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Patent Searching and Data


Title:
LEVEL ADJUSTMENT DEVICE FOR A MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/114865
Kind Code:
A1
Abstract:
A device for adjusting the level of a motor vehicle comprises an electric motor (4) and an actuating gear mechanism (3) which is connected upstream of a screw drive (2), wherein the actuating gear mechanism (3) is formed by three gearwheels (14, 15, 16) which are connected in series and have mutually parallel axes of rotation (D14, D15, D16), wherein a driving gearwheel (14) having at least one and at most five teeth is coupled for conjoint rotation to the motor shaft (17) of the electric motor (4) and meshes with an intermediate gearwheel (15), which meshes with an output gearwheel (16) which is connected for conjoint rotation to a nut (9) of the screw drive (2).

Inventors:
SOMMERKORN, Sebastian (Drosselweg 7, Weisendorf, 91085, DE)
BRETON, Wilfried (Sulzbacherstraße 15, Altdorf, 90518, DE)
HOLZBERGER, Markus (Borbath 9, Emskirchen, 91448, DE)
BARTLING, Tim (Achterstr. 6, Aachen, 52062, DE)
Application Number:
DE2018/100971
Publication Date:
June 20, 2019
Filing Date:
November 29, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG (Industriestraße 1-3, Herzogenaurach, 91074, DE)
International Classes:
F16H37/04; F16H1/08; F16H25/22
Domestic Patent References:
WO2015154763A12015-10-15
WO2015021980A12015-02-19
Foreign References:
EP0386771A11990-09-12
DE102007026606A12008-12-11
FR2591701A11987-06-19
DE102014215420A12015-02-19
DE102015206149A12015-10-15
DE102007004747B42010-02-25
Other References:
ROTH; KARLHEINZ: "Zahnradtechnik - Evolventen-Sonderverzahnungen zur Getriebeverbesserung", 1998, SPRINGER -VERLAG
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Claims:
Patentansprüche

1. Elektromechanische Niveauverstellvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor (4) und einem Stellgetriebe (3), welches einem Gewindetrieb (2) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellgetriebe (3) durch drei hintereinander geschaltete, zueinander parallele Drehachsen (DI4, D15 D-IQ) aufweisende Zahnräder (14, 15, 16) gebildet ist, wobei ein Antriebszahnrad (14), dessen Zähnezahl mindestens eins und höchstens fünf beträgt, drehfest mit der Motorwelle (17) des Elektromotors (4) gekoppelt ist und mit einem Zwi- schenzahnrad (15) kämmt, welches mit einem Abtriebszahnrad (16) kämmt, das drehfest mit einer Mutter (9) des Gewindetriebs (2) verbunden ist.

2. Niveauverstellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die drei Zahnräder (14, 15, 16) als schrägverzahnte Zahnräder ausgebildet sind.

3. Niveauverstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (14, 15, 16) einen Schrägungswinkel aufweisen, mit welchem ei- ne Gesamtüberdeckung von mehr als 1 erzielt wird.

4. Niveauverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (D15) des Zwischenzahnrades (15) den Elektromotor (4), insbesondere dessen Stator, schneidet.

5. Niveauverstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuseelement (23) des Stellgetriebes (3) eine Bohrung (22) sowie einen Zapfen (26) aufweist, wobei in der Bohrung (22) ein Lageraußenring (21 ) zur Lagerung des Antriebszahnrades (14) gehalten ist und auf dem Zapfen (26) mindestens ein Lagerrinnenring (29,30) einer Lagerung des Zwischenzahnra- des (15) gehalten ist.

6. Niveauverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Gehäuseelemente (23, 35) des Stellgetriebes (3) je- weils eine Bohrung (22) aufweisen, in welcher ein Lageraußenring (21 ) eines Wälzlagers (20, 25) zur Lagerung des Antriebszahnrades (14) gehalten ist, und eines dieser Gehäuseelemente (23) einen Zapfen (26) aufweist, auf welchem mindestens ein Lagerrinnenring (29,30) einer Lagerung des Zwischenzahnra- des (15) gehalten ist.

7. Niveauverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähnezahl des Zwischenzahnrades (15) geringer als die Zähnezahl des Abtriebszahnrades (16) und größer als die Zähnezahl des Antriebszahnrades (14) ist.

8. Niveauverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtübersetzung des Stellgetriebes (3) mindestens 10 und höchstens 100 beträgt.

9. Niveauverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebszahnrad (16) die Mutter (9) des Gewinde- triebs (2) unmittelbar umgibt und dieser als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist.

Description:
Niveauverstellvorrichtunq für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine für ein Kraftfahrzeug geeignete elektromechanische Ni- veauverstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Niveauverstellvorrichtung, das heißt Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus, ist zum Beispiel aus der DE 10 2014 215 420 A1 bekannt.

Die bekannte Höhenverstellvorrichtung umfasst zwei mittels eines Bewegungsgewin- des zwischen einer oberen und einer unteren Verstellposition gegeneinander verla- gerbare Bauteile, wobei das Bewegungsgewinde durch einen Elektromotor betätigbar ist. Der Elektromotor leitet ein Drehmoment über ein Stellgetriebe, welches als Zahn- rad - oder Riemengetriebe ausgeführt sein kann, in das Bewegungsgewinde, nämlich einen Kugelgewindetrieb, ein.

Weitere Vorrichtungen, welche zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus vorge- sehen sind, sind zum Beispiel in den Dokumenten WO 2015/021980 A1 und

DE 10 2015 206 149 A1 offenbart. Jede dieser Vorrichtungen umfasst einen Kugel- gewindetrieb.

Eine aus der DE 10 2007 004 747 B4 bekannte Höhenverstellvorrichtung für Radauf- hängungen von Kraftfahrzeugen weist ebenfalls einen Kugelgewindetrieb zur Umset- zung einer Rotation in eine lineare Bewegung auf. Der Kugelgewindetrieb umfasst ei- nen drehbaren Stellring, welcher sich innerhalb einer in verdrehgesicherter Weise ver- schiebbaren Außenhülse befindet, wobei zwischen dem Stellring und der Außenhülse Kugeln als Wälzkörper abrollen. An den Stellring ist ein radial nach außen abragendes Zahnrad angeformt, das mit einem Antriebsritzel eines Elektromotors kämmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einsatzmöglichkeiten elektromechani- scher Niveauverstellvorrichtungen zu erweitern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Niveauverstellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug vor- gesehene elektromechanische Niveauverstellvorrichtung weist in an sich bekannter Grundkonzeption einen Gewindetrieb auf, welchem ein weiteres Getriebe vorgeschal- tet ist, das als Stellgetriebe bezeichnet wird und elektromotorisch betätigbar ist. Erfin- dungsgemäß ist das Stellgetriebe in Form eines Stirnradgetriebes gestaltet, welches durch drei hintereinander geschaltete, zueinander parallele Drehachsen aufweisende Zahnräder gebildet ist, wobei ein Antriebszahnrad drehfest mit der Motorwelle eines Elektromotors gekoppelt ist und mit einem Zwischenzahnrad kämmt, welches mit ei- nem Abtriebszahnrad kämmt, das drehfest mit einer Mutter des Gewindetriebs ver- bunden ist.

Durch die drei Zahnräder des Stellgetriebes ist eine Dreiräderkette gebildet, deren Gesamtübersetzung durch das Verhältnis zwischen der Zähnezahl des Abtriebsrades und der Zähnezahl des Antriebsrades gegeben ist. Das Zwischenzahnrad ist in An- passung an die gegebenen Bauraumverhältnisse zu dimensionieren und hat keinen Einfluss auf die Gesamtübersetzung des als Untersetzungsgetriebes ausgelegten Stellgetriebes. Optional ist das Antriebszahnrad einstückig mit der Motorwelle ausge- bildet.

In bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei den drei Zahnrädern des Stellgetrie- bes um schrägverzahnte Zahnräder. Deren Schrägungswinkel beträgt vorzugsweise mindestens 15 Grad und höchstens 30 Grad, insbesondere mindestens 18 Grad und höchstens 25 Grad. Durch die Schrägverzahnung der drei Zahnräder ist es möglich, ein Antriebszahnrad mit einer sehr geringen Zähnezahl zu verwenden.

Die Zähnezahl des Antriebszahnrades beträgt mindestens eins und höchstens fünf, beispielsweise zwei oder drei. In diesem Zusammenhang wird auf folgendes Fach- buch verwiesen:

Roth, Karlheinz: Zahnradtechnik - Evolventen-Sonderverzahnungen zur Getriebever- besserung; Springer -Verlag Berlin Fleidelberg 1998; ISBN 978-3-642-63778-0

Unter Ziffer 1.6 („Die gewählten Evoloid-Verzahnungen“) sind Beispiele schrägver- zahnter Ritzel mit Zähnezahlen zwischen 1 und 5 (Bild 1.6) zu finden. Jede dieser Ge- staltungen ist für das Stellgetriebe der Niveauverstellvorrichtung geeignet. Aufgrund einer Zähnezahl kleiner 5 verringert sich die Profilüberdeckung auf einen Wert kleiner 1. Schrägverzahnungen bieten gegenüber Geradverzahnungen generell den Vorteil einer Sprungüberdeckung. Die Sprungüberdeckung plus Profilüberde- ckung ergibt die Gesamtüberdeckung. Durch die Schrägverzahnung wird eine Ge- samtüberdeckung größer 1 sichergestellt und damit kann auch bei geringen Zähnean- zahlen ein stetiger Zahneingriff erreicht werden.

Eine Profilverschiebung hat einerseits den Aspekt einer möglichen Eingriffsstörung durch einen Hinterschnitt und andererseits den Aspekt der Zahnfußsicherheit zu be- rücksichtigen. Beim Antriebszahnrad des Stellgetriebes der Niveauverstellvorrichtung wird vorzugsweise eine positive Profilverschiebung gewählt.

Eine besonders gute Raumausnutzung wird in Ausführungsformen erreicht, in wel- chen die Drehachse des Zwischenzahnrades den Elektromotor, insbesondere dessen Stator, schneidet. In fertigungstechnisch sowie hinsichtlich der beim Betrieb auftreten- den mechanischen Belastungen besonders günstiger Ausgestaltung weist ein Gehäu- seelement des Stellgetriebes eine Bohrung sowie einen Zapfen auf, wobei in der Boh- rung ein Lageraußenring zur Lagerung des Antriebszahnrades und auf dem Zapfen mindestens ein Lagerrinnenring einer Lagerung des Zwischenzahnrades gehalten ist.

Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform weisen zwei fest miteinander ver- bundene Gehäuseelemente des Stellgetriebes jeweils eine Bohrung auf, worunter auch eine sacklochartige Vertiefung zu verstehen ist, wobei in jeder der beiden Boh- rungen ein Lageraußenring eines Wälzlagers zur Lagerung des Antriebszahnrades gehalten ist, und genau eines der genannten Gehäuseelemente einen Zapfen auf- weist, auf welchem mindestens ein Lagerrinnenring einer Lagerung, insbesondere Wälzlagerung, des Zwischenzahnrades gehalten ist. In diesem Fall schneidet die Ro- tationsachse des Zwischenzahnrades vorzugsweise nicht den Elektromotor.

Die Lagerung, insbesondere Wälzlagerung, des Zwischenzahnrades befindet sich in beiden Ausführungsformen vorzugsweise vollständig zwischen den beiden Stirnseiten das Zwischenzahnrades, das heißt innerhalb eines durch das Zwischenzahnrad gebil- deten, zumindest näherungsweise zylindrischen Hohlraums. Im Unterschied hierzu ist das Antriebszahnrad vorzugsweise durch Lager, insbesondere Wälzlager, gelagert, welche sich jeweils vor einer Stirnseite des Antriebszahnrades befinden. Anders aus- gedrückt: Die Verzahnung des Antriebszahnrades befindet sich axial zwischen den beiden Lagern, mit welchen das Antriebszahnrad gelagert ist. Prinzipiell ist auch eine fliegende Lagerung, das heißt eine Lagerung auf nur einer Stirnseite des Antriebs- zahnrades, nämlich der dem Elektromotor zugewandten Seite, möglich.

Die Zähnezahl des Zwischenzahnrades ist vorzugsweise geringer als die Zähnezahl des Abtriebszahnrades, jedoch größer als die Zähnezahl des Antriebszahnrades. Je nach den gegebenen Bauraumverhältnissen sind auch Ausführungsformen realisier- bar, bei welchen das Zwischenzahnrad das größte der drei Zahnräder ist. Generell kann die Zähnezahl der Zahnräder insbesondere in Abhängigkeit von der Radlast den Anforderungen angepasst werden. Im Fall des Zwischenzahnrades sind die Bauraum- verhältnisse ausschlaggebend.

Die Gesamtübersetzung des Stellgetriebes beträgt vorzugsweise mindestens 10 und höchstens 100, was maßgeblich durch die geringe Zähnezahl des Antriebszahnrades ermöglicht wird. Hierbei kommen bei identisch dimensionierter elektrischer Antriebs- einheit der Niveauverstellvorrichtung Übersetzungsverhältnisse zwischen 10 und 25 hauptsächlich für Fahrzeuge mit kleineren bis mittleren Radlasten und Übersetzungs- Verhältnisse zwischen 25 und 100 in erster Linie für Fahrzeuge mit hohen Radlasten in Betracht.

Das Abtriebszahnrad des Stellgetriebes umgibt in bevorzugter Ausgestaltung unmit- telbar die Mutter des Gewindetriebs, insbesondere Kugelgewindetriebs. Optional wer- den die Funktionen des Abtriebszahnrades und der Mutter des Gewindetriebs durch ein einziges Bauteil realisiert.

Die Niveauverstellvorrichtung ist für Personenkraftwagen ebenso wie für Nutzfahrzeu- ge geeignet. In beiden Fällen kann entweder eine einzige Achse oder eine Mehrzahl an Achsen des Fahrzeugs mit der Niveauverstellvorrichtung, insbesondere in Form einer Niveauregulierung, ausgerüstet sein. Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeich- nung näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektromechanischen Niveauver- stellvorrichtung in einer Schnittdarstellung,

Fig. 2 ein Detail der Anordnung nach Figur 1 ,

Fig. 3 bis 5 in verschiedenen Ansichten Zahnräder eines Stellgetriebes der Niveau- verstellvorrichtung nach Fig. 1 ,

Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer elektromechanischen Niveauver- stellvorrichtung in einer Darstellung analog Fig. 1.

Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete elektromechanische Ni- veauverstellvorrichtung ist für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, vorgesehen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion der Niveauverstellvorrichtung 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwie- sen.

Die Figuren 1 bis 5 beziehen sich auf eine Niveauverstellvorrichtung 1 für die Vorder- achse, die Fig. 6 auf eine Niveauverstellvorrichtung 1 für die Hinterachse des Kraft- fahrzeugs. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die folgenden Erläuterun- gen beziehen sich, soweit nicht anders erwähnt, auf beide Ausführungsbeidpiele.

Die Niveauverstellvorrichtung 1 umfasst einen Gewindetrieb 2, nämlich Kugelgewinde- trieb, welcher über ein Stellgetriebe 3, auf welches im Folgenden noch näher einge- gangen wird, durch einen Elektromotor 4 betätigt wird. Ein Gehäuse 5 des Stellgetrie- bes 3 ist fest mit einem Federteller 6 sowie mit einer Hülse 7 verbunden. An der Hülse 7 sowie am Gehäuse 5 ist ein Wälzlager 8 abgestützt, welches im vorliegenden Fall als Schrägrollenlager gestaltet ist und der Lagerung einer Mutter 9 dient, die dem Ge- windetrieb 2 zuzurechnen ist. In einer schraubenförmig gewundenen Kugellaufbahn 10 der Mutter 9 rollen beim Betrieb des Gewindetriebs 2 Kugeln ab, welche zugleich eine hohle Gewindespindel 11 kontaktieren, die ebenfalls dem Gewindetrieb 2 zuzu- rechnen ist. Die Gewindespindel 11 ist verschiebbar, jedoch nicht verdrehbar in der Hülse 7 geführt und fest mit einem Dämpferrohr 12 verbunden. Faltenbalge 13 dienen der Abdichtung zwischen dem Dämpferrohr 12 und dem Gehäuse 5.

Das Stellgetriebe 3 ist als Dreiräderkette aufgebaut, welche aus einem Antriebszahn- rad 14, einem Zwischenzahnrad 15 und einem Abtriebszahnrad 16 gebildet ist. Die Drehachsen der drei Zahnräder 14, 15, 16 sind mit DI 4 , D15 und Di6 bezeichnet. Die Drehachse DI 4 des Antriebszahnrades 14 ist mit der Achse des Elektromotors 4 iden- tisch. Die mit 17 bezeichnete Motorwelle des Elektromotors 4 ist über eine Kupplung 18 drehfest mit dem Antriebszahnrad 14 gekoppelt. Ein mit 19 bezeichnetes Kupp- lungselement, welches der Kupplung 18 zuzurechnen ist, ist mit dem Antriebszahnrad 14 fest verbunden oder identisch. Das Kupplungselement 19 ist mit Hilfe eines Kugel- lagers 20 im Gehäuse 5 gelagert. Hierbei ist ein Außenring 21 des Kugellagers 20 in eine Bohrung 22 eingesetzt, welche in einem Gehäuseelement 23 des Gehäuses 5 gebildet ist. Zur Lagerung der Motorwelle 17 ist ein weiteres Kugellager 24 vorgese- hen. Alternativ kann die Funktion beider Kugellager 20, 24 durch ein einziges Lager, insbesondere Wälzlager, übernommen werden. Das dem Elektromotor 4 abgewandte Ende des Antriebszahnrades 14 ist durch ein weiteres Kugellager 25 im Gehäuse 5 gelagert. Somit sind die beiden Kugellager 20,25 jeweils einer Stirnseite des Antriebs- zahnrades14 vorgesetzt.

Das Antriebszahnrad 14 ist als schrägverzahntes Zahnrad mit lediglich drei Zähnen ausgebildet. Das vom Antriebszahnrad 14 angetriebene Zwischenzahnrad 15 weist eine vergleichsweise große Zähnezahl auf und ist auf einem Zapfen 26 gelagert, wel- cher im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch das Gehäuseelement 23 gebildet ist. Dagegen ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 der Zapfen 26 durch ein Gehäusee- lement 35 gebildet, in welchem das Kugellager 25 aufgenommen ist.

In beiden Fällen befinden sich zwei Wälzlager 27, 28, nämlich Kugellager, auf dem Zapfen 26. Die Innenringe der Wälzlager 27, 28 sind mit 29, 30 bezeichnet, wobei sich ein Zwischenring 31 zwischen den beiden Innenringen 29, 30 der Wälzlager 27, 28 befindet, womit diese in definierter Weise auf Abstand voneinander gehalten werden. Die zugehörigen Außenringe 32, 33 der Wälzlager 27, 28 sind in eine zentrische Öff- nung 34 im Zwischenzahnrad 15 eingesetzt.

Die Drehachse D15 des Zwischenzahnrades 15 schneidet ausschließlich im Ausfüh- rungsbeispiel nach Fig. 1 den Elektromotor 4. Dagegen läuft die Drehachse D15 des Zwischenzahnrades 15 im Fall von Fig. 6 am Elektromotor 4 vorbei. In beiden Fällen sind sämtliche Drehachsen DI 4 , D15, Di6 parallel zueinander angeordnet, wobei die Drehachse Di6 des Abtriebszahnrades 16 mit der Mittelachse des Dämpferrohrs 12 sowie der Flülse 7 identisch ist. Im Unterschied zum Zwischenzahnrad 15 weist das Abtriebszahnrad 16 keine eigene Lagerung auf. Vielmehr ist das Abtriebszahnrad 16 fest mit der Mutter 9 verbunden, wobei es diese unmittelbar umgibt.

Beim Abtriebszahnrad 16 handelt es sich um das größte der drei Zahnräder 14, 15,

16. Das Übersetzungsverhältnis des Stellgetriebes 3 ist durch das Verhältnis zwi- sehen der Zähnezahl des Abtriebszahnrades 16 und der Zähnezahl des Antriebszahn- rades 14 gegeben und liegt in den vorliegenden Fällen bei 70/3 = 23,33. Innerhalb der gesamten Niveauverstellvorrichtung 1 beansprucht das Stellgetriebe 3 gemäß Fig. 1 lediglich einen sehr geringen Bauraum. Im Fall von Fig. 6 ist dagegen die Ausdehnung des Stellgetriebes 3 in Anpassung an eine vorhandene Umgebungskonstruktion in ra- dialer Richtung etwas vergrößert. Die in beiden Fällen kompakte Bauweise des Stell- getriebes 3, besonders in axialer Richtung, bezogen auf die Drehachsen DI 4 , D15 und Di6, hat auch den Vorteil, dass unerwünschte Kräfte und Kippmomente weitestgehend vermieden werden. Ebenso ist eine besonders hohe Robustheit, was Einwirkungen durch Erschütterungen betrifft, gegeben. Die Niveauverstellvorrichtung 1 ist insbeson- dere als Komponente einer Niveauregulierung einsetzbar.

Bezuqszeichenliste

Niveauverstellvorrichtung

Gewindetrieb

Stellgetriebe

Elektromotor

Gehäuse

Federteller

Hülse

Wälzlager

Mutter

Kugellaufbahn

Gewindespindel

Dämpferrohr

Faltenbalg

Antriebszahnrad

Zwischenzahnrad

Abtriebszahnrad

Motorwelle

Kupplung

Kupplungselement

Kugellager

Außenring

Bohrung

Gehäuseelement

Kugellager

Kugellager

Zapfen

Wälzlager

Wälzlager

Innenring

Innenring 31 Zwischenring

32 Außenring

33 Außenring

34 Zentrische Öffnung

35 Gehäuseelement

DI 4 Drehachse des Antriebszahnrades

D15 Drehachse des Zwischenzahnrades

Di6 Drehachse des Abtriebszahnrades