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Die
Erfindung betrifft ein Taumelgetriebe, insbesondere zum Verstellen
beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
1.
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Mit
der
DE 199 34 161
A1 ist ein derartiges Taumelgetriebe bekannt geworden,
das einen Rotationsantrieb in Form einer Zahnscheibe aufweist, die mit
einer Taumelscheibe gekoppelt ist. Die Kopplung erfolgt dabei über eine
mit ihrer Achse in einem spitzen Winkel zur Rotationsachse der Zahnscheibe
stehenden Hohlwelle, auf der relativ dazu drehbar die Taumelscheibe
gelagert ist. Letztere ist drehfest bezüglich der Achse des Rotationsantriebs
durch eine entsprechende Abstützung
im Gehäuse
des Getriebes gelagert, wodurch die Drehbewegung des Rotationsantriebs
in eine entsprechende Taumelbewegung der Taumelscheibe um eine koaxial
mit der Rotationsachse liegenden Taumelachse umgesetzt wird. Auf
einer Abtriebswelle ist eine Abtriebsscheibe mit einer Stirnverzahnung
gelagert, die mit einer komplementären Stirnverzahnung an der
Taumelscheibe im Eingriff steht. Zur Erzielung einer entsprechenden
Untersetzung weisen die Stirnverzahnungen von Abtriebs- und Taumelscheibe
unterschiedliche Zähnezahlen
auf.
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Bei
einem solchen Taumelgetriebe erweist sich als nachteilig, dass sich
auf Grund der drehfesten Abstützung
der Taumelscheibe mittels eines radialen Fortsatzes in einer entsprechenden
Aussparung im Gehäuse
ein intensiver Reibkontakt einstellt, der einen hohen Verschleiß und einen
geringen Wirkungsgrad des Getriebes zur Folge hat.
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Taumelgetriebe
mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat den
Vorteil, dass die Taumelscheibe praktisch völlig reibungsfrei an einer
Rotation gegenüber
dem Gehäuse
gehindert wird. Hierzu ist die Taumelscheibe über eine Federmembran mit dem
Gehäuse
verbunden, so dass sich keine Abstützelemente der Taumelscheibe
gegenüber
einer Anschlagsfläche
des Gehäuses
bewegen. Die Federmembran unterbindet eine Drehung der Taumelscheibe
gegenüber
dem Gehäuse
wirkungsvoll und ermöglicht
dabei eine Steigerung des Wirkungsgrads und der Lebensdauer des
Taumelgetriebes auf Grund der Vermeidung aneinander reibender Teile.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Wird als Federmembran ein Faltenbalg
verwendet, der sich koaxial zur Antriebsachse erstreckt, so kann
dieser einem großen axialen
Taumelhub der Taumelscheibe folgen, ohne dass zu dessen Verformung
nennenswert Energie aufgewendet werden müsste.
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Durch
die Wahl des Materials und der Form der Federmembran kann diese
so ausgebildet werden, dass sie sich in axialer Richtung leicht
verformt, aber gegenüber
einer Belastung in Umfangsrichtung nicht verdreht. Hierzu kann die
Federmembran beispielsweise als Faltenbalg aus Blech ausgebildet sein,
der wie eine Ziehharmonika in axialer Richtung leicht dehnbar ist,
aber bezüglich
einem angreifenden Torsionsmoment eine hohe Steifigkeit aufweist.
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Die
Federmembran kann günstig
einerseits an der der Stirnseite abgewandten Rückseite der Taumelscheibe und
andererseits am Gehäuse
drehfest fixiert werden, um ein Verdrehen der Taumelscheibe reibungslos
zu unterbinden. Dabei kann die Federmembran vorteilhaft über die
Antriebswelle gestülpt
werden, so dass wenig Bauraum beansprucht wird.
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Besonders
günstig
ist es, den Durchmesser der Federmembran am axialen Ende an der
Taumelscheibe geringer auszubilden, als deren Durchmesser auf der
Gehäuseseite,
da dann die Federmembran der Taumelbewegung der Taumelscheibe leichter folgen
kann (geringerer Leistungsverlust). Bei der Ausbildung der Federmembran
als Faltenbalg ist dabei die äußere Hüll-Kurve
des Faltenbalgs in axialer Richtung konisch ausgeformt.
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Auf
Grund einer solchen Anordnung der Federmembran kann die Taumelscheibe über ihren
gesamten Umfang mit einem radialen Abstand zum Gehäuse angeordnet
werden, wodurch sich keine Reibungsverluste auf Grund der Abstützung im
radial äußeren Bereich
der Taumelscheibe ergeben. Eine solche radial berührungslose
Lagerung des Taumelrads gegenüber
der Gehäusewand
bewirkt eine Steigerung des Wirkungsgrads und eine Reduzierung des Verschleißes des
Taumelgetriebes.
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Auf
Grund der Abstützung
des Torsionsmomentes, das auf die Taumelscheibe wirkt, mittels der Federmembran,
kann die Taumelscheibe günstig
frei beweglich auf einem Kugelgelenk oder einem Kalottenlager gelagert
werden, wobei die Taumelbewegung durch ein Anpresselement verursacht
wird.
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Alternativ
kann die Taumelscheibe auf einen axialen Exzenter der Antriebswelle
oder einen gekröpften
Fortsatz derselben gelagert werden. Wird die Taumelscheibe direkt
von der Antriebswelle des Rotationsantriebs angetrieben, kann auf
zusätzliche bewegliche
Teile wie die Anpresselemente und deren Lagerung, verzichtet werden,
wodurch gleichzeitig Bauraum gespart wird.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung ist die Taumelscheibe über ein
Kugelgelenk gehäusefest
gelagert, und dann mittels eines vom Rotationsantrieb in Rotation
um die Getriebeachse versetzten Anpresskörper in eine Taumelbewegung
versetzt. Eine solche freie Lagerung auf einem Kugelkopf oder einem Kalottenlager
ist keinen so hohen Belastungen ausgesetzt, wie beispielseise bei
einem Kardangelenk und daher mit größeren Toleranzen herstellbar.
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Dabei
steht der Anpresskörper
in Zahneingriff mit einer Verzahnung auf der Rückseite des Taumelrads, wodurch
das Taumelrad zuverlässig
umlaufend gegen das Abtriebsrad gepresst wird.
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Erfolgt
der Antrieb des Wälzkörpers über einen
Antriebsring, so steht im Inneren des Antriebsrings Bauraum für die Lagerung
der Taumelscheibe und deren Verdrehsicherung mittels der Federmembran
zur Verfügung.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Antriebseinheit mit einem axial beidseitigen Abtrieb weist der
Rotationsantrieb vorteilhaft eine Hohlwelle als Antriebswelle auf,
auf deren Außenseite
die Taumelscheibe taumelnd gelagert ist und in deren Innerem eine
drehfest mit dem Abtriebsrad verbundene Abtriebswelle angeordnet
ist, deren beide Enden jeweils eine Schnittstelle für den Antrieb
von Verstellgliedern darstellen.
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Zeichnungen
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In
den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Taumelgetriebes
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 ein
Taumelgetriebe mit einer auf einem axialen Exzenter gelagerten Taumelscheibe,
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2 ein
Taumelgetriebe mit einer auf einer gekröpften Antriebswelle gelagerten
Taumelscheibe,
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3 ein
Taumelgetriebe mit auf einem Kalottenlager angeordneter Taumelscheibe
und
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4 ein
Taumelgetriebe, bei dem die Taumelscheibe auf einem Kugelgelenk
gelagert ist.
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Beschreibung
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1 zeigt
ein Taumelgetriebe 10 mit einem Gehäuse 12, das ein Gehäuserohr 14 und
axiale Seitenwände 16 aufweist.
Am Gehäuse 12 ist
ein Flanschelement 18 angeformt, mit dem die Antriebs-Einheit 11 an
einem nicht dargestellten beweglichen Teil – beispielsweise einer Sitzlehne
eines Kraftfahrzeugs oder an einem Rahmenelement – befestigbar
ist. An der Innenseite 20 des Gehäuserohrs 14 ist ein
Stator 22 befestigt, der zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes
mehrere Wicklungen aufweist, die elektrisch kommutiert werden. Als
Innenläufer
ist im Innern des Stators 22 ein Rotor 26 auf
einer Antriebswelle 28 drehfest fixiert. Die als Hohlwelle 29 ausgebildete
Antriebswelle 28 stützt
sich über
Lager 30 und deren Halteelemente 32 direkt am
Gehäuserohr 14 ab
und ragt axial mit einem Ende 34 über den Rotor 26.
Der Rotor 26 weist mehrere Permanentmagnet-Segmente 36 auf,
die mittels der als Rückschlusselement 38 ausgebildeten
Hohlwelle 29 magnetisch miteinander verbunden sind. Am
Ende 34 der Antriebswelle 29 ist an deren äußeren Umfang
axial neben dem Elektromotor 42 drehfest ein axialer Exzenter 112 auf
der Antriebswelle 28 befestigt. Auf dem axialen Exzenter 112 ist
eine axiale Taumelscheibe 113 axial verkippt frei drehbar
gelagert, beispielsweise mittels eines Kugel- oder Gleitlagers 111.
Die Taumelscheibe 113 weist eine axiale Taumelverzahnung 114 auf,
die mit einer Axialverzahnung 115 eines auf einer Abtriebswelle 64 drehfest
befestigten Abtriebsrad 62 kämmt. Die antreibende Hohlwelle 29 versetzt hierbei
mittels des axialen Exzenters 112 die Taumelscheibe 113 in
eine axiale Taumelbewegung, wobei die Taumelscheibe 113 mittels
einer Federmembran 46 an einer Drehung um die Mittelachse 78 gehindert wird.
Aufgrund der Zähnezahldifferenz
zwischen der Taumelverzahnung 114 und der axialen Verzahnung 115 des
Abtriebsrads 62 wird dieses mit einer daraus resultierenden
Untersetzung in Rotation versetzt. Das Abtriebsmoment kann an beiden
Seiten der koaxial zur Hohlwelle 29 angeordneten – drehfest
mit dem Abtriebsrad 62 verbundenen – Abtriebswelle 64 abgegriffen
werden.
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Die
Federmembran 46 ist als Federbalg 48 ausgebildet,
der an seinem einen axialen Ende 50 drehfest mit der Taumelscheibe 113 und
mit einem anderen axialen Ende 52 über das gehäusefeste Halteelement 32 drehfest
mit dem Gehäuse 12 verbunden
ist. Die Federmembran 46 ist dabei derart gefertigt, dass
sie in axialer Richtung entlang der Mittelachse 78 sehr
leicht in ihrer Länge
verändert
werden kann, jedoch gegenüber
einem angreifenden Torsionsmoment eine sehr große Steifigkeit aufweist. Dies ist
beispielsweise durch einen Federbalg 48, der aus elastischem
Metallblech oder einem entsprechenden Kunststoff hergestellt ist,
realisiert. Die ziehharmonika-mäßige Form
des Faltenbalgs 48 ist dabei besonders geeignet, sich entsprechend
der durch den axialen Exzenter 112 verursachten Taumelbewegung der
Taumelscheibe 113 in axialer Richtung zu verformen. Dadurch,
dass die Verdrehsicherung mittels der Federmembran 46 axial
an der Taumelscheibe 113 angreift, berührt die Taumelscheibe 113 an
ihrem äußeren radialen
Rand das Gehäuse 12 nicht,
sondern weist über
den gesamten Umfang einen Abstand 95 zur Innenseite 20 des
Gehäuses 12 auf.
Dadurch werden Reibungsverluste und eine Geräuschemission vermieden.
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Beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ist der
drehfest auf einer Antriebswelle angeordnete axiale Exzenter 112 durch
eine gekröpfte
Antriebswelle 110 ersetzt. Die Antriebswelle 28 ist
hierbei als Vollwelle ausgebildet und wird von einer nicht näher dargestellten
Antriebseinheit 42 in Drehbewegung versetzt. An ihrem freien
Ende 34 ist die Antriebswelle 110 abgewinkelt,
so dass der abgewinkelte Teil 35 der Antriebswelle 28 praktisch
einen axialen Exzenter 112 bildet. Die Taumelscheibe 113 ist
wiederum frei drehbar auf dem abgekröpften Teil 35 der
Antriebswelle 28, beispielsweise mittels eines Kugellagers 111 gelagert.
Die axiale Taumelverzahnung 114 kämmt wieder mit der axialen
Verzahnung 115 des Abtriebsrads 62, wobei das Übersetzungsverhältnis durch
die Differenz der Zähnezahl
bestimmt wird. Das Abtriebsrad 62 ist drehfest mit der
Abtriebswelle 64 verbunden, die in diesem Ausführungsbeispiel
nur auf einer Seite aus dem nicht näher dargestellten Gehäuse 12 herausgeführt wird,
um eine Schnittstelle 72 für einen Antrieb zu bilden.
Das Taumelrad 113 ist wiederum mittels als Federbalg 48 ausgebildeter
Federmembran 46 mit einem Gehäuseteil 12 drehfest verbunden,
in dem gleichzeitig mittels eines Lagers 30 die Antriebswelle 28 gelagert
ist. Die Taumelbewegung wird hierbei durch die Führung der Taumelscheibe 113 mittels
des Lagers 111 auf der gekröpften Abtriebswelle 110 bestimmt,
wobei die Federmembran 46 eine Verdrehung der Taumelscheibe 113 gegenüber dem
Gehäuse 12 ohne
Reibkontakt verhindert. Die Anordnung des Taumelrads 113 auf einer
gekröpften
Antriebs(voll)welle 110 eines herkömmlichen Taumelgetriebes entspricht
bei dieser Ausführung
dem axialen Exzenter 112 auf der Hohlwelle 29 der 1.
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In 3 ist
ein weitere Taumelgetriebe-Antriebseinheit 10 dargestellt.
Dabei ist das Taumelrad 113 frei beweglich auf einem Kalottenlager 125 gelagert,
das auf einer Hohlwelle 29 angeordnet ist. Die axiale Taumelscheibe 113 weist
wieder eine axiale Taumelverzahnung 114 auf, die mit einer
um mindestens einen Zahn differierenden Axialverzahnung 115 des
Abtriebrads 62 zusammenwirkt. Die Federmembran 46,
die die Taumelscheibe 113 wieder drehfest mit einem gehäusefesten
Gehäuseteil 12 verbindet, verhindert
dabei eine Rotation der Taumelscheibe 113 gegenüber dem
Gehäuse 12.
Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel
die Hohlwelle 29 gehäusefest gelagert
und ein Antriebsring 121 wird beispielsweise mittels eines
Außenläufer-Rotors
angetrieben. Die Federmembran 46 weist eine radiale, flexible
Wand 47 auf, die in Abhängigkeit
der Taumelbewegung der Taumelscheibe 113 umlaufend an einer
Stelle 80 eine sehr stark radiale Wölbung 82 und auf der
gegenüberliegenden
Seite 84 eine geringere Wölbung 86 aufweist.
Gegenüber
einer Drehbeanspruchung ist die radiale Wand 47 jedoch
drehsteif ausgebildet. In entspanntem Zustand vor der Montage in
das Taumelgetriebe 10 ist die Federmembran 46 näherungsweise
rotationssymmetrisch, beispielsweise als gestauchte Hülse 46 ausgebildet.
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Die
axiale Taumelbewegung wird hierbei nicht durch einen axialen Exzenter 112 erzeugt,
sondern von einem axialen Anpresselement 118, das durch
den Elektromotor 42 in Rotation um die Mittelachse 78 versetzt
wird und dadurch die Taumelscheibe 113 umlaufend immer
an einer Stelle 80, 84 gegen das Abtriebsrad 62 presst.
Durch das umlaufende Anpresselement 118 wird somit die
Taumelscheibe 113 in eine axiale Taumelbewegung versetzt,
wodurch aufgrund der Zähnezahldifferenz
ein untersetztes Abtriebsmoment auf die Abtriebswelle 64 übertragen
wird. Das Anpresselement 118 ist hierbei als Zahnrad 119 mit
einer in etwa senkrecht zur Mittelachse 78 orientierten
Drehachse 120 ausgebildet, und wird von der Antriebsscheibe 121 in
Rotation versetzt. Die Antriebsscheibe 121 und die dieser
zugewandten Rückseite 117 der
Taumelscheibe 113 weisen jeweils eine axiale Verzahnung 122, 123 auf,
wodurch eine zusätzliche
Untersetzung von 2:1 entsteht. Das Anpresselement 118 ist
optional mittels eines Sicherungsrings 124 gegen radiales
Verschieben gesichert. Anstelle des Zahnrads 119 ist das
Anpresselement 118 in weiteren Variationen des Taumelgetriebes 10 als
unverzahnter axialer Wälzkörper oder
als mit der Antriebsscheibe 121 verbundener Gleitstift
ausgebildet, der die Taumelscheibe 113 umlaufend punktuell
gegen die Abtriebsscheibe 62 presst. Als Abtriebs-Schnittstelle 72 ist
hier beispielsweise am einen Ende der Abtriebswelle 64 ein
Abtriebsritzel 128 oder am anderen Ende ein Innen-Mehrkantprofil 130 zur
Kopplung mit einem entsprechenden Profil einer flexiblen Welle angeformt.
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4 zeigt
eine weitere Variation eines Taumelgetriebes 10, bei dem
die Taumelscheibe 113 frei beweglich auf einem Kugelgelenk 89 gelagert
ist. Das Kugelgelenk 89 ist auf einer gehäusefesten
oder rotierenden Führungswelle 25 angeordnet,
wobei der Antrieb für
die Taumelbewegung, wie bei 3, mittels
Wälzkörper 118, 119,
erfolgt, die die von dem Antriebsring 121 in Rotation um
die Mittelachse 78 versetzt werden. Als Drehsicherung der
Taumelscheibe 113 dient wieder die als Faltenbalg 48 ausgebildete Federmembran 46,
die die Rückseite 117 des
Taumelrads 113 drehfest mit einem feststehenden Gehäuseteil 12 verbindet.
Dabei weist die zylinderförmige
Federmembran 46 an deren Ende 50 zur Taumelscheibe 113 hin
einen geringeren Durchmesser 91 auf, als der Durchmesser 93 am
Ende 52 zum Gehäuseteil 12 hin.
Dadurch kann die radiale Wand 47 leichter einknicken und
somit unter äußerst geringem Kraftaufwand
der Taumelbewegung der Taumelscheibe 113 nachgeben. Das
Kugelgelenk 89 dient hierbei zur Führung des Taumelrads 113 und
als Widerlager der Taumelbewegung. Das Torsionsmoment wird über die
Federmembran 46 auf das Gehäuse 12 übertragen.
Die Federmembran 46 ist dabei derart ausgestaltet, dass die
im Betrieb auftretenden Rückstellkräfte der
Federmembran 46 das Spiel zwischen Kugelgelenk 89 und
der Taumelscheibe 113 minimieren.
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Es
sei angemerkt, dass hinsichtlich der in allen Figuren und in der
Beschreibung dargestellten Ausführungsbeispiele
vielfältige
Kombinationsmöglichkeiten
der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. Insbesondere können die
Getriebebauformen, die Art der Lagerung der Taumelscheibe 113, die
Gestaltung des Gehäuses 12,
des Antriebs und des Abtriebs oder der Ausformung der Verzahnung beliebig
variiert werden. Des weiteren kann die Art der Befestigung der Federmembran,
sowie deren Material und konkrete Ausformung unterschiedlich ausgestaltet
sein, so lange sie eine Verdrehsicherung der Taumelscheibe 113 gewährleistet.
Bevorzugt findet das erfindungsgemäße Taumelgetriebe 10 Anwendung
für das
Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, insbesondere das
Verstellen von Sitzteilen, Scheibenwischern oder einer Feststellbremse,
es kann jedoch überall
eingesetzt werden, wo Taumelgetriebe mit hohem Wirkungsgrad, geringer
Geräuschemission
und langer Lebensdauer erforderlich sind.