DE4132115C2 - Schneckenreduziergetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schneckenreduziergetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und betrifft ein Schneckenreduziergetriebe insbesondere für den Einsatz in Miniaturmotoren, z. B. zum Öffnen und Schließen von Türfenstern von Kraftfahrzeugen verwendet werden, wobei sie Zuverlässigkeit und Sicherheit gewähren sollen. Ein Schneckenreduziergetriebe, bestehend aus Schneckenrad und Schnecke, das von einem Miniaturmotor angetrieben wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der GB 22 16 981 A entnehmbar.

Im Miniaturmotor mit Schneckenreduziergetriebe neigt das mechanische Übertragungsvermögen oder der Wirkungsgrad im anfänglichen Verschleiß-(einlauf-)zustand der Zahnoberfläche und anderer Gleitteile verbessert zu werden, und der Überdeckungsgrad der Zahnoberfläche neigt dazu, sich beim Abtrag bzw. Verschleiß der Zahnoberfläche zu verschlechtern. So zeigen konventionelle Miniaturmotoren mit Schneckenreduziergetriebe im allgemeinen Eigenschaften, wie sie durch die gestrichelten Linien der Fig. 2 und 3 angezeigt sind. Die Fig. 2 zeigt Änderungen des Widerstandes gegenüber einem in Rückwärtsrichtung auf den Motor mit Schneckenreduziergetriebe ausgeübten Drehmoment, im folgenden kurz Widerstand gegen Rückwärtsdrehung genannt, oder mit anderen Worten der Selbstverriegelung in Abhängigkeit von der Zeit, und die Fig. 3 zeigt Änderungen im Ausgangsdrehmoment des Motors in Abhängigkeit von der Betriebszeit. Beide Figuren zeigen große Unterschiede dieser Werte zwischen Anfangs-, Zwischen- und Endstadien der Betriebsdauer. Die Miniaturmotoren, die zur vertikalen Öffnungs- und Schließbewegung von Türfenstern in Kraftfahrzeugen angewandt werden, neigen dazu, im mittleren Stadium ihrer Betriebsdauer einen abgesenkten Widerstand gegen Rückwärtsdrehung zu zeigen, woraus die Schwierigkeit resultiert, daß Fenster von außen gewaltsam geöffnet werden.

Besteht ein Bedarf an einem höheren Widerstand gegen Rückwärtsdrehen, so wird der Steigungswinkel der Schnecke oder Schraube auf einen sehr geringen Wert gesetzt oder es wird innerhalb des Motors eine Bremseinheit eingebaut, um den Widerstand in gebräuchlichen Miniaturmotoren mit Schneckenreduziergetrieben auf einem hohen Pegel zu halten.

Das frühere Verfahren, das darauf beruht, den Schneckensteigungswinkel zur Aufrechterhaltung des Widerstandes gegen Rückwärtsdrehung auf entsprechend kleine Werte zu verringern, beinhaltete jedoch eine Erhöhung des Außendurchmessers der Schnecke, so daß es schwierig war, die Abmessungen der Miniaturmotoren mit Schneckenreduziergetrieben zu reduzieren.

Das Verfahren der Einbeziehung einer Bremseinheit in den Motor ist zwar einerseits wirksam hinsichtlich der Aufrechterhaltung eines hohen Widerstandes gegen Rückwärtsdrehung, ist jedoch andererseits mit einer erhöhten Anzahl von Bauteilen verknüpft und verursacht so mehr Arbeitsstunden für den Zusammenbau.

Darüber hinaus stellen beide Verfahren, während sie hohe Widerstände gegen Rückwärtsdrehung und hohe Ausgangsdrehmomente erzielen, insofern Probleme, als daß sie dies mit einem Verlust an Motorausgangsleistung erkaufen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schneckenreduziergetriebe anzugeben, mit dem ein stabiler Widerstand gegen Rückwärtsdrehung sowie ein hohes Ausgangsdrehmoment aufrechterhalten werden.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Danach werden die genannten Eigenschaften durch Oberflächenbehandlungen erzielt. Beim erfindungsgemäßen Schneckenreduziergetriebe wird der beabsichtigte hohe Widerstand gegen Rückwärtsdrehung erzielt, indem die Zahnoberfläche der Schnecke einer zu einer Mattierung führenden Aufrauhungsbehandlung sowie auch auch vorzugsweise einer Oberflächenbehandlung zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit unterzogen wird. Die Rauheit (gemittelte Rauhtiefe) liegt dabei zwischen 2 µm bis 30 µm, vorzugsweise bei 10 µm.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Hilfsdarstellung zur Erklärung der Funktionsweise der Erfindung, wobei Fig. 1A eine Querschnittsansicht eines verwendeten Schneckenreduziergetriebes zeigt und Fig. 1B eine vergrößerte Querschnittsansicht der Schnecke darstellt,

Fig. 2 eine schematische Darstellung, die typische Betriebszustandsverlaufskurven zeigt, die den erfindungsgemäßen Widerstand gegen Rückwärtsdrehung im Vergleich zu konventionellen Einrichtungen veranschaulicht,

Fig. 3 eine schematische Darstellung, die typische Betriebsverlaufskurven zeigt, die einen Vergleich zwischen den erfindungsgemäß erzielten Motorausgangsdrehmomenten und denen konventioneller Einrichtungen gestattet, und

Fig. 4 bis 7 tabellenartige Darstellungen von Testergebnissen, die bei der Erstellung der Kurven aus den Fig. 2 und 3 gewonnen wurden, wobei die Fig. 4 und 5 die Widerstände gegen Rückwärtsdrehung und Ausgangsdrehmomente der Erfindung zeigen, in der die Schneckenoberfläche behandelt ist, und die Fig. 6 und 7 die Widerstände gegen Rückwärtsdrehung und Ausgangsmomente gebräuchlicher Einrichtungen zeigen.

Zunächst wird das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 näher erläutert, wobei aus der Fig. 1A insbesondere die Querschnittsansicht des Schneckenreduziergetriebes hervorgeht und aus Fig. 1B eine vergrößerte Querschnittsansicht der Schnecke.

In Fig. 1 ist ein Motorabschnitt 1 über Schrauben 7 an einem Reduziergetriebeabschnitt 2 angebracht. Ein Ende der Motorwelle 3 im Motorabschnitt 1 ist mittels eines Lagers 8 gehaltert. Eine Schnecke 4 umfaßt eine Ausnehmung 9 zur Anbringung der Schnecke auf der Motorwelle 3, wie aus der Fig. 1B hervorgeht. Ein gerändelter Abschnitt 10 ist auf einem Abschnitt der Motorwelle 3 ausgebildet, der in die Schnecken-Ausnehmung 9 eingeführt wird, so daß die Motorwelle 3 zuverlässig mit Preßsitz mit der Schnecken- Ausnehmung 9 verbindbar ist. Die Schnecke 4 kämmt mit einem Schneckenrad oder Schraubgetriebe 5, das beispielsweise aus Kunstharz hergestellt ist.

Das vom Motorabschnitt 1 erzeugte Antriebsdrehmoment wird von der Motorwelle 3 auf die Schnecke 4, dann auf das Schraubgetriebe 5 im Reduziergetriebeabschnitt 2 übertragen und gegebenenfalls über die Ausgangswelle 6 nach außen abgenommen.

Im Ausführungsbeispiel wird die Schnecke 4, auf die das Antriebsdrehmoment vom Motorabschnitt 1 übertragen wird, einer Strahlbehandlung wie einer Sandstrahlbehandlung unterzogen, um der Oberfläche eine Rauheit von angenähert 2 bis 30 µm oder vorzugsweise 2 bis 10 µm, ausgedrückt in RZ (10-Punkt gemittelte Rauhtiefe) zu verleihen. Dann wird die Oberfläche einer stromlosen Vernickelung bzw. Nickelplattierung unterzogen, um die Rauheit zu erhalten, und anschließend einer Hitzehärtung bzw. einem Brennvorgang, um die Oberflächenhärte zu verbessern. All diese Behandlungsschritte werden in einem Stadium des einzelnen Bauteils angewandt, bevor dieses mit Preßsitz auf die Motorwelle 3 gepaßt wird.

Da die Schnecke 4 den obigen Oberflächenbehandlungen unterzogen ist, d. h. die Oberflächenrauheit der Zahnoberfläche der Schnecke auf diese Weise gesteuert wird, kann zwischen der Schnecke 4 und dem Schraubgetriebe 5 eine geeignete Reibungskraft erzielt werden. D. h., daß die stromlose Vernickelung und die Hitzehärtungsbehandlung, denen die Schnecke 4 unterzogen wird, der Schnecke 4 eine geeignete Reibungskraft verleihen. Mit anderen Worten können ein hoher Widerstand gegen Rückwärtsdrehung und ein stabiles Motorausgangsdrehmoment stabil aufrechterhalten werden, wie aus den durchgezogenen Linien in den Fig. 2 und 3 hervorgeht, die die erfindungsgemäßen Ergebnisse dieser Größen in Abhängigkeit von der Betriebsdauer zeigen, ohne daß andere Eigenschaften und Leistungen des Miniaturmotors mit Schneckenreduziergetriebe beeinträchtigt würden.

Als Verfahren zum Erzielen eines hohen Widerstandes gegen Rückwärtsdrehung, ohne dies mit verschlechterter Motorausgangsleistung zu erkaufen, wird der Reibungskoeffizient der Zahnoberfläche beeinflußt, wobei berücksichtigt wird, daß der Übertragungswirkungsgrad eines Schneckenreduziergetriebes für den Fall, daß Kraft von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite übertragen wird, anders als im Fall einer Übertragung von der Ausgangsseite auf die Eingangsseite ist. D. h., daß ein Verlust an Motorleistung minimierbar ist, indem der Reibungskoeffizient in geeigneter Weise mit Hilfe der folgenden Gleichungen so ausgewählt und festgesetzt wird, daß der minimal erforderliche Widerstand gegen Rückwärtsdrehung erzielt wird.

Der Wirkungsgrad für eine Kraftübertragung von der Eingangsseite zur Ausgangsseite wird beschrieben durch:

η = tan τ₀/tan (τ₀ + ρ)

Der Wirkungsgrad für den Fall einer Kraftübertragung von der Ausgangsseite zur Eingangsseite wird beschrieben mit:

η = tan (τ₀ - ρ)/tan τ₀

wobei

τ₀ = Lastwinkel,
α₀ = Druckwinkel,
ρ = tan^-1 (µ sec α₀),
µ = Reibungskoeffizient.

Um den gewünschten Reibungskoeffizienten zu erzielen, wird der Zahnoberfläche die erforderliche Oberflächenrauheit verliehen, indem eine chemische Polierung, ein Strahlverfahren wie Sandstrahlverfahren oder irgendwelche anderen Oberflächenbehandlungen angewandt werden. Für profilgewalzte (roll-formed) Schnecken können ähnliche Behandlungen auf die Schnecke angewandt werden, indem Profilwalzstempel oder -matrizen verwendet werden.

Darüber hinaus kann unter Anwendung einer geeigneten Oberflächenbehandlung zur Verbesserung des Verschleißwiderstandes oder der Verschleißfestigkeit ohne Änderung der Oberflächenrauheit der Zahnoberfläche ein glatter weicher Eingriff von Schnecke und Schneckenrad erhalten werden, während die Oberflächenrauheit unverändert gehalten wird. Solche Oberflächenbehandlungen umfassen wärmehärtende Behandlungen aller Art und auch weiche Nitrier-Härtungsbehandlungen nach stromloser Nickelplattierung.

Darüber hinaus kann auch eine Mattglanzhartverchromung angewandt werden, um die gewünschte Oberflächenrauheit und den gewünschten Widerstand gegen Rückwärtsdrehung zu erzielen.

Unter Verwendung einer Schnecke mit einer geeigneten Oberflächenrauheit und Widerstand gegen Rückwärtsdrehung auf der Schneckenzahnoberfläche kann die Reibungskraft der kämmenden oder ineinandergreifenden Abschnitte aufrechterhalten werden, und es können ein hoher Widerstand gegen Rückwärtsdrehung sowie ein hohes Motorausgangsdrehmoment in der Weise stabilisiert werden, wie die durchgezogenen Linien der Fig. 2 und 3 zeigen. Dabei zeigen die Kurven der Fig. 2 und 3 die Ergebnisse zahlreicher Testergebnisse.

Ein Teil der Testergebnisdaten, auf die sich die Kurven der Fig. 2 und 3 gründen, sind in den Fig. 4 bis 7 gezeigt. Die Fig. 4 und 5 zeigen die jeweiligen Widerstände gegen Rückwärtsdrehung und Ausgangsdrehmomente, die bei erfindungsgemäßer Oberflächenbehandlung der Schnecke erzielt wurden, und die Fig. 6 und 7 die Ergebnisse für gebräuchliche Einrichtungen.

In den Fig. 4 bis 7 deuten CW und CCW jeweils die Drehrichtung an, d. h. im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn. Ein Zyklus steht für den Betätigungsablauf des Anhebens und Absenkens eines Türfensters mit dem automatischen Fensterhebesystem eines Kraftfahrzeugs. Der "Zyklus" entspricht der Zeit auf der Abszisse in den Fig. 2 und 3.

Der in Fig. 1 gezeigte Aufbau, bei dem die separat geformte Schnecke 4 im Preßsitz auf die Motorwelle 3 gepaßt wird, hat den Vorteil, daß die Schnecke 4 in einfacher Weise, wie oben beschrieben, bestimmten Oberflächenbehandlungen unterzogen werden kann. Es ist jedoch so, daß dieselben Effekte erzielbar sind, wenn Motorwelle 3 und Schnecke 4 einstückig ausgebildet werden, und nur der Schneckenabschnitt einer speziellen Oberflächenbehandlung unterzogen wird.

Wie aus den Ergebnissen der Fig. 4 und 5 sowie auch den beiden Zeichnungen 2 und 3 eindeutig hervorgeht, ermöglicht es die Erfindung, ein Schneckenreduziergetriebe mit Miniaturmotor zu realisieren, dessen Widerstand gegen Rückwärtsdrehung verbessert und dessen Motorausgangsleistung stabilisiert ist, da eine geeignete Reibungskraft zwischen Schnecke und Schneckenrad erzielt und eingestellt sowie beibehalten wird.

Da die Motorleistung wie der Widerstand gegen Rückwärtsdrehung verbessert ist, ohne die Anzahl der Komponenten zu erhöhen, können Miniaturmotoren kleiner Abmessungen mit Schneckenreduziergetrieben realisiert werden.

Claims (4)

1. Schneckenreduziergetriebe, das aus Schnecke und Schneckenrad besteht, und in dem die Schnecke von einem Miniaturmotor angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnoberfläche der Schnecke (4) einer zu einer Mattierung führenden Aufrauhungsbehandlung unterzogen ist, um der Zahnoberfläche eine Rauheit R_z (gemittelte Rauhtiefe) von 2 µm bis 30 µm zu verleihen.

2. Schneckenreduziergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnoberfläche der Schnecke (4) nach der Aufrauhungsbehandlung einer die Verschleißfestigkeit verbessernden Behandlung unterzogen ist.

3. Schneckenreduziergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauheit 2 µm bis 10 µm beträgt.

4. Schneckenreduziergetriebe nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad ein aus Kunstharz hergestelltes Schraubgetriebe (5) umfaßt.