Beschreibung

Titel

Lastdrehmomentsperre, Elektromotor sowie Getriebe

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Lastdrehmomentsperre zum Sperren eines von einem Abtriebselement eingeleiteten Drehmo- ments gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Elektromotor gemäß Anspruch 11 sowie ein Getriebe gemäß Anspruch 12.

Aus der DE 10 2005 012 938 Al ist eine Lastdrehmomentsperre bekannt, bei der ein abtriebsseitig in die Lastdrehmomentsperre eingeleitetes Drehmoment mit Hilfe einer Schlingfeder sperrbar ist. Dabei ist die Schlingfeder auf oder in einer drehfesten Welle angeordnet und wirkt mit einem Abtriebselement derart zusammen, dass die Schlingfeder von dem Abtriebsmoment, wenn von dem Abtriebsmoment ein Drehmoment in die Schlingfeder eingeleitet wird, gegen den Außenbzw. Innenumfang der Welle verspannt wird. Die bekannte Lastdrehmomentsperre hat sich insbesondere in Handstellsystemen und in Stellantrieben im Kraftfahrzeugbereich be- währt. Es bestehen jedoch Bestrebungen, eine einfacher aufgebaute und verschleißärmere Lastdrehmomentsperre vorzuschlagen .

Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative, einfach aufgebaute, Lastdrehmomentsperre vorzuschlagen.

Ferner besteht die Aufgabe darin einen Elektromotor, sowie ein Getriebe mit einer entsprechend optimierten Lastdrehmomentsperre vorzuschlagen. Bevorzugt handelt es sich bei dem Elektromotor um einen Antriebsmotor eines Verstellantriebs in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise eines Fensterverstellantriebs. Analog handelt es sich bei dem Getriebe bevorzugt um ein Getriebe eines elektromotorisch oder per Hand zu betreibenden Verstellantriebs in einem Kraftfahrzeug.

Technische Lösung

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Lastdrehmomentsperre mit den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des Elekt- romotors mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und hinsichtlich des Getriebes mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 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, die Lastdrehmomentsperre mit einem axial relativ zu dem Abtriebselement und dem Antriebselement verstellbaren Kupplungselement zu realisieren, das in einer übertragungsposition das Antriebselement drehmomentübertragend mit dem Abtriebselement koppelt und in einer axial zur übertragungsposition versetzten Sperrposition, das von dem Abtriebselement einge- leitete Drehmoment an einem feststehenden Bauteil, insbesondere einem Gehäuseteil, abstützt. Eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Lastdrehmomentsperre kommt ohne eine verschleißanfällige Schlingfeder aus. Insgesamt wird

durch das Vorsehen eines axial verstellbaren Kupplungselementes ein sehr einfacher Aufbau der Lastdrehmomentsperre erreicht, wodurch zum einen ein besonders robustes System und zum anderen eine erleichterte Montage und niedrige Her- Stellungskosten gewährleistet werden. Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verstellantrieben in Kraftfahrzeugen ohne Lastdrehmomentsperre, bei denen das Getriebe selbsthemmend ausgebildet sein muss, ermöglicht der Einsatz einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Lastdrehmomentsperre eine wirkungsgradorientierte Optimierung des entsprechenden, insbesondere als Schneckengetriebe ausgebildeten, Getriebes anstelle einer bisher notwendigen selbsthemmungsorientierten Optimierung. Darüber hinaus wird eine Wirkungsgrad optimierte Lagerung sowohl des Ankers ei- nes Elektromotors eines Verstellantriebes als auch der Abtriebseinheit ermöglicht. Insbesondere dann, wenn das Kupplungselement das abtriebsseitig eingeleitete Drehmoment an dem feststehenden Bauteil formschlüssig abstützt, wird eine Kriechbelastung im Stillstand sowie im Blockierfall vermie- den, wodurch wiederum GleichlaufSchwankungen minimiert werden. Ein besserer Wirkungsgrad eines mit einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Lastdrehmomentsperre ausgestatteten Elektromotors oder eines mit einer derartigen Lastdrehmomentsperre ausgebildeten Getriebes ermöglicht den Einsatz leistungsärmerer Motoren und führt damit zu einer niedrigen, notwendigen Motormasse, was wiederum zu einem Kosteneinsparungspotenzial, einer starken Gewichtsreduktion sowie zu einer Bauraumminimierung und zu einem minimalen Energieverbrauch führt.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Kupplungselement platzsparend axial zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement angeordnet ist und in

diesem Axialbereich zwischen der übertragungsposition und der Sperrposition verstellbar ist.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Kupplungselement derart mit dem Antriebselement gekoppelt ist, dass aus einer (gewollten) Drehbewegung des Antriebselementes aus dem Stillstand eine axiale Verstellbewegung des Kupplungselementes in seine übertragungsposition resultiert. Anders ausgedrückt wird das Kupplungselement bevor- zugt vollautomatisch bei angetriebenem Antriebsmoment aus der Sperrposition in die übertragungsposition überführt, so dass eine Drehmomentübertragung von dem Antriebselement auf das Kupplungselement und von diesem auf das Abtriebselement sichergestellt ist. Wird dagegen das Abtriebsmoment bei- spielsweise aufgrund abtriebsseitiger Lastbeaufschlagung, angetrieben, resultiert mit Vorteil keine Verstellbewegung des Kupplungselementes - dieses verbleibt vielmehr in der Sperrposition und stützt das eingeleitete Drehmoment am feststehenden Bauteil ab.

Bevorzugt wird die axiale Verstellbewegung des Kupplungselementes über mindestens eine Steuerrampe realisiert, über die das Kupplungselement mit dem Antriebselement gekoppelt ist. Durch die von der Steuerrampe bereitgestellte, in axi- aler Richtung wirksame bzw. ansteigende Schräge verursacht die Drehbewegung des Antriebselementes eine auf das Kupplungselement wirkende Axialkraft, die dieses in die übertragungsposition verstellt. Dabei ist es möglich, mindestens eine derartige Steuerrampe, insbesondere stirnseitig, unmittelbar im Antriebselement und/oder, insbesondere stirnseitig, unmittelbar im Abtriebselement und/oder in einem drehfest mit dem Antriebs- oder dem Abtriebselement verbundenen Steuerrampenbauteil zu realisieren. Wesentlich

ist lediglich, dass sich das Kupplungselement und das Antriebselement, direkt oder indirekt an der Steuerrampe in axialer Richtung abstützen, so dass aus der Drehbewegung des Antriebselementes automatisch eine Verstellbewegung des Kupplungselementes in die übertragungsposition folgt. Bei einer Ansteuerung des Antriebselementes erfolgt zunächst bevorzugt ausschließlich eine das Kupplungselement axial verstellende Drehbewegung des Antriebselementes, bis zu einem Zeitpunkt bzw. bis zu einer Relativdrehposition an dem bzw. in der das Kupplungselement die übertragungsposition erreicht, in der es drehend von dem Antriebselement in Um- fangsrichtung mitgenommen wird. Hierzu kann beispielsweise im Bereich mindestens eines in Umfangsrichtung gelegenen Endes der Steuerrampe eine Mitnahmefläche vorgesehen wer- den, an der das jeweils andere Bauteil drehmomentübertragend angreift. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der, für den Fall dass die Steuerrampe am Antriebselement angeordnet ist, die Steuerrampe entlang eines Gleitabschnittes des vorzugsweise noch still stehenden Kupplungselementes entlanggleitet, bis eine Mitnahmefläche des Antriebselementes auf eine, beispielsweise von dem Gleitabschnitt gebildete Anschlagfläche (Gegenfläche) des Kupplungselementes trifft und dieses mitnimmt. Analog gleitet, für den Fall dass die Steuerrampe am Kupplungselement vorgesehen wird, ein am Antriebselement vorgesehener Gleitabschnitt solange entlang der am Kupplungselement realisierten Steuerrampe, bis eine Mitnahmefläche des Kupplungselementes auf eine entsprechende Anlagefläche (Gegenfläche) am Kupplungselement, insbesondere am in Umfangsrichtung ge- legenen Ende der Steuerrampe, anschlägt und dadurch das Kupplungselement und in der Folge das Abtriebselement in Umfangsrichtung mitnimmt.

Im Hinblick auf die Ausbildung der Steuerrampe gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. So kann die Steuerrampe beispielsweise derart realisiert werden, dass nur wenn das Antriebselement in eine bestimmte Drehrichtung angetrieben wird eine axiale Verstellbewegung des Kupplungselementes resultiert. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die, insbesondere zwei symmetrische Schrägen aufweisende, Steuerrampe derart ausgebildet ist, dass eine axiale Verstellbewegung des Kupplungselementes unabhängig von der Drehrichtung des Antriebselementes resultiert .

Im Hinblick auf eine gleichmäßige Lastverteilung ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der mehrere, insbesondere stirnseitig am Antriebselement und/oder am Kupplungselement angeordnete, gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Steuerrampen vorgesehen sind.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Kupplungselement dauerhaft, d.h. sowohl in der Sperrposition, als auch in der übertragungsposition sowie während der Verstellbewegung drehmomentübertragend mit dem Abtriebselement gekoppelt ist, wobei die Kopplung derart ausgeführt ist, dass das Kupplungselement axial relativ zum Abtriebselement verstellbar ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Kupplungselement mit einer Außenverzahnung in eine langgestreckte Innenverzahnung des Abtriebselementes eingreift, oder umgekehrt.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Kupplungselement dauerhaft in Richtung seiner Sperrposition federkraftbeaufschlagt ist. Hierzu ist mit Vorteil mindestens ein, insbesondere als Tellerfederelement ausge-

bildetes, Federelement vorgesehen, das auch als Federabschnitt einteilig mit dem Kupplungselement oder dem Abtriebselement ausgebildet sein kann.

Im Hinblick auf die Realisierung der Krafteinleitung von dem Kupplungselement in das feststehende Bauteil gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform im Hinblick auf einer Vermeidung einer Kriechbelastung, bei der die Drehmomentübertragung formschlüssig, insbesondere über eine umfangsseitig und/oder randseitig am Kupplungselement angeordnete Verzahnung realisiert ist, die in eine entsprechende Gegenverzahnung des feststehenden Bauteils eingreift. Zusätzlich oder alternativ kann die Drehmomentübertragung auch reibschlüs- sig erfolgen.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Lastdrehmomentsperre, bei der das feststehende Bauteil ein die Lastdrehmomentsperre aufnehmendes Gehäuseteil, insbesondere ein Elektromotorgehäuseteil und/oder ein Getriebegehäuseteil ist.

Die Erfindung führt auch auf einen Elektromotor mit einer vorgenannten Lastdrehmomentsperre. Bevorzugt ist die Last- drehmomentsperre dabei derart angeordnet, dass sie eine Drehmomentübertragung von der Ankerwelle auf ein Abtriebselement, insbesondere eine weitere Welle ermöglicht und umgekehrt die Drehmomenteinleitung von der Abtriebsseite her sperrt. Anders ausgedrückt, handelt es sich bei dem An- triebsdrehmoment im vorgenannten Fall bevorzugt unmittelbar um die Ankerwelle oder eine drehfest mit der Ankerwelle verbundene Antriebswelle.

Ferner betrifft die Erfindung ein Getriebe, vorzugsweise für einen Verstellantrieb in einem Kraftfahrzeug, ganz besonders bevorzugt für einen Fensterheberverstellantrieb . Dabei ist eine Ausführungsform besonders bevorzugt, bei der das Antriebselement der Lastdrehmomentsperre ein, insbesondere als Schneckenrad ausgebildetes, Antriebszahnrad ist, welches vorzugsweise drehmomentübertragend mit einer Getriebeschnecke zusammenwirkt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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

Fig. 1: eine Explosionsdarstellung einer Lastdrehmomentsperre,

Fig. 2: ein Antriebselement mit Steuerrampen der Lastdrehmomentsperre gemäß Fig. 1,

Fig. 3: ein Kupplungselement der Lastdrehmomentsperre ge- maß Fig. 1, und

Fig. 4: ein Abtriebselement der Lastdrehmomentsperre gemäß Fig. 1.

Ausführungsformen der Erfindung

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

In Fig. 1 ist eine Lastdrehmomentsperre 1 gezeigt. Diese ist Teil eines Verstellgetriebes in Kraftfahrzeugen. Die Lastdrehmomentsperre 1 umfasst ein Gehäuse 2 aus Kunststoff mit einer Befestigungsaufnahme 3 zum Festlegen eines Polge- häuses eines nicht dargestellten Elektromotors. Mittels des Elektromotors ist eine in einen Aufnahmekanal 4 des Gehäuses 2 hineinragende, nicht gezeigte, Getriebeschnecke antreibbar, mit der wiederum ein Antriebselement 5 der

Lastdrehmomentsperre 1 in Rotation versetzbar ist. Hierzu greift die nicht gezeigte Getriebeschnecke in eine Außenverzahnung 6 des Antriebselementes 5 ein.

In dem Gehäuse 2 ist eine Aufnahme 7 für das Antriebselement 5 vorgesehen, wobei in einer zentrischen öffnung 8 der Aufnahme 7 eine nicht gezeigte, feststehende Achse aufnehmbar ist, auf der das Antriebselement 5 verdrehbar ist. Im montierten Zustand durchsetzt die nicht gezeigte, in der öffnung 8 festgelegte Achse (Kunststoffdorn) Durchgangsöffnungen 9, 10, 11 im Antriebselement 5, in einem axial benachbart zum Antriebselement 5 angeordneten Kupplungselement 12 und einem Abtriebselement 13, welches mit einer Verzahnung 14 zum Antreiben eines nicht weiter dargestell- ten Verstellmechanismus, insbesondere Seilzugmechanismus, ausgebildet ist. Die Achse hat dabei neben einer Positionierungsaufgabe für das Antriebselement 5 und das Kupplungselement 12 die Aufgabe der Führung des Kupplungselementes 12 bei einer später noch zu erläuternden axialen Verstellbewegung zwischen einer übertragungsposition, in der das Kupplungselement 12 das Antriebselement 5 drehmomentübertragend mit dem Abtriebselement 13 koppelt und einer Sperrposition, in der das Kupplungselement 12 ein von dem Abtriebselement 13 in die Lastdrehmomentsperre 1 einge- leitetes Drehmoment an einem von dem Gehäuse 2 gebildeten feststehenden Element abstützt. Hierzu ist das Kupplungselement 12 mit einer stirnseitigen, umlaufenden Verzahnung 15 versehen, die in der Sperrposition in eine korrespondierende, am Gehäuse 2 (feststehendes Bauteil) angeordnete Ge- genverzahnung 16 formschlüssig eingreift.

Wie sich weiter aus Fig. 1 ergibt, ist axial zwischen dem Kupplungselement 12 und dem Abtriebselement 13 eine als

Tellerfeder ausgebildete Feder 17 angeordnet, die das Kupplungselement 12 axial in Richtung des Antriebselementes 5 und damit dauerhaft in Richtung der Sperrposition feder- kraftbeaufschlagt . Dabei stützt sich die Feder 17 einenends axial an einer dem Abtriebselement 13 zugewandten Stirnseite des scheibenförmigen Kupplungselementes 12 und andere- nends an einer entsprechenden Anlagefläche des Abtriebselementes 13 ab.

Wird das Antriebselement 5 von dem nicht gezeigten Elektromotor über die ebenfalls nicht gezeigte Getriebeschnecke in eine Rotation versetzt, so wird diese Drehbewegung mit Hilfe über drei gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilten, an der dem Kupplungselement 12 zugewandten Stirnseite des An- triebselementes 5 angeordneten, Steuerrampen 18 in eine axiale Verstellbewegung des Kupplungselementes 12 auf der nicht gezeigten Achse relativ zu dem Antriebselement 5 und dem Abtriebselement 13 umgewandelt, wobei sich während dieser axialen Verstellbewegung des Kupplungselementes 12 das Antriebselement 5 weiterdreht. Die axiale Verstellbewegung des Kupplungselementes 12 wird dadurch automatisch verursacht, dass sich das Kupplungselement 12 mit später noch zu erläuternden, aus Fig. 3 gezeigten, teilkugelförmigen, gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilten Gleitabschnitten 19 an den Steuerrampen 18 abstützt. Da sich die Schrägen der Steuerrampen 18 sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung hin zum Kupplungselement 12 erstrecken, wird das Kupplungselement 12 dadurch in axialer Richtung weg von dem Antriebselement 5 verstellt. Hierdurch wird die Verzahnung 15 in axialer Richtung aus der Gegenverzahnung 16 des Gehäuses 2 (feststehendes Element) herausgerückt. Sobald die Gleitabschnitte 19 in einem in Umfangsrichtung gelegenen Endbereich einer zugehörigen Steuerrampe 18 durch

Verdrehen des Antriebselementes 5 angelangt sind, stoßen Mitnahmeflächen 22 am Antriebselement 5 an entsprechende Anlageflächen 20 des Kupplungselementes 12 wodurch das Antriebselement 5 bei einer weiteren Drehbewegung in Umfangs- richtung das Kupplungselement 12 mitnimmt, welches sich nun zusammen mit dem Antriebselement 5 in Umfangsrichtung verdrehen kann, da die formschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse 2 (feststehendes Element) und dem Kupplungselement 12 aufgrund der axialen Verstellbewegung aufgehoben ist. Anders ausgedrückt, wird das Kupplungselement 12 aufgrund der Steuerrampen 18 aus einer Sperrposition, in der die Verzahnung 15 in die Gegenverzahnung 16 eingreift in axialer Richtung hin zum Abtriebselement 13 verstellt, solange bis Mitnahmeflächen 22 des Antriebselementes 5 an korres- pondierende, in Umfangsrichtung wirksame Anlageflächen 20 des Kupplungselementes 12 anschlagen und dieses mitnehmen. Das vom Antriebselement 5 auf das Kupplungselement 12 übertragene Drehmoment wird von letzterem über eine an einem zentrischen Nabenabschnitt 23 angeordnete Ringverzahnung 24 an eine korrespondierende, aus Fig. 4 ersichtliche, Mitnahmeverzahnung 25 des Abtriebselementes 13, welches hierdurch ebenfalls in Rotation versetzt wird, übertragen. Die Ringverzahnung 24 und die Mitnahmeverzahnung 25 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass diese in jeder Verstellpo- sition des Kupplungselementes 12 relativ zum Abtriebselement 13 ineinandergreifen, so dass in der Sperrposition ein Drehmoment von dem Abtriebselement 13 in das Kupplungselement 12 und von diesem in das Gehäuse 2 (feststehendes Element) übertragen werden kann. Ebenso kann in der übertra- gungsposition ein Drehmoment von dem Kupplungselement 12, welches dieses von dem Abtriebselement 5 erhält, auf das Abtriebselement 13 übertragen werden.

Im Folgenden werden die in den Fig. 2 bis 4 vergrößert dargestellten Einzelteile der Lastdrehmomentsperre 1 im Detail näher erläutert.

In Fig. 2 ist das als Stirnrad ausgebildete Antriebselement 5 im Detail gezeigt. Zu erkennen ist die Außenverzahnung 6, die drehmomentübertragend mit einer nicht gezeigten Getriebeschnecke zusammenwirkt. Auf einem Grundkörper 26 ist ein Steuerrampenkörper 27 festgelegt, wobei der Steuerrampen- körper 27 bei einer alternativen Ausführungsform auch einteilig mit dem Grundkörper 26 ausgebildet sein kann. Zu erkennen ist ferner aus Fig. 2 die zentrischen Durchgangsöffnung 9 zur Aufnahme einer (Lager-) Achse.

Der Steuerrampenkörper 27 weist drei um 120° zueinander versetzte Steuerrampen 18 auf, wobei jede Steuerrampe 18 zwei symmetrisch ausgebildete und angeordnete Schrägen 28, 29 aufweist, die sich in Umfangsrichtung erstrecken und sich ausgehend von einem Tiefpunkt in axialer Richtung hin zum Kupplungselement 12 erheben. In Umfangsrichtung benachbart zu den Schrägen 28, 29 sind sich in radialer und axialer Richtung erstreckende Mitnahmeflächen 22, 30 vorgesehen, die in der übertragungsposition drehmomentübertragend mit den in Fig. 3 gezeigten, am Kupplungselement 12 ange- ordneten Anlageflächen 20, 21 zusammenwirken.

In Fig. 3 ist das Kupplungselement 12 gezeigt. Dieses wie auch das Antriebselement 5 aus Kunststoff bestehende Bauteil weist drei gleichmäßig in Umfangsrichtung beabstandete Gleitabschnitte 19 auf, wobei jeder Gleitabschnitt 19 jeweils einer Steuerrampe 18 bzw. einem Schrägenpaar, umfassend eine Schräge 28, und eine Schräge 29 zugeordnet ist. Axial sowie radial benachbart zu den halbkugelförmigen axi-

al in Richtung Antriebselement 9 vorstehenden Gleitabschnitten 19 sind an sich in axialer Richtung erstreckenden Fortsätzen 31 in Umfangsrichtung weisende Anlageflächen 20, 21 vorgesehen, die zum Zusammenwirken mit den Mitnahmeflä- chen 22, 30 des Antriebselementes 5 angeordnet und ausgebildet sind.

In Fig. 4 ist der Vollständigkeit halber eine perspektivische Darstellung des Abtriebselementes 13 mit seiner Mit- nahmeverzahnung 25 und seiner zentrischen Durchgangsöffnung 11 gezeigt. Zu erkennen ist auch die am Außenumfang angeordnete Verzahnung 14, über die ein zu sperrendes Drehmoment in das Abtriebselement 13 eingebracht oder ein zu übertragendes Drehmoment weiter an einen Verstellmechanis- mus übertragen werden kann.