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Dokumentenidentifikation DE202006010877U1 20.12.2007
Titel Zahnradgetriebe für Verstellantriebe in Kraftfahrzeugen
Anmelder Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Coburg, 96450 Coburg, DE
Vertreter Maikowski & Ninnemann, Pat.-Anw., 10707 Berlin
DE-Aktenzeichen 202006010877
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 20.12.2007
Registration date 15.11.2007
Application date from patent application 10.07.2006
IPC-Hauptklasse F16H 1/20(2006.01)A, F, I, 20060710, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16H 55/18(2006.01)A, L, I, 20060710, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Zahnradgetriebe für Verstellantriebe in Kraftfahrzeugen.

Zahnräder übertragen im wesentlichen schlupffrei die Drehbewegung von einer Antriebswelle auf eine Abtriebswelle durch Formschluss der in Eingriff befindlichen Zähne, indem ein treibendes Zahnrad und ein getriebenes Zahnrad zusammenarbeiten, die ein Zahnradpaar bilden und bei unterschiedlichen Zähnezahlen der zusammenwirkenden Zahnräder eines Zahnradpaares eine Drehmomentwandlung bzw. Drehzahländerung ermöglichen. Eine Kombination von zwei Zahnrädern bzw. einem oder mehreren Zahnradpaaren, die miteinander in Wirkverbindung stehen, bilden ein Zahnradgetriebe mit einem die Zahnräder oder Zahnradpaare umschließenden Gehäuse oder Gestell, das die Lagerungen für die Wellen bzw. Achsen der Zahnräder trägt.

Je nachdem, wie die Achsen der beiden Zahnräder eines Zahnradpaares zueinander liegen, ergeben sich Stirn- oder Zylinderräder bei parallel liegenden Radachsen als Außenradpaare mit Geradverzahnung oder Schrägverzahnung oder Innenradpaare mit einem innenverzahnten Hohlrad, Zahnstangen als unendlich groß gedachte Stirnräder zur Umwandlung einer Drehbewegung mittels eines Außenrades in eine hin- und her gehende geradlinige Bewegung oder Kegelräder bei sich schneidenden Radachsen mit Gerad- oder Schrägverzahnung.

Um eine kontinuierliche, ununterbrochene Drehbewegung zu gewährleisten, muss ein Zahnpaar der zusammenwirkenden Zahnräder eines Zahnradpaares seinen Eingriff beginnen, bevor das gerade miteinander kämmende Zahnpaar seinen Eingriff beendet, d. h. es muss eine Profilüberdeckung &egr;&agr; vorhanden sein, die sich aus dem Verhältnis der Eingriffsstrecke der miteinander kämmenden Zahnpaare zur Eingriffsteilung bestimmt. Bei schrägverzahnten Zahnradpaaren mit schräg zu den Radachsen laufenden Zähnen, deren Flankenlinien am Teilzylinder mit der Zahnradachse einen Schrägungswinkel einschließen, wird der Eingriff um die Sprungüberdeckung &egr;&bgr; verlängert, die sich aus der Zahnbreite, dem Schrägungswinkel und der Stirnteilung bestimmt, so dass sich bei schrägverzahnten Zahnradpaaren die Gesamtüberdeckung &egr;&ggr; aus der Summe der Profilüberdeckung &egr;&agr; und der Sprungüberdeckung &egr;&bgr; zusammensetzt, die größer als zwei sein muss, um einen gleichmäßigen Zahnradeingriff, d.h. eine geringe „Zahnfühligkeit", zu gewährleisten.

Bei Zahnradgetrieben für Verstellantriebe in Kraftfahrzeugen kommt es wesentlich auf hohe Zahnbelastungen, die beispielsweise bei Fensterhebern beim Hochfahren der Fensterscheibe in die Dichtung auftreten oder zur Erhöhung des Widerstandes bei einem Einbruchsversuch bzw. beim Ausüben von Druck auf die obere Fensterscheibenkante erforderlich sind, und geringe Laufgeräusche an. Für hohe Zahnbelastungen bieten sich große Zähne, das heißt Zahnradpaare mit kleinen Zähnezahlen an, die jedoch eine große Zahnfühligkeit aufweisen, größere Laufgeräusche erzeugen und zu einem ungleichmäßigen Lauf führen. Demgegenüber zeichnen sich Zahnradpaare mit großen Zähnezahlen bei entsprechend kleinen Moduln durch eine geringe Zahnfühligkeit, minimale Laufgeräusche und einen gleichmäßigen Lauf aus, weisen aber insbesondere beim Einsatz geräuschdämpfender Radwerkstoffe wie duro- oder thermoplastischer Kunststoffe eine nur geringe Zahnbelastbarkeit auf.

Bei der Anwendung von Zahnradgetrieben für Verstellantriebe in Kraftfahrzeugen werden zudem hohe Über- oder Untersetzungen gefordert, um mit kleinen, schnell drehenden Motoren große Verstellkräfte erzeugen zu können. Da der Bauraum für Getriebe von Verstellantrieben in Kraftfahrzeugen häufig begrenzt ist, sind kleine Zähnezahlen des Ritzels und damit ebenfalls große Zähne des Zahnradgetriebes erforderlich. Um hohe Über- oder Untersetzungen mit kleinen Zähnezahlen zu realisieren, werden beispielsweise bei Stirnradverzahnungen aufwändige sogenannte "Evoloidverzahnungen" mit großen Schrägungswinkeln bei kleinen Zähnezahlen oder Stufenräder verwendet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zu Grunde, ein Zahnradgetriebe für Verstellantriebe in Kraftfahrzeugen zu schaffen, das die Vorzüge großer Zähne der Zahnradpaare mit denen großer Zähnezahlen bei einfacher Herstellung vereint, das heißt hohe Zahnbelastungen und Über- bzw. Untersetzungen bei geringer Zahnfühligkeit, geringen Laufgeräuschen und gleichmäßigem Lauf ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung schafft mit der Anordnung paralleler Zahnmodule mit großen Zähnen für hohe Zahnbelastungen und großen Zähnezahlen für eine geringe Zahnfühligkeit, geringen Laufgeräuschen und einem gleichmäßigen Lauf ein Zahnradgetriebe, das sich für hohe Über- oder Untersetzungen und damit in besonderem Maße für Verstellantriebe in Kraftfahrzeugen eignet und mit geringem Aufwand herzustellen ist.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann beispielsweise auch bei geradverzahnten Zahnradpaaren mit kleinen Zähnezahlen, d.h. mit großen Zähnen und großem Über- bzw. Untersetzungsverhältnis, und daraus resultierender geringer Profilüberdeckung ein Zahnradpaar geschaffen werden, das bei gleicher Über- oder Untersetzung eine hohe Gesamtüberdeckung aufweist und damit einen gleichmäßigen Lauf, geringe Laufgeräusche und eine geringe Zahnfühligkeit gewährleistet. Diese Wirkung tritt in besonderem Maße auch bei schrägverzahnten Zahnradpaaren auf.

Weiterhin können die abgestuften Zahnradpaare winkelversetzt zueinander unter einem geeigneten Winkel angeordnet werden, so dass sich die Profilüberdeckungen der Zahnräder addieren.

Um einen einwandfreien Verzahnungseingriff der koaxial zueinander angeordneten Zahnradpaare zu gewährleisten, ist ein gleiches Verhältnis der Teilkreisdurchmesser zu den Wälzkreisdurchmessern der abgestuften Zahnradpaare einzuhalten.

Vorzugsweise besteht das Zahnradgetriebe aus einem ersten Zahnradpaar mit ersten Zähnezahlen des ersten Großrades und ersten Ritzels und einem abgestuften, zweiten Zahnradpaar mit zweiten Zähnezahlen des zweiten Großrades und zweiten Ritzels, die sich um einen solchen Stufensprung von den ersten Zähnezahlen unterscheiden, dass das Produkt aus den Moduln der Zahnradpaare und den Zähnezahlen der Zahnräder konstant ist. Dabei erfolgt bei gleichem Verhältnis der Teil- bzw. Wälzkreisstufen eine Vergrößerung der Profilüberdeckung. Durch einen geeigneten Winkelversatz dieser Stufen zueinander werden die unterschiedlichen Eingriffe und damit die Profilüberdeckungen so angeordnet, dass diese sich addieren, so dass eine Gesamtüberdeckung größer zwei möglich ist, bei der ein gleichmäßigerer Zahneingriff stattfindet.

Durch den Einsatz von kleineren Zähnezahlen zum Beispiel bei Stirnradverzahnungen ist es möglich, eine höhere Untersetzung in einer Getriebestufe zu realisieren und damit weniger Getriebestufen vorsehen zu können, was zu einer erheblichen Kostenersparnis führt.

Durch einen asymmetrischen Winkelversatz zwischen den in Eingriff stehenden Zahnpaaren des einen und anderen Zahnradpaares, so dass die Zähne des einen Ritzeis nicht winkelhalbierend zwischen den Zähnen des anderen Ritzels der Zahnradpaare stehen, befinden sich die Zahnflanken der in Eingriff stehenden Zahnpaare des einen und anderen Zahnradpaares zu keinem Zeitpunkt im selben Abwälzstadium. Dadurch wirkt das eine Zahnpaar kaum Kraft übertragend, während das andere Zahnpaar die volle Kraft überträgt, woraus sich eine ideale Lastverteilung ergibt, die sich positiv auf das Laufverhalten des Zahnradgetriebes mit besserer Kräfteverteilung bei hohen Lasten auswirkt, so dass das Zahnradgetriebe in Folge dessen auch kleiner gebaut werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich für abgestufte Zahnradpaare, die als gerad- oder schrägverzahnte Stirnradpaare mit parallelen oder gekreuzten Achsen, gerad- oder schrägverzahnte Innenradpaare mit parallelen Achsen, gerad- oder schrägverzahnte Zahnstangenradpaare oder gerad- oder schrägverzahnte Kegelradpaare ausgeführt sind.

An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sollen der der Erfindung zu Grunde liegende Gedanke und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erläutert werden. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Zahnradgetriebes mit abgestuften Zahnradpaaren, deren Ritzel drei bzw. neun Zähne und deren Großräder 18 bzw. 54 Zähne aufweisen;

2 einen Schnitt durch das Zahnradgetriebe gemäß 1 und

3 eine schematische Darstellung eines Zahnradgetriebes mit abgestuften Zahnradpaaren, deren Ritzel drei bzw. sechs Zähne und deren Großräder sechs bzw. 12 Zähne aufweisen, sowie mit in das Zahnradgetriebe eingetragenem Teil-, Grund- und Wälzkreis.

Das in den 1 und 2 in einer schematische Seitenansicht und in einem Schnitt dargestellte Zahnradgetriebe besteht aus zwei koaxial zueinander angeordneten Zahnradpaaren 1, 2 bzw. 3, 4, deren miteinander kämmende Zahnräder 1 und 2 bzw. 3 und 4 im gleichen Achsabstand a angeordnet sind. Das erste Zahnradpaar 1, 2 ist gestrichelt und das zweite Zahnradpaar 3, 4 in ausgezogenen Linien dargestellt. Die Großräder 1, 3 und die Ritzel 2, 4 der Zahnradpaare 1, 2 bzw. 3, 4 sind in dieser Ausführungsform einteilig miteinander verbunden. Das erste Zahnradpaar 1, 2 weist ein Großrad 1 mit einer großen Zähnezahl von z1 = 54 Zähnen und ein mit dem Großrad 1 kämmendes Ritzel 2 mit z2 = 9 Zähnen auf. Das zweite Zahnradpaar 3, 4 weist ein Großrad 3 mit einer Zähnezahl von z3 = 18 Zähnen auf, die mit den z4 = 3 Zähnen eines Ritzels 4 kämmen. Somit weisen das Großrad 1 und das Ritzels 2 des ersten Zahnradpaares 1, 2 eine gegenüber dem Großrad 3 und dem Ritzel 4 des zweiten Zahnradpaares 3, 4 dreifach höhere Zähnezahl und ein dementsprechend geringeres Modul m = p/&pgr; auf, wobei p die Teilung, d.h. den Abstand gleich liegender Flanken der Zahnräder 1 bis 4 auf dem Wälzkreis bezeichnet, der gleich dem Teilkreis ist, wenn die Teilung p durch ein genormtes Modul m bestimmt ist.

Bei dieser Konfiguration des Zahnradgetriebes ermöglichen die geringeren Zähnezahlen z3 und z4 des zweiten Zahnradpaares 3, 4 größere Zähne, das heißt größere Zahnhöhen und Zahndicken, und damit die Übertragung großer Zahnkräfte, während die um den Faktor drei größeren Zähnezahlen z1 und z2 des ersten Zahnradpaares 1, 2 für einen gleichmäßigeren Lauf, eine größere Laufruhe und eine geringere Zahnfühligkeit sorgen. Wesentlich hierbei ist, dass beide Zahnradpaare 1, 2 und 3, 4 dasselbe Verhältnis der Teil- zu den Wälzkreisdurchmessern aufweisen, damit ein korrekter Verzahnungseingriff beider Zahnradpaare 1, 2 und 3, 4 gewährleistet ist.

Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Winkelversatz &agr;1 zwischen den Zähnen der Großräder 1 und 3 sowie der Winkelversatz &agr;2 zwischen den Zähnen der Ritzel 2 und 4 &agr;1 = &agr;2 = 0°, das heißt die Wälzflächen der Zahnflanken der beiden Verzahnungen der Zahnräder 1, 2 beziehungsweise 3, 4 befinden sich im Überdeckungsbereich in der einen Drehrichtung im gleichen Abwälzzustand, was jeden dritten Zahn des ersten Zahnradpaares 1, 2 bezüglich des zweiten Zahnradpaares 3, 4 betrifft.

Eine Übereinstimmung der Kopfkreisdurchmesser der Großräder 1 und 3 wie in den 1 und 2 dargestellt ist aber nicht erforderlich, sondern kann bei entsprechend anderer Wahl der Zahnformen auch verschieden voneinander sein. Dies soll an Hand des in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels erläutert werden, in das zum besseren Verständnis auch die Grundkreise db, Teilkreise d und Wälzkreise dw eingetragen sind.

Das in 3 in einer schematischen Seitenansicht dargestellte Zahnradgetriebe weist zwei koaxial zueinander angeordnete Zahnradpaare 5, 6 bzw. 7, 8 auf, deren Achsabstände ebenfalls übereinstimmen. Das erste Zahnradpaar 5, 6 weist mit z5 = 12 Zähnen für das Großrad 5 und z6 = 6 Zähnen für das Ritzel 6 eine um den Faktor zwei größere Zähnezahl als das zweite Zahnradpaar 7, 8 auf, dessen Großrad 7 z7 = 6 Zähne und dessen Ritzel 8 z8 = 3 Zähne aufweist.

Dieser Darstellung ist deutlich zu entnehmen, dass sich die Wälzkreise beider Zahnradpaare 5, 6 und 7, 8 berühren und dasselbe Verhältnis der Teilkreisdurchmesser d zu den Wälzkreisdurchmessern dw aufweisen.

Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Zähne des Großrades 5 gegenüber den Zähnen des Großrades 7 einen Winkelversatz &agr;1 > 0 und die Zähne des Ritzels 6 einen Winkelversatz a2 > 0 gegenüber den Zähnen des Ritzels 8 auf. Infolge dieses asymmetrischen Winkelversatzes stehen die Zähne des Ritzels 6 nicht winkelhalbierend zwischen den Zähnen des Ritzels 8 und die Zahlenflanken der miteinander in Eingriff stehenden Zahnpaare der Zahnradpaare 5, 6 beziehungsweise 7, 8 befinden sich zu keinem Zeitpunkt im selben Abwälzstadium. Die unterschiedlichen Abwälzstadien der in Eingriff befindlichen Zahnpaare führt dazu, dass das eine Zahnpaar kaum Kraft übertragend wirkt, während das andere Zahnpaar die volle Kraft überträgt. Dadurch ergibt sich eine ideale Lastverteilung, die sich positiv auf das Laufverhalten des Zahnradgetriebes mit besserer Kräfteverteilung bei hohen Lasten auswirkt, so dass das Zahnradgetriebe in Folge dessen auch kleiner gebaut werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten beiden Ausführungsbeispiele für Zahnradgetriebe mit abgestuften Zahnradpaaren beschränkt. So ist beispielsweise auch die Anordnung von mehr als zwei koaxial zueinander angeordneten Zahnradpaaren möglich, wenn diese dasselbe Übersetzungsverhältnis beziehungsweise dasselbe Verhältnis von Teilkreisdurchmessern zu Wälzkreisdurchmessern aufweisen.

Die beiden in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen bereits, dass unterschiedliche Zähnezahlen der abgestuften Zahnradpaare möglich sind, diese können jedoch noch stärker als dargestellt voneinander abweichen, wenn besondere Anforderungen an eine geringe Zahnfühligkeit, Laufruhe und einen gleichmäßigen Lauf des Zahnradgetriebes für eine Versteileinrichtung in Kraftfahrzeugen gefordert wird.

Ebenso können Zahnradpaare aus unterschiedlichen Werkstoffen miteinander kombiniert werden. So ermöglicht beispielsweise ein erstes Zahnradpaar aus Metall mit einer geringen Zähnezahl die Übertragung großer Kräfte, während ein zweites Zahnradpaar aus Kunststoff mit einer großen Zähnezahl und übereinstimmender Übersetzung minimale Laufgeräusche verursacht, einen gleichmäßigen Lauf gewährleistet und die Zahnfühligkeit des Zahnradgetriebes herabsetzt.

1, 2; 3, 4; 5, 6; 7, 8
Zahnradpaare
1, 3, 5, 7
Großräder
2, 4, 6, 8
Ritzel
z1–z8
Zähnezahlen
a
Achsabstand
&agr;1, &agr;2
Winkelversatz
&egr;&agr;
Profilüberdeckung
&egr;&bgr;
Sprungüberdeckung
&egr;&ggr;
Gesamtüberdeckung
M
Modul
P
Teilung
db
Grundkreis bzw. Grundkreisdurchmesser
d
Teilkreis bzw. Teilkreisdurchmesser
dw
Wälzkreis bzw. Wälzkreisdurchmesser


Anspruch[de]
Zahnradgetriebe für Verstellantriebe in Kraftfahrzeugen mit mindestens zwei in Wirkverbindung stehenden, abgestuften Zahnradpaaren (1, 2; 3, 4; 5, 6; 7, 8) aus koaxial zueinander angeordneten Zahnrädern (1 bis 8) mit unterschiedlicher Zähnezahl (z1 bis z8) und übereinstimmendem Übersetzungsverhältnis. Zahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Teilkreisdurchmesser (d) zu den Wälzkreisdurchmessern (dw) der abgestuften Zahnradpaare (1, 2; 3, 4; 5, 6; 7, 8) gleich ist. Zahnradgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein erstes Zahnradpaare (1, 2; 5, 6) mit ersten Zähnezahlen (z1, z2; z5, z6) des ersten Großrades (1; 5) und ersten Ritzels (2; 6) und ein abgestuftes, zweites Zahnradpaar (3, 4; 7, 8) mit zweiten Zähnezahlen (z3, z4; z7, z8) des zweiten Großrades (3; 7) und zweiten Ritzels (4; 8), die sich um einen solchen Stufensprung von den ersten Zähnezahlen (z1, z2; z5, z6) unterscheiden, dass das Produkt aus den Modulen (m) der Zahnradpaare (1, 2; 3, 4; 5, 6; 7, 8) und den Zähnezahlen (z1 bis z8) der Zahnräder (1 bis 8) konstant ist. Zahnradgetriebe nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich aus der Summe der Profilüberdeckung (&egr;&agr;)und der Sprungüberdeckung (&egr;&bgr;) der Zahnradpaare (1, 2; 3, 4) ergebende Gesamtüberdeckung (&egr;&ggr;) größer zwei ist. Zahnradgetriebe nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen asymmetrischen Winkelversatz zwischen den in Eingriff stehenden Zahnpaaren des einen und anderen Zahnradpaares (1, 2; 3, 4; 5, 6; 7, 8), derart, dass sich die Zahnflanken der in Eingriff stehenden Zahnpaare des einen und anderen Zahnradpaares (1, 2; 3, 4; 5, 6; 7, 8) zu keinem Zeitpunkt im selben Abwälzstadium befinden. Zahnradgetriebe nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch gerad- oder schrägverzahnte Stirnradpaare (1, 2; 3, 4; 5, 6; 7, 8) mit parallelen Achsen. Zahnradgetriebe nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch gerad- oder schrägverzahnte Stirnradpaare mit gekreuzten Achsen. Zahnradgetriebe nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch gerad- oder schrägverzahnte Innenradpaare mit parallelen Achsen. Zahnradgetriebe nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch gerad- oder schrägverzahnte Zahnstangenradpaare. Zahnradgetriebe nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch gerad- oder schrägverzahnte Kegelradpaare.






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