DE102021208421A1 - Adjustment drive for an adjustment element of a motor vehicle and use of a worm - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Verstellantrieb (2) für ein Verstellelement (4) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einen Fensterheberantrieb für eine verstellbare Fensterscheibe (4) eines Kraftfahrzeugs. Der Verstellantrieb (2) weist einen Elektromotor (8) und ein diesem nachgelagertes Getriebe (10) auf, das eine Schnecke (34) umfasst. Diese Schnecke (34) ist dabei aus einer Aluminium-Legierung gebildet.The invention relates to an adjusting drive (2) for an adjusting element (4) of a motor vehicle, in particular a window lifter drive for an adjustable window pane (4) of a motor vehicle. The adjustment drive (2) has an electric motor (8) and a gear (10) downstream of this, which comprises a worm (34). This worm (34) is made from an aluminum alloy.
Description
Die Erfindung betrifft einen Verstellantrieb für ein Verstellelement eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung einer Schnecke in einem solchen Verstellantrieb, insbesondere in einem Getriebe eines solchen Verstellantriebs.The invention relates to an adjustment drive for an adjustment element of a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to the use of a worm in such an adjustment drive, in particular in a gear of such an adjustment drive.
Verstellantriebe kommen in Kraftfahrzeugen zur Verstellung von verschiedenen Verstellelementen (auch: „Stellelementen“) zum Einsatz. Beispielsweise handelt es sich bei diesen Verstellelementen um verstellbare Fensterscheiben, Kofferraumdeckel, Schiebedächer, Faltdächer oder dergleichen. Üblicherweise kommen als Krafterzeugungselemente Elektromotoren zum Einsatz. Diese werden häufig - insbesondere um eine möglichst flache Bauform des Verstellantriebs zu ermöglichen - mittels eines Getriebes, das eine (zumindest etwa) 90 Grad-Umlenkung aufweist, mit dem entsprechenden Verstellelement gekoppelt. Üblicherweise handelt es sich bei einem solchen Getriebe um ein Schraubwälz-Getriebe, insbesondere um landläufig als „Schneckengetriebe“ bezeichnete Getriebe, die eine mit der Motorwelle des Elektromotors gekoppelte, insbesondere fluchtend angeordnete, Schnecke, deren Verzahnung schraubengangartig oder helix-artig ausgebildet ist, sowie ein Schneckenrad, dessen Achse um etwa 90 Grad zur Achse der Schnecke versetzt ist, aufweisen. „Etwa“ wird hierbei als ein Bereich von etwa 15 Grad um die exakte 90 Grad-Stellung verstanden. Es ist dabei bekannt, auch in einem Winkel von größer oder kleiner 90 Grad zueinander angeordnet Achsen einzusetzen, beispielsweise um die Überdeckung der Zähne zwischen Schnecke und Schneckenrad zu vergrößern.Adjustment drives are used in motor vehicles to adjust various adjustment elements (also: "actuating elements"). For example, these adjustment elements are adjustable window panes, trunk lids, sunroofs, folding roofs or the like. Usually, electric motors are used as force-generating elements. These are often coupled to the corresponding adjustment element by means of a gear mechanism, which has an (at least approximately) 90-degree deflection—particularly in order to enable the adjustment drive to have the flattest possible design. Such a gear is usually a screw-and-roll gear, in particular a gear commonly referred to as a "worm gear", which has a worm coupled to the motor shaft of the electric motor, in particular arranged in alignment, the teeth of which are designed in the manner of a screw thread or a helix, as well as a worm wheel whose axis is offset by about 90 degrees from the axis of the worm. "About" is understood here as a range of about 15 degrees around the exact 90 degree position. It is known to use axes arranged at an angle of greater or less than 90 degrees to one another, for example in order to increase the overlap of the teeth between the worm and the worm wheel.
Herkömmliche Werkstoffe für Getriebe sind üblicherweise Stähle, da diese meist zäh, härtbar und/oder vergleichsweise gut spanend bearbeitbar sind. Damit sind diese gut geeignet für vergleichsweise stark belastete Getriebe. Häufig kommen auch - insbesondere in weniger starken Belastungen ausgesetzten Getrieben - auch Messing-Legierungen zum Einsatz. Diese zeichnen sich unter anderem durch gute Notlaufeigenschaften aus.Conventional materials for gears are usually steels, since these are usually tough, hardenable and/or relatively easy to machine. This makes them well suited for comparatively heavily loaded gears. Brass alloys are also often used, especially in gears that are not subject to heavy loads. These are characterized, among other things, by good emergency running properties.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verstellantrieb für ein Verstellelement eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.The object of the invention is to improve an adjustment drive for an adjustment element of a motor vehicle.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Verstellantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Des Weiteren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Verwendung einer Schnecke mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.This object is achieved according to the invention by an adjusting drive having the features of claim 1. This object is also achieved according to the invention by using a worm having the features of claim 7 set out in the description below.
Der erfindungsgemäße Verstellantrieb ist zur Verstellung eines Verstellelements eines (insbesondere landgestützten, vorzugsweise radgebundenen) Kraftfahrzeugs eingerichtet und vorgesehen. Bei einem solchen Verstellelement handelt es sich vorzugsweise um ein beliebiges zwischen vorgegebenen Stellungen (sowie vorzugsweise entlang eines vorgegebenen Wegs) bewegbares Element eines solchen Kraftfahrzeugs. Beispielsweise ist der Verstellantrieb als Fensterheberantrieb für eine verstellbare Fensterscheibe dieses Kraftfahrzeugs ausgebildet.The adjusting drive according to the invention is set up and provided for adjusting an adjusting element of a (in particular land-based, preferably wheel-bound) motor vehicle. Such an adjusting element is preferably any element of such a motor vehicle that can be moved between predetermined positions (and preferably along a predetermined path). For example, the adjusting drive is designed as a window lifter drive for an adjustable window pane in this motor vehicle.
Der erfindungsgemäße Verstellantrieb weist einen Elektromotor und ein diesem Elektromotor nachgelagertes Getriebe auf. Dieses Getriebe umfasst eine Schnecke. Mithin ist das Getriebe als ein solches ausgebildet, das eine Umlenkung um etwa 90 Grad (+/- 15 Grad) realisiert. Die Schnecke ist dabei aus einer Aluminium-Legierung gebildet.The adjustment drive according to the invention has an electric motor and a gear mechanism downstream of this electric motor. This gear includes a worm. Consequently, the transmission is designed as such that a deflection of about 90 degrees (+/- 15 degrees) is realized. The snail is made from an aluminum alloy.
Aluminium hat gegenüber Messing oder auch Stahl den Vorteil, dass es eine vergleichsweise geringe Dichte aufweist und somit zum Leichtbau des Verstellantriebs, also zur Gewichtsersparnis, beiträgt. Insbesondere ist bei gleichen gewichtsbezogenen Kosten (insbesondere im Vergleich der Aluminium-Legierung zu Messing) auch eine Kosteneinsparung - aufgrund der vorstehend beschriebenen Gewichtsersparnis - möglich.Compared to brass or steel, aluminum has the advantage that it has a comparatively low density and thus contributes to the lightweight construction of the adjustment drive, i.e. to weight savings. In particular, with the same weight-related costs (in particular when comparing the aluminum alloy to brass), a cost saving is also possible—due to the weight saving described above.
Die erfindungsgemäße Verwendung sieht die Verwendung einer Schnecke, die aus einer Aluminium-Legierung gebildet ist, in einem Getriebe eines Verstellantriebs für ein Verstellelement eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einem Fensterheberantrieb für eine verstellbare Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs, vor. Vorzugsweise wird also die vorstehend und im Folgenden näher beschriebene Schnecke erfindungsgemäß in dem Getriebe des Verstellantriebs, konkret des Fensterheberantriebs, verwendet. Somit teilen sich der Verstellantrieb und die Verwendung die gleichen hier und im Folgenden beschriebenen körperlichen Merkmale sowie die sich aus diesen ergebenden Vorteile.The use according to the invention provides for the use of a worm made of an aluminum alloy in a gearing of an adjusting drive for an adjusting element of a motor vehicle, in particular a window lifter drive for an adjustable window pane of a motor vehicle. The worm described above and in the following in more detail is therefore preferably used according to the invention in the gearing of the adjusting drive, specifically the window lifter drive. Thus, the adjustment drive and the use share the same physical features described here and below, as well as the advantages resulting therefrom.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Aluminium-Legierung für die Schnecke derart gewählt, dass deren mechanische Eigenschaften einem Messing, das für verzahnte Getriebeelemente, insbesondere für Getriebeschnecken, üblicherweise eingesetzt wird, bspw. einem CuZn37, angenähert sind. Unter „angenähert“ wird dabei vorzugsweise verstanden, dass die Werte der entsprechenden Eigenschaften der Aluminium-Legierung in der gleichen Größenordnung, insbesondere innerhalb eines Bereichs von vorzugsweise 10 bis 20 Prozent um den Wert des Messings liegen. Bspw. liegt die sogenannte Zugfestigkeit der Aluminium-Legierung bis zu 60 N/mm2 oberhalb des Werts des Messings (für CuZn37 etwa bei 380 N/mm2). Vorzugsweise liegen auch ein thermischer Ausdehnungskoeffizient und eine thermische Wärmeleitfähigkeit in einem solchen Bereich um den entsprechenden Wert von Messing. Dadurch kann Messing vorteilhafterweise nahezu ohne Veränderung der Eigenschaften ersetzt werden.In a preferred embodiment, the aluminum alloy for the worm is selected in such a way that its mechanical properties are similar to brass that is usually used for toothed transmission elements, in particular for worm gears, for example CuZn37. “Approximately” is preferably understood to mean that the values of the corresponding properties of the aluminum alloy are in the same order of magnitude, in particular within a range of preferably 10 to 20 percent the value of the brass. For example, the so-called tensile strength of the aluminum alloy is up to 60 N/mm 2 above the value of brass (for CuZn37 around 380 N/mm 2 ). A coefficient of thermal expansion and a thermal conductivity are also preferably in such a range around the corresponding value of brass. As a result, brass can advantageously be replaced with almost no change in properties.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die Aluminium-Legierung für die Schnecke derart gewählt, dass die Aluminium-Legierung einen nominellen (d. h. bezogen auf deren chemische Bezeichnung) Aluminium-Anteil von mehr als 93 Gew.-%, vorzugweise von mehr als 94, bevorzugt von gleich oder mehr als 95 Gew.-% aufweist. Häufig ist der Anteil der einzelnen Legierungsbestandteile gegenüber der chemischen Bezeichnung einer Schwankung zwischen einer Unter- und einer Obergrenze unterworfen, so dass bei einer Werkstoffanalyse bei nominell gleichen Werkstoffen - zumindest theoretisch - über alle Legierungsbestandteile hinweg Abweichungen von 1 Gew.-% oder sogar mehr auftreten können. So kann bspw. eine Aluminium-Legierung mit der chemischen Bezeichnung AlCu4Mg1 (auch bekannt unter den Bezeichnungen 3.1355 oder EN AW 2024) entgegen des nominellen Anteils von Kupfer von bis zu 4,9 Gew.-% und Magnesium bis zu 1,8 Gew.-% enthalten, obwohl die Bezeichnung auf einen nominellen Anteil an Legierungsbestandteilen von gesamt etwa 5 Gew.-% hinweist.In a further preferred embodiment, the aluminum alloy for the screw is selected such that the aluminum alloy has a nominal (i.e. based on its chemical name) aluminum content of more than 93% by weight, preferably more than 94% equal to or greater than 95% by weight. The proportion of the individual alloying components compared to the chemical designation is often subject to a fluctuation between a lower and an upper limit, so that in a material analysis of nominally the same materials - at least theoretically - deviations of 1% by weight or even more occur across all alloying components can. For example, an aluminum alloy with the chemical designation AlCu4Mg1 (also known under the designations 3.1355 or EN AW 2024) can contain up to 4.9% by weight copper and up to 1.8% magnesium by weight. -% included, although the designation indicates a nominal total alloying component content of about 5% by weight.
In einer zweckmäßigen Ausführung ist die Schnecke aus einer Aluminium-Legierung gebildet, die derart gewählt ist, dass diese zinkfrei ist oder alternativ einen Anteil von Zink unterhalb von 7 Gew.-%, vorzugsweise von unter 4 Gew.-%, insbesondere von unter 2 Gew.-%, besonders bevorzugt unter 1 Gew.-%, aufweist. Dieser niedrige Anteil von Zink in der Aluminium-Legierung hat den Vorteil, dass die Aluminium-Legierung eine vergleichsweise geringe Sprödigkeit aufweist und somit ein Risiko für Brüche verringert ist.In an expedient embodiment, the screw is made of an aluminum alloy that is selected in such a way that it is zinc-free or alternatively has a zinc content of less than 7% by weight, preferably less than 4% by weight, in particular less than 2 % by weight, particularly preferably below 1% by weight. This low proportion of zinc in the aluminum alloy has the advantage that the aluminum alloy is comparatively low in brittleness and the risk of fractures is therefore reduced.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Schnecke aus AlCu4Mg1 gebildet. Alternativ ist die Schnecke aus AlSi1 MgMn (auch bekannt unter den Bezeichnungen 3.2315 oder EN AW 6082) gebildet.In a preferred embodiment, the worm is made of AlCu4Mg1. Alternatively, the worm is made of AlSi1 MgMn (also known under the designations 3.2315 or EN AW 6082).
In einer zweckmäßigen Ausführung ist die Schnecke separat von einer Motorwelle des Elektromotors ausgebildet und mit der Motorwelle verbunden. Alternativ ist die Schnecke einstückig, d. h. monolithisch, mit der Motorwelle ausgebildet.In an expedient embodiment, the worm is designed separately from a motor shaft of the electric motor and is connected to the motor shaft. Alternatively, the screw is in one piece, i. H. monolithic, formed with the motor shaft.
Alternativ zu dem Fensterheberantrieb kann der Verstellantrieb auch als Antrieb für ein verstellbares Teil eines Fahrzeugsitzes, für ein Fahrzeug-Schloss, für ein Schiebedach, ein Fahrzeugverdeck, eine Tür des Kraftfahrzeugs oder dergleichen ausgebildet sein.As an alternative to the window lifter drive, the adjustment drive can also be designed as a drive for an adjustable part of a vehicle seat, for a vehicle lock, for a sunroof, a vehicle top, a door of the motor vehicle or the like.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 in einer Schemazeichung einen elektrischen Fensterheber eines Kraftfahrzeugs, -
2 in einer Teilschnittdarstellung schematisch einen Fensterheberantrieb, und -
3 in einer ausschnitthaften Teilschnittdarstellung schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Fensterheberantriebs.
-
1 in a schematic drawing an electric window lifter of a motor vehicle, -
2 in a partial sectional view schematically a window lifter drive, and -
3 a further embodiment of the window lifter drive is shown schematically in a detail partial sectional illustration.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are always provided with the same reference symbols in all figures.
In
In
Der Verstellantrieb 2 umfasst des Weiteren eine Elektronik oder ein Elektronikmodul 38 mit einer bauteilbestückten Leiterplatte 40. Auf der Leiterplatte 40 ist außerdem, der Motorwelle 32 zugewandt, ein Hall-Sensor 42 angeordnet. Die Leiterplatte 40 verläuft quer (senkrecht) zur Motorwelle 32, so dass der Hall-Sensor 42 einem drehfest auf der Motorwelle 32 angeordneten Ringmagnet 44 möglichst gering axial beabstandet gegenübersteht. Der Hall-Sensor 42 erfasst ein sich bei rotierendem Ringmagneten 44 änderndes Magnetfeld. Dies führt in Abhängigkeit von der Anzahl der Magnetpole des Ringmagneten 44 zu einer Anzahl von zählbaren Hall-Impulsen, die zur Bestimmung der Motordrehzahl und der Drehrichtung des Elektromotors 8 von dem Elektronikmodul 38 ausgewertet werden. Zur Drehrichtungsbestimmung weist der Hall-Sensor 42 in geeigneter, nicht näher dargestellter Art und Weise zwei zueinander beabstandete Sensorflächen auf, so dass aus der Abfolge der von den Sensorflächen zeitlich versetzt erzeugten Zählimpulsfolgen die jeweilige Drehrichtung identifiziert wird.The
In
In einem alternativen Ausführungsbeispiel, dargestellt in
Die Schnecke 34 ist außerdem aus einer Aluminium-Legierung, konkret aus AlCu4Mg1, ausgebildet. Dadurch weist die Schnecke 34 zu einer üblichen Messinglegierung vergleichbare, konkret näherungsweise gleichwertige mechanische Eigenschaften auf, jedoch unter Gewichts- und Kosteneinsparung. Im Fall des Ausführungsbeispiels gemäß
Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden.The subject of the invention is not limited to the embodiment described above. Rather, further embodiments of the invention can be derived by the person skilled in the art from the above description.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Fensterheberwindow regulator
- 22
- Verstellantriebadjustment drive
- 44
- Fahrzeugscheibevehicle window
- 66
- Grundplattebase plate
- 88th
- Elektromotorelectric motor
- 1010
- Getriebetransmission
- 1212
- Seiltrommelcable drum
- 1414
- SeilRope
- 1616
- Seilumlenkrollenrope pulleys
- 1818
- Führungsschieneguide rail
- 2020
- Mitnehmerdriver
- 2222
- Hebeschienelifting rail
- 2424
- Polgehäusepole housing
- 2626
- Getriebegehäusegear case
- 2828
- Rotorrotor
- 3030
- Statorstator
- 3232
- Motorwellemotor shaft
- 3434
- SchneckeSnail
- 3636
- Schneckenradworm wheel
- 3838
- Elektronikmodulelectronics module
- 4040
- Leiterplattecircuit board
- 4242
- Hall-SensorHall sensor
- 4444
- Ringmagnetring magnet
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2022
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