Titel

Verfahren zum Herstellen einer Getriebeschnecke, die insbesondere auf einer

Ankerwelle angeordnet ist, sowie eine solche Getriebeschnecke

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Getriebeschnecke, die insbesondere auf einer Ankerwelle angeordnet ist, sowie eine solche Getriebe- Schnecke nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Mit der DE 102 011 006 276 Al ist ein Zahnrad bekannt geworden, an dessen Zahnflankenflächen axiale Rillen ausgebildet sind, die als Schmiermitteldepot dienen. Durch diese Rillen kann während dem Betrieb Schmiermittel an die rei- bungskritischen Bereiche einer Verzahnung geführt werden, ohne dass das

Schmiermittel vollständig verdrängt wird. Ein solches Zahnrad kann beispielweise auch als Schneckenrad für ein Schneckengetriebe ausgebildet sein. Durch solch eine Ausbildung kann zwar eine zuverlässige Schmierung der Verzahnung ge währleistet werden, jedoch besteht dabei die Tendenz, dass die Selbsthemmung eines solchen Getriebes durch die kontinuierliche Schmierung reduziert wird. Es gibt jedoch Anwendungen, wie beispielsweise Stellantriebe im Kraftfahrzeug, die Fensterscheiben, Schiebedächer oder Sitzteile verstellen, bei denen beim Still stand des elektrischen Antriebs eine höhere Selbsthemmung erwünscht ist, um das zu verstellende Teil in der Endposition zu halten. Daher ist es Aufgabe der Erfindung, einerseits ein Getriebe mit einer zuverlässigen Schmierung herzustel len, bei dem gleichzeitig die Selbsthemmung gezielt eingestellt werden kann.

Andererseits ist beispielsweise ist aus der EP 1 303 168 Bl ein Schneckenge triebe bekannt, bei dem eine Gewindeschnecke direkt auf eine metallene Anker- welle eines Elektromotors aufrolliert wird. Mittels dem Rollierverfahren kann eine sehr glate und feste Oberfläche der Verzahnung geschaffen werden, die über deren gesamten Lebensdauer verschleißfest ausgebildet ist.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren, sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Ausbildung einer Rillenstruktur, die sich mit den Schneckenflan ken der Gewindeschnecke in deren Umfangrichtung erstreckt, einerseits ein Schmiermitel-Depot an den stark beanspruchten Schneckenflanken zur Verfü gung gestellt wird, und andererseits gezielt die Selbsthemmung einer solchen Getriebeschnecke beeinflusst werden kann. Dabei wird zuerst durch Rollieren die Verzahnungsgeometrie erzeugt, die eine definiert glate Oberfläche aufweist. - Danach werden in die glate Oberfläche konzentrisch zur Längsachse der Getrie beschnecke verlaufende Rillen ausgeformt. Das hat den entscheidenden Vorteil, dass die gesamten Oberflächen der Schneckenflanken ständig mit ausreichend Schmiermitel versorgt werden - und gleichzeitig ein direkter Kontakt der Spitzen der Rillenstruktur mit der Gegenverzahnung besteht. Dieser direkte Kontakt der Spitzen der Rillenstruktur zur Gegenverzahnung kann zur Einstellung der Selbst hemmung der Verzahnung genutzt werden. Über die Tiefe der Rillen kann das Ausmaß der Schmierung der Verzahnung und gleichzeitig auch die Anlagefläche der Spitzen der Rillenstruktur mit der Gegenverzahnung vorgegeben werden.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteil hafte Weiterbildungen des Herstellungsverfahrens und der Vorrichtungen nach den abhängigen Ansprüchen möglich. So kann die konzentrische Rillenstruktur in der rollierten Oberfläche der Schneckenflanken sehr gezielt mitels Bandschleifen ausgebildet werden. Dabei besteht die Möglichkeit, mit dem Schleifband gezielt die Schneckenflanken der Getriebeschnecke aufzurauen, indem kreisförmige Ril len in Umfangsrichtung eingeschliffen werden können. Über die Wahl des Schleifbandes und des Anpressdruckes kann auf einfache Weise die Tiefe und der radiale Abstand der Rillen vorgegeben werden. Hierzu kann besonders vorteilhaft das flexible Schleifband mit einem profilierten Kontaktstück unmittelbar gegen die Oberfläche der Schneckenflanken gedrückt werden. Das Profil des Kontaktstücks entspricht dabei der Ausformung der Schneckenverzahnung, so dass das flexible Schleifband in einem bestimmten Winkelsegment der Getriebeschnecke flächig an der Schneckenflanke anliegt.

Um konzentrische regelmäßige Rillen in der Oberfläche der Schneckenflanken auszubilden, eignet sich das Band-Finishing-Verfahren. Dabei liegt das Schleif band in Tangentialrichtung zur Getriebeschnecke unmittelbar an den Schnecken flanken an, so dass im radial äußeren Bereich der Getriebeschnecke im Bereich der Schneckenflanken kreisförmige Rillen in die Schneckenflanken geschliffen werden können.

Dabei wird bevorzugt die Gewindeschnecke mit den anrollierten Schneckenflan ken in Rotation versetzt, wodurch das Schleifband entlang der wendelförmigen Steigung der Schneckenflanken an diesen entlang bewegt wird, und dadurch die Zahnflanken über den gesamten axialen Bereich der Gewindeschnecke geschlif fen werden. Durch die Ausbildung solcher konzentrischen Rillen ist die Rauigkeit einer solchen Rillenstruktur in Umfangsrichtung relativ gering. Dadurch wird der Verschleiß der Rillen minimiert. In Radialrichtung quer zu den Rillen hingegen kann die Rauigkeit definiert eingestellt werden. Beim Stillstand des Getriebes kann sich das Schmiermittel in die Rillen zurückziehen, so dass die Spitzen der Rillenstruktur in direktem Kontakt mit der Gegenverzahnung stehen, wodurch die Selbsthemmung verbessert werden kann.

Beim Bandschleifen wird einerseits die rollierte Gewindeschnecke in Rotation versetzt und gleichzeitig weist das Schleifband eine eigene Vorschubgeschwin digkeit auf. Durch das Verhältnis dieser beiden Bewegungen kann das Profil der Rillenstruktur entsprechend beeinflusst werden.

Ein solches Verfahren eignet sich sehr für eine Massenproduktion von Getriebe schnecken, bei der zuerst lange Metallstangen mittels Durchgangsrollieren zu ei ner Schnecke umgeformt werden, und anschließend mittels Bandschleifen die konzentrischen Rillen in die Schneckenflanken eingegraben werden. Dadurch kann praktisch Meter-Ware von fertigen Gewindestangen mit einer konzentri- schen Rillenstruktur hergestellt werden, die dann auf die gewünschte Länge ge kürzt werden können.

Besonders bevorzugt weist solch eine Getriebeschnecke eine zentrale Längs bohrung auf, mittels der die Gewindeschnecke auf eine Getriebewelle aufge schoben wird. Dabei kann die Getriebewelle bevorzugt direkt die Ankerwelle des Elektromotors sein. Fertigungstechnisch besonders günstig ist es, wenn die Ge triebeschnecke direkt auf der Welle aufgepresst wird, vorzugsweise auf einen zu vor profilierten Bereich der Welle, um eine Presspassung auszubilden. Alternativ kann die Gewindehülse auch mittels Kleben oder einer anderen Materialumfor mung auf der Welle fixiert werden.

Für die Serienproduktion der Gewindestangen kann das Bandschleifen unmittel bar mit dem Rollieren kombiniert werden. Dabei kann das Schleifband beispiels weise axial unmittelbar hinter den Rollierscheiben angeordnet werden, so dass beim Anformen der wendelförmigen Gewindeschnecke auf die Metallstange di rekt nach dem axialen Durchlaufen der Rollierscheiben die Metallstange axial zum Schleifband hin verschoben wird. Dadurch kann eine lange Metallstange in einem Arbeitsprozess zuerst axial durch die Rollierwerkzeuge und in derselben Zustellung axial unmittelbar danach durch die Schleifvorrichtung hindurch ge schoben werden.

Beim Rollieren kann auf sehr einfache Weise eine qualitativ hochwertige hoch verdichtete Oberfläche mit einer Rauigkeit von kleiner als ein pm erzeugt werden, die eine lange Lebensdauer hat. Durch das Band- Finishen können anschließend in diese glatte Oberfläche der Schneckenflanken wieder Rillen in Umfangsrich tung eingeschliffen werden, so dass die Oberfläche der Rillenstruktur in Radial richtung zu einer Rauigkeit von Rz = 0.2 pm bis 20 pm aufgeraut wird. Durch ei ne solche Rillenstruktur wird zuverlässig verhindert, dass die Schneckenflanken im Stillstand des Getriebes ständig über einen ununterbrochenen Schmierfilm mit der Gegenverzahnung verbunden sind. Dadurch, dass nun Spitzen der Rillen unmittelbar an der Gegenverzahnung anliegen, kann damit eine gewünschte Selbsthemmung eingestellt werden.

Die Tiefe und das Profil der Rillen kann sowohl über die Eigenschaften des Schleifbandes, als auch über den Anpressdruck des Schleifbandes, bzw. des Kontaktstückes, eingestellt werden. Dabei kann auf einfache Weise bei geänder ten Anforderungen an die Selbsthemmung gemäß der gewünschten Anwendung des Schneckengetriebes ohne große Werkzeugkosten die Rillenstruktur in der rollierten Schneckenflanke entsprechend variiert werden. Ein solches Verfahren aus Kombination von Rollieren und Band-Finishen ist deutlich kostengünstiger, als ein spanendes Herstellungsverfahren mittels Fräsen oder Drehen.

Eine solche erfindungsgemäß hergestellt Getriebeschnecke kann mit einer kon zentrischen Rillenstruktur angefertigt werden, die gezielt an das verwendete Schmiermittel und an die Oberfläche der Gegenverzahnung angepasst ist.

Als Rohmaterial für die Getriebeschnecke wird bevorzugt eine Metallstange, ins besondere aus Stahl, verwendet, die mittels den Rollierscheiben plastisch umge formt wird, um eine sehr glatte Oberfläche der Schneckenflanken zur Verfügung zu stellen. In eine solche rollierte Metalloberfläche kann mittels dem Bandschlei fen eine definierte Rillenstruktur eingegraben werden, bei dem die Rillen sehr re gelmäßig und gleichförmig in Umfangsrichtung zur Schneckenlängsachse aus gebildet sind.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Getriebe schnecke in einer elektromotorischen Antriebseinheit, bei der an einen Elektro motor axial unmittelbar ein Getriebegehäuse angeflanscht ist. Dabei wird das Drehmoment vom Elektromotor mittels einer Ankerwelle auf ein Schneckenge triebe übertragen, dass zusätzlich zur erfindungsgemäßen Getriebeschnecke ein Schneckenrad mit einer Schneckenradverzahnung aufweist, das mit den Schne ckenflanken in Eingriff steht. Dabei ist es besonders günstig, die Getriebeschne cke unmittelbar auf der Ankerwelle anzuordnen, die bevorzugt axial in das Ge triebegehäuse hineinragt. Das Schneckenrad ist dabei bevorzugt aus Kunststoff - beispielsweise als Spritzgussteil - ausgebildet und direkt drehbar im Getriebege häuse gelagert. Das Schneckenrad weist beispielsweise ein Abtriebselement auf, das dann das untersetzte Drehmoment des Elektromotors an ein zu verstellen des oder anzutreibendes Teil überträgt. In einer alternativen Ausführung kann die Getriebeschnecke auch unmittelbar auf der Ankerwelle des Elektromotors aufrol- liert und anschließend mittels Bandschleifen bearbeitet sein. Eine solche erfin dungsgemäße Antriebseinheit mit einem hohen Wirkungsgrad und einer einstell- baren Selbsthemmung eignet sich in besonderer Weise als Fensterheber- Schiebedach- oder Sitzverstell-Antrieb im Kraftfahrzeug.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren für eine

Getriebeschnecke,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Schneckenflanke, und

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Getriebe-Antriebseinheit.

In Fig. 1 ist schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer Getriebeschnecke 12 dargestellt, bei dem zuerst eine Getriebeschnecke 12 mittels einem Rollier- werkzeug aus einer Metallstange ausgeformt wird. Eine solche Gewindestange 11 mit angeformten Schneckenflanken 22 einer Schneckenverzahnung 20 ist in Fig. 1 drehbar in einer Werkzeugaufnahme 16 gelagert. Anschließend wird eine Rillenstruktur 24 in die Schneckenflanken 22 der Schneckenverzahnung 20 aus gebildet. Hierzu wird ein flexibles Schleifband 30 mittels eines profilierten Kon taktstücks 32 in Radialrichtung 19 gegen die Gewindestange 11 eingestellt und gegen die Schneckenflanken 22 gedrückt. Das profilierte Kontaktstück 32 ist in Fig. 1 als elastische Kontaktrolle - z. B. aus Gummi - ausgebildet. In einer alter nativen Ausführung ist das Kontaktstück 32 als in Richtung des Schleifpapiers gerade starre Führungsschiene - z. B. aus Aluminium - ausgebildet, über die das Schleifband gezogen wird. Die Schneckenflanken 20 verlaufen dabei wendelför mig um eine Längsachse 18 der Getriebeschnecke 12. Daher wird das Schleif band 30 in Längsrichtung 18 gegen die Schneckenflanken 22 gedrückt, wobei gleichzeitig die Getriebeschnecke 12 in der Werkzeugaufnahme 16 in Rotation versetzt wird. Durch diese Rotation der Getriebeschnecke 12 wird das Schleif band 30 zusammen mit dem Kontaktstück 32 entlang der Schneckenflanke 22 über die gesamte Länge der Gewindeschnecke 12 bewegt. Gleichzeitig wird auch das Schleifband 30 über einen separaten Antrieb 31 in Relativbewegung versetzt. Dadurch werden konzentrische Rillen 25 in die Oberfläche der Schneckenflanken 22 eingeschliffen. Zusätzlich kann das Schleifband 30 während des Schleifvorganges mittels einer Schmiervorrichtung 34 geschmiert werden. Beim Bandschleifen wird das Schleifband im Bereich der Schneckenflanken 22 tangential zur Getriebeschnecke 12 geführt und mit dem profilierten Kontaktstück 32 axial gegen die Schneckenflanken 22 gepresst. Beispielsweise kann die Länge solch einer Gewindestange bis zu 1,5 m betragen, um dann nach dem Schleifvorgang auf die gewünschte Länge abgeschnitten zu werden.

Fig.2 zeigt eine Detailansicht auf den Ausschnitt einer Schneckenflanke 22, die sich wendelförmig um einen zylindrischen Grundkörper der Getriebeschnecke 12 erstreckt. Die Schneckenflanke 22 weist eine Steigung, beziehungsweise Ganghöhe auf, die das Übersetzungsverhältnis eines Schneckengetriebes 50 bestimmt. Die Schneckenflanke 22 war zuerst mittels Rollieren mit einer sehr glatten Oberfläche mit einer Rauigkeit Rz von bis zu 0.2 mhh ausgebildet. Danach wurden kreisförmige Rillen 25 in die Schneckenflanken 22 eingeschliffen, die sich bevorzugt über den gesamten Umfang der Getriebeschnecke 12 in Umfangsrichtung 17 erstrecken. Die Rauigkeit Rz der Rillen in Radialrichtung 19 liegt nun im Bereich von 0.5 mhh bis 5 mhh. Die Rauigkeit Rz kann alternativ jedoch auch im Bereich von 0.2 mhh bis 20 mhh liegen. I m Betriebszustand ist in den Rillen 25 als Fettdepot Schmiermittel angeordnet, das den Wirkungsgrad im Bewegungszustand erhöht. Im Stillstand der Getriebeschnecke 12 liegen die Spitzen 44 der Rillenstruktur 24 direkt an der Verzahnung des Schneckenrads 52 an und das Schmiermittel kann sich in die Rillen 25 zurückziehen. Daher weist solch ein Schneckengetriebe 50 eine relativ hohe Selbsthemmung auf, um beim lastseitigen Einwirken eines Drehmomentes das Rückdrehen des Schneckengetriebes 50 zu verhindern.

Eine erfindungsgemäße Getriebe-Antriebseinheit 10 ist in Fig. 3 abgebildet. Ein Elektromotor 48 weist eine Ankerwelle 14 auf, die in ein Getriebegehäuse 56 hineinragt, das sich axial an den Elektromotor 48 anschließt. Auf der Ankerwelle 14 ist die Getriebeschnecke 12 angeordnet, im Ausführungsbeispiel insbesondere auf eine Materialumformung 58 der Ankerwelle 14 axial aufgepresst. Dazu weist die Getriebeschnecke 12 eine Bohrung 26 auf, die sich beispielsweise als Durchgangsöffnung über die gesamte axiale Länge der Getriebeschnecke 12 erstreckt. Die Schneckenverzahnung 20 greift in eine korrespondierende Gegenverzah- nung 53 des Schneckenrads 52, das drehbar im Getriebegehäuse gelagert ist. Dabei liegen die Zahnflanken 22 der Getriebeschnecke 12 an den Zähnen des Schneckenrads 52 an. Das Schneckenrad 52 ist hier aus Kunststoff gefertigt, vorzugsweise als Spritzgussteil. Die Oberfläche der Zähne des Schneckenrads 52 können auch optional punktuell eine gewisse Oberflächenstruktur aufweisen, die als Schmiermitteldepot ausgebildet sei kann. An den Zahnflanken 22 der Ge triebeschnecke 12 sind umlaufende Rillen 25 eingeschliffen, die ebenfalls als Schmiermitteldepot wirken. Je nach Drehrichtung des Elektromotors 48 liegt ent weder eine Schneckenflanke 22 einer ersten axialen Seite der Schneckenver zahnung 20 oder bei entgegengesetzter Drehrichtung die axial gegenüberliegen de Schneckenflanke 22 der Schneckenverzahnung 20 kraftbeaufschlagt an den Zähnen 53 des Schneckenrads 52 an. Das freie Ende der Ankerwelle 14 wird im Getriebegehäuse 56 radial abgestützt, damit die Schneckenverzahnung 20 auch bei großer Last zuverlässig im Eingriff mit den Zähnen 53 des Schneckenrads 52 bleibt. In Längsrichtung ist die Ankerwelle 14 mittels eines Dämpfelement 62 ge lagert, um störende Geräusch beim Verfahren gegen einen Anschlag 60 zu ver meiden. Am Schneckenrad 52 ist ein Abtriebselement 64 angeordnet, das das Drehmoment beispielsweise auf ein zu verstellendes Teil im Kraftfahrzeug über trägt. Bevorzugt ist eine solche Getriebe-Antriebseinheit 10 als Fensterheberan trieb oder Schiebedachantrieb oder als Sitzversteller ausgebildet.

Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der ein zelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise der Elekt romotor 48 mit unterschiedlichen Getriebebauformen des Schneckengetriebes 50 kombiniert werden. Ebenso kann die die Getriebeschnecke 12 anstelle eines se parat gefertigten Teils direkt auf die Ankerwelle 14 aufrolliert und anschließend mittels Bandschleifen die konzentrischen Rillen 25 ausgeformt werden. Ebenso kann die Gewindeschnecke 12 mit einem Sackloch 26 hergestellt werden, mit dem diese auf eine Welle aufgeschoben wird. Anstelle dem Aufpressen kann die Getriebeschnecke 12 auch aufgeklebt oder auf andere Weise auf einer Getrie bewelle befestigt werden. Ebenso ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfah ren auch für Anwendungen von Getriebeschnecken 12 außerhalb der Stellantrie be im Kraftfahrzeug nutzbar.