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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Antriebsrad für eine Getriebe-Antriebseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Getriebe-Antriebseinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Antriebsrad.
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Ein Antriebsrad mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der nachveröffentlichten
DE 10 2016 226 131 A1 der Anmelderin bekannt. Das bekannte Antriebsrad ist mit Blick auf ein minimiertes Werkstoffvolumen bzw. Gewicht optimiert und weist darüber hinaus gute Fertigungseigenschaften auf. Das bekannte Antriebsrad weist weiterhin zwischen einem Nabenbereich und einem Zahnkranzbereich angeordnete erste Versteifungsrippen auf, die zur Erhöhung der Festigkeit bzw. Steifigkeit bei der Übertragung von Momenten bzw. Kräften vom Antriebsrad auf eine mit dem Antriebsrad zusammenwirkende Getriebeschnecke und umgekehrt dient. Charakteristisch für die ersten Versteifungsrippen ist, dass diese in Bezug zur Drehachse des Antriebsrads radial angeordnet ist. Dadurch wird zum einen eine sehr kurze radiale Länge der ersten Versteigungsrippen und somit ein relativ geringes Volumen und Gewicht der ersten Versteifungsrippen erzielt. Weiterhin werden radial wirkende Kräfte bei hoher Steifigkeit des Antriebsrads gut übertragen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Antriebsrad für eine Getriebe-Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es bei weiterhin relativ geringem Volumen und somit relativ geringem Gewicht eine besonders hohe Steifigkeit aufweist. Insbesondere wird eine hinsichtlich der Aufnahme bzw. Übertragung von in Umfangsrichtung des Antriebsrads bzw. in tangentialer Richtung verlaufenden Kräften optimierte Steifigkeit bzw. Kraftübertragung ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass die Ausrichtung der ersten Versteifungsrippen, im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik, nicht mehr in radialer Richtung in Bezug zur Drehachse des Antriebsrads erfolgt, sondern in einem Winkel hierzu. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass der Anbindungsbereich der ersten Versteifungsrippe am Nabenbereich außerhalb einer gedachten Verbindungsgeraden zwischen der Drehachse des Antriebsrads und dem Anbindungsbereich der ersten Versteifungsrippe am Zahnkranzbereich angeordnet ist. Eine derartige Anordnung bzw. Ausrichtung der ersten Versteifungsrippen ermöglicht eine besonders gute Übernahme bzw. Übertragung von in Umfangsrichtung des Antriebsrads wirkenden Kräften bzw. Momenten bzw. eine optimierte Steifigkeit mit Blick auf die angesprochenen Kräfte und Momente.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Antriebsrads für eine Getriebe-Antriebseinrichtung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Bei der Verwendung als Antriebsrad in einer Getriebe-Antriebseinrichtung eines Komfortantriebs eines Kraftfahrzeugs, wie einem Sitzverstellungsantrieb, einem Fensterheberantrieb oder ähnlichem und einer damit verbundenen üblichen Dimensionierung des Durchmessers des Nabenbereichs und des Zahnkranzbereichs hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn eine die beiden Anbindungsbereiche der ersten Versteifungsrippe an dem Nabenbereich und am Zahnkranzbereich verbindende Gerade in einem Winkel zwischen 30° und 60° im Vergleich zu einer radial verlaufenden Geraden verläuft, die den Anbindungsbereich der ersten Versteifungsrippe am Zahnkranzbereich mit der Drehachse des Antriebsrads verbindet.
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Eine weitere Optimierung der Steifigkeit des Antriebsrads, insbesondere bei einem in beide Drehrichtungen antreibbaren Antriebsrad wird erzielt, wenn an dem Anbindungsbereich dem Zahnkranzbereich zwei erste Versteifungsrippen vorgesehen sind, wobei die beiden ersten Versteifungsrippen symmetrisch zu einer die Drehachse des Antriebsrads mit dem Anbindungsbereich am Nabenbereich verbindenden Geraden angeordnet sind. Dadurch werden gleiche Steifigkeitseigenschaften des Antriebsrads in beide Drehrichtungen des Antriebsrads erzielt.
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Eine weitere Optimierung des Antriebsrads mit Blick auf die Steifigkeitseigenschaften bei unterschiedlichen Drehrichtungen des Antriebsrads wird erzielt, wenn auch am Anbindungsbereich der ersten Versteifungsrippen im Bereich der Nabe zwei erste Versteifungsrippen mit dem Nabenbereich verbunden sind, wobei die beiden ersten Versteifungsrippen symmetrisch zu der angesprochenen, radial verlaufenden Geraden angeordnet sind.
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Mit Blick auf radiale Beanspruchungen des Zahnkranzbereichs und eine gute Herstellbarkeit bzw. Spritzbarkeit des aus Kunststoff bestehenden Antriebsrads ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn zwischen zwei benachbarten ersten Anbindungsbereichen der ersten Versteifungsrippen am Zahnkranzbereich wenigstens eine, vorzugsweise mehrere zweite Versteifungsrippen angeordnet sind, wobei sich die wenigstens eine zweite Versteifungsrippe vom Zahnkranzbereich radial in Richtung der Längsachse des Antriebsrads erstreckt und radial vor dem Nabenbereich endet.
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Insbesondere bei der Verwendung von mehreren zweiten Versteifungsrippen, die zwischen zwei benachbarten ersten Versteifungsrippen angeordnet sind, ist es zur Vergrößerung des Bauraums zur Anordnung der zweiten Versteifungsrippen von Vorteil, wenn die ersten Versteifungsrippen in Längserstreckung betrachtet S-förmig ausgebildet sind, wobei die ersten Versteifungsrippen auf der der wenigstens einen zweiten Versteifungsrippe zugewandten Seite einen konkav geformten Abschnitt aufweist.
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Eine weitere Optimierung der Steifigkeitseigenschaften sowie eine gute Herstellbarkeit des Antriebrads wird erzielt, wenn auf beiden Stirnseiten des zwischen dem Nabenbereich und dem Zahnkranzbereich angeordneten Zwischenbereichs erste und ggf. zweite Versteifungsrippen angeordnet sind, und wenn die ersten und die ggf. zweiten Versteifungsrippen in Bezug zur Längsachse des Antriebsrads ohne Drehwinkelversatz zueinander angeordnet sind.
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Mit Blick auf eine besonders gute Herstellbarkeit bzw. Spritzbarkeit im Bereich des Zahnkranzbereichs ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn der Zahnkranzbereich auf der dem Nabenbereich zugewandten Seite zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten ersten Anbindungsbereichen der ersten Versteifungsrippen mit wenigstens einem Radius vorgesehen ist, sodass die Zahnkranzdicke zwischen zwei ersten Anbindungsbereichen zumindest bereichsweise verringert ist.
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Um in Längserstreckung der ersten Versteifungsrippen betrachtet Druckspannungsspitzen in den ersten Versteifungsrippen bei der Übertragung von Kräften zu vermeiden, ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn der Querschnitt der ersten Versteifungsrippen in Längserstreckung der ersten Versteifungsrippen betrachtet entweder zumindest im Wesentlichen gleich groß ist oder sich stetig, d.h. kontinuierlich ändert.
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Eine optimierte Gestalt der zweiten Versteifungsrippen sieht vor, dass diese in Richtung des Nabenbereichs gerundet ausgebildet ist, derart, dass deren Höhe in Richtung zum Nabenbereich abnimmt.
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Zuletzt umfasst die Erfindung auch eine Getriebe-Antriebseinrichtung, insbesondere für einen Komfortantrieb eines Kraftfahrzeugs, unter Verwendung eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Antriebsrads. Eine derartige Getriebe-Antriebseinrichtung zeichnet sich insbesondere durch ein minimiertes Gewicht bei optimierter Steifigkeit und guter Herstellbarkeit des Antriebsrads aus.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Antriebsrads für eine Getriebe-Antriebseinrichtung,
- 2 eine Vorderansicht auf das Antriebsrad gemäß 1,
- 3 eine Rückansicht des Antriebsrads gemäß der 1 und
- 4 einen Längsschnitt durch das Antriebsrad gemäß den 1 bis 3 in einer perspektivischen Darstellung.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Das in den Figuren dargestellte Antriebsrad 10 besteht aus Kunststoff und ist im Spritzgussverfahren herstellt. Bei dem Kunststoff handelt es sich beispielhaft, und nicht einschränkend, um POM (Polyoxymethylen). Das Antriebsrad 10 findet insbesondere Verwendung als Bestandteil einer nicht gezeigten Getriebe-Antriebsreinrichtung, wobei das Antriebsrad in einem Getriebegehäuse angeordnet ist und mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Getriebeschnecke zusammenwirkt. Die Getriebe-Antriebsreinrichtung ist wiederum Bestandteil eines Komfortantriebs, wie einem Schiebedachantrieb, einem Sitzverstellungsantrieb oder ähnlichem in einem Kraftfahrzeug.
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Das Antriebsrad 10 weist eine Längsachse 11 als Drehachse auf, um die konzentrisch ein Nabenbereich 12 angeordnet ist. Der Nabenbereich 12 weist eine Durchgangsöffnung in Form einer Nabenöffnung 13 auf, um das Antriebsrad 10 auf einer Achse in dem angesprochenen Getriebegehäuse der Getriebe-Antriebseinrichtung zu montieren bzw. drehbar lagern zu können. Der Nabenbereich 12 ist über einen radial um die Längsachse 11 angeordneten, in etwa scheiben- bzw. ringförmigen Zwischenbereich 15 mit einem Zahnkranzbereich 17 einstückig (monolithisch) verbunden, wobei der Nabenbereich 12 einen von der Ebene des Zwischenbereichs 15 wegragenden, hülsenförmigen Fortsatz 18 mit einer Verzahnung aufweist, der zur Verbindung mit einem zu verstellenden Element dient.
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Der Zahnkranzbereich 17 weist auf der dem Nabenbereich 12 abgewandten Seite eine radial nach außen ragende Verzahnung 21 auf, über die das Antriebsrad 10 zumindest mittelbar von dem nicht gezeigten Elektromotor der Getriebe-Antriebseinrichtung bzw. der Getriebeschnecke antreibbar ist. Der Querschnitt des Zahnkranzbereichs 17 ist zumindest im Wesentlichen rechteckförmig, wobei die der Verzahnung 21 gegenüberliegende Wand 22 des Zahnkranzbereichs 17 unmittelbar mit dem Zwischenbereich 15 verbunden ist.
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Der Zwischenbereich 15 weist eine Wanddicke s (4) auf, die sich in radialer Richtung von dem Nabenbereich 12 in Richtung zum Zahnkranzbereich 17 vorzugsweise (geringfügig) verringert, d.h., dass der Zwischenbereich 15 an der Anbindungsstelle zum Nabenbereich 12 seine größte Wanddicke s aufweist, und im Bereich der Verbindung zum Zahnkranzbereich 17 die kleinste Wanddicke s. Die Anbindung des Zwischenbereichs 15 an dem Zahnkranzbereich 17 erfolgt in Bezug auf die Zahnkranzhöhe in einem in etwa mittleren Bereich des Zahnkranzbereichs 17.
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Der Zwischenbereich 15 weist an wenigstens seiner einen Stirnseite 23, vorzugsweise auch an seiner anderen Stirnseite 24, jeweils mehrere, in gleichmäßigen Winkelabständen bzw. gleichförmiger Anordnung zueinander angeordnete erste Versteifungsrippen 25 auf. Weiterhin weist das Antriebsrad 10 im Zwischenbereich 15 an wenigstens einer der beiden Stirnseiten 23, 24, vorzugsweise an beiden Stirnseiten 23, 24, zweite Versteifungsrippen 26 auf. Typischerweise beträgt die Anzahl der zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden ersten Versteifungsrippen 25 angeordneten zweiten Versteifungsrippen 26 zwischen zwei und fünf. Wenn an beiden Stirnseiten 23, 24 des Zwischenbereichs 15 erste Versteifungsrippen 25 sowie ggf. zweite Versteifungsrippen 26 angeordnet sind, so sind die ersten und ggf. zweiten Versteifungsrippen 25, 26 auf den beiden Stirnseiten 23, 24 des Antriebsrads 10 in Bezug zur Längsachse 11 vorzugsweise fluchtend zueinander, d.h. ohne Drehwinkelversatz zueinander angeordnet.
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Die ersten Versteifungsrippen 25 sind am Zahnkranzbereich 17 an einem ersten Anbindungsbereich 28 mit dem Zahnkranzbereich 17 verbunden. Weiterhin sind die ersten Versteifungsrippen 25 am Nabenbereich 12 im Bereich eines zweiten Anbindungsbereichs 29 mit dem Nabenbereich 12 verbunden. Die rippenartigen ersten Versteifungsrippen 25 weisen darüber hinaus in Längsrichtung betrachtet einen Querschnittsverlauf auf, der zumindest näherungsweise stetig ausgebildet ist, d.h., dass der Querschnittsverlauf der ersten Versteifungsrippen 25 in Längsrichtung entweder beispielsweise konstant ist, oder aber ohne Querschnittssprünge ausgebildet ist. Der Querschnitt der ersten Versteifungsrippen 25 ist im Wesentlichen rechteckförmig und weist aus Gründen der Spritzbarkeit bzw. Entformbarkeit aus einem Spritzgußwerkzeug üblicherweise Entformungsschrägen auf.
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Wie insbesondere anhand der Darstellung der 2 und 3 erkennbar ist, verlaufen die ersten Versteifungsrippen 25 in einer senkrecht zur Längsachse 11 verlaufenden Richtung betrachtet in Bezug zu einer ersten Geraden 31, die durch die Längsachse 11 und die Mitte zwischen zwei in Umfangsrichtung des Zahnkranzbereichs 17 unmittelbar anschließende Anbindungsbereiche 28 verläuft, d.h. in radialer Richtung in Bezug zur Längsachse 11 angeordnet ist, in einem schrägen Winkel α. Der Winkel α ist dabei zwischen der ersten Geraden 31 und einer die beiden Anbindungsbereiche 28, 29 verbindenden zweiten Geraden 36 einer Versteifungsrippe 25 angeordnet und beträgt vorzugsweise zwischen 30° und 60°, vorzugsweise etwa 45°. Weiterhin erkennt man anhand der 2 und 3, dass der erste Anbindungsbereich 28 jeweils der Anbindung zweier erster Versteifungsrippen 25 dient. Die beiden jeweils von einem ersten Anbindungsbereich 28 ausgehenden ersten Versteifungsrippen 25 weisen jeweils denselben Winkel α in Bezug zur ersten Geraden 31 auf. Auch erkennt man anhand der 2 und 3, dass der zweite Anbindungsbereich 29 ebenfalls der Anbindung von zwei ersten Versteifungsrippen 25 dient. Dies hat zur Folge, dass zwei in Umfangsrichtung des Antriebsrads 10 aneinander anschließende erste Versteifungsrippen 25 sich zwischen dem Zahnkranzbereich 17 und dem Nabenbereich 12 jeweils an einem Kreuzungspunkt 32 treffen bzw. überkreuzen.
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Die ersten Versteifungsrippen 25 sind in deren Längserstreckung jeweils leicht S-förmig ausgebildet, wobei die ersten Versteifungsrippen 25 in Richtung der zweiten Versteifungsrippen 26 jeweils einen konkav ausgebildeten ersten Abschnitt 33, und ab dem Kreuzungspunkt 32 in Richtung zum Nabenbereich 12 einen zweiten, konvex ausgebildeten Abschnitt 34 aufweisen. Durch die konkav ausgebildeten ersten Abschnitte 33 wird in Richtung zu den zweiten Versteifungsrippen 26 ein vergrößerter Abstand bzw. ein vergrößerter Bauraum zur Anordnung der zweiten Versteifungsrippen 26 erzielt.
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Zwischen zwei in Umfangsrichtung aneinander anschließenden ersten Versteifungsrippen 25 sind jeweils zwei zweite Versteifungsrippen 26 angeordnet. Dabei ist der Winkelabstand in Bezug zur Längsachse 11 zwischen den ersten Versteifungsrippen 25 zu den benachbarten zweiten Versteifungsrippen 26 sowie zwischen jeweils zwei Versteifungsrippen 26 am Zahnkranzbereich 17 vorzugsweise gleich groß ausgebildet. Weiterhin erkennt man an der 1, dass sowohl zwischen einer ersten Versteifungsrippe 25 und einer zweiten Versteifungsrippe 26, als auch zwischen zwei Versteifungsrippen 26 auf der dem Nabenbereich 12 zugewandten Seite der Zahnkranzbereich 17 jeweils ein Radius R aufweist, sodass die Zahnkranzdicke d (ohne Berücksichtigung der Verzahnung 21) zwischen einer ersten Versteifungsrippe 25 und einer zweiten Versteifungsrippe 26 sowie zwischen zwei Versteifungsrippen 26 jeweils ein lokales Minimum hat.
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Die zweiten Versteifungsrippen 26 reichen in radialer Richtung in etwa bis zur Mitte zwischen dem Zahnkranzbereich 17 und den Kreuzungspunkten 32. Weiterhin sind die zweiten Versteifungsrippen 26 im Bereich der jeweiligen Stirnseite 23, 24 mit einer Rundung 35 ausgebildet, sodass deren Höhe in Richtung zum Nabenbereich 12 abnimmt.
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Das soweit beschriebene Antriebsrad 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass die optimale Anzahl der zweiten Versteifungsrippen 26 zwischen zwei ersten Versteifungsrippen 25 mit Blick auf eine Minimierung des Materialvolumens sowie Optimierung der Steifigkeitseigenschaften des Antriebsrads 10 von der geometrischen Dimensionierung des Antriebsrads 10 bzw. von Elementen des Antriebsrads 10, von dem Material des Antriebsrads 10 und weiteren Faktoren abhängt. Ebenso ist auch der Winkel α der ersten Versteifungsrippen 25 insbesondere von den geometrischen Verhältnissen des Antriebsrads 10, wie dem Durchmesser des Antriebsrads 10 am Nabenbereich 12 und am Zahnkranzbereich 17 abhängig.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016226131 A1 [0002]
