Kraftfahrzeug-technische Stellvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine kraftfahrzeug-technische Stellvorrichtung, mit einem elektromotorischen Antrieb zur Beaufschlagung eines Stellelementes, wobei der elektromotorische Antrieb einen Elektromotor sowie ein nachgeschaltetes Getriebe mit wenigstens zwei in Eingriff miteinander befindlichen Zahnreihen zugehöriger sowie jeweils um eine Drehachse drehbarer Zahnräder aufweist.

Kraftfahrzeug-technische Stellvorrichtungen kommen in vielfältiger Art und Weise in und an einem Kraftfahrzeug zum Einsatz. Beispiele hierfür sind Scheibenheber, Schiebedachbetätigungen, Sitzverstellungen, Spiegelbetätigungen, Scheinwerfereinstellungen aber auch Aufstellvorrichtungen für Kraftfahrzeug-Türen, Stellvorrichtungen innerhalb oder außerhalb von Kraftfahrzeug-Schlössern usw. Aufgrund des spezifischen Verwendungszweckes und Einsatzgebietes kommen an dieser Stelle oftmals schnell rotierende Elektromotoren zum Einsatz, die typischerweise mit Niedervolt- Gleichspannung von 12 V, 24 V oder auch 48 V betrieben werden. Mithilfe dieser schnelllaufenden Elektromotoren wird dann über ein nachgeschaltetes Getriebe in der Regel eine Untersetzung herbeigeführt und das entsprechende Stellelement bewegt. Bei der Bewegung des Stellelementes kann es sich generell um eine Linearbewegung oder auch eine Schwenkbewegung handeln.

Im Stand der Technik nach der DE 10 2020 112 946 A1 wird bereits ein elektromotorischer Öffnungsantrieb beschrieben, mit dessen Hilfe eine Sperrklinke als Bestandteil eines Gesperres aus Drehfalle und Sperrklinke ausgehoben werden kann. Im Anschluss hieran öffnet die Drehfalle federunterstützt und gibt einen zugehörigen Schließbolzen frei. Zu diesem Zweck arbeitet der elektromotorische Antrieb über eine Abtriebsscheibe und einen darauf befindlichen Nocken auf die fragliche Sperrklinke.

Die bekannte Vorgehensweise hat sich generell bewährt, weil durch die Beaufschlagung der Sperrklinke mithilfe des Nockens eine praktisch beliebige Übersetzung bzw. Untersetzung der Drehbewegung des Elektromotors herbeigeführt werden kann. Tatsächlich wird in diesem Zusammenhang zu Anfang der Sperrklinkenbetätigung in der Regel ein großer Drehmomentbedarf beobachtet, wohingegen mit zunehmender Beaufschlagung der Sperrklinke bis hin zum Überhubbereich der Drehmomentbedarf sinkt und am Ende klein ist. Dem trägt der Stand der Technik durch eine anfänglich große Nockenübersetzung und dann entlang des Stellweges des Stellelementes bzw. der Sperrklinke sinkender Nockenübersetzung Rechnung.

Solche elektromotorischen Öffnungsantriebe zum elektromotorischen Öffnen von Kraftfahrzeug-Schlössern kommen in der Praxis vielfältig und in großer Zahl zum Einsatz. Denn hierdurch wird die Schlossöffnung für Benutzer vereinfacht und komfortabel gestaltet. Außerdem werden akustische Vorteile im Vergleich zu einer rein manuellen Öffnung beobachtet. Allerdings ist die beschriebene Nockenbetätigung mit einem relativ schlechten Wirkungsgrad verbunden, der typischerweise Werte von im Maximum 80 % beträgt. D. h., von der ausgangsseitig des Elektromotors zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung stehen für die Beaufschlagung des Stellelementes bzw. der Sperrklinke im Beispielfall ausgangsseitig max. 80 % zur Verfügung.

Aus diesem Grund arbeitet man bei gattungsgemäßen kraftfahrzeug-technischen Stellvorrichtungen, wie sie beispielsweise in der DE 10 2019 115 304 A1 beschrieben wird, mit den zwei in Eingriff miteinander befindlichen Zahnreihen zugehöriger sowie jeweils um eine Achse drehbarer Zahnräder. Tatsächlich zeichnen sich solche im Eingriff befindlichen Zahnräder im Vergleich zu dem zuvor beschriebenen „Nockengetriebe“ durch einen höheren Wirkungsgrad aus. Dieser kann Werte von bis zu 95 % betragen, sodass vom Wirkungsgrad her Getriebe mit in Eingriff befindlichen Zahnrädern den bekannten Nockengetrieben prinzipiell überlegen sind. Denn je höher der Wirkungsgrad, desto kleinbauender kann der Elektromotor bei praktisch gleicher ausgangsseitiger Leistung am Stellelement ausgelegt werden. Das spart Kosten und Gewicht.

Allerdings lassen solche Zahnradgetriebe unterschiedliche Übersetzungen bzw. Untersetzungen ausgangsseitig nicht zu. D. h., unter Rückgriff auf solche Getriebe mit Zahnrädern kann den spezifischen Anforderungen bei einem elektromotorischen Öffnungsantrieb i.V.m. einem Kraftfahrzeugschloss praktisch nicht Rechnung getragen werden, nämlich zu Beginn der Sperrklinkenbetätigung ein hohes Drehmoment und dann abfallend zur Verfügung stellen zu können.

Im weiteren Stand der Technik nach der DE 100 33 649 A1 geht es generell um Antriebe und unter anderem um Spindelgetriebe, die erneut auf einen Elektromotor als Drehantrieb zurückgreifen können. Mithilfe solcher Linearantriebe bzw. Spindelgetriebe lassen sich unter anderem die zuvor bereits beschriebenen Scheibenheber oder Schiebedächer betätigen. Dabei wird als mögliches Getriebe in diesem Zusammenhang unter anderem ein sogenanntes Riemenscheibengetriebe mit variabel einstellbarer Übersetzung vorgeschlagen. Solche Riemenscheibengetriebe mit variabler Übersetzung sind jedoch für die hier in Rede stehenden Anwendungsfälle bei und i.V.m. Kraftfahrzeug-Türen als beispielsweise Aufstellvorrichtung nach dem Stand der Technik gemäß der DE 102019 115304 A1 oder auch als Öffnungsantrieb entsprechend der DE 102020 112 946 A1 ungeeignet. Das lässt sich darauf zurückführen, dass solche Riemenscheibengetriebe mit variabel einstellbarer Übersetzung ausladend aufgebaut sind und dementsprechend den generellen Anforderungen an einen kompakten sowie leichtgewichtigen Aufbau nicht genügen. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige kraftfahrzeug-technische Stellvorrichtung so weiterzuentwickeln, dass unter Berücksichtigung eines kompakten Aufbaus mit geringem Gewicht sowie hohem Wirkungsgrad die Möglichkeit besteht, dass ausgangsseitig zur Verfügung stehende Drehmoment zu variieren.

Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist eine gattungsgemäße kraftfahrzeug-technische Stellvorrichtung im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnreihen der im Eingriff befindlichen Zahnräder entlang eines Stellweges des Stellelementes eine variable Übersetzung definieren.

Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung wird so vorgegangen, dass die in Eingriff befindlichen Zahnreihen jeweils bogenförmig als Zahnreihenbögen ausgebildet sind. Dabei beschreibt im Allgemeinen zumindest ein Zahnreihenbogen des einen Zahnrades eine Wälzkurve mit entlang des Stellweges des Stellelementes bzw. entlang der Schwenkbewegung des Zahnrades veränderbarem Radius im Vergleich zur Drehachse. D. h., die vom betreffenden Zahnreihenbogen des einen Zahnrades definierte Wälzkurve für das andere Zahnrad ist mit einem veränderbaren Radius im Vergleich zur Drehachse ausgerüstet. Beispielsweise kann der Radius gleichmäßig anwachsen oder abfallend im Vergleich zur Drehachse ausgebildet sein.

Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang eine Ausführungsform, bei welcher beide Zahnreihenbögen der miteinander kämmenden Zahnräder jeweils eine Wälzkurve mit entlang des Stellweges des Stellelementes bzw. entlang der Schwenkbewegung des Zahnrades veränderbarem Radius definieren.

Dabei hat sich eine Ausführungsform als besonders günstig erwiesen, bei welcher das jeweilige Zahnrad im Vergleich zu seiner Drehachse spiralförmig ausgebildet ist. Die Spiralform des betreffenden Zahnrades stellt sich in diesem Zusammenhang dadurch ein, dass der Außenumfang des Zahnrades und folglich der an dieser Stelle realisierte Zahnreihenbogen im Vergleich zur Drehachse einen gleichmäßig wachsenden Radiuszuwachs aufweist. Außerdem kann in diesem Zusammenhang so vorgegangen werden, dass beide Zahnräder jeweils spiralförmig mit übereinstimmendem Radiuszuwachs ausgebildet sind. Dabei wird meistens noch weiter so vorgegangen, dass die beiden spiralförmigen Zahnräder mit jeweils komplementären Radien ineinandergreifen.

D. h., das eine spiralförmige Zahnrad greift beispielsweise mit seinem geringsten Radius der außenumfangsseitigen Spirale in den komplementären Radius des anderen Zahnrades mit demzufolge seinem größten Radius ein. Dadurch werden die beiden Zahnräder bei ihrer gemeinsamen Wälzbewegung unverändert in gegenseitigem Eingriff bei jeweils ortsfester Drehachse gehalten und wälzen sich die Spiralen komplementär aneinander ab. Auf diese Weise kann eines der beiden Zahnräder als eingangsseitiges Zahnrad des Getriebes und das andere Zahnrad als ausgangsseitiges Zahnrad genutzt werden.

Arbeitet das ausgangsseitige spiralförmige Zahnrad beispielsweise mit seinem größten Radius auf das hiermit mittelbar oder unmittelbar beaufschlagte Stellelement, so steht an dieser Stelle demzufolge zu Beginn seines Stellweges ein hohes Drehmoment zur Verfügung, welches beispielsweise genutzt werden kann, um eine Sperrklinke als Stellelement mit einem anfänglichen großen Öffnungsdrehmoment beaufschlagen zu können. Da bei den beiden spiralförmigen Zahnrädern die jeweils komplementären Radien ineinander greifen, nimmt das für die Beaufschlagung der Sperrklinke im Beispielfall zur Verfügung stehende Drehmoment über den Stellweg des Stellelementes bzw. der Sperrklinke hin ab und trägt somit die erfindungsgemäße kraftfahrzeugtechnische Stellvorrichtung exakt den spezifischen Anforderungen Rechnung.

Hierzu trägt ergänzend der Umstand bei, dass die Zahnräder in der Regel jeweils aus Kunststoff hergestellt sind. Hier hat sich beispielsweise eine Produktion als Kunststoffspritzgussteil als besonders günstig erwiesen. Die Zahnräder können dabei jeweils mit einer Geradverzahnung ineinandergreifen. Selbstverständlich sind auch ineinandergreifende Schrägverzahnungen oder andere Verzahnungen wie beispielsweise Evolventenverzahnungen in diesem Zusammenhang denkbar. Das alles lässt sich problemlos realisieren und umsetzen, weil die Zahnräder als Kunststoffspritzgussteile an den spezifischen Verwendungszweck zielgenau angepasst werden können.

Das Stellelement kann vorteilhaft an oder in einer Kraftfahrzeug-Tür vorgesehen werden. Als Alternative zu dem zuvor bereits beschriebenen Stellelement in Gestalt einer Sperrklinke ist es grundsätzlich denkbar, dass es sich bei dem Stellelement um ein Aufstellelement handelt, mit dessen Hilfe eine zugehörige Kraftfahrzeug-Tür aufgestellt werden kann, wie dies im gattungsbildenden Stand der Technik nach der DE 10 2019 115 304 A1 prinzipiell beschrieben wird.

Im Rahmen einer Alternative kann die kraftfahrzeug-technische Stellvorrichtung aber auch einen Bestandteil eines Kraftfahrzeug-Schlosses darstellen, wie dies der unabhängige Anspruch 10 beschreibt. Dieser ist auf ein Kraftfahrzeug- Schloss und insbesondere Kraftfahrzeug-Türschloss gerichtet, welches mit einem Gesperre aus im Wesentlichen Drehfalle und Sperrklinke sowie einer zusätzlichen Betätigungshebelkette für das Gesperre ausgerüstet ist. Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung kann nun auf das Gesperre und/oder die Betätigungshebelkette für das Gesperre arbeiten. Im erstgenannten Fall mag es sich um den bereits angesprochenen elektromotorischen Öffnungsantrieb für die Sperrklinke handeln. Bei der letztgenannten Variante arbeitet die erfindungsgemäße Stellvorrichtung auf die Betätigungshebelkette und kann diese beispielhaft in unterschiedliche Funktionsstellungen wie „verriegelt“, „diebstahlgesichert“ usw. überführen, um nur einige zu nennen.

Im Ergebnis wird eine kraftfahrzeug-technische Stellvorrichtung beschrieben, die kleinbauend sowie gewichtsoptimiert ausgelegt ist und zugleich einen hohen mechanischen Wirkungsgrad zur Verfügung stellt. Das alles wird gepaart mit der weiteren erfindungsgemäßen Möglichkeit, das mithilfe der Stellvorrichtung beaufschlagte Stellelement mit unterschiedlichen Drehmomenten ausgangsseitig beaufschlagen zu können. Hierdurch trägt die Erfindung spezifischen Anforderungen derart Rechnung, dass beispielsweise bei einer Sperrklinke als Stellelement zu Anfang der Stellbewegung bzw. zu Beginn des Stellweges des Stellelementes ein hohes Drehmoment benötigt wird, welches entlang des Stellweges reduziert werden kann.

Vergleichbare Anforderungen ergeben sich bei einer Aufstellvorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Tür. Auch in diesem Fall wird man zu Anfang des Stellweges des erforderlichen Aufstellelementes ein hohes Drehmoment benötigen, um beispielsweise die Kraftfahrzeug-Tür von einer umlaufenden Türgummidichtung zu lösen. Wie im Falle der Sperrklinke, kann über den Stellweg gesehen das erforderliche Drehmoment anschließend abfallen bzw. reduziert werden.

Diesen variablen Drehmomentverlauf stellt die Erfindung im Kern dadurch zur Verfügung, dass die beiden miteinander in Eingriff befindlichen Zahnräder bzw. zumindest eines dieser Zahnräder spiralförmig ausgebildet ist, sodass eine Wälzkurve für das andere Zahnrad mit entlang der Drehbewegung des Zahnrades bzw. entlang des Stellweges veränderbarem Radius zur Verfügung steht. Über den veränderbaren Radius lässt sich dann das ausgangsseitige und zur Bewegung des Stellelementes zur Verfügung gestellte Drehmoment variieren. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; Es zeigen:

Figuren 1 und 2 eine kraftfahrzeug-technische Stellvorrichtung reduziert auf die wesentlichen Elemente in zwei unterschiedlichen Ausführungsvarianten. In den Figuren ist eine kraftfahrzeug-technische Stellvorrichtung dargestellt. Diese verfügt grundsätzlich über einen elektromotorischen Antrieb 1 , 2, 3. Der elektromotorische Antrieb 1 , 2, 3 ist mit einem Elektromotor 1 sowie einem nachgeschalteten Getriebe 2, 3 ausgerüstet. Das nachgeschaltete Getriebe 2, 3 verfügt über wenigstens zwei miteinander in Eingriff befindliche Zahnräder 2, 3.

Die Zahnräder 2, 3 können ausweislich des Beispiels nach der Fig. 1 auch nur als Zahnradsegmente ausgelegt sein, wie dies für das Zahnrad 3 gilt. So oder so verfügen die beiden in Eingriff miteinander befindlichen Zahnräder 2, 3 über korrespondierende Zahnreihen 4, 5, die ebenfalls in Eingriff miteinander sind. Dazu lassen sich die beiden Zahnräder 2, 3 um jeweils zugehörige und nach dem Ausführungsbeispiel ortsfeste Achsen bzw. Drehachsen 6, 7 drehen. Eine Drehung des Zahnrades 2 um seine Achse 6 korrespondiert folglich dazu, dass die umfangseitige Zahnreihe 4 des Zahnrades 2 mit der Zahnreihe 5 des benachbarten Zahnrades 3 in Eingriff ist, welches sich folgerichtig um seine Achse 7 dreht.

Im Rahmen des Ausführungsbeispiels handelt es sich bei der kraftfahrzeugtechnischen Stellvorrichtung mit dem beschriebenen elektromotorischen Antrieb 1 , 2, 3 um einen Öffnungsantrieb 1 , 2, 3 für ein Gesperre 8, 9 als Bestandteil eines Kraftfahrzeug-Schlosses und insbesondere Kraftfahrzeug-Türschlosses. Tatsächlich führt nämlich eine Schwenkbewegung des in diesem Fall ausgangsseitigen Zahnrades 3 des Getriebes 2, 3 im Beispielfall nach der Fig. 1 dazu, dass mithilfe des Zahnrades 3 die dort im Schnitt dargestellte Sperrklinke 8 als Stellelement 8 von ihrem Eingriff mit der ebenfalls im Schnitt wiedergegebenen Drehfalle 9 abgehoben wird. Als Folge hiervon erfährt das Gesperre 8, 9 eine motorische Öffnung, weil die zuvor in rastendem Eingriff mit der Drehfalle 9 befindliche Sperrklinke 8 von ihrem Eingriff abgehoben worden ist, sodass die Drehfalle 9 federunterstützt öffnen und einen nicht gezeigten Schließbolzen freigeben kann. Die zugehörige Kraftfahrzeug-Tür lässt sich öffnen.

Anstelle des in der Fig. 1 dargestellten elektromotorischen Öffnungsantriebes bei einem Kraftfahrzeug-Schloss kann die erfindungsgemäße kraftfahrzeugtechnische Stellvorrichtung auch genutzt werden, um eine nicht dargestellte Kraftfahrzeug-Tür aufzustellen, wie dies zuvor bereits erläutert worden ist. Auch andere in der Beschreibungseinleitung im Detail beschriebene Anwendungsgebiete und Verwendungszwecke sind denkbar.

Man erkennt bei einem Vergleich der Figuren 1 und 2, dass die jeweils in Eingriff befindlichen Zahnreihen 4, 5 der zugehörigen Zahnräder 2, 3 jeweils bogenförmig und als Zahnreihenbögen 4, 5 ausgebildet sind. Dabei beschreibt der jeweilige Zahnreihenbogen 4, 5 eine in den Figuren angedeutete Wälzkurve, die entlang eines Stellweges S des Stellelementes 8 bzw. entlang der Schwenkbewegung des zugehörigen Zahnrades 2, 3 einen veränderbaren Radius Ri , R2 im Vergleich zur zugehörigen Drehachse 6, 7 beschreibt. Im Ausführungsbeispiel bezeichnet Ri den in diesem Zusammenhang kleinsten Radius der betreffenden Wälzkurve bzw. des Zahnreihenbogens 4, 5, wohingegen mit R2 der größte Radius im Vergleich zur zugehörigen Achse 6, 7 wiedergegeben ist.

Man erkennt, dass im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 das dortige und ausgangsseitige Zahnrad 3 mit in etwa dem größten Radius R2 seiner vom zugehörigen Zahnreihenbogen 5 beschriebenen Wälzkurve in Eingriff mit dem eingangsseitigen Zahnrad 2 befindlich ist, wenn sich das Stellelement 8 am Beginn seines angedeuteten Stellweges S befindet und folglich ein hohes ausgangsseitiges Drehmoment zur Beaufschlagung der dortigen Sperrklinke 8 zu Beginn der Stellbewegung benötigt wird, um die Sperrklinke 8 von ihrem rastenden Eingriff mit der Drehfalle 9 lösen zu können.

In diesem Fall ist das eingangsseitige Zahnrad 2 mit dem zugehörigen Zahnreihenbogen 5 unter Berücksichtigung des kleinsten Radius Ri in Eingriff mit dem Zahnreihenbogen 5 des ausgangsseitigen Zahnrades 3. Das gilt selbstverständlich nur beispielhaft und ist insgesamt nicht einschränkend zu verstehen. Jedenfalls wird hierdurch ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 sichergestellt, dass unter Beibehaltung der ortsfesten Achsen bzw. Drehachsen 6, 7 die betreffenden Zahnreihenbögen 4, 5 bei einer Schwenkbewegung des zugehörigen Zahnrades 2, 3 um seine Achse 6, 7 jeweils in Eingriff bleiben.

D. h., dass jeweilige Zahnrad 2, 3 ist im Allgemeinen im Vergleich zu seiner Drehachse 6, 7 spiralförmig ausgebildet. Außerdem ist die Auslegung meistens noch so getroffen, dass die beiden Zahnräder 2, 3 mit jeweils überein- stimmendem Radiuszuwachs ausgerüstet sind. Dieser Radiuszuwachs manifestiert sich daran, dass der jeweils kleinste Radius Ri und der größte Radius R2 nach dem Ausführungsbeispiel für die zugehörigen Zahnräder 2, 3 gleich ausgebildet sind, was nur beispielhaft gilt und keinesfalls zwingend ist. Außerdem wird entlang des Zahnreihenbogens 4, 5 ein gleichmäßiger Zuwachs des Radius, beginnend mit Ri und endend bei R2, beobachtet.

Anhand des Prinzipbeispiels nach der Fig. 2 erkennt man, dass die beiden spiralförmigen Zahnräder 2, 3 mit jeweils komplementären Radien Ri, R2 ineinandergreifen. D. h., der größte Radius R2 des Zahnreihenbogens 5 am ausgangsseitigen Zahnrad 3 ist in Eingriff mit dem geringsten Radius R1 des eingangsseitigen Zahnrades 2 mit dem zugehörigen Zahnreihenbogen 4. Vergleichbares gilt auch, wenn sich die beiden Zahnräder 2, 3 aneinander abwälzen, d. h. entlang ihrer jeweiligen Wälzkurve bzw. entlang der zugehörigen Zahnreihenbögen 4, 5.

Die beiden Zahnräder 2, 3 sind typischerweise aus Kunststoff hergestellt. Vorteilhaft handelt es sich jeweils um Kunststoffspritzgussteile, sodass die Realisierung der jeweils spiralförmigen Zahnräder 2, 3 herstellungstechnisch kein Problem darstellt. Außerdem verfügen beide Zahnräder 2, 3 über ein geringes Gewicht.

Bezugszeichenliste

1 , 2, 3 elektromotorischen Antrieb

1 , 2, 3 Öffnungsantrieb 1 Elektromotor

2 eingangsseitiges Zahnrad

3 ausgangsseitiges Zahnrad

4, 5 Zahnreihenbögen

6, 7 Drehachsen 8, 9 Gesperre

8 Sperrklinke, Stellelement

9 Drehfalle

Ri kleinster Radius

R2 größter Radius S Stellweges