DE102013101256A1

DE102013101256A1 - Antriebseinheit

Info

Publication number: DE102013101256A1
Application number: DE102013101256A
Authority: DE
Inventors: Chi Wang Cheung; Zhong Ping WU; Hong Yu DING
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2013-08-22
Also published as: BR102013003614A2; US20130213166A1; CN103259365B; CN103259365A; JP2013177972A; US9435400B2

Abstract

Eine Antriebseinheit umfasst einen Elektromotor, eine mit dem Motor verbundene Schneckenwelle, ein mit der Schneckenwelle kämmendes Schneckenrad und eine mit dem Schneckenrad verbundene Ausgangswelle. Der Motor hat eine Motorwelle, an der die Schneckenwelle befestigt ist. Die Schneckenwelle ist aus Kunststoff hergestellt. Die Antriebseinheit umfasst ferner eine metallische Hülse, die auf die Motorwelle aufgepresst ist. Ein Außenprofil der Hülse ist nichtrund. Eine entsprechend geformte Aufnahmeöffnung ist in der Schneckenwelle gebildet, um die Hülse aufzunehmen. Die Hülse dreht sich mit der Motorwelle und treibt die Schneckenwelle an.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein eine Antriebseinheit und insbesondere eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor für den Antrieb eines Ausgangs über eine Schnecke und ein Schneckenrad.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine solche Antriebseinheit umfasst normalerweise einen Motor, eine Schneckenwelle und ein Schneckenrad. Die Schneckenwelle verbindet die Motorwelle mit dem Schneckenrad und überträgt die Abtriebsleistung des Motors auf das Schneckenrad. Bei üblichen Antriebseinheiten werden eine Schneckenwelle aus Metall, die auf die Motorwelle aufgepresst ist, und ein Schneckenrad aus Metall verwendet. Zur Kostensenkung wurden Metallschnecken und Metallschneckenräder durch Kunststoffschnecken und Kunststoffschneckenräder ersetzt. Wie sich jedoch das Motordrehmoment effektiv und effizient auf eine Kunststoffschneckenwelle übertragen lässt, ist ein zu lösendes Thema. Eine Lösung ist die Ausbildung eines Bereichs der Motorwelle, in dem die Schneckenwelle befestigt ist, mit einem D-förmigen Querschnitt und die Ausbildung der Schneckenwelle mit einer entsprechend geformten Montageöffnung. Die Schneckenwelle ist auf dem D-förmigen Abschnitt befestigt und wird durch die Motorwelle direkt angetrieben. Dies reduziert jedoch den Durchmesser der Motorwelle und führt zu einer Herabsetzung der Festigkeit der Motorwelle. Aufgrund des relativ hohen Ausgangsdrehmoments des Motors besteht die Gefahr, dass sich die Motorwelle durchbiegt, was wiederum zu einem unzureichenden Eingriff zwischen der Schneckenwelle und dem Schneckenrad und bisweilen sogar zu einem Funktionsausfall der Antriebseinheit führt.
Es wird daher eine verbesserte Antriebseinheit gewünscht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Antriebseinheit angegeben, umfassend: einen Motor mit einer Motorwelle, eine an der Motorwelle befestigte Schneckenwelle aus Kunststoff, ein mit der Schneckenwelle kämmendes Schneckenrad, eine mit dem Schneckenrad verbundene Ausgangswelle und eine Metallhülse, die durch eine Pressverbindung an der Motorwelle befestigt ist, wobei die Hülse ein nichtrundes Außenprofil hat, wobei in der Schneckenwelle eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme der Hülse gebildet ist, wobei die Aufnahmeöffnung ein dem Außenprofil der Hülse entsprechendes Profil hat und wobei sich die Hülse mit der Motorwelle dreht und die Schneckenwelle antreibt.
Vorzugsweise ist das Profil der Aufnahmeöffnung geringfügig kleiner als das Außenprofil der Hülse, und die Hülse bildet eine Presspassung in der Aufnahmeöffnung.
Vorzugsweise ist das Außenprofil der Hülse ein Quadrat.
Vorzugsweise ist das Außenprofil der Hülse ein Polygon.
Vorzugsweise ist die Hülse aus einem pulvermetallurgischen Material hergestellt.
Vorzugsweise ist das pulvermetallurgische Metall Kupferpulver, Eisenpulver oder eine Kombination dieser Pulver.
Vorzugsweise ist der Kunststoff der Schneckenwelle ein glasfasergefüllter Kunststoff.
Vorzugsweise sind an der Motorwelle radial äußere Vorsprünge gebildet und die Vorsprünge drücken an eine Innenfläche der Schneckenwelle, um elastische Verformungen an der Innenfläche elastisch zu bilden und eine relative Drehverlagerung zwischen der Schneckenwelle und der Motorwelle zu verhindern.
Vorzugsweise ist jeder Vorsprung leistenförmig und erstreckt sich in einer axialen Richtung der Motorwelle.
Vorzugweise liegen die Vorsprünge parallel zueinander und sind voneinander beabstandet.
Vorzugsweise sind die Vorsprünge an einer Position angeordnet, die einem mittleren Bereich der Schneckenwelle entspricht, um eine relative axiale Verlagerung zwischen der Schneckenwelle und der Motorwelle zu verhindern.
Vorzugsweise sind die Vorsprünge lineare Rändel.
Vorzugsweise hat die Schneckenwelle einen Endbereich und einen Eingriffsbereich, der sich von dem Endbereich erstreckt; eine Schnecke in Form eines Schraubenrads ist an einer radialen Außenfläche des Eingriffsbereichs gebildet; die Aufnahmeöffnung ist in einem zentralen Bereich des Endbereichs gebildet; und eine Wellenöffnung ist entlang der Achse des Eingriffsbereichs gebildet, um die Motorwelle aufzunehmen.
Vorzugsweise ist die Wellenöffnung in dem Eingriffsbereich eine Durchgangsöffnung, und die Motorwelle erstreckt sich durch die Schneckenwelle.
Vorzugsweise ist ein von der Schneckenwelle vorspringendes distales Ende der Motorwelle durch ein Lager gestützt.
Eine Antriebseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet eine Hülse, die auf die Motorwelle aufgepresst ist, um ein Drehmoment der Motorwelle auf die Schneckenwelle zu übertragen und dadurch das Problem zu lösen, wie sich die Kunststoffschneckenwelle zuverlässig mit der Motorwelle verbinden lässt, ohne die Festigkeit der Motorwelle einzubüßen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels erläutert, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
1 zeigt eine Antriebseinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei abgenommenem Gehäuse, wobei ein Motor, eine Motorwelle, eine Hülse, eine Schneckenwelle und ein Schneckenrad dargestellt sind;
2 ist eine auseinandergezogene Darstellung der Antriebseinheit von 1;
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Motorwelle von 1;
4 zeigt den Motor und die Hülse von 1;
5 zeigt die Schneckenwelle von 1;
6 ist eine Endansicht der Schneckenwelle von 5; und
7 ist eine Teilschnittansicht der Antriebseinheit von 1.
DETAILBESCHREIBUNG VERSCHIEDENER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird auf die 1 und 2 Bezug genommen. Eine Antriebseinheit 10 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Motor 20 mit einer Motorwelle 22, eine die Motorwelle 22 dicht umschließende Hülse 30, eine an der Motorwelle 22 und der Hülse 30 montierte Schneckenwelle 40, ein Schneckenrad 50, das mit der Schneckenwelle 40 kämmt, und eine Ausgangswelle 60, die mit dem Schneckenrad 50 verbunden ist. Die Ausgangswelle 60 ist mit einem angetriebenen Element verbunden (nicht gezeigt). Während des Betriebs der Antriebseinheit 10 dreht der Motor 20 die Schneckenwelle 40 mittels der Hülse 30, und die Schneckenwelle 40 dreht das Schneckenrad 50. Auf diese Weise wird das Drehmoment des Motors 20 auf das angetriebene Element übertragen.
3 ist eine vergrößerte Detailansicht eines Abschnitts des distalen Endes der Motorwelle 22. Wie dargestellt, ist die Motorwelle geradzylindrisch, d. h. die Motorwelle hat einen kreisförmigen Querschnitt. Vorzugsweise ist an der Motorwelle 22 eine Anzahl von Vorsprüngen 26 gebildet. Jeder Vorsprung springt radial und nach außen vor. Insbesondere ist jeder Vorsprung 26 leistenförmig und erstreckt sich entlang einer axialen Richtung der Motorwelle 22. Die Vorsprünge 26 sind in einer Umfangsrichtung der Motorwelle 22 angeordnet, wobei jeder Vorsprung 26 mit einem Abstand von dem anderen Vorsprung parallel zu diesem angeordnet ist. Idealerweise sind die Vorsprünge parallele oder lineare Rändel.
Wie in 4 gezeigt ist, ist in der Mitte der Hülse 30 eine Durchgangsöffnung 32 gebildet. Die Motorwelle 22 wird durch die Durchgangsöffnung 32 hindurchgedrückt, wodurch die Festlegung der Hülse 30 an der Motorwelle 22 durch eine Pressverbindung erfolgt. Vorzugsweise wird die Hülse 30 an der Motorwelle 22 montiert, bevor die Vorsprünge 26 gebildet werden, um eine Pressverbindung zwischen der Motorwelle 22 und der Hülse 30 zu ermöglichen. Die Position der Hülse 30 an der Motorwelle 22 wird durch ein Presspassungswerkzeug kontrolliert. Die Hülse 30 ist aus einem Metallmaterial hergestellt. Vorzugsweise ist die Hülse 30 aus einem gesinterten pulvermetallurgischen Material hergestellt, zum Beispiel aus Kupferpulver, Eisenpulver oder der Kombination aus Kupferpulver und Eisenpulver etc. Vorzugsweise hat die Hülse einen Radialschnitt, der viereckig ist. Ein Radialschnitt wird definiert als ein Schnitt, der gebildet wird durch eine Schnittebene, die sich senkrecht zur Achse der Durchgangsöffnung 32 der Hülse erstreckt. Alternativ könnte das radiale Profil der Hülse 30 andere nichtrunde Formen aufweisen, zum Beispiel eine rechteckige Form und andere polygonale Formen.
Es wird auf die 5 und 6 Bezug genommen. Das Material der Schneckenwelle 40 ist Kunststoff. Vorzugsweise ist der Kunststoff ein glasfasergefüllter Kunststoff, um die Abriebleistung der Schneckenwelle zu verbessern. Die Schneckenwelle 40 hat einen Endbereich 42 und einen Eingriffsbereich 44, der sich axial von dem Endbereich 42 erstreckt. Der Endbereich 42 ist zylindrisch, mit einer Aufnahmeöffnung 43, die für die Aufnahme der Hülse 30 in der Mitte gebildet ist. Die Form der Aufnahmeöffnung 43 ist an die Form der Hülse 30 angepasst, und die Größe der Aufnahmeöffnung 43 ist geringfügig kleiner als die Größe der Hülse 30, so dass die Hülse 30 eine Presspassung in der Aufnahmeöffnung der Schneckenwelle 40 bildet. Der Außendurchmesser des Eingriffsbereichs 44 ist kleiner als der Außendurchmesser des Endbereichs 42. Eine Schnecke in Form eines Schraubenrads 45 ist an der radial äußeren Fläche des Eingriffsbereichs 44 gebildet, für den Eingriff mit Zähnen des Schneckenrads 50. Eine Wellenöffnung 46, die sich in der axialen Richtung der Schneckenwelle 40 erstreckt, ist an dem zentralen Abschnitt des Eingriffsbereichs 44 gebildet. Die Wellenöffnung 46 liegt konzentrisch zur Aufnahmeöffnung 43 und ist mit dieser verbunden. Der Durchmesser der Wellenöffnung 46 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der Motorwelle 22.
Es wird auf 7 Bezug genommen. Die Schneckenwelle 40 ist auf die Motorwelle 22 und die Hülse 30 aufgepresst. Da die Hülse 30 durch eine Pressverbindung an der Motorwelle 22 befestigt ist, dreht sich die Hülse 30 mit der Motorwelle 22. Zudem ist die Form des radialen Profils der Hülse 30 nichtrund, und die Hülse 30 wird in der Aufnahmeöffnung 43 aufgenommen, deren Form an die Form der Hülse 30 angepasst ist. Dadurch wird eine relative Drehverlagerung zwischen der Hülse 30 und der Schneckenwelle 40 verhindert.
Deshalb wird das Drehmoment des Motors über die Hülse 30 auf die Schneckenwelle 40 übertragen.
Vorzugsweise ist die Öffnung 46 eine Durchgangsöffnung. Dadurch kann sich die Motorwelle durch die Schneckenwelle 40 hindurch erstrecken, um die gesamte Länge der Schneckenwelle gegen ein Durchbiegen zu stützen, das durch Radialkräfte verursacht werden kann, die zwischen der Schnecke und dem Schneckenrad entstehen. Zudem kann das exponierte distale Ende der Motorwelle 22 durch ein Lager oder dergleichen gestützt werden, sofern gewünscht. Dies erhöht den Widerstand gegen eine Verformung der Schnecke bei hoher Last der Antriebseinheit.
Ferner drücken die Vorsprünge 26 bei der Montage der Schneckenwelle 40 an eine Innenfläche der Wellenöffnung 46 in der Schneckenwelle 40, so dass an der Innenfläche der Schneckenwelle 40 eine elastische Verformung nach innen stattfindet, die eine Drehverlagerung zwischen der Schneckenwelle 40 und der Motorwelle 22 weiter verhindert. Darüber hinaus sind die Vorsprünge 26 an einer Stelle gebildet, die einem axial mittleren Abschnitt des Eingriffsbereichs 44 entspricht. Dadurch umfasst die Innenfläche des Eingriffsbereichs 44 einen Mittelbereich mit einer elastischen Verformung und zwei axiale Bereiche ohne elastische Verformung, die jeweils axial an die Enden der Vorsprünge 26 drücken. Auf diese Weise wird eine axiale Bewegung der Schneckenwelle 40 und der Motorwelle 22 verhindert.
Wahlweise sind die Vorsprünge 26 lineare Rändel, die sich in die Schneckenwelle hineingraben und Widerstand gegen eine relative Drehbewegung und axiale Bewegung zwischen der Schneckenwelle 40 und der Motorwelle 22 bieten.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedenen Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.

Claims

Antriebseinheit, umfassend: einen Motor (20) mit einer Motorwelle (22), eine Schneckenwelle (40), die aus Kunststoff hergestellt und an der Motorwelle (22) befestigt ist, ein Schneckenrad (50), das mit der Schneckenwelle (40) kämmt, und eine Ausgangswelle (60), die mit dem Schneckenrad (50) verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Metallhülse (30), die durch eine Pressverbindung an der Motorwelle (22) befestigt ist, wobei die Hülse ein Außenprofil hat, das nichtrund ist, und eine Aufnahmeöffnung (43), die zur Aufnahme der Hülse (30) in der Schneckenwelle (40) gebildet ist, wobei die Aufnahmeöffnung (43) ein dem Außenprofil der Hülse entsprechendes Profil hat und wobei sich die Hülse (30) mit der Motorwelle (22) dreht und die Schneckenwelle (40) antreibt.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei das Profil der Aufnahmeöffnung (43) geringfügig kleiner als das Außenprofil der Hülse (30) ist und die Hülse in der Aufnahmeöffnung eine Presspassung bildet.
Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Außenprofil der Hülse (30) ein Quadrat ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Hülse (30) aus pulvermetallurgischem Material hergestellt ist.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kunststoff der Schneckenwelle (30) ein glasfasergefüllter Kunststoff ist.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei radial äußere Vorsprünge (26) an der Motorwelle (22) gebildet sind und wobei die Vorsprünge (26) an eine Innenfläche der Schneckenwelle (40) drücken und eine elastische Verformung der Innenfläche bewirken, um eine relative Drehverlagerung zwischen der Schneckenwelle (40) und der Motorwelle (22) zu verhindern.
Antriebseinheit nach Anspruch 6, wobei die Vorsprünge (26) lineare Rändel sind, die sich in einer axialen Richtung der Motorwelle (22) erstrecken.
Antriebseinheit nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Vorsprünge (26) an einer Position angeordnet sind, die einem mittleren Bereich der Schneckenwelle (40) entspricht, um eine relative axiale Verlagerung zwischen der Schneckenwelle (40) und der Motorwelle (22) zu verhindern.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Schneckenwelle (40) einen Endbereich (42) und einen Eingriffsbereich (44) hat, der sich von dem Endbereich erstreckt; wobei eine Schnecke in Form eines Schraubenrads (45) an einer radial äußeren Fläche des Eingriffsbereichs (44) gebildet ist; wobei die Aufnahmeöffnung (43) in einem Mittelbereich des Endbereichs (42) gebildet ist und wobei eine Wellenöffnung (46) entlang der Achse des Eingriffsbereichs (44) gebildet ist, um die Motorwelle (22) aufzunehmen.
Antriebseinheit nach Anspruch 9, wobei die Wellenöffnung (46) eine Durchgangsöffnung ist und die Motorwelle (22) sich durch die Schneckenwelle (40) erstreckt.