Lastdrehmomentsperre sowie Aggregat mit Lastdrehmomentsperre

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Lastdrehmomentsperre, insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie ein Aggregat, insbesondere ein Hilfs- und Komfortaggregat, vorzugsweise für Kraftfahr- zeuganwendungen, mit einer Lastdrehmomentsperre gemäß Anspruch 15.

Aus der DE 197 53 106 C2 ist eine Lastdrehmomentsperre bekannt, die in einem Antriebsstrang eingebaut ist und beim Stillstand des Antriebs selbstständig die vom Abtrieb eingeleiteten Drehmomente sperrt. Die von der Antriebsseite einge- leiteten Drehmomente werden in beide Richtungen übertragen. Zum Blockieren des abtriebsseitigen Drehmomentes wirkt eine Schlingfeder reibschlüssig mit einem Bremskörper zusammen. Die bekannte Lastdrehmomentsperre hat sich bewährt. Es bestehen jedoch Bestrebungen, die Lastdrehmomentsperre robuster zu gestalten, da es insbesondere im Kontaktbereich der Schlingfeder zu dem Kunststoffmitnehmer zu Deformationen des Kunststoffs kommen kann, die auf unzulässige, im Betrieb auftretende Flächenpressungen sowie relativ hohe Biegespannungen zurückzuführen sind.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine robuste Lastdrehmomentsperre anzugeben, die eine erhöhte Lebensdauer aufweist. Bevorzugt soll die Lastdrehmomentsperre kostengünstig herstellbar sein und weiter bevorzugt in Leichtbauweise realisiert werden können. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein

Aggregat mit einer entsprechend optimierten Lastdrehmomentsperre anzugeben. Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Lastdrehmomentsperre mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie hinsichtlich des Aggregates mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den mindestens einen Kontaktbe- reich des Mitnehmers, an dem das Schlingelement im Blockierfall anliegt bzw. sich abstützt, mit Mitteln auszustatten, die eine Reduzierung der Biegespannung in dem wenigstens einen Kontaktbereich bewirken.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der zwei Kontaktbereiche des Mitnehmers, die jeweils mit einem freien Ende des Schlingelementes zusammenwirken, zumindest zum Teil aus Metall ausgebildet sind. Durch eine zumindest teilweise Ausbildung des mindestens einen Kontaktbereichs des Mitnehmers aus Metall können unzulässige Flächenpressungen sowie eine hohe Biegebeanspruchung vermieden werden, wodurch eine Beschädigung des Mit- nehmers bei der Einleitung eines zu blockierenden Drehmomentes sicher verhindert werden kann.

Eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Lastdrehmomentsperre eignet sich insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, wie Schiebedachantriebe, Sitzversteller, Fensterheber, Scheibenwischerantriebe, Getriebe- und Kupp- lungssteller sowie für elektrische Lenkungen und für den Einsatz in Stellantrieben im Allgemeinen. Die Anwendung einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Lastdrehmomentsperre ist hierauf jedoch nicht beschränkt und kann grundsätzlich bei sämtlichen Motoren bzw. Antrieben und Maschinen eingesetzt werden.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Lastdrehmomentsperre, bei der der mit dem Antriebsrad, vorzugsweise durch axiales Eingreifen, gekoppelte Mitnehmer mehrteilig ausgeführt ist, vorzugsweise derart, dass er einen Kunststoff-Grundkörper umfasst, an dem mindestens ein Metallelement zur Bildung mindestens eines Kontaktbereichs festgelegt ist. Ganz besonders bevor- zugt handelt es sich bei dem Mitnehmer bzw. bei dem Grundkörper um ein Kunststoff-Spritzgussteil. Durch die Mehrteiligkeit des Mitnehmers (Kunststoff- und Metallschutz) wird es möglich, den Kontaktdruck zum Schlingelement so zu verteilen, dass der Grundkörper aus Kunststoff den Belastungen standhält und insgesamt ein kostengünstig herstellbares System erhalten wird.

Im Hinblick auf die Art und Weise der Festlegung des mindestens einen Metallelementes am Kunststoffabschnitt des Mitnehmers, vorzugsweise an einem Grundkörper des Mitnehmers, gibt es die unterschiedlichsten Möglichkeiten. So ist es beispielsweise möglich, das Metallelement im Spritzgussverfahren teilweise zu umspritzen und auf diese Weise festzulegen. Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Metallelement mit dem Kunststoffabschnitt verrastbar bzw. auf diesen aufklipsbar und kann im Nachhinein an diesem auf einfache Weise befestigt werden.

Auch im Hinblick auf die Ausbildung des Metallelementes gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. So ist es beispielsweise möglich, das Metallelement als Hülse oder als einseitig, insbesondere bodenseitig, geschlossenen Topf auszubilden und derart anzuordnen, dass das Metallelement den Kunststoffabschnitt zumin- dest teilweise abdeckt bzw. umschließt. Auch ist es möglich das Metallelement derart auszubilden, das es von dem Kunststoff des Mitnehmers zumindest teilweise umspritzt ist.

Darüber hinaus gibt es auch im Hinblick auf die konkrete Ausbildung des Schlingelementes unterschiedliche Möglichkeiten. Besonders bevorzugt ist eine

Ausführungsform, bei der das Schlingelement als, insbesondere metallische, Schlingfeder ausgebildet ist, wobei die Schlingfeder bevorzugt mit zwei in axialer Richtung voneinander beabstandeten, vorzugsweise nach radial innen gebogenen, freien Enden mit jeweils einem metallischen Kontaktbereich des Mitnehmers zusammenwirkt. Es sind auch alternative Ausführungsformen des Schlingelementes, beispielsweise als Schlinggliederkette, Schlingband, Schlingseil, od.dgl. möglich. Bevorzugt ist das Schlingelement derart angeordnet, dass dessen freie Enden in Umfangsrichtung gegeneinander sowie voneinander weg bewegbar sind, um das Schlingelement für den Sperrfall reibschlüssig radial innen oder ra- dial außen in Reibschluss mit dem Bremskörper zu bringen. Auch im Hinblick auf die Ausbildung des Bremskörpers gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Bremskörper eine zylindrische Reibfläche (Innen- oder Außenmantelfläche) aufweist, wobei sowohl eine Ausführungsform realisierbar ist, bei der das Schlingelement mit dem Innenum- fang des Bremskörpers, also mit einer am Innenumfang ausgebildeten Reibfläche, zusammenwirkt oder den Bremskörper umgibt und in diesem Fall reibschlüssig mit einem Außenumfang des Bremskörpers im Blockierfall reibschlüssig zusammenwirkt.

Die Erfindung führt auch auf ein Aggregat, vorzugsweise ein Hilfs- oder Komfortaggregat, insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen. Bei dem Aggregat kann es sich beispielsweise um einen Motor und/oder eine Maschine handeln. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich um einen Verstellantrieb, wie einen Schiebedachantrieb, einen Fensterheberantrieb, einen Sitzverstellantrieb, einen Scheibenwischerantrieb oder einen Getriebe- und/oder Kupplungssteller. Es kann sich auch um eine elektrische Fahrzeuglenkung, etc. handeln. Das Aggregat zeichnet sich dadurch aus, dass dieses mit mindestens einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Lastdrehmomentsperre versehen ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.

Diese zeigen in:

Fig. 1 in einer perspektivischen, teilgeschnittenen Darstellung eine mögliche Ausführungsform einer Lastdrehmomentsperre (Sperrkupplung),

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung eines Mitnehmers, bestehend aus einem Kunststoff-Grundkörper und zwei aufklipsbaren Metallelementen,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines fertig montierten Mitnehmers,

Fig. 4 eine in Bezug auf Fig. 3 um 180° gedrehte Seitenansicht des montier- ten Mitnehmers, Fig. 5 einen Teil der Lastdrehmomentsperre in einer teilweisen geschnittenen perspektivischen Ansicht mit einem modifizierten Metallelement,

Fig. 6 das Metallelement gemäß der Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 7 einen modifizierten Mitnehmer in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 8 den Mitnehmer gemäß der Fig. 7 mit einem zusätzlichen Metallelement, ebenfalls in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 9 ein weiteres modifiziertes Metallelement mit einem Stützabschnitt in perspektivischer Darstellung,

Fig. 10 das Metallelement gemäß der Fig. 10 bei auf dem Mitnehmer montier- tem Zustand in perspektivischer Ansicht,

Fig. 1 1 ein weiteres modifiziertes Metallelement mit einem Stützabschnitt in perspektivischer Darstellung,

Fig. 12 das Metallelement gemäß der Fig. 1 1 bei auf dem Mitnehmer montiertem Zustand in perspektivischer Ansicht,

Fig. 13 ein weiteres modifiziertes Metallelement mit einem Stützabschnitt in perspektivischer Darstellung und

Fig. 14 das Metallelement gemäß der Fig. 13 bei auf dem Mitnehmer montiertem Zustand in perspektivischer Ansicht.

In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In Fig. 1 ist eine mögliche Ausführungsform einer dauergekuppelten, d.h. nicht entkuppelbaren, Lastdrehmomentsperre 1 gezeigt. Diese umfasst ein als metallische Schlingfeder ausgebildetes Schlingelement 12. Das Schlingelement 12 ist in einem hohlzylindrischen Bremskörper 13 aufgenommen und wirkt im Blockierfall mit seinem Außenumfang mit der inneren Umfangsfläche des Bremskörpers 13 zusammen. Bei einer alternativen, an sich bekannten, nicht dargestellten Ausführungsvariante wirkt das Schlingelement 12 mit seinem Innenumfang mit dem, vorzugsweise zylindrischen, Außenumfang eines Bremskörpers zusammen.

Die Lastdrehmomentsperre 1 umfasst ein als Schneckenrad ausgebildetes Antriebsrad 14, das von einer nicht dargestellten, elektromotorisch angetriebenen Getriebeschnecke in beide Umfangsrichtungen antreibbar ist. Das Antriebsrad 14 ist gekoppelt mit einem Mitnehmer 15, der in axialer Richtung in Aufnahmetaschen 16 des Antriebsrades 14 eingreift. Der Mitnehmer 15 dient wiederum zur Übertragung des antriebsseitig eingeleiteten Drehmoments an einen Verstellmechanismus, beispielsweise einen Seilzugmechanismus eines Fensterheberantriebs.

Das Schlingelement 12 weist zwei in axialer Richtung voneinander beabstandete freie Enden auf, von denen in Fig. 1 nur ein oberes, nach radial innen gebogenes freies Ende 17 gezeigt ist. Das Antriebsrad 14 wirkt derart mit dem Mitnehmer 15 zusammen, dass, wenn antriebsseitig, d.h. von dem Antriebsrad 14, ein Drehmoment eingeleitet wird, dieses auf den Mitnehmer 15 übertragen wird. Das Schlingelement 12 treibt dann durch, d.h. es wird zusammen mit dem Antriebs- rad 14 und dem Mitnehmer 15 relativ zu dem feststehenden Bremskörper 13 verstellt. Für den Fall der abtriebsseitigen Drehmomenteinleitung, also der Drehmomenteinleitung über den Mitnehmer 15, werden die freien Enden 17 des Schlingelementes 12 auseinander bewegt, derart, dass sich der Außenumfang des Schlingelementes 12 vergrößert, wodurch das Schlingelement 12 reib- schlüssig mit seinem Außenumfang mit dem Innenumfang des Bremskörpers 13 zusammenwirkt und somit das abtriebsseitige Drehmoment sperrt, also nicht weiter auf das Antriebsrad 14 und damit in Richtung Antriebsmotor, insbesondere einen Elektromotor (nicht dargestellt), übertragen wird.

Bei einer nicht dargestellten Ausführungsvariante einer Lastdrehmomentsperre 1 , bei der das Schlingelement 12 mit dem Außenumfang eines Bremskörpers 13 zusammenwirkt, müssen die freien Enden 17, wie zuvor beschrieben, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen zueinander verstellt werden, um den Bremseffekt zu bewirken. Um die Robustheit der Lastdrehmomentsperre 1 zu erhöhen, ist an jedem axialen Fortsatz 18 (nur einer dargestellt), mittels denen der Mitnehmer 15 axial in die Aufnahmetaschen 16 eingreift, ein Metallelement 20 vorgesehen, an dem sich jeweils ein freies Ende 17 des Schlingelementes 12 zum Blockieren des ab- triebsseitigen Drehmomentes abstützt.

Im Folgenden wird eine erste bevorzugte Ausführungsform des mehrteilig ausgebildeten Mitnehmers 15 anhand der perspektivischen Darstellungen gemäß den Fig. 2 bis Fig. 4 im Detail erläutert.

Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den mehrteilig aufgebauten Mitnehmer 15. Dieser umfasst einen als Spritzgussteil hergestellten Grundkörper 22 aus Kunststoff. In einem oberen Abschnitt ist der Grundkörper 22 mit einer Außenverzahnung 23 versehen, um das auf den Mitnehmer 15 von dem An- triebsrad 14 (vgl. Fig. 1 ) übertragene Drehmoment weiter, beispielsweise an einen Seilzugmechanismus, übertragen zu können.

Der Mitnehmer 15, genauer der Grundkörper 22, weist zwei in Umfangsrichtung um 180° voneinander beabstandete axiale, zapfenartige Fortsätze 18 auf, die zur Drehmomentübertragung dienen, einerseits zum Einleiten eines abtriebsseitigen

Drehmomentes in das Schlingelement 12 gemäß Fig. 1 und andererseits zur Aufnahme eines antriebsseitig über das Antriebsrad 14 (vgl. Fig. 1 ) eingeleiteten Drehmomentes.

Ferner umfasst der Mitnehmer 15 zwei aufklipsbare Metallelemente 20 zum Festlegen an den Fortsätzen 18, mit dem Ziel, die Robustheit des mehrteiligen Mitnehmers 15 zu erhöhen. Im Gegensatz zum Stand der Technik stützen sich die freien Enden 17 des Schlingelementes 12 nicht unmittelbar an den Fortsätzen 18, sondern nur mittelbar an diesen über die Metallelemente 9 ab, die unmittel- bar, d.h. direkt, mit den freien Enden 17 des Schlingelementes 12 zusammenwirken.

In den Fig. 3 und Fig. 4 ist jeweils der Mitnehmer 15 im fertig montierten Zustand dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Metallelemente 20 in axialer Richtung ver- setzt angeordnet sind. Dies ist darauf zurückzuführen, dass auch die freien En- den 17 des als Schlingfeder ausgebildeten Schlingelementes 12 in axialer Richtung voneinander beabstandet sind.

Die Metallelemente 20 umschließen jeweils einen von jeweils einem Fortsatzab- schnitt gebildeten Kunststoffabschnitt 13 des Grundkörpers 22.

Wie sich aus Fig. 4 ergibt, bilden die Metallelemente 20 auf einer gemeinsamen Seite jeweils einen Kontaktbereich 25 zur unmittelbaren Anlage jeweils eines freien Endes 17 des Schlingelementes 12. Auf diese Weise können unzulässige Flächenpressungen, wie sie im Blockierfall bei reinen Kunststoff-Fortsätzen 18 auftreten könnten, sicher vermieden werden. Weiterhin werden durch die Metallelemente 20 die Biegespannungen in den Fortsätzen 18 reduziert, das die von den freien Enden 17 herrührenden Kräfte über einen größeren Bereich in die Fortsätze 18 eingeleitet werden.

In den Figuren 5 und 6 ist ein modifiziertes Metallelement 20a dargestellt. Das Metallelement 20a weist einen plattenartigen Mittelbereich 27 mit einer Durchgangsöffnung 28 auf. Mittels der Durchgangsöffnung 28 ist das Metallelement 20a in einem Antriebszapfen 30 des Mitnehmers 15 gelagert. Der Mittelbereich 27 ist in einer Ebene unterhalb des Mitnehmers 15 bzw. dessen Fortsätzen 18 angeordnet. Vom Mittelbereich 27 ragen in seinem äußeren Bereich zwei, um 180 ^° zueinander versetzt angeordnete Kontaktabschnitte 31 in Richtung der Fortsätze 18 ab, wobei die beiden Kontaktabschnitte 31 entsprechend der unterschiedlichen axialen Anordnung der beiden freien Enden 17 des Schlingelements 12 unterschiedlich lang ausgebildet sind. Die Kontaktabschnitte 31 sind hierbei zwischen den freien Enden 17 und den Fortsätzen 18 in den Aufnahmetaschen 16 des Mitnehmers angeordnet.

In der Figur 7 ist ein modifizierter Mitnehmer 15a dargestellt. Der Mitnehmer 15a weist Mittel zur Reduktion der Biegespannungen aufgrund der Krafteinleitung der freien Enden 17 des Schlingelements 12 in den Mitnehmer 15a auf. Diese Mittel bestehen in einer besonderen geometrischen Ausbildung des Mitnehmers 15a.

Hierzu weist der Mitnehmer 15a einen modifizierten Fortsatz 18a auf, der in einer Ebene quer zur Längsrichtung des Mitnehmers 15a betrachtet, einen Winkelbereich von wenigstens etwa 10 ^° , insbesondere zwischen 30 ^° und 120 ^° , bis hin zu den dargestellten etwa 180 ^° einnimmt. Dabei ergibt sich der angesprochene Winkelbereich je nach Beanspruchung bzw. zu übertragenden Kräften sowie in u.a. in Abhängigkeit von dem verwendeten Material. Wesentlich bei dem Mitnehmer 15a ist, dass die beiden den Fortsatz 18a begrenzenden Stirnflächen 33, 34 als Gegen- bzw. Anlagefläche für die beiden freien Enden 17 des Schlingelements 12 dienen. Durch die gegenüber den Fortsätzen 18 üblicherweise breitete Ausbildung des Fortsatzes 18a wird insbesondere die Biegebeanspruchung des Fortsatzes 18a am Grund 35 des Mitnehmers 15a reduziert. Weiterhin kann hierzu bevorzugt vorgesehen sein, dass zumindest im Übergangsbereich des Grun- des 35 zu den Stirnflächen 33, 34 jeweils ein Radius 36 ausgebildet ist, der die

Biegebeanspruchung bzw. die Kerbwirkung weiter reduziert.

In der Fig. 8 ist der Mitnehmer 15a dargestellt, wie er zusätzlich mit einem Metallelement 20b zusammenwirkt, das im Wesentlichen dem in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Metallelement 20 entspricht.

In den Fig. 9 und 10 ist ein modifiziertes Metallelement 20c zur Verwendung an dem Mitnehmer 15a (alternativ hierzu ist auch ein Einsatz an dem Mitnehmer 15 möglich) dargestellt. Hierbei weist das Metallelement 20c einen zusätzlichen Stützabschnitt 38 auf, der einen in dem Mitnehmer 15a ausgebildeten Durchbruch 39 durchgreift und sich an der Unterseite 40 des Mitnehmers 15a anliegt. Hierdurch wird ein von dem freien Ende 17 des Schlingelements 12 übertragenes Biegemoment über den Stützabschnitt 38 auf den Mitnehmer 15a übertragen, wodurch eine zumindest teilweise Entlastung des Fortsatzes 18a bewirkt wird.

In den Fig. 1 1 und 12 ist ein modifiziertes Metallelement 2Od zur Verwendung am Mitnehmer 15 dargestellt. Hierbei ist das Metallelement 2Od bügelartig ausgebildet und umfasst den Fortsatz 18 des Mitnehmers 15. Weiterhin weist das Metallelement 2Od auf der dem Kontaktbereich 25 gegenüberliegenden Seite einen Stützabschnitt 38d auf, der an der Oberseite 41 des Mitnehmers 15 aufliegt.

Das in den Fig. 13 und 14 dargestellte modifizierte Metallelement 2Oe für den Mitnehmer 15 stellt eine Kombination der Metallelemente 20c und 2Od dar. Hierzu weist das Metallelement 2Oe zwei, auf gegenüberliegenden Seiten angeord- nete Stützbereiche 43, 44 auf, die mit der Ober- bzw. Unterseite des Mitnehmers

15 zusammenwirken. Ergänzend wird erwähnt, dass die Metallelemente 20, 20a bis 2Oe insbesondere als Stanzbiegeteil aus Blech hergestellt sind. Weiterhin kann es bei den Metallelementen 20c, 2Od, 2Oe vorgesehen sein, dass die Stützabschnitte 38, 38d, 43, 44 auch vom Kunststoff des Mitnehmers 15, 15a umschlossen sind. Dadurch werden die Metallelemente 20c, 2Od, 2Oe zusätzlich in dem Mitnehmer 15, 15a verankert, so dass auf zusätzliche Haltemaßnahmen am Mitnehmer 15, 15a ggf. verzichtet werden kann.