DE102016120356A1

DE102016120356A1 - Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016120356A1
Application number: DE102016120356.4A
Authority: DE
Inventors: Joachim Paul; Johannes Töpfl
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2018-04-26
Also published as: US10190674B2; CN107979224B; CN107979224A; US20180112768A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (10) mit einem Gehäuse (40), in dem ein Elektromotor (20) und ein Schneckengetriebe (30) angeordnet sind, wobei das Schneckengetriebe (30) ein an einer Rotorwelle (21) des Elektromotors (20) angeordnetes Schneckenrad (32) und ein mit dem Schneckenrad (32) in Eingriff stehendes und mit einer Abtriebswelle (36) drehfest verbundenes Zahnrad (34) aufweist, und wobei der Elektromotor (20) mit einem axialen Ende über ein Anschlagelement (46) und mit dem entgegengesetzten axialen Ende über ein Axialspannelement (50) im Gehäuse (40) axial gelagert ist, wobei das Axialspannelement (50) ein Federelement (52), ein separates schwimmendes Halteelement (54) und ein separates Elastomerelement (56) aufweist, wobei das Halteelement (54) axial zwischen dem Federelement (52) und dem Elastomerelement (56) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor und einem Schneckengetriebe.
Schneckengetriebe zählen zu den Standardgetrieben und werden üblicherweise als Untersetzungsgetriebe eingesetzt, wobei mit dem Schneckengetriebe hohe Untersetzungen möglich sind. Durch die mit dem Schneckengetriebe realisierbare hohe Untersetzung können beispielsweise relativ schnell drehende Elektromotoren für langsame Verstellbewegungen verwendet werden, wobei für die Verstellbewegungen ein hohes Drehmoment zur Verfügung gestellt wird. Derartige Schneckengetriebe werden in automobilen Anwendungen beispielsweise bei elektrischen Lenkhilfen, bei Fensterheberantrieben oder bei Schiebedachantrieben eingesetzt.
Die Schneckengetriebe weisen üblicherweise ein Schneckenrad und ein in das Schneckenrad eingreifendes Zahnrad auf, wobei das Schneckenrad über eine Antriebswelle durch einen Elektromotor angetrieben wird und das Zahnrad mit einer Abtriebswelle drehfest verbunden ist. Für eine höhere Untersetzung kann das Schneckengetriebe mit einer zweiten Untersetzungsstufe ausgeführt sein.
Für eine hohe Lebensdauer des Schneckengetriebes sollte das Flankenspiel zwischen dem Schneckenrad und dem in das Schneckenrad eingreife Zahnrad optimal eingestellt sein. Ist das Flankenspiel zu groß oder zu klein eingestellt, resultiert daraus ein erhöhter Verschleiß, welcher die Lebensdauer des Schneckengetriebes reduziert. Um das optimale Flankenspiel zu jedem Zeitpunkt zu gewährleisten, ist aus dem Stand der Technik bekannt, das Schneckenrad axial vorzuspannen. Die DE 10 2007 038 916 A1 beschreibt beispielsweise einen Gurtstrafferantrieb für einen Sicherheitsgurt, wobei der Gurtstrafferantrieb einen Elektromotor und ein Doppelschneckengetriebe aufweist. Der Elektromotor treibt über eine Rotorwelle ein Schneckenrad an, welches in ein auf einer Zwischenwelle angeordnetes Zahnrad eingreift, wobei die Zwischenwelle zusätzlich ein zweites Schneckenrad aufweist, welches mit einem zweiten Zahnrad wirkverbunden ist.
Das zweite Zahnrad ist mit einer Getriebe-Abtriebswelle drehfest verbunden. Zum Einstellen des richtigen Flankenspiels weist der Gurtstrafferantrieb ein axial vorgespanntes Topflager auf, in dem die Rotorwelle gelagert ist. Die Vorspannung erfolgt durch ein Federelement, welches zwischen dem axial verschiebbaren Topflager und dem starren Gehäuse angeordnet ist. Nachteilhaft an dieser Ausführung ist, dass das Zahnflankenspiel über das axial verschiebbare und über ein Federelement vorgespannte Topflager ausgeglichen wird, wobei das Topflager Axial- und Radialbelastungen aufnimmt und bei einer axialen Verschiebung des Topflagers die aneinander anliegenden Gleitflächen des Topflagers und des Gehäuses verschleißen, wodurch die Lebensdauer des Schneckengetriebes reduziert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Antriebsvorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass das Flankenspiel zu jedem Zeitpunkt auf eine einfache und verschleißarme Weise optimal eingestellt wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung weist einen Elektromotor und ein Schneckengetriebe auf, wobei an einer Rotorwelle des Elektromotors ein Schneckenrad angeordnet ist. Das Schneckenrad kann dabei einstückig mit der Rotorwelle ausgebildet sein oder separat ausgebildet sein, und kann drehfest mit der Rotorwelle verbunden sein. Das Schneckenrad greift in ein Zahnrad ein, welches beispielsweise über eine formschlüssige Verbindung oder eine Pressverbindung mit einer Abtriebswelle oder weiteren Getriebestufe, wie z.B. einem weiteren Schraubrad, drehfest verbunden ist.
Der Elektromotor und das Schneckengetriebe sind in einem Gehäuse angeordnet, wobei der Elektromotor über ein Anschlagelement und ein Axialspannelement axial gelagert ist. Der Elektromotor liegt dabei mit einem axialen Ende an dem Anschlagelement und mit dem entgegengesetzten axialen Ende an dem Axialspannelement an. Die Rotorwelle ist axial und radial im Elektromotor gelagert.
Das Axialspannelement weist ein Federelement, ein separates Halteelement und ein separates Elastomerelement auf, wobei das Halteelement axial zwischen dem Federelement und dem Elastomerelement angeordnet ist. Das Federelement ist zwischen dem axialen Ende des Elektromotors und dem Halteelement angeordnet. Das Elastomerelement ist zwischen dem Halteelement und dem Gehäuse angeordnet, so dass das Halteelement schwimmend gelagert ist. Die Anordnung des Halteelements zwischen dem Federelement und dem Elastomerelement verhindert, dass das Federelement in das relativ weiche Elastomerelement eindringen kann.
Durch die verschiebbare Anordnung des gesamten Elektromotors im Gehäuse und die axiale Vorspannung des Elektromotors durch das Axialspannelement können das Flankenspiel, der Toleranzausgleich, und die unterschiedliche Wärmedehnung bzw. Kontraktion bei Kälte auf eine einfache Weise eingestellt werden, ohne dass ein lebensdauermindernder Verschleiß auftritt. Außerdem können durch das Elastomerelement des Axialspannelements Stoßbelastungen und Schwingungen des Elektromotors gedämpft und besser aufgenommen werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Elektromotor an seinen beiden axialen Enden jeweils einen Motorendtopf auf. An den Motorendtöpfen greifen das Anschlagelement und das Axialspannelement an und lagern diese jeweils unmittelbar. Auf diese Weise wird der Elektromotor einfach und kostengünstig im Gehäuse gelagert.
Vorzugsweise ist das Elastomerelement an das Halteelement angespritzt, wodurch der Herstellungsaufwand des Axialspannelements reduziert wird.
In einer bevorzugen Ausgestaltung durchgreift das Elastomerelement das Halteelement und liegt ab einem definierten Federweg des Federelements an dem axialen Ende des Elektromotors unmittelbar an. Auf diese Weise wird der Elektromotor im Normalbetrieb durch das Federelement axial vorgespannt, wobei bei Stoßbelastung der Elektromotor mit dem axialen Ende am Elastomerelement anliegt und das Elastomerelement die Stoßbelastung aufnimmt und dämpft. Die Dämpfung erfolgt dabei durch die innere Reibung des Elastomerelements.
Vorzugsweise ist das Federelement ein ringförmiger Federkörper, wobei der Federkörper eine Tellerfeder, hintereinander geschaltete Tellerfedern oder ein multigewellter Federkörper ist. Ein derartiges Federelement kann bei geringem Bauraum hohe axiale Belastungen aufnehmen. Zudem weist ein solches Federelement eine flache Federkennlinie aufgrund einer konstanten Vorspannung auf.
In einer besonderen Ausgestaltung ist das Anschlagelement an dem dem Schneckengetriebe zugewandten axialen Ende des Elektromotors und das Axialspannelement an dem dem Schneckengetriebe abgewandten axialen Ende des Elektromotors angeordnet.
Vorzugsweise weist das Halteelement einen Federweg-Begrenzer auf, der ab einem definierten Federweg des Federelements an dem axialen Ende des Elektromotors unmittelbar anschlägt. Der Federweg-Begrenzer kann beispielsweise ein ringförmiger axialer Vorsprung bzw. Ringsteg sein. Durch den Federweg-Begrenzer wird das Überdrücken des Federelements verhindert.
Vorzugsweise weist das Halteelement eine ringförmige Tasche auf, in der das Federelement angeordnet ist. Durch die Anordnung des Federelements in der ringförmigen Tasche wird das Federelement positioniert und geführt. Der Federweg-Begrenzer bildet die Innen- oder die Außenwand der ringförmigen Tasche.
Vorzugsweise ist das Schneckengetriebe ein Doppelschneckengetriebe, wobei an der Abtriebswelle ein zweites Schneckenrad drehfest angeordnet ist, welches in ein zweites Zahnrad eingreift. Die zusätzliche Stufe des Doppelschneckengetriebes ermöglicht eine höhere Untersetzung, wodurch höhere Drehmomente an der Getriebe-Abtriebswelle realisiert werden können.
Die Erfindung wird anhand Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine Längsschnitt einer Antriebsvorrichtung,
2 einen Ausschnitt der Antriebsvorrichtung aus 1 in geschnittener Darstellung, und
3 eine perspektivische Darstellung eines Axialspannelements.

1 zeigt eine elektrische Antriebsvorrichtung 10 mit einem Elektromotor 20 und einem Schneckengetriebe 30. Der Elektromotor 20 und das Schneckengetriebe 30 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 40 angeordnet, wobei das Gehäuse 40 ein Oberteil 42 und ein Unterteil 44 aufweist, die in einer Trennebene 47 aneinander anliegen.
Das Schneckengetriebe 30 umfasst ein Schneckenrad 32 und ein in das Schneckenrad 32 eingreifende Zahnrad 34. Das Schneckenrad 32 ist an dem freien Ende einer Rotorwelle 28 des Elektromotors 20 fixiert, wobei die Rotorwelle 28 mit dem Rotor des Elektromotors 20 drehfest verbunden ist und über in den Figuren nicht dargestellte Lager im Elektromotor gelagert ist. Das Zahnrad 34 ist auf einer Abtriebswelle 36 gelagert und mit dieser beispielsweise über eine Formschluss- oder Kraftschlussverbindung drehfest verbunden.
Der Elektromotor 20 weist an seinen axialen Enden jeweils einen Motorendtopf 22, 24 auf. Der proximale Motorendtopf 22 ist an dem dem Schneckengetriebe 30 zugewandten axialen Ende und der distale Motorendtopf 24 an dem dem Schneckengetriebe 30 abgewandten axialen Ende des Elektromotors 20 angeordnet, wobei der proximale Motorendtopf 22 eine zentrale Öffnung 26 aufweist, durch die die Rotorwelle 28 verläuft. An den proximalen Motorendtopf 22 greift ein Anschlagelement 46 mit Momentenabsicherung in beiden Drehrichtungen des Elektromotors und an den distalen Motorendtopf 24 ein Axialspannelement 50 an, wodurch der Elektromotor 20 axial im Gehäuse 40 gelagert ist.
2 zeigt das erfindungsgemäße Axialspannelement 50 in geschnittener und 3 in perspektivischer Darstellung. Das Axialspannelement 50 setzt sich aus einem Federelement 52, einem schwimmend gelagerten Halteelement 54 und einem Elastomerelement 54 zusammen. Das Federelement 52 ist ein multigewellter, ringförmiger Federkörper 53, der zwischen dem Motorendtopf 24 und dem Halteelement 54 angeordnet ist. Der ringförmige Federkörper 53 ist in einer im Halteelement 56 ausgebildeten ringförmige Tasche 58 angeordnet, wobei das Federelement 52 durch die Innenwand 60 der ringförmige Tasche 58 positioniert und geführt wird. Die Innenwand 60 der ringförmigen Tasche 58 ist dabei derart ausgeführt, dass diese einen Federweg-Begrenzer 66 bildet, so dass ab einem definierten Einfederweg des Federelements 52 der Motorendtopf 24 unmittelbar an dem Federweg-Begrenzer 66 anliegt und dadurch das Überdrücken des Federelements 52 verhindert wird. An der dem Federelement 52 entgegengesetzten Seite ist am Halteelement 54 das Elastomerelement 56 angeordnet, welches an das Halteelement 54 angespritzt ist. Das Halteelement 54 weist mehrere Öffnungen 62 auf, durch die das Elastomerelement 56 hindurchgreift und Vorsprünge 64 bildet, die axial von dem Halteelement 54 abstehen. Das Elastomerelement 54 ist axial und über einen Kragen 57 radial im Gehäuse 20 gelagert, wobei das Elastomerelement 56 das gesamte Axialspannelement 50 im Gehäuse 20 lagert.
Durch das Federelement 52 des erfindungsgemäßen Axialspannelements 50 können Fertigungstoleranzen und temperaturbedingte Toleranzen des Elektromotors 20 und des Gehäuses 40 ausgeglichen werden und kann das Flankenspiel trotz Fertigungs- und Temperaturtoleranzen derart eingestellt werden, dass der Verschleiß am Schneckenrad und am Zahnrad gering ist. Außerdem kann die axiale Belastung bei Überlast oder Blockieren der Abtriebswelle 36 durch das Elastomerelement 56 gedämpft werden, wobei ab einem definierten Einfederweg des Federelements 52 mehrere Vorsprünge 64 des Elastomerelements 56 mit dem Motorendtopf 24 unmittelbar in Kontakt sind und das Elastomerelement 56 verformt wird. Durch die aus der Verformung des Elastomerelements 56 resultierende innere Reibung des Elastomerelements 56 wird axiale Bewegung gedämpft. Zusätzlich erfolgt eine akustische Entkopplung des Elektromotors 20 von dem Gehäuse 20, indem der Elektromotor 20 über das Axialspannelement 50 am Gehäuse 20 gelagert ist und die von dem Elektromotor 20 ausgehenden Schwingungen stark abgeschwächt an das Gehäuse 40 übertragen werden.
Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen. Es können beispielsweise das Schneckengetriebe 30, das Axialspannelement 50 oder das Gehäuse 40 anders ausgeführt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007038916 A1 [0004]

Claims

Antriebsvorrichtung (10) mit einem Gehäuse (40), in dem ein Elektromotor (20) und ein Schneckengetriebe (30) angeordnet sind, wobei das Schneckengetriebe (30) ein an einer Rotorwelle (21) des Elektromotors (20) angeordnetes Schneckenrad (32) und ein mit dem Schneckenrad (32) in Eingriff stehendes und mit einer Abtriebswelle (36) drehfest verbundenes Zahnrad (34) aufweist, und wobei der Elektromotor (20) mit einem axialen Ende über ein Anschlagelement (46) und mit dem entgegengesetzten axialen Ende über ein Axialspannelement (50) im Gehäuse (40) axial gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialspannelement (50) ein Federelement (52), ein separates schwimmendes Halteelement (54) und ein separates Elastomerelement (56) aufweist, wobei das Halteelement (54) axial zwischen dem Federelement (52) und dem Elastomerelement (56) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (20) an seinen axialen Enden jeweils einen Motorendtopf (22, 24) aufweist, wobei das Axialspannelement (50) und das Anschlagelement (46) den jeweiligen Motorendtopf (22, 24) unmittelbar lagern.
Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerelement (56) an das Halteelement (54) angespritzt ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerelement (56) das Halteelement (54) durchgreift und ab einem definierten Federweg des Federelements (52) an dem axialen Ende des Elektromotors (20) unmittelbar anliegt.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (52) eine ringförmiger Federkörper (53) ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (46) an dem dem Schneckengetriebe (30) zugewandten axialen Ende des Elektromotors (20) und das Axialspannelement (50) an dem dem Schneckengetriebe (30) abgewandten axialen Ende des Elektromotors (20) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (54) einen Federweg-Begrenzer (66) aufweist, der ab einem definierten Federweg des Federelements (52) an dem axialen Ende des Elektromotors (20) unmittelbar anschlägt.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (54) eine ringförmige Tasche (58) aufweist, in der das Federelement (52) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckengetriebe (30) ein Doppelschneckengetriebe ist, wobei an der Abtriebswelle (36) ein zweites Schneckenrad drehfest angeordnet ist, welches in ein zweites Zahnrad eingreift.