierbaren Getriebegehäusedeckels
können
die beiden Gehäuseteile
vorteilhaft an dem stabil ausgeführten
Befestigungsflansch fixiert werden.
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Um
beim Zusammenbau des Getriebes den Grundkörper und Deckel des Getriebegehäuses zueinander
und zu den übrigen
Getriebebauteilen radial zu zentrieren, weist der Befestigungsflansch
mindestens einen Bund mit einer radialen Stützfläche auf, an dem sich die Gehäuseteile
radial abstützen.
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Um
das Exzenterrad auf eine Exzenterbewegung um die gehäusefeste
Mittelachse zu zwingen, sind am Kopplungselement Führungselemente
angeordnet, die mit dem Exzenterrad und dem Befestigungsflansch
derart zusammenwirken, dass das Kopplungselement ohne Eigendrehung
jeweils entlang einer Geraden geführt wird.
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Hierzu
weist der Befestigungsflansch radial ausgerichtete Fortsätze auf,
die mit radial ausgerichteten Gegenelementen – beispielsweise offene Langlöcher – des Kopplungselements
zusammenwirken.
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Des
weiteren weist das Kopplungselement weitere radial ausgerichtete
Führungselemente
auf, die in etwa senkrecht zur ersten Führungsschiene ausgerichtet
sind und mit entsprechenden Gegenelementen des Exzenterrads zusammenwirken.
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Zum Übertragen
hoher auf das Exzentergetriebe einwirkenden Drehmomente weist der
Befestigungsflansch Stützflächen auf,
an denen korrespondierende Stützflächen des
Kopplungselements anliegen, um das Drehmoment in beide Drehrichtungen übertragen
zu können.
Hierbei können
besonders günstig
die Führungsflächen der
Führungselemente gleichzeitig
als Stützflächen dienen.
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Für einen
kompakten Aufbau des Exzentergetriebes, insbesondere zur Erzielung
eines geringen Außendurchmessers,
weist das Exzenterrad eine Außenverzahnung
auf, die mit einer korrespondierenden Innenverzahnung mit einer
unterschiedlichen Zähneanzahl
des Abtriebselements kämmt.
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Zur
Erzielung eines geringen Außenduchmessers
des Getriebes ist in Verlängerung
des Abtriebselements ein Bolzen als Mittelachse ausgebildet, auf
dem die einzelnen Getriebeelemente angeordnet sind. Zur Realisierung
einer weiteren Untersetzungsstufe kann der Mitnehmer über ein
Schneckenrad von einer Schneckenwelle eines Elektromotors angetrieben
werden.
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Um
die auf das Abtriebselement einwirkenden Kräfte aufzunehmen, ist das Abtriebselement
radial und/oder axial im Deckel des Getriebegehäuses gelagert, wozu dieser
vorzugsweise aus Metall ausgebildet ist. Ein Teil des Abtriebselements
ragt hierbei aus einer Öffnung
des Deckels und bildet eine beliebig ausgeformte Schnittstelle zur
Verstellmechanik des zu verstellenden Teils bzw. des gehäusefesten Teils.
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Zeichnungen
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In
den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 einen
Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Exzentergetriebe
nach A-A und
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2 einen
radialen Schnitt des Exzentergetriebes nach II-II.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In
1 ist
ein Exzentergetriebe
10 mit einem Getriebegehäuse
12 dargestellt,
das einen Grundkörper
14 aus
Kunststoff und einen Deckel
16 aufweist, der beispielsweise
aus Metall gefertigt ist. Im Getriebegehäuse
12 ist ein Bolzen
18 angeordnet, auf
dem drehbar ein Exzenterelement
20 gelagert ist. Das Exzenterelement
20 ist
drehfest mit einem Schneckenrad
22 verbunden, das mit einer
Schnecke
24 kämmt.
Die Schnecke
24 ist beispielsweise auf einer Ankerwelle
26 eines
nicht näher
dargestellten Elektromotors
28 angeordnet, der das Exzenterelement
20 zu
einer Drehbewegung um den Lagerbolzen
18 veranlasst. In
einem weiteren, nicht näher dargestellten
Ausführungsbeispiel
wird das Exzenterelement
20 direkt von einem Anker des
Elektromotors
28 angetrieben, wie dies beispielsweise in
der
EP 0 981 696 B1 dargestellt
ist.
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Auf
dem Exzenterelement 20 ist ein gegenüber diesem frei drehbar gelagertes
Exzenterrad 30 mit einer als Außenverzahnung 32 ausgebildeten Stirnradverzahnung 34 gelagert.
Die Außenverzahnung 32 kämmt mit
einer Innenverzahnung 36 eines Hohlrads 38, das
als Abtriebselement 40 ausgebildet ist. Zur Übertragung
des Abtriebsmoments auf eine nicht näher dargestellte Kinematik
eines Sitzgestells weist das Abtriebselement 40 beispielsweise
eine Kerbverzahnung 42, eine Stirnverzahnung 43,
oder einen Innenvielkant 44 auf, in das formschlüssig ein Kraftübertragungselement 9 des
Sitzgestänges greift.
Das Exzenterelement 20 und das Abtriebselement 40 mit
dem Hohlrad 38 sind axial übereinander auf dem Lagerbolzen 18 angeordnet.
Dabei ist beispielsweise das Abtriebselement 40 drehfest
und das Exzenterelement 20 drehbar auf dem Lagerbolzen 18 gelagert,
der wiederum drehbar im Getriebegehäuse 12 gelagert ist.
Das Abtriebselement 40 wird an einer radialen Außenfläche 46 an
einer kreisförmigen Öffnung 48 des
Deckels 16 radial abgestützt. Des weiteren weist der
Deckel 16 eine axiale Schulter 50 auf, an dem
sich das Abtriebselement 40 und über dieses auch das Mitnehmerelement 20 und
das Exzenterrad 30 axial abstützt. Ist der Deckel 16 beispielsweise
aus Stahl gefertigt, ist zwischen dem Abtriebselement 40 und
dem Deckel 16 eine Lagerbuchse 52 angeordnet,
beispielsweise aus Kunststoff, um das Exzentergetriebe mit reduzierter
Reibung zu lagern. Die Innenverzahnung 36 des Hohlrads 38 weist
eine von der Außenverzahnung 32 des Exzenterrads 30 abweichende
Anzahl von Zähnen 35 auf,
wodurch ein unterschiedliches Untersetzungsverhältnis realisiert werden kann.
Das Exzenterrad 30 wird dabei vom Exzenterelement 20 geführt und
mittels eines Kopplungselements 54 an einer Eigenrotation
gehindert. Dazu weist das Kopplungselement 54 erste Führungselemente 56 auf,
die in korrespondierende Gegenelemente 57 eines Befestigungsflansches 60 greifen,
der zwischen dem Grundkörper 14 und
dem Deckel 16 angeordnet ist. Dadurch ist das Kupplungselement 54 gegenüber dem
Befestigungsflansch 60 ausschließlich auf einer Geraden 62 bewegbar.
Zur Kopplung des Befestigungsflansches 60 mit dem Exzenterrad 30 weist
das Kopplungselement 54 zweite Führungselemente 64 auf,
die mit entsprechenden Gegenelementen 65 des Exzenterrads 30 zusammenwirken.
Die Führungs- bzw.
Gegenelemente 54, 30 sind derart ausgebildet, dass
sich das Exzenterrad 30 gegenüber dem Kopplungselement 54 ebenfalls
ausschließlich
auf einer zweiten Geraden 66 bewegen kann, die näherungsweise
senkrecht zur Geraden 62 angeordnet ist. Da sich nun das
Exzenterrad 30 gegenüber
dem Befestigungsflansch 60 ausschließlich auf zwei in etwa senkrecht
zueinander angeordneten Geraden 62, 66 bewegen
kann, wird eine Eigenrotation des Exzenterrades 30 mittels
des Kopplungselements 54 unterbunden, wodurch sich das
Abtriebselement 40 entsprechend dem Untersetzungsverhältnis auf
dem Exzenterrad 30 abrollt.
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Im
Ausführungsbeispiel,
wie es im Schnitt der 2 dargestellt ist, weist der
Befestigungsflansch 60 als erste Gegenelemente 57 radiale
Stege 68 auf die in radiale Aussparungen 70 eingreifen,
die die ersten Führungselemente 56 bilden.
Dabei wird das Kopplungselement 54 über seitliche Führungsflächen 72 der
ersten Führungselemente 56 entlang korrespondierenden
seitlichen Gegenführungsflächen 73 des
Befestigungsflansches 60 geführt. Die Führungs- und Gegenführungsflächen 72, 73 wirken hierbei
gleichzeitig als Stützschultern 75, über die das
Drehmoment zwischen dem Kopplungselement 54 und dem Befestigungsflansch 60 übertragen
wird. Die zweiten Führungselemente 64 des
Kopplungselements 54 sind als zweite radiale Aussparungen 78 ausgebildet,
in die als zweite Gegenführungen 65 ausgebildete
Führungsbolzen 80 greifen.
Die radialen Aussparungen 78 weisen beide Führungsflächen 82 auf,
an denen die Führungsbolzen 80 über Gegenführungsflächen 84 anliegen
und das Exzenterrad 30 auf eine Bewegung relativ zum Kopplungselement 54 entlang
der Geraden 66 zwingen. Die zweiten Führungs- bzw. Gegenführungsflächen 82, 84 sind
ebenfalls als zweite Stützschultern 85 ausgebildet, über die
das Drehmoment zwischen dem Exzenterrad 30 und dem Kopplungselement 54 übertragen wird.
Das Kopplungselement 54 weist einen mittigen, beispielsweise
kreisförmigen
Durchbruch 86 auf, wobei das den Durchbruch 86 durchdringende
Exzenterelement 20 innerhalb des Durchbruchs 86 um
die Mittelachse 19 rotieren kann. Die äußere Form des Kopplungselements 54 ist
hier in etwa kreisförmig ausgebildet,
wobei dessen Außendurchmesser 88 geringer
ist, als der Innendurchmesser 90, der in etwa kreisförmigen Ausnehmung 67 des
Befestigungsflansches 60, um eine Verschiebung des Kopplungselements 54 entlang
der Achse 62 zu ermöglichen.
Die ersten Führungselemente 56 und
die zweiten Führungselemente 64 des
Kopplungselements 54 sind als radial nach außen bzw.
radial nach innen zum Durchbruch 86 hin offene Aussparungen 70, 78 ausgebildet.
Diese Aussparungen 70, 78 können in alternativen Ausführungen
aber je nach Ausformung der Führungselemente 56, 64 und
der Gegenelemente 57, 65 auch als geschlossene
Langlöcher
oder tangentiale parallele Führungsflächen ausgebildet sein.
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Der
Befestigungsflansch 60 umschließt das Kopplungselement 54 vollständig, das
innerhalb der Ausnehmung 67 angeordnet ist. Das Kopplungselement 54 liegt
dabei axial auf gleicher Höhe
mit dem Befestigungsflansch 60 in einer Ebene senkrecht zum
Lagerbolzen 18. In einem äußeren Randbereich 92 des
Befestigungsflansches 60 sind Aufnahmen 94 für Verbindungselemente 99 – beispielsweise Schrauben
oder Nieten – ausgeformt,
mit denen der Deckel 16 und der Grundkörper 14 miteinander und/oder
mit dem Befestigungsflansch 60 verbunden werden. Hierzu
werden beispielsweise in entsprechenden Gegenaufnahmen 96 des
Deckels 16 Schrauben 99 angeordnet, die die als
Löcher
ausgebildeten Aufnahmen 94 durchdringen und in den Grundkörper 14 eingeschraubt
werden. Das Getriebegehäuse 12 ist
somit fest verschlossen und der Befestigungsflansch 60 in
das Getriebegehäuse 12 integriert.
Dadurch liegt an jeder axialen Seite 59, 61 das Befestigungsflansches 60 eines
der Gehäuseteile 14 oder 16 an.
Der Befestigungsflansch 60 weist weiter radiale Fortsätze 100 auf,
die das Getriebegehäuse überragen,
und Aufnahmen 95 für
Befestigungselemente 99 aufweisen, die den Befestigungsflansch 60 mit
einem der zueinander beweglichen Teile 8, 9 verbindet.
Die Aufnahmen 95 sind beispielsweise auch als runde Löcher 98 ausgebildet,
die beispielsweise Schrauben 99 oder Nieten 99 aufnehmen.
Um das Exzentergetriebe 10 gegenüber einem der zueinander beweglichen
Teile 8,9 zu positionieren, sind an den Aufnahmen 95 Abstandshalter 102 angeordnet. Der
Befestigungsflansch 60, der beispielsweise als Blechstanzteil
gefertigt ist, weist in seinem inneren Bereich einen Durchsatz 104 auf,
wodurch einerseits eine radiale Innenfläche 106 und eine radiale
Außenfläche 108 gebildet
wird, Dadurch dient der Befestigungsflansch 60 als Zentrierelement
für die
Gehäuseteile 14 und 16,
wobei sich der Deckel 16 mit einem äußeren Rand 107 an
der radialen Innenwand 106, und der Grundkörper 14 mit
einem Rezess 109 an der radialen Außenwand 108 abstützt. Zusätzlich zu dieser
radialen Fixierung weist der Befestigungsflansch 60 als
Sicherungselemente 110 gegen eine Verdrehung weitere Aussparungen 111 auf,
in die formschlüssig
Gegenelemente 112 des Deckels 16 greifen.
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In
einer erfindungsgemäßen Anwendung
zur Sitzverstellung ist das Exzentergetriebe 10 über die Aufnahmen 95 des
Befestigungsflansches 60 mit einem Sitzgestell 8, 9 verbunden,
wobei das Abtriebselement 40 über die Schnittstelle 42, 43, 44 mit
einem gegenüber
dem Sitzgestell beweglichen Teil 8, 9 – beispielsweise
der Sitzlehne – wirkverbunden
ist. Wirken nun beim Auftreten eines Auffahrunfalls hohe Drehmomente
auf das Abtriebselement 40, werden diese über das
Exzenterrad 30 über
die Stützschultern 85 auf
das Kopplungselement 54, und von diesem über die
Stützschultern 75 direkt
auf den Befestigungsflansch 60 übertragen, und somit vom Sitzgestell
aufgenommen. Dadurch erfährt
der Elektromotor 28, sowie die erste Getriebestufe (Schnecke 24, Schneckenrad 22 und
das Getriebegehäuse 12)
keine erhöhten
Kräfte.
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In
einem nicht näher
dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel
ist das Kopplungselement 54 einstückig mit dem Exzenterrad 30 ausgebildet. Dabei
weist das Kopplungselement 54 eine Außenverzahnung auf, die direkt
in eine Innenverzahnung des Befestigungsflansches 60 greift.
Das Exzenterrad 30 mit dem Kupplungselement 54 ist
dabei frei drehbar angeordnet, wobei sich die Untersetzung aus dem
Verhältnis
der Zähnepaarung
des Kopplungselements 54 mit dem Befestigungsflansch 60 zur
Zahnpaarung der Innenverzahnung 36/Außenverzahnung 32 ergibt.
Auch hierbei werden die über das
Abtriebselement 40 eingeleiteten hohen Crash-Momente über die
Außenverzahnung
des Kopplungselements 54 direkt auf die Innenverzahnung
des Befestigungsflansches 40 und damit auf das Sitzgestell übertragen.
Dabei kann die Außenverzahnung
des Kopplungselements 54 durchgängig mit der Außenverzahnung 32 des
Exzenterrads 30, oder als abgesetzte Verzahnung ausgebildet
sein.
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Es
sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und der Beschreibung
gezeigten Ausführungsbeispiele
vielfältige
Kombinationsmöglichkeiten
der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise
die konkrete Ausgestaltung des Befestigungsflansches 60,
des Kopplungselements 54 und des Exzenterrads 30 mit
den ersten und zweiten Führungselementen 56, 64 mit den
korrespondierenden Gegenelementen 57, 65 oder
der Winkel zwischen den beiden Geraden 62 und 66 beliebig
variiert werden. Wesentlich ist dabei nur, dass auf das Exzentergetriebe 10 einwirkende hohe
Drehmomente direkt über
einen Formschluss des Kopplungselements 54 mit dem Befestigungsflansch 60 über den
belastungsfähig
ausgebildeten Befestigungsflansch 60 abgeführt werden
können. Dadurch
können
das Gehäuse 12 und
die anderen Bauteile, die nicht im Kraftfluss liegen, aus kostengünstigeren,
und getriebeoptimierten Werkstoffen, wie beispielsweise Kunststoff,
hergestellt werden. Die Anwendung des Exzentergetriebes 10 ist
nicht auf das Verstellen von Sitzteilen im Kraftfahrzeug beschränkt, sondern
kann bei beliebigen Verstellvorrichtungen eingesetzt werden, bei
denen hohe Drehmomente aufgenommen werden sollen.