DE4132115C2 - Schneckenreduziergetriebe - Google Patents
SchneckenreduziergetriebeInfo
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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.
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 Rz (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.
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