Getriebe-Antriebseinheit und Komfortantrieb mit einer Getriebe-Antriebseinheit Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Getriebe-Antriebseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , wie sie aus der DE10 2005 012 938 A1 der Anmelderin bekannt ist.

Eine derartige Getriebe-Antriebseinheit dient der Verstellung eines Elements in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise einer Fensterscheibe oder einem

Schiebedach, und weist einen Antriebsmotor mit einer eine Verzahnung aufweisenden Ankerwelle auf, die mit einer Gegenverzahnung an einem Stirnbzw. Getrieberad kämmt, um die Antriebsdrehzahl des Elektromotors unter gleichzeitiger Steigerung dessen Drehmoments herabzusetzen. Neben ihrer Hauptfunktion, beispielsweise dem Öffnen bzw. Schließen einer Fensterscheibe, muss eine derartige Getriebe-Antriebseinheit zusätzliche Nebenfunktionen erfüllen. Insbesondere muss im inaktiven Zustand der Getriebe-Antriebseinheit, d.h., wenn deren Antriebsmotor (Elektromotor) stromlos ist, beispielsweise die Fensterscheibe in ihrer Position gehalten bzw. fixiert werden. Bei einem

Fensterheberantrieb wird dies typischerweise durch eine spezielle Auslegung im Verzahnungsbereich zwischen der Ankerwelle und dem Getrieberad realisiert, sodass die Getriebestufe im getriebenem Zustand, in der die Getriebe- Antriebseinheit von dem zu verstellenden Element (Fensterscheibe) belastet ist, selbsthemmend wirkt. Dagegen ist im Betätigungsfall, d.h. für den Fall, dass die Getriebe-Antriebseinheit das zu verstellende Element (Fensterscheibe) bewegen soll, eine möglichst geringe Selbsthemmung gewünscht, damit die Getriebe- Antriebseinheit ihren maximalen Wirkungsgrad aufweist bzw. ein minimaler Stromverbrauch am Antriebsmotor erforderlich ist. Die beiden Auslegungsziele einer maximalen Selbsthemmung im getriebenen Zustand und eines maximalen Wirkungsgrads im treibenden Zustand sind konkurrierend. Beide Funktionen sind maßgeblich durch die Reibeigenschaften der die Ankerwelle beidseitig der Verzahnung aufnehmenden Lagereinrichtungen sowie die Eigenschaften der Verzahnung bestimmt. Diese Parameter unterliegen einer sehr großen Streuung, z.B. durch Temperatur, Alterung, Fertigungstoleranzen. Offenbarung der Erfindung

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Getriebe-Antriebseinheit nach dem Oberbegriff des

Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass für die angesprochenen

Betriebszustände, d.h. einerseits dem Antreiben eines zu verstellenden

Elements, und andererseits der Erzielung einer möglichst großen

Selbsthemmung im angetriebenen Zustand, die Getriebe-Antriebseinheit jeweils optimiert sein soll. Das bedeutet, dass die Getriebe-Antriebseinheit im einen Fall eine möglichst hohe Selbsthemmung aufweisen soll, und im anderen Fall (Antriebsfall) durch Minimierung der Reibverluste einen möglichst hohen

Wirkungsgrad. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Getriebe-Antriebseinheit mit den

Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der die Verzahnung aufweisende Wellenabschnitt in den beiden Lagereinrichtungen in Längsrichtung des Wellenabschnitts verschiebbar angeordnet ist, und dass beim Einleiten eines Drehmoments von dem Wellenabschnitt in das Getrieberad der Wellenabschnitt eine erste axiale Position einnimmt, in der die Summe der Reibungen zwischen der Verzahnung und der Gegenverzahnung sowie dem Wellenabschnitt und den Lagereinrichtungen geringer ist als in einer zweiten axialen Position des

Wellenabschnitts, die dieser einnimmt, wenn ein Drehmoment von dem

Getrieberad in den Wellenabschnitt eingeleitet wird. Der Erfindung liegt somit die Idee zugrunde, je nach Betriebsfall unterschiedliche Reibflächen vorzusehen, derart, dass im Antriebsfall eine möglichst geringe Reibung, und im (stromlosen) Sperrfall eine möglichst große Reibung im Antriebsstrang der Getriebe- Antriebseinheit erzeugt wird. Eine derartige grundsätzliche Idee lässt sich, wie nachfolgend erläutert, mittels verschiedener konkreter konstruktiver Maßnahmen umsetzen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Getriebe-Antriebseinheit sind in den Unteransprüchen angeführt. In einer ersten konstruktiven Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der

Wellenabschnitt in der zweiten Position an einer Reibfläche eines Reibelements anliegt. Ein derartiges Reibelement kann ein separates, zusätzliches Element sein, das ansonsten bei herkömmlichen Getriebe-Antriebseinheiten nicht verwendet wird, es kann jedoch insbesondere auch ein Element sein, das bereits bei herkömmlichen Getriebe-Antriebseinheiten an sich schon vorhanden und gegebenenfalls entsprechend modifiziert wird. In dem Falle eines separaten Reibelements ist der Vorteil erzielbar, dass dieses mit Blick auf seine Funktion optimiert werden kann, während für den Fall, in dem das Reibelement

Bestandteil eines bereits an sich vorhandenen Bauteils der Getriebe- Antriebseinheit ist und lediglich modifiziert wird, der Vorteil erzielbar ist, dass die Kosten relativ gering sind sowie üblicherweise kein zusätzlicher Raumbedarf erforderlich ist.

In bevorzugter Weiterbildung der zuletzt genannten Variante wird vorgeschlagen, dass die Reibfläche bzw. das Reibelement Teil einer der beiden

Lagereinrichtungen ist.

Als bevorzugte Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass eine weitere Reibfläche an einem konisch geformten Bereich am Wellenabschnitt vorgesehen ist, die mit der damit zusammenwirkenden konischen Reibfläche an der Lagereinrichtung zusammenwirkt. Eine derartige Ausbildung hat beispielsweise den Vorteil, dass durch die beiden konischen Flächen eine zusätzliche radiale Abstützung des Wellenabschnitts bzw. die Einleitung zusätzlicher radialer Kräfte in die

Lagereinrichtung erzielbar ist.

Um es für den Sperrfall zu ermöglichen, dass eine Selbsthemmung der Getriebe- Antriebseinheit unabhängig von der Richtung des über das Getrieberad in den Wellenabschnitt eingeleiteten Drehmoments ist, wird vorgeschlagen, dass beidseitig der Verzahnung am Wellenabschnitt jeweils eine identisch

ausgebildete Lagereinrichtung angeordnet ist, und dass die zweite axiale

Position des Wellenabschnitts eine Verschiebung des Wellenabschnitts in die eine oder die andere Richtung umfasst.

Gleich hohe Hemmmomente lassen sich beispielsweise erzielen, wenn die Reibflächen am Wellenabschnitt in der ersten axialen Position von den

Reibflächen an den Lagereinrichtungen den gleichen Abstand aufweisen. In konstruktiv alternativer Ausgestaltung zur Erzeugung der Selbsthemmung wird vorgeschlagen, dass der Wellenabschnitt im Bereich der Verzahnung als Globoid ausgebildet ist, und dass der Wellenabschnitt im Bereich der beiden

Lagereinrichtungen zylindrisch ausgebildet ist. Bei einer derartigen Ausbildung werden bei einer axialen Verschiebung des Wellenabschnitts zwischen der Verzahnung und der Gegenverzahnung erhöhte Radialkräfte in den Lagerstellen bzw. den Lagereinrichtungen erzeugt.

Unabhängig von der jeweils konkreten Ausgestaltung ist es erforderlich, dass der Wellenabschnitt einerseits axial beweglich angeordnet ist, und andererseits eine Übertragung eines Antriebsmoments von einem Antriebsmotor möglich ist. Dies erfolgt erfindungsgemäß in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch, dass der Wellenabschnitt über eine Kupplungseinrichtung mit einer Antriebswelle des Antriebsmotors verbunden ist, und dass die Kupplungseinrichtung durch eine mit dem Wellenende des Wellenabschnitts zusammenwirkende Geometrie bei einer Momentenbeaufschlagung in Antriebsrichtung das Wellenende in Richtung der ersten Position kraftbeaufschlagt. Es findet somit durch die

Kupplungseinrichtung im Antriebsfall eine aktive Verstellung des

Wellenabschnitts in Richtung der ersten axialen Position zur Minimierung der Reibung statt.

In konkreter Ausgestaltung der Kupplungseinrichtung wird vorgeschlagen, dass die Geometrie ein an dem Wellenende starr angeordnetes Mitnahmeelement umfasst, dass das Wellenende im Bereich des Mitnahmeelements von einem hülsenförmigen Kupplungsabschnitt radial umfasst ist, dass in dem

Kupplungsabschnitt eine Aufnahme für das Mitnahmeelement ausgebildet ist, die eine in Bezug zur Längsachse des Wellenabschnitts und des

Kupplungsabschnitts geneigt angeordnete Kontaktfläche aufweist, und dass das Mitnahmeelement in der Aufnahme mit Drehwinkelspiel angeordnet ist.

Die Erfindung umfasst auch einen Komfortantrieb für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Fensterheberantrieb unter Verwendung einer

erfindungsgemäßen Getriebe-Antriebseinheit. Ein derartiger Komfortantrieb hat den Vorteil, dass er sowohl einen hohen Wirkungsgrad aufweist, als auch im Sperrfall eine relativ hohe Selbsthemmung. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.

Diese zeigt in:

Fig. 1 eine vereinfachte, schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Getriebe-Antriebseinheit mit ihren wesentlichen Bestandteilen,

Fig. 2 ein Detail der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung im Sperrfall der

Getriebe-Antriebseinheit,

Fig. 3 das Detail gemäß der Fig. 2 im Antriebsfall, bei der ein Antriebsmoment von einem Antriebsmotor auf ein Getrieberad übertragen wird und

Fig. 4

und

Fig. 5 in jeweils schematischer Darstellung eine alternative Ausführungsform der Getriebe-Antriebseinheit unter Verwendung einer als Globoid ausgebildeten Antriebswelle im Antriebs- bzw. Sperrfall.

Gleiche Elemente bzw., Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

Die in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Getriebe-Antriebseinheit 10 ist Bestandteil eines Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Fensterheberantrieb oder ähnlichem. Die Getriebe-Antriebseinheit 10 umfasst einen lediglich schematisch dargestellten, als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor 1 1 , der eine Antriebswelle 12 in beide Drehrichtungen antreiben kann. Innerhalb eines nicht dargestellten Gehäuses der Getriebe-Antriebseinheit 10 ist eine Getriebeanordnung 15 zum zumindest mittelbaren Antreiben des zu verstellenden Elements, beispielsweise der Fensterscheibe, angeordnet. Die Getriebeanordnung 15 umfasst einen mit der Antriebswelle 12 über eine

Kupplungseinrichtung 16 verbundenen Wellenabschnitt 18, an dessen

Außenumfang in einem Teilbereich des Wellenabschnitts 18 eine Verzahnung 19, insbesondere in Form einer Schneckenverzahnung, ausgebildet ist. Die Verzahnung 19 kämmt mit einer an einem Stirn- bzw. Getrieberad 20 an dessen Außenumfang ausgebildeten Gegenverzahnung 21 , wobei das Getrieberad 20 in einer Achse 22 drehbar gelagert ist. Das Getrieberad 20 ist Bestandteil der ein- oder mehrstufig ausgebildeten Getriebeanordnung 15.

Während die Antriebswelle 12, vorzugsweise in einem Bereich nahe der

Kupplungseinrichtung 16, in einer ersten, insbesondere als Kugellager ausgebildeten Lagereinrichtung 23 zur Aufnahme von Radial- und Axialkräften gelagert ist, ist der Wellenabschnitt 18 beidseitig der Verzahnung 19 in einer zweiten und dritten Lagereinrichtung 24, 25 gelagert. Die beiden

Lagereinrichtungen 24, 25 sind dabei als einfache Gleitlager ausgebildet, d.h., dass diese lediglich Radialkräfte des Wellenabschnitts 18 aufnehmen. Die jeweils ring- bzw. hülsenförmig ausgebildeten Lagereinrichtungen 24, 25 dienen der Lagerung des Wellenabschnitts 18 derart, dass der Wellenabschnitt 18 entlang seiner Längsachse 26 in Richtung des Doppelpfeils 27 axial verschieblich angeordnet ist.

Beidseitig und im gleichen Abstand zur Verzahnung 19 weist der Wellenabschnitt 18 jeweils eine erste Reibfläche 28, 29 an einem konisch ausgebildeten Bereich 31 auf. Darüber hinaus weisen die beiden Lagereinrichtungen 24, 25 an den beiden gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils eine zweite Reibfläche 32, 33, beispielsweise in Form einer konischen Bohrung 34 auf, die mit der ersten Reibfläche 28, 29, abhängig von der Axialposition des Wellenabschnitts 18, zusammenwirkt. Der Winkel der ersten Reibfläche 28, 29 sowie der zweiten Reibfläche 32, 33 verläuft jeweils in einem schrägen Winkel zur Längsachse 26 des Wellenabschnitts 18 und ist vorzugsweise jeweils gleich groß ausgebildet, sodass im Falle des Zusammenwirkens der Reibflächen 28, 32 bzw. der

Reibflächen 29, 33 diese jeweils vollflächig aneinander anliegen, um eine möglichst hohe Reibung zu erzeugen.

Im Antriebsfall, bei der über die Antriebswelle 12 und die Kupplungseinrichtung 16 auf den Wellenabschnitt 18 ein Drehmoment (unabhängig von der

Drehrichtung der Antriebswelle 12) eingeleitet wird, nimmt der Wellenabschnitt 18 eine erste axiale Position ein, bei der die jeweils zusammenwirkenden Reibflächen 28, 32 sowie 29, 33 jeweils im selben Abstand voneinander beabstandet sind und nicht miteinander in Wirkverbindung angeordnet sind. Die erste axiale Position des Wellenabschnitts 18 wird durch eine speziell ausgebildete Geometrie an der Kupplungseinrichtung 16 ermöglicht, die nachfolgend wie folgt erläutert wird: Anhand der Fig. 2 und 3 ist erkennbar, dass das eine, der Kupplungseinrichtung 16 zugewandte Wellenende 35 des

Wellenabschnitts 18 zylindrisch ausgebildet ist und beispielhaft in einer

Sacklochbohrung der Antriebswelle 12 oder dadurch, dass die Antriebswelle 12 als Hohlwelle ausgebildet ist, radial geführt und axial verschiebbar angeordnet ist. Das Wellenende 35 ist von einem der Momentenübertragung dienenden, als Mitnahmeelement wirkenden Stift 37 durchsetzt, der in einer Aufnahme 38 der Antriebswelle 12 mit Drehwinkelspiel angeordnet ist. Die Aufnahme 38 ist beispielsweise als Durchbruch an der Umfangswand der Sacklochbohrung 36 über einen Drehwinkelbereich von beispielsweise zwischen 90° und 180° ausgebildet. Die Aufnahme 38 weist eine Symmetrieachse 39 auf, die parallel zur Längsachse 41 der Antriebswelle 12 verläuft. Im Bereich der Symmetrieachse 39 weist die Aufnahme 38 in Längsrichtung der Antriebswelle 12 ihre größte

Erstreckung auf. Beidseitig der Symmetrieachse 39 sind jeweils zwei, in einem schrägen Winkel α von beispielsweise etwa 60° verlaufende Kanten 42, 43 angeordnet, die über jeweils eine parallel zur Symmetrieachse 39 verlaufende Kante 44 verbunden sind. Die Kante 44 weist in Längsrichtung der Antriebswelle 12 eine Erstreckung auf, die etwas kleiner ist als der Durchmesser des Stifts 37, sodass der Stift 37, wie anhand der Fig. 3 erkennbar ist, in einer Position, in der der Stift 37 mit seinem Außenumfang an der Kante 44 anliegt, gleichzeitig im Bereich der Kanten 42 und 43 anliegt, sodass der Stift 37 in der Aufnahme 38 in dieser Position in Längsrichtung der Antriebswelle 12 spielfrei gelagert ist.

Beim Einleiten eines Drehmoments von der Antriebswelle 12 über die

Kupplungseinrichtung 16 in den Stift 37 verdreht sich der Wellenabschnitt 18 über den Stift 37 derart in der Aufnahme 38, dass dieser im Bereich der Kante 44 entsprechend der Fig. 3 anliegt. In dieser Position ist der Wellenabschnitt 18 mit seinen beiden Reibflächen 28, 32 außer Wirkverbindung mit den Reibflächen 29,

33 an den Lagereinrichtungen 24, 25. Die Reibung im Bereich der

Lagereinrichtungen 24, 25 ist somit minimiert. Gleichzeitig ist die Geometrie an der Verzahnung 19 sowie der Gegenverzahnung 21 derart ausgebildet, dass die Reibkräfte zwischen der Verzahnung 19 und der Gegenverzahnung 21 in dieser (ersten) Axialposition des Wellenabschnitts 18 ebenfalls ein Minimum aufweist. Wird hingegen über die Getriebeanordnung 15 ein Drehmoment in Richtung der Antriebswelle 12 (bei nicht aktiviertem Antriebsmotor 1 1 ) eingeleitet, so wird der Wellenabschnitt 18, abhängig von der Drehrichtung des eingeleiteten

Drehmoments, nach links oder rechts in Richtung der jeweiligen Lagereinrichtung 24, 25 in seine zweite axiale Position verschoben, derart, dass die

entsprechenden Reibflächen 28, 32 bzw. 29, 33 in Wirkverbindung gelangen und somit die Reibung des Antriebsstrangs im Sinne einer Selbsthemmung erhöhen. Gleichzeitig nimmt auch die Reibung zwischen der Verzahnung 19 und der Gegenverzahnung 21 zu, da der Eingriffspunkt zwischen der Verzahnung 19 und der Gegenverzahnung 21 nicht mehr in ihrem Auslegungspunkt ist. In dieser

Position (Fig. 2) befindet sich der Stift 37 in etwa im Bereich der Symmetrieachse 39.

In den Fig. 4 und 5 ist eine gegenüber den Fig. 1 bis 3 modifizierte Getriebe- Antriebseinheit 10a dargestellt. Die Getriebe-Antriebseinheit 10a umfasst ebenfalls die soweit beschriebene Kupplungseinrichtung 16 zur Übertragung des Drehmoments an den Wellenabschnitt 18a und ist lediglich der Einfachheit halber in den Fig. 4 und 5 nicht dargestellt. Wesentlich ist, dass im dargestellten

Ausführungsbeispiel die Lagereinrichtungen 24a, 25a keine Reibflächen wie die Lagereinrichtungen 24, 25 aufweisen, ebenso weist der Wellenabschnitt 18a keine Reibflächen auf. Die erhöhte Reibung bzw. Selbsthemmung des

Wellenabschnitts 18a bei einer Einleitung eines Drehmoments über die

Getriebeanordnung 15 wird durch die spezielle Form des Wellenabschnitts 18a erzielt, bei der die Hüllkurve 45 des Wellenabschnitts 18a zumindest im Bereich der Verzahnung 19a in Form eines Globoid 46 ausgebildet ist. Außerhalb des

Globoid 46 ist der Wellenabschnitt 18a zumindest im Bereich der

Lagereinrichtungen 24a, 25a zylindrisch ausgebildet.

In der Fig. 4 (Antriebsfall) weist der Wellenabschnitt 18a seine erste, mittige axiale Position, bei der der Eingriffspunkt zwischen der Verzahnung 19a des

Wellenabschnitts 18a und der Gegenverzahnung 21 ihren Auslegungspunkt einnimmt, derart, dass die Reibverluste minimiert sind. Wird demgegenüber entsprechend des Pfeils 47 der Fig. 5 über die Getriebeanordnung 15 ein

Drehmoment in Richtung der Antriebswelle 12 eingeleitet, so wird der

Wellenabschnitt 18a aus seiner ersten axialen Position beispielhaft nach rechts in seine zweite axiale Position verschoben, wobei das Abwälzen zwischen der Gegenverzahnung 21 und der Verzahnung 19a in einem Bereich des

Wellenabschnitts 18a erfolgt, in der dieser einen größeren Durchmesser aufweist. Dadurch wird eine Auslenkungskraft F auf den Wellenabschnitt 18a erzeugt, die sich in einer erhöhten Lagerbelastung bzw. Lagerreibung in den Lagereinrichtungen 24a, 25 äußert und somit im Sinne einer Selbsthemmung wirkt.

Die soweit beschriebenen Getriebe-Antriebseinheiten 10, 10a können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es insbesondere in einer nicht dargestellten dritten Ausführungsform der Erfindung denkbar, eine Kombination der beiden Antriebseinrichtungen 10, 10a auszubilden, derart, dass der Wellenabschnitt 18a entsprechend der Getriebe-Antriebseinheit 10a in Form eines Globoid 46 ausgebildet ist und zusätzlich die Reibflächen 28, 29 entsprechend der Getriebe-Antriebseinheit 10 aufweist, die mit zweiten

Reibflächen 32, 33 an entsprechend gestalteten Lagereinrichtungen 24, 25 (ebenfalls entsprechend der Getriebe-Antriebseinheit 10) zusammenwirken. Auch ist eine Ausführungsform denkbar, bei der Reibflächen in separaten, von den Lagereinrichtungen 24, 24a, 25, 25a Bauteilen ausgebildet sind.