DE102021101970A1

DE102021101970A1 - Untersetzungsgetriebe und getriebemotor

Info

Publication number: DE102021101970A1
Application number: DE102021101970.2A
Authority: DE
Inventors: Masakazu Suwa; Takao Mitsumizo
Original assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Current assignee: Mabuchi Motor Co Ltd Matsudo Shi Jp
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2021-08-05
Also published as: CN113202912A; US11578784B2; US20210239187A1; JP7448364B2; JP2021121742A

Abstract

Bei einem Planetenraduntersetzungsgetriebe mit einem zweistufigen Planetenradmechanismus soll die Festigkeit der Zahnräder zu gewährleistet werden, und zugleich sollen mechanische Geräusche reduziert werden.Ein Untersetzungsgetriebe 3, das die Drehung eines Motors 2 herabsetzt und ausgibt, weist einen zweistufigen Planetenradmechanismus 31, 32, der in Axialrichtung des Motors 2 parallel aufgereiht ist und aus Schrägstirnrädern aufgebaut ist, und ein rohrförmiges Kunststoffgehäuse 33 auf, in dem der zweistufige Planetenradmechanismus 31, 32 untergebracht ist. Wenigstens ein Innenverzahnungsverhältnis εlineines Sonnenrads S1 und eines Ritzels P1 des Planetenradmechanismus 31 der ersten Stufe oder ein Außenverzahnungsverhältnis ε1outdes Ritzels P1 und eines Hohlrads R1 des Planetenradmechanismus 31 der ersten Stufe oder beide betragen 3,0 oder mehr, und das Innenverzahnungsverhältnis εlinund das Außenverzahnungsverhältnis ε1outsind beide größer als ein Verzahnungsverhältnis ε2des Planetenradmechanismus 32 der zweiten Stufe.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Untersetzungsgetriebe, das einen zweistufigen Planetenradmechanismus verwendet, und einen Getriebemotor, der das Untersetzungsgetriebe aufweist.
Allgemeiner Stand der Technik
Als Antriebskraftquelle einer elektrisch angetriebenen Heckklappe wird im Stand der Technik ein Motor (Getriebemotor) mit einem Untersetzungsgetriebe angewandt, das die Drehung des Motors heruntersetzt und überträgt. Als ein solcher Getriebemotor existiert ein Getriebemotor, der im Inneren eines Rohrs eines Dämpfers befestigt ist, welcher eine Heckklappe abstützt, und ein Untersetzungsgetriebe aufweist, das einen Planetenradmechanismus verwendet, bei dem eine Motorwelle und eine Ausgangswelle koaxial sind. Da der Getriebemotor die Heckklappe durch elektrischen Antrieb öffnet und schließt, benötigt er ein vergleichsweise hohes Drehmoment.
Als ein solches Untersetzungsgetriebe ist beispielsweise die Anwendung eines kompakten Untersetzungsgetriebes wie dem aus Patentdokument 1 denkbar, das für ein Stellglied eines Industrieroboters oder dergleichen verwendet wird. Bei dem Untersetzungsgetriebe aus Patentdokument 1 ist für einen Planetenradmechanismus, bei dem Module von Zahnrädern innerhalb eines Bereichs von 0,3 bis 1,0 eingestellt sind und ein Hohlrad mit einer Anzahl von Zähnen von 72 oder weniger gebildet ist, angegeben, dass ein Gesamtverzahnungsverhältnis der Verzahnung zwischen einem Sonnenrad und Planetenrädern innerhalb eines Bereichs von 2,0 bis 3,5 festgelegt ist.
Dokumente des Stands der Technik
Patentdokumente
Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2003-222201
Kurzdarstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
Gemäß Tabelle 1 des oben genannten Patentdokuments 1 wird lediglich die Einstellung auf ein Gesamtverzahnungsverhältnis von 2,3 bis 2,8 beispielhaft beschrieben, und es wird keine Ausgestaltung mit einer Einstellung des Gesamtverzahnungsverhältnisses auf 3,0 oder mehr beschrieben. Auch gibt Patentdokument 1 keine Begründung für die Festlegung von 3,5 als oberen Grenzwert für das Gesamtverzahnungsverhältnis an.
Je größer das Gesamtverzahnungsverhältnis von Zahnrädern ist, desto mehr nimmt im Allgemeinen tendenziell die Festigkeit der Zahnräder ab, weshalb es bei der Auslegung von Zahnrädern wichtig ist, wie diese zwei einander zuwiderlaufenden Parameter (Gesamtverzahnungsverhältnis, Festigkeit) festgelegt werden. In Patentdokument 1 wird für ein Planetenraduntersetzungsgetriebe mit einem einstufigen Planetenradmechanismus eine Ausgestaltung beschrieben, bei der Modul und Anzahl der Zähne des Hohlrads sowie das Gesamtverzahnungsverhältnis wie oben beschrieben festgelegt sind, und es wird angegeben, dass eine Anwendung auf ein Planetenraduntersetzungsgetriebe mit einem mehrstufigen Planetenradmechanismus ebenso möglich ist. Bei einem Untersetzungsgetriebe zum Herabsetzen von Motorausgangsleistung durch einen mehrstufigen Planetenradmechanismus ist jedoch die Größe eines Drehmoments, das an dem Planetenradmechanismus auf der Seite mit hoher Drehzahl und dem Planetenradmechanismus auf der Seite mit niedriger Drehzahl wirkt, unterschiedlich, weshalb bei einer gleichartigen Auslegung dieser beiden Planetenradmechanismen die Gefahr besteht, dass die Festigkeit der Zahnräder nicht gewährleistet werden kann.
Das vorliegende Untersetzungsgetriebe wird in Anbetracht dieser Probleme vorgeschlagen, und ihm liegt als eine Aufgabe zugrunde, bei einem Planetenraduntersetzungsgetriebe mit einem zweistufigen Planetenradmechanismus die Festigkeit der Zahnräder zu gewährleisten und zugleich mechanische Geräusche zu reduzieren. Dem vorliegenden Getriebemotor liegt als eine Aufgabe zugrunde, Geräuscharmut ohne damit einhergehende Vergrößerung zu erhöhen, indem er das vorliegende Untersetzungsgetriebe aufweist. Die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ist dabei nicht auf die genannten Aufgaben beschränkt, und ihr liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, Wirkungen zu erzielen, die sich aus verschiedenen in den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung dargelegten Ausgestaltungen ergeben und sich im Stand der Technik nicht erzielen lassen.
Mittel zum Lösen der Aufgabe

(1) Bei dem hier offenbarten Untersetzungsgetriebe handelt es sich um ein Untersetzungsgetriebe, das die Drehung eines Motors herabsetzt und ausgibt, aufweisend einen zweistufigen Planetenradmechanismus, der in Axialrichtung des Motors parallel aufgereiht ist und aus Schrägstirnrädern aufgebaut ist, und ein rohrförmiges Kunststoffgehäuse, in dem der zweistufige Planetenradmechanismus untergebracht ist. Eins von dem Innenverzahnungsverhältnis des Sonnenrads und des Ritzels des Planetenradmechanismus der ersten Stufe und dem Außenverzahnungsverhältnis des Ritzels und des Hohlrads des Planetenradmechanismus der ersten Stufe beträgt 3,0 oder mehr und das Innenverzahnungsverhältnis und das Außenverzahnungsverhältnis sind jeweils höher als das Verzahnungsverhältnis des Planetenradmechanismus der zweiten Stufe.
(2) Vorzugsweise betragen das Innenverzahnungsverhältnis und das Außenverzahnungsverhältnis beide 3,0 oder mehr.
(3) Ein Verdrehungswinkel des Hohlrads des Planetenradmechanismus der ersten Stufe ist vorzugsweise größer als ein Verdrehungswinkel des Hohlrads des Planetenradmechanismus der zweiten Stufe.
(4) Vorzugsweise weist das Gehäuse die Form eines Rohrs mit Boden auf, an dessen einem Ende in Axialrichtung ein Bodenabschnitt vorgesehen ist und an dessen anderem Ende in Axialrichtung ein Deckelabschnitt vorgesehen ist, wobei der Bodenabschnitt in einer Ausrichtung am Motor angebracht ist, in der er auf der Seite des Motors liegt.
(5) Der Deckelabschnitt ist vorzugsweise durch Verpressen in eine Öffnung des in Axialrichtung anderen Endes des Gehäuses eingesetzt.
(6) Ein hier offenbarter Getriebemotor weist das Untersetzungsgetriebe nach einem der obenstehenden Punkte (1) bis (5) und den Motor auf, der eine Welle aufweist, die sich einstückig mit einem Sonnenrad des Planetenradmechanismus der ersten Stufe des Untersetzungsgetriebes dreht.

Wirkung der Erfindung
Indem gemäß dem Untersetzungsgetriebe der Offenbarung wenigstens das Innenverzahnungsverhältnis oder das Außenverzahnungsverhältnis des Planetenradmechanismus der ersten Stufe 3,0 oder mehr beträgt, können die Zahnräder geräuschärmer sein und mechanische Geräusche des Untersetzungsgetriebes können reduziert werden. Indem das Verzahnungsverhältnis des Planetenradmechanismus der zweiten Stufe mit dem größeren Drehmomenteingang niedriger als das Verzahnungsverhältnis des Planetenradmechanismus der ersten Stufe ist, kann die Festigkeit der Zahnräder erhöht werden. Somit kann die Festigkeit der Zahnräder gewährleistet werden, während zugleich mechanische Geräusche des Untersetzungsgetriebes reduziert werden können.
Gemäß dem Getriebemotor mit dem Untersetzungsgetriebe der Offenbarung kann zudem Geräuscharmut ohne eine damit einhergehende Vergrößerung erhöht werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Seitenansicht eines Getriebemotor mit einem Untersetzungsgetriebe gemäß einer Ausführungsform und eine Skelettansicht eines Planetenradmechanismus, der in diesem Untersetzungsgetriebe enthalten ist;
2 eine perspektivische Schnittansicht mit einem Schnitt in Axialrichtung durch das Untersetzungsgetriebe des Getriebemotors von 1 und einen Teil des Motors bei Betrachtung aus einer Schrägrichtung; und
3 eine Schnittansicht mit einem Schnitt in Axialrichtung durch das Gehäuse des Untersetzungsgetriebe von 1.

Ausführungsform der Erfindung
Unter Bezugnahme auf die Figuren wird nun eine Ausführungsform eines Untersetzungsgetriebes und eines Getriebemotors beschrieben. Die nachfolgende Ausführungsform ist lediglich beispielhaft und soll die Anwendung verschiedener Abwandlungen oder Techniken, die nicht in der Ausführungsform dargelegt sind, keinesfalls ausschließen. Die einzelnen Ausgestaltungen der vorliegenden Ausführungsform erlauben verschiedene Abwandlungen, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Nach Bedarf sind außerdem Ersetzungen und Weglassungen möglich, ebenso wie geeignete Kombinationen.
[1. Gesamtaufbau]
Wie in 1 gezeigt, weist ein Getriebemotor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Motor 2 und ein Untersetzungsgetriebe 3 auf und wird beispielsweise als Antriebskraftquelle einer elektrisch angetriebenen Heckklappe eines Fahrzeugs verwendet. Bei dem Motor 2 handelt es sich beispielsweise um einen Gleichstrommotor mit Bürste der Permanentmagnetfeldbauart, bei dem in einer Einhausung 20 mit der Form eines Rohrs mit Boden ein Stator und ein Rotor untergebracht sind, die nicht dargestellt sind. Wie in 2 gezeigt, weist die Einhausung 20 an ihrer Endfläche einen in Axialrichtung gewölbten konvexen Abschnitt 22 und ein im konvexen Abschnitt 22 fixiertes Wellenlager 23 auf. Eine Drehwelle 21 des Motors 2 springt in einem Zustand der drehbaren Lagerung durch ein Wellenlager 23 von einem in Axialrichtung einen Ende der Einhausung 20 nach außen vor und dreht sich einstückig mit einem nachstehend beschriebenen Sonnenrad S1.
Wie in 1 gezeigt, setzt das Untersetzungsgetriebe 3 über zweistufige Planetenradmechanismen 31, 32, die in Axialrichtung aufgereiht vorgesehen sind, die Drehung des Motors 2 herab und gibt sie aus. Das heißt, das Untersetzungsgetriebe 3 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Zweistufenuntersetzungsgetriebe der Planetenradbauart für eine elektrisch angetriebene Heckklappe. Die zwei Planetenradmechanismen 31, 32 sind in einem rohrförmig gebildeten Kunststoffgehäuse 33 untergebracht. An den beiden Enden des Gehäuses 33 in Axialrichtung ist jeweils wenigstens einer von einem Deckelabschnitt und einem Bodenabschnitt vorgesehen.
Wie in 2 und 3 gezeigt, weist das Gehäuse 33 der vorliegenden Ausführungsform eine mit Boden versehen Zylinderform mit Verjüngung auf. Das heißt, an dem in Axialrichtung einen Ende des Gehäuses 33 ist der Bodenabschnitt 35 vorgesehen, und an der Öffnung am in Axialrichtung anderen Ende ist der Deckelabschnitt 36 vorgesehen, und es ist ein sich verjüngender Schrägabschnitt an einem in Axialrichtung mittleren Abschnitt vorgesehen, an dem sich der Außendurchmesser verändert. Das Gehäuse 33 ist in einer Ausrichtung am Motor 2 angebracht, in der es mit dem Bodenabschnitt 35 auf der Seite des Motors 2 und mit dem Deckelabschnitt 36 auf der vom Motor 2 abgewandten Seite (Ausgangsseite) liegt. In der vorliegenden Ausführungsform ist im Mittelpunktabschnitt des Bodenabschnitts 35 ein Lochabschnitt 35a vorgesehen, in den der konvexe Abschnitt 22 des Motors 2 eingesetzt ist. Im Mittelpunktabschnitt des Deckelabschnitts 36 ist ein Zylinderabschnitt 36a vorgesehen, durch den ein nachstehend beschriebener Träger C2 geführt ist.
Der Deckelabschnitt 36 der vorliegenden Ausführungsform ist durch Verpressen in die Öffnung am in Axialrichtung anderen Endes des Gehäuses 33 eingesetzt. Bei dem Untersetzungsgetriebe 3 der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 1 gezeigt, am Randabschnitt auf der Seite des in Axialrichtung anderen Endes des Gehäuses 33 ein fächerförmiger konkaver Abschnitt 33b gebildet, und an einem Außenumfangsendabschnitt des Deckelabschnitts 36 ist ein Drehsicherungsabschnitt 36b vorgesehen, der durch Einsetzen des konkaven Abschnitts 33b darin bewirkt, dass sich der Deckelabschnitt 36 nicht in Bezug auf das Gehäuse 33 drehen kann.
Als Nächstes werden die zwei Planetenradmechanismen 31, 32 beschrieben. Die beiden Planetenradmechanismen 31, 32 sind beide, wie in 2 gezeigt, als Schrägstirnrad ausgestaltet. Wenn im Folgenden zwischen dem Planetenradmechanismus 31 der ersten Stufe (auf der Seite mit hoher Drehzahl) und dem Planetenradmechanismus 32 der zweiten Stufe (auf der Seite mit niedriger Drehzahl) unterschieden werden soll, wird ersterer als „erster Planetenradmechanismus 31“ und letzterer als „zweiter Planetenradmechanismus 32“ bezeichnet. Der zweite Planetenradmechanismus 32 ist mit einem größeren Durchmesser als der erste Planetenradmechanismus 31 gebildet, wodurch seine Belastungsfähigkeit erhöht wird.
Wie in 1 und 2 gezeigt, ist bei dem ersten Planetenradmechanismus 31 ein Sonnenrad S1 an der Drehwelle 21 des Motors 2 fixiert und ein Hohlrad R1 am Gehäuse 33 fixiert, und ein Träger C1 ist ein Ausgabeelement, das an ein Ritzel P1 gekoppelt ist, welches sowohl mit dem Sonnenrad S1 als auch mit dem Hohlrad R1 verzahnt ist. Bei dem zweiten Planetenradmechanismus 32 ist ein Sonnenrad S2 an den Träger C1 des ersten Planetenradmechanismus 31 gekoppelt und sich einstückig mit diesem drehend vorgesehen, ein Hohlrad R2 ist am Gehäuse 33 fixiert, und ein Träger C2, der an ein Ritzel P2 gekoppelt ist, welches sowohl mit dem Sonnenrad S2 als auch mit dem Hohlrad R2 verzahnt ist, ist an der Ausgangswelle 37 fixiert.
Motorausgangsleistung (Drehung), die an das Sonnenrad S1 des ersten Planetenradmechanismus 31 angelegt wird, wird somit von der Ausgangswelle 37 ausgegeben, die sich einstückig mit dem Träger C2 des zweiten Planetenradmechanismus 32 dreht. Wie in 2 gezeigt, sind die beiden Hohlräder R1, R2 an einer Innenumfangsfläche 34 des Gehäuses 33 gebildet und einstückig mit dem Gehäuse 33 vorgesehen. Trägerstifte der Träger C1, C2 sind einseitig gelagert, wodurch eine Verringerung der Abmessung des Gehäuses 33 in Axialrichtung erzielt wird.
Die Innenumfangsfläche 34 des Gehäuses 33 der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet eine Innenumfangsfläche 34a mit kleinem Durchmesser und eine Innenumfangsfläche 34b mit großem Durchmesser, deren Innendurchmesser in Axialrichtung unterschiedlich sind, und eine Schrägfläche 34c, die diese verbindet und in Bezug auf die Axialrichtung geneigt ist. Die Innenumfangsfläche 34a mit kleinem Durchmesser liegt auf der Seite des Motors 2 und die Innenumfangsfläche 34b mit großem Durchmesser liegt auf der Ausgangsseite. Die Innenumfangsfläche 34a mit kleinem Durchmesser und die Innenumfangsfläche 34b mit großem Durchmesser sind jeweils Zylinderflächen mit gleichmäßigem Innendurchmesser, wobei der Innendurchmesser der ersteren kleiner als der Innendurchmesser der letzteren ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Hohlrad R1 des ersten Planetenradmechanismus 31 am Innenumfangsfläche 34a mit kleinem Durchmesser gebildet und das Hohlrad R2 des zweiten Planetenradmechanismus 32 ist am Innenumfangsfläche 34b mit großem Durchmesser gebildet. Bei dem Gehäuse 33 aus 3 ist ein Teil der an der Innenumfangsfläche 34 gebildeten Hohlräder R1, R2 schematisch dargestellt. Wie in 3 gezeigt, ist bei dem Untersetzungsgetriebe 3 der vorliegenden Ausführungsform der Verdrehungswinkel des Hohlrads R1 des ersten Planetenradmechanismus 31 größer als der Verdrehungswinkel des Hohlrads R2 des zweiten Planetenradmechanismus 32.
[2. Aufbau der wesentlichen Elemente]
Als Nächstes wird der Aufbau zum Reduzieren mechanischer Geräusche während des Betriebs des Motors 2 beschrieben. An dem Untersetzungsgetriebe 3 der vorliegenden Ausführungsform sind zwei Arten von Ausgestaltung zum Reduzieren von Geräuschen vorgesehen. Die eine ist eine Ausgestaltung für mehr Geräuscharmut aufgrund des Verzahnungsverhältnisses und die andere ist eine Ausgestaltung zum Unterbinden von Schwingungen durch Erhöhen der Festigkeit des Gehäuses 33. Beide werden nachstehend der Reihe nach beschrieben.
Da der erste Planetenradmechanismus 31 auf de Seite des Motors 2 liegt, benötigt er eine Funktion der geringen Belastung bei hoher Drehzahl. Mit anderen Worten, für den ersten Planetenradmechanismus 31 werden eher Geräuschminderungsmaßnahmen als Festigkeitsmaßnahmen gefordert. Der zweite Planetenradmechanismus 32 dagegen liegt an der Ausgangsseite, weshalb er eine Funktion der hohen Belastung bei niedriger Drehzahl benötigt. Mit anderen Worten, für den zweiten Planetenradmechanismus 32 werden eher Festigkeitsmaßnahmen gefordert als Geräuschminderungsmaßnahmen. Unter diesen Gesichtspunkten wird durch Erhöhen des Verzahnungsverhältnisses ε₁ der Zahnräder des ersten Planetenradmechanismus 31 eine Reduzierung mechanischer Geräusche erreicht, während durch Verringern der effektiven Zahnhöhe des zweiten Planetenradmechanismus 32 ein Verzahnungsverhältnis ε₂ verringert und zugleich die Festigkeit erhöht wird.
Bei dem ersten Planetenradmechanismus 31 wenigstens ein Innenverzahnungsverhältnis ε_lin des Sonnenrads S1 und des Ritzels P1 oder ein Außenverzahnungsverhältnis ε_1out des Ritzels P1 und Hohlrads R1 auf 3,0 oder mehr festgelegt, und das Innenverzahnungsverhältnis ε_lin und das Außenverzahnungsverhältnis ε_1out sind beide größer als ein Verzahnungsverhältnis ε₂ des zweiten Planetenradmechanismus 32 (im Folgenden als „zweites Verzahnungsverhältnis ε₂ “ bezeichnet) festgelegt. Wenn nicht zwischen den beiden Verzahnungsverhältnissen ε_1in , ε_1out unterschieden wird, heißt es „erstes Verzahnungsverhältnis ε₁ “.
Das Innenverzahnungsverhältnis ε_lin und das Außenverzahnungsverhältnis ε_1out müssen nicht identisch sein, doch betragen vorzugsweise beide Verzahnungsverhältnisse 3,0 oder mehr. In der vorliegenden Ausführungsform wird beispielhaft der Fall beschrieben, dass das Innenverzahnungsverhältnis ε_lin und das Außenverzahnungsverhältnis ε_1out beide 3,0 oder mehr betragen. Wie in 1 gezeigt, gilt somit bei dem Untersetzungsgetriebe 3 der vorliegenden Ausführungsform die folgende Formel.
Erstes Verzahnungsverhältnis ε₁ ≥ 3,0 und erstes Verzahnungsverhältnis ε₁ > zweites Verzahnungsverhältnis ε₂
Je größer das Verzahnungsverhältnis ist, desto geringer ist die auf je einen Zahn wirkende Belastung, wodurch Betriebsgeräusche der Zahnräder reduziert werden. Ein erstes Verzahnungsverhältnis ε₁ von 3,0 oder mehr bedeutet dabei, dass beim Anhalten des Untersetzungsgetriebes 3 zu einem beliebigen Zeitpunkt stets drei oder vier Zähne von zwei Zahnrädern (beispielsweise dem Sonnenrad S1 und dem Ritzel P1) miteinander verzahnt sind. Anders ausgedrückt sind bei den Zahnrädern S1, P1, R1 des ersten Planetenradmechanismus 31 stets drei oder vier Zähne miteinander verzahnt. Daher ist es für mehr Geräuscharmut des ersten Planetenradmechanismus 31 äußerst wichtig, dass das erste Verzahnungsverhältnis ε₁ 3,0 oder mehr beträgt.
Die Drehzahl des zweiten Planetenradmechanismus 32 dagegen ist niedrig und sein Einfluss auf mechanische Geräusche ist gering, weshalb etwa durch eine Zahnform mit verringerter effektiver Zahnhöhe die Festigkeit erhöht werden kann (das Verzahnungsverhältnis sinkt). Indem auf diese Weise unterschiedliche Verzahnungsverhältnisse ε₁ , ε₂ für den ersten Planetenradmechanismus 31 und den zweiten Planetenradmechanismus 32 festgelegt werden, kann die jeweils von ihnen geforderte Funktion gewährleistet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird durch Verringern der effektiven Zahnhöhe der Zahnräder S2, P2, R2 des zweiten Planetenradmechanismus 32 das zweite Verzahnungsverhältnis ε₂ verringert und die Festigkeit erhöht, doch ist das Verfahren zum Verringern des zweiten Verzahnungsverhältnisses ε₂ nicht hierauf beschränkt. Als Verfahren zum Festlegen des ersten Verzahnungsverhältnisses ε₁ auf 3,0 oder mehr lässt sich das Verringern des Verzahnungsdruckwinkels, das Erhöhen der Anzahl der Zähne und das Erhöhen der effektiven Zahnhöhe und dergleichen nennen. Bei dem ersten Planetenradmechanismus 31 mit dem ersten Verzahnungsverhältnis ε₁ von 3,0 oder mehr ist die Festigkeit der Zahnräder S1, P1, R1 niedriger als die Festigkeit der Zahnräder S2, P2, R2 des zweiten Planetenradmechanismus 32, doch da das auf den ersten Planetenradmechanismus 31 einwirkende Drehmoment kleiner ist als beim zweiten Planetenradmechanismus 32, kommt es nicht zu einer mangelnden Festigkeit.
Als Nächstes wird die Ausgestaltung zum Unterbinden von Schwingungen durch Erhöhen der Festigkeit des Gehäuses 33 beschrieben. Eine Analyse der mechanischen Geräusche des Untersetzungsgetriebes 3 hat gezeigt, dass beim Betrieb des Motors 2 der in Axialrichtung mittlere Abschnitt des Gehäuses 33 stärker schwingt als die beiden Endabschnitte. Wie in 3 gezeigt, liegt der Grund dafür vermutlich darin, dass der Bodenabschnitt 35 und der Deckelabschnitt 36 an den beiden Enden des Gehäuses 33 in Axialrichtung von hoher Festigkeit sind, während der in Axialrichtung mittlere Abschnitt im Vergleich zu den Endabschnitten eine geringere Festigkeit aufweist und daher leichter schwingt.
Aufgrund dieses Analyseergebnisses ist bei dem vorliegenden Untersetzungsgetriebe 3 ein Verstärkungselement 30 aus einem Material vorgesehen, dessen Youngscher Modul größer ist als derjenige des Materials des Gehäuses 33. Das Verstärkungselement 30 erstreckt sich, wie in 1 und 2 gezeigt, an dem in Axialrichtung mittleren Abschnitt des Gehäuses 33 wenigstens an einem Teil der Innenumfangsfläche 34 desselben entlang verlaufend. Durch Anordnen des hohe Festigkeit aufweisenden Verstärkungselements 30 zum Lagern des in Axialrichtung mittleren Abschnitts des Gehäuses 33 nimmt die Festigkeit des in Axialrichtung mittleren Abschnitts zu, wodurch Schwingungen unterbunden werden und eine Reduzierung mechanischer Geräusche erreicht wird.
Die Materialeigenschaften des Verstärkungselements 30 können beliebig sein, solange es eine höhere Festigkeit (einen größeren Youngschen Modul) als das Gehäuse 33 aufweist, und es kann sich beispielsweise um ein Metall wie Eisen, Aluminium oder Kupfer oder einen hochfesten Kunststoff handeln. Bei dem Verstärkungselement 30 kann es sich beispielsweise um eine sich an dem in Axialrichtung mittleren Abschnitt des Gehäuses 33 über die gesamten Umfang des Gehäuses 33 erstreckende Ringform (beispielsweise eine Distanzscheibe) handeln, oder um eine C-Form, bei der ein Teil des Kreisumfangs ausgespart ist. Die Anzahl des Verstärkungselements 30 ist nicht auf eins beschränkt, und es können sich mehrere kreisbogenförmige Verstärkungselemente 30 an identischen Axialpositionen mit Abständen in Umfangsrichtung erstrecken. In der vorliegenden Ausführungsform wird beispielhaft ein ringförmiges Verstärkungselement 30 gezeigt.
Wie in 2 gezeigt, liegt das Verstärkungselement 30 der vorliegenden Ausführungsform zwischen den Ritzeln P1, P2 der zwei Planetenradmechanismen 31, 32. Zwischen den Ritzeln P1, P2 im Innenraum des Gehäuses 33 liegt ein in Radialrichtung vergleichsweise großer Raum vor. Je größer die Abmessung des ringförmigen Verstärkungselements 30 in Radialrichtung (Hälfte der Differenz bei Abzug des Innendurchmessers vom Außendurchmesser), desto höher ist die Festigkeit des Gehäuses 33, weshalb durch Anordnen des Verstärkungselements 30 zwischen den Ritzeln P1, P2 die Festigkeit des Gehäuses 33 weiter erhöht werden kann. Das Verstärkungselement 30 der vorliegenden Ausführungsform ist unter Belassung eines geringfügigen Abstands zur in Radialrichtung äußeren Seite des Trägers C1 des ersten Planetenradmechanismus 31 angeordnet.
Auch ist das Verstärkungselement 30 der vorliegenden Ausführungsform durch die Öffnung auf der Seite des anderen Endes des Gehäuses 33 darin verpresst und, wie in 3 gezeigt, derart angeordnet, dass es an eine Grenzlinie zwischen der Innenumfangsfläche 34b mit großem Durchmesser und der Schrägfläche 34c angrenzt. Das Verstärkungselement 30 ist somit bis an die Stelle eingepresst, an der sich der Innendurchmesser der Innenumfangsfläche 34 ändert, und an dieser Stelle fixiert. Da bei dem Gehäuse 33 eine Stelle, die von der nach innen gewandten Fläche des Bodenabschnitts 35 und der zur Innenseite des Gehäuses gewandten Endfläche des Deckelabschnitts 36 gleich weit entfernt ist (Mittelpunktposition in Axialrichtung), am leichtesten schwingt, ist das Verstärkungselement 30 vorzugsweise an dieser Stelle angeordnet.
[3. Wirkung]

(1) Bei dem oben beschriebenen Untersetzungsgetriebe 3 ist wenigstens das Innenverzahnungsverhältnis ε_lin oder das Außenverzahnungsverhältnis ε_1out des ersten Planetenradmechanismus 31, der sich mit hoher Drehzahl dreht, auf 3,0 oder mehr festgelegt, weshalb die Zahnräder geräuschärmer sein und mechanische Geräusche des Untersetzungsgetriebes 3 reduziert werden können. Da das Verzahnungsverhältnis ε₂ des zweiten Planetenradmechanismus 32 mit hohem Drehmomenteingang niedriger als das erste Verzahnungsverhältnis ε₁ festgelegt ist, wird die Festigkeit des zweiten Planetenradmechanismus 32 erhöht. Somit kann die Festigkeit der Zahnräder gewährleistet werden, während zugleich mechanische Geräusche des Untersetzungsgetriebes 3 reduziert werden können. Bei dem oben beschriebenen Untersetzungsgetriebe 3 kann aufgrund der Reduzierung mechanischer Geräusche durch Festlegen des Verzahnungsverhältnisses eine Zunahme der Anzahl von Bauteilen vermieden werden, sodass es nicht zu einer wesentlichen Veränderung von Material- oder Formwerkzeugkosten kommt. Daher ist das oben beschriebene Untersetzungsgetriebe 3 unter diesen Gesichtspunkten überlegen.
(2) Bei dem oben beschriebenen Untersetzungsgetriebe 3 sind das Innenverzahnungsverhältnis ε_lin und das Außenverzahnungsverhältnis ε_1out beide auf 3,0 oder mehr festgelegt, weshalb mechanische Geräusche weiter reduziert werden können.
(3) Da ferner ein Verdrehungswinkel des Hohlrads R1 des ersten Planetenradmechanismus 31 größer als ein Verdrehungswinkel des Hohlrads R2 des zweiten Planetenradmechanismus 32 ist, kann das Verzahnungsverhältnis ε₁ des ersten Planetenradmechanismus 31 erhöht werden. Je größer der Verdrehungswinkel, desto größer wird das Verzahnungsverhältnis, doch steigt damit auch die Schubkraft an. Gemäß dem oben beschriebenen Untersetzungsgetriebe 3 ist daher der Verdrehungswinkel des Hohlrads R2 des zweiten Planetenradmechanismus 32, an dem ein höheres Drehmoment wirkt, kleiner als der Verdrehungswinkel des Hohlrads R1 des ersten Planetenradmechanismus 31, wodurch ein Anstieg der Schubkraft unterbunden werden kann.
(4) Bei dem obenstehenden Untersetzungsgetriebe 3 ist der Bodenabschnitt 35 des Gehäuses 33, welches die Form eines Rohrs mit Boden aufweist, in einer Ausrichtung, in der er auf Seiten des Motors 2 liegt, am Motor 2 angebracht, während der Deckelabschnitt 36 auf der Ausgangsseite angeordnet ist. Daher können die Spezifikationen des Elements, das mit der Ausgangsseite des Untersetzungsgetriebe 3 verbunden wird (Verbindungszielobjekt), allein durch Ändern der Form des Deckelabschnitts 36 erfüllt werden. Anders ausgedrückt kann der Deckelabschnitt 36, dessen Form vergleichsweise einfach ist, je nach Verbindungszielobjekt verändert werden, während das Gehäuse 33 mit seiner vergleichsweise komplizierten Form auf verschiedene Verbindungszielobjekte angewandt werden kann, wodurch eine Kostensenkung erzielt wird.

Da der Durchmesser des zweiten Planetenradmechanismus 32 (Seite mit niedriger Drehzahl) größer als der Durchmesser des ersten Planetenradmechanismus 31 (Seite mit hoher Drehzahl) ist, muss für den Fall, dass eine Differenz im Innendurchmesser des Gehäuses 33 vorgesehen ist, der Innendurchmesser der Seite mit niedriger Drehzahl größer als der Innendurchmesser der Seite mit hoher Drehzahl sein. Da aber bei dem obenstehenden Untersetzungsgetriebe 3 das Gehäuse 33 in einer Ausrichtung am Motor 2 angebracht ist, in der der Bodenabschnitt 35 auf der Seite des Motors 2 liegt, kann der Innendurchmesser auf der Öffnungsseite des Gehäuses 33 größer sein als der Innendurchmesser auf der Seite des Bodenabschnitts 35, was eine Formentnahme beim Kunststoffformen ermöglicht. Daher kann das Gehäuse 33 in gestufter Form geformt werden, wodurch eine Verkleinerung des Gehäuses 33 erzielt werden kann.
Indem der Bodenabschnitt 35 in einer Ausrichtung, in der er auf Seiten Motor 2 liegt, am Motor 2 angebracht ist, kann die Fügestelle zwischen dem Gehäuse 33 und dem Deckelabschnitt 36 vom Motor 2 und vom ersten Planetenradmechanismus 31 entfernt liegen. Da es sich bei dem Motor 2 und dem ersten Planetenradmechanismus 31 um die Schwingungsquellen handelt, die das Untersetzungsgetriebe 3 in Schwingung versetzen, können durch Entfernen der Fügestelle von den Schwingungsquellen mechanische Geräusche an der Fügestelle reduziert werden, selbst wenn ein geringfügiger Spalt zwischen dem Gehäuse 33 und dem Deckelabschnitt 36 vorliegt.

(5) Bei dem obenstehenden Untersetzungsgetriebe 3 können durch verpressendes Einsetzen des Deckelabschnitts 36 in die Öffnung des Gehäuses 33 Schwingungen an der Öffnung des Gehäuses 33 unterbunden werden.
(6) Bei dem Untersetzungsgetriebe 3 der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich das Verstärkungselement 30, das aus einem Material gebildet ist, dessen Youngscher Modul größer ist als derjenige des Materials des Gehäuses 33 ist, am in Axialrichtung mittleren Abschnitt des Gehäuses 33 wenigstens an einem Teil der Innenumfangsfläche 34 desselben entlang verlaufend. Da auf diese Weise die Festigkeit des in Axialrichtung mittleren Abschnitts erhöht wird, an dem es am Gehäuse 33 am ehesten zu Schwingungen kommt, können Schwingungen des Gehäuses 33 unterbunden werden.

Wenn eine durch Vorsehen des Verstärkungselements 30 erlangte Festigkeit des Gehäuses 33 ohne Bereitstellen des Verstärkungselements 30 allein durch die Struktur des Kunststoffgehäuses erlangt werden soll, ist es denkbar, die Wanddicke des Gehäuses zu erhöhen oder eine Rippe hinzuzufügen. Da aber der Youngsche Modul des Gehäuses niedriger ist als der Youngsche Modul des Verstärkungselements 30, ist zum Gewährleisten der Festigkeit allein durch die Struktur des Gehäuses eine Vergrößerung oder erhöhte Komplexität der Form des Gehäuses unvermeidlich.
In Anbetracht dieses Problems kann das Untersetzungsgetriebe 3 der vorliegenden Ausführungsform durch den einfachen Aufbau des Bereitstellens des Verstärkungselements 30 eine hohe Festigkeit erzielen, weshalb keine Erhöhung der Wanddicke oder Vergrößerung des Gehäuses 33 oder erhöhte Komplexität der Form erforderlich ist. Gemäß dem Untersetzungsgetriebe 3 der vorliegenden Ausführungsform können somit mechanische Geräusche durch Festlegen des Verzahnungsverhältnisses reduziert werden, und zugleich können mechanische Geräusche auch reduziert werden, während unter Vermeidung einer Vergrößerung für genügend Platz im Gehäuse 33 gesorgt wird.

(7) Wenn das Verstärkungselement 30 eine Ringform ist, die sich über den gesamten Umfang des Gehäuses 33 erstreckt, kann der in Axialrichtung mittlere Abschnitt des Gehäuses 33 über den gesamten Umfang hinweg gleichmäßig verstärkt werden, sodass mechanische Geräusche weiter reduziert werden können.
(8) Da das oben beschriebene Verstärkungselement 30 in dem verhältnismäßig großen Raum des Gehäuses 33 zwischen den Ritzeln P1, P2 der zweistufigen Planetenradmechanismen 31, 32 angeordnet ist, kann zudem die Abmessung des Verstärkungselements 30 vergrößert werden. Da auf diese Weise die Festigkeit des in Axialrichtung mittleren Abschnitts des Gehäuses 33 weiter erhöht werden kann, können mechanische Geräusche weiter reduziert werden.
(9) Das obenstehende Gehäuse 33 weist die Innenumfangsfläche 34a mit kleinem Durchmesser und die Innenumfangsfläche 34b mit großem Durchmesser sowie die diese verbindende Schrägfläche 34c auf, und das Verstärkungselement 30 ist durch die Öffnung des Gehäuses 33 mit diesem verpresst und grenzt an eine Grenzlinie zwischen der Innenumfangsfläche 34b mit großem Durchmesser und der Schrägfläche 34c an. Dadurch kann eine Positionsverlagerung des Verstärkungselements 30 aufgrund der Benutzung des Untersetzungsgetriebes 3 verhindert werden, sodass eine kontinuierliche Reduzierung der mechanischen Geräusche erzielt werden kann. Indem Teile des Gehäuses 33 mit unterschiedlichem Innendurchmesser als Verjüngung (schräge Fläche) gebildet sind, kann das Formen des Gehäuses 33 erleichtert werden.
(10) Bei dem Getriebemotor 1 mit dem obenstehenden Untersetzungsgetriebe 3 kann Geräuscharmut ohne eine damit einhergehende Vergrößerung erhöht werden.

[4. Sonstiges]
Bei dem oben beschriebenen Getriebemotor 1 und dem oben beschriebenen Untersetzungsgetriebe 3 handelt es sich lediglich um ein Beispiel, und es ist keine Beschränkung darauf vorgesehen. In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde beispielhaft der Fall beschrieben, dass das Innenverzahnungsverhältnis ε_lin und das Außenverzahnungsverhältnis ε_1out beide 3,0 oder mehr betragen, doch kann auch nur eins von dem Innenverzahnungsverhältnis ε_lin und dem Außenverzahnungsverhältnis ε_1out 3,0 oder mehr betragen und das andere unter 3,0 liegen. Auch in diesem Fall sind das Innenverzahnungsverhältnis ε_lin und das Außenverzahnungsverhältnis ε_1out beide größer als das zweite Verzahnungsverhältnis ε₂ . Das Verfahren zum Festlegen des Verzahnungsverhältnisses auf einen bestimmten Wert ist nicht besonders eingeschränkt, und es können mehrere Parameter abgestimmt werden, die bei der Auslegung von Zahnrädern verwendet werden.
Die Ausgestaltung des zweistufigen Planetenradmechanismus 31, 32 ist nicht auf die oben beschriebene beschränkt. Beispielsweise kann der Verdrehungswinkel der Hohlräder R1, R2 auch identisch sein. Dies erleichtert die Formung des Gehäuses. Die Hohlräder R1, R2 müssen nicht einstückig mit der Innenumfangsfläche 34 des Gehäuses 33 gebildet sein, sondern können nachträglich am Gehäuse angebracht werden. Auch ist die Art von Eingangselement (Sonnenrad), Ausgangselement (Träger) und fixiertem Element (Hohlrad) nicht auf die oben beschriebenen beschränkt.
Bei der obenstehenden Ausgestaltung des Verstärkungselements 30 handelt es sich lediglich um ein Beispiel, und das Verstärkungselement 30 kann anstelle von Verpressen beispielsweise durch Umspritzen des Gehäuses 33 an das Gehäuse angeformt sein. Das heißt, das Verstärkungselement 30 kann an der Gehäuseinnenseite freiliegen oder in das Gehäuse eingebettet sein oder auch an der Außenseite des Gehäuses vorgesehen sein. Die Position des Verstärkungselements 30 ist nicht auf den Raum zwischen den Ritzeln P1, P2 der Planetenradmechanismen 31, 32 beschränkt, und es kann sich auch um eine Position handeln, die einen der Planetenradmechanismen 31, 32 überlagert (beispielsweise eine Position, die das Hohlrad R1 oder R2 überlagert). Die Wirkungen der oben beschriebene Ausführungsform können erlangt werden, indem zumindest das Verstärkungselement an dem in Axialrichtung mittleren Abschnitt des Gehäuses angeordnet ist.
Die Form des Gehäuses 33 ist nicht wie oben beschrieben auf eine mit Boden versehene Zylinderform mit Verjüngung beschränkt. Anstelle einer Verjüngung kann es sich auch um eine mit Stufen versehene Rohrform handeln, und es kann sich auch um eine Rohrform handeln, bei welcher der Außendurchmesser des Gehäuses in Axialrichtung konstant ist. Bei einem gestuften rohrförmigen Gehäuse kann das Verstärkungselement am Stufenabschnitt angeordnet (beispielsweise verpresst) sein, wodurch die Position des Verstärkungselements stabilisiert werden kann. Die Dicke des Gehäuses in Axialrichtung (Wanddicke) muss nicht konstant sein. Das heißt, an der Innenumfangsfläche kann eine Verjüngung oder eine Stufe vorgesehen sein, und die Außenumfangsfläche kann einen konstanten Außendurchmesser aufweisen. Auch ist eine Ausgestaltung möglich, bei der an beiden Enden des Gehäuses in Axialrichtung eine Öffnung vorgesehen ist und ein Deckelabschnitt an beiden Öffnungen angebracht ist. Die Ausrichtung des Gehäuses bei Anbringung an den Motor 2 kann umgekehrt wie oben angegeben sein.
Auch der Verwendungszweck des oben beschriebenen Getriebemotors 1 ist nicht auf eine Antriebsquelle einer elektrisch angetriebenen Heckklappe eines Fahrzeugs beschränkt, und er kann als Antriebsquelle für verschiedene elektrisch angetriebene Geräte dienen.
Bezugszeichenliste

1: Getriebemotor
2: Motor
3: Untersetzungsgetriebe
20: Einhausung
21: Drehachse
22: konvexer Abschnitt
23: Lager
30: Verstärkungselement
31: erster Planetenradmechanismus
32: zweiter Planetenradmechanismus
33: Gehäuse
33b: konkaver Abschnitt
34: Innenumfangsfläche
34a: Innenumfangsfläche mit kleinem Durchmesser
34b: Innenumfangsfläche mit großem Durchmesser
34c: Schrägfläche
35: Bodenabschnitt
35a: Lochabschnitt
36: Deckelabschnitt
36a: zylindrischer Abschnitt
36b: Drehsicherungsabschnitt
37: Ausgangswelle
C1, C2: Träger
P1, P2: Ritzel
R1, R2: Hohlrad
S1, S2: Sonnenrad
ε1: erstes Verzahnungsverhältnis
εlin: Innenverzahnungsverhältnis
ε1out: Außenverzahnungsverhältnis
ε2: zweites Verzahnungsverhältnis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2003222201 [0004]

Claims

Untersetzungsgetriebe, das die Drehung eines Motors herabsetzt und ausgibt, aufweisend einen zweistufigen Planetenradmechanismus, der in Axialrichtung des Motors parallel aufgereiht ist und aus Schrägstirnrädern aufgebaut ist, und ein rohrförmiges Kunststoffgehäuse, in dem der zweistufige Planetenradmechanismus untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass eins von dem Innenverzahnungsverhältnis des Sonnenrads und des Ritzels des Planetenradmechanismus der ersten Stufe und dem Außenverzahnungsverhältnis des Ritzels und des Hohlrads des Planetenradmechanismus der ersten Stufe 3,0 oder mehr beträgt und das Innenverzahnungsverhältnis und das Außenverzahnungsverhältnis jeweils höher als das Verzahnungsverhältnis des Planetenradmechanismus der zweiten Stufe sind.
Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenverzahnungsverhältnis und das Außenverzahnungsverhältnis beide 3,0 oder mehr betragen.
Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdrehungswinkel des Hohlrads des Planetenradmechanismus der ersten Stufe größer als ein Verdrehungswinkel des Hohlrads des Planetenradmechanismus der zweiten Stufe ist.
Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse die Form eines Rohrs mit Boden aufweist, an dessen einem Ende in Axialrichtung der Bodenabschnitt vorgesehen ist und an dessen anderem Ende in Axialrichtung der Deckelabschnitt vorgesehen ist, wobei der Bodenabschnitt in einer Ausrichtung am Motor angebracht ist, in der er auf der Seite des Motors liegt.
Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelabschnitt durch Verpressen in eine Öffnung des in Axialrichtung anderen Endes des Gehäuses eingesetzt ist.
Getriebemotor, aufweisend das Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und den Motor, der eine Welle aufweist, die sich einstückig mit einem Sonnenrad des Planetenradmechanismus der ersten Stufe des Untersetzungsgetriebes dreht.