DE10207846B4

DE10207846B4 - Verstellvorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Erzeugung einer Drehbewegung

Info

Publication number: DE10207846B4
Application number: DE10207846A
Authority: DE
Inventors: Georg Scheck; Peter Schumann
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2022-02-16
Also published as: DE10207846A1

Abstract

Verstellvorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Erzeugung einer Drehbewegung in beide Drehrichtungen mit einem durch Betätigung eines Antriebselementes (2) winkelverstellbaren Abtriebselement (3) und einer zwischen dem Antriebselement (2) und dem Abtriebselement (3) angeordneten Lastmomentsperre, die ein abtriebsseitig eingeleitetes Drehmoment kraftschlüssig blockiert, ein antriebsseitiges Drehmoment auf das Abtriebselement (3) überträgt und Sperrelemente (4, 5) aufweist, die über innere Spreizflächen (41, 51) und äußere Klemmflächen (45, 46; 55, 56) mit der Innenwand (10) eines zylinderförmigen Verstellgehäuses (1) verspannbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen den Spreizflächen (41, 51) der Sperrelemente (4, 5) angeordnetes Spreizelement (6) mit spielbehaftetem Formschluss mit dem Abtriebselement (3) und das Abtriebselement (3) mit spielbehaftetem Formschluss sowohl mit dem Antriebselement (2) als auch mit den Sperrelementen (4, 5) verbunden ist, wobei a) bei einem abtriebsseitigen Drehmoment, das größer ist als ein antriebsseitiges Drehmoment, das Abtriebselement (3) das Spreizelement (6) um die Achse (7) der Verstellvorrichtung dreht und das...

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Erzeugung einer Drehbewegung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 100 04 855 A1 ist eine Verstellvorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Erzeugung einer Drehbewegung mit einem durch Betätigung eines Antriebselementes winkelverstellbaren Abtriebselement und einer zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement angeordneten Lastmomentsperre bekannt, die ein abtriebsseitig eingeleitetes Drehmoment kraftschlüssig blockiert und ein antriebsseitiges Drehmoment auf das Abtriebselement überträgt. Die Lastmomentsperre enthält Sperrelemente, die an Kontaktflächen des Abtriebselementes anliegende innere Spreizflächen und an der Innenwand eines zylindrischen Verstellgehäuses anliegende äußere Klemmflächen aufweisen.
Tritt ein abtriebsseitiges Drehmoment auf, ohne dass dem ein antriebsseitiges Drehmoment entgegensteht, so spreizt das sich drehende Abtriebselement die Sperrelemente radial auseinander und bringt die äußeren Klemmflächen der Sperrelemente zur Anlage an der Innenwand des zylindrischen Verstellgehäuses so dass diese das abtriebsseitige Drehmoment blockieren. Die inneren Spreizflächen der Sperrelemente sowie die zugeordneten Kontaktflächen des Abtriebselementes oder die äußeren Klemmflächen der Sperrelemente sowie die Innenwand des Verstellgehäuses sind konisch ausgebildet, d. h. sie bilden winkelig zur Drehachse der Verstellvorrichtung verlaufende Schrägflächen aus, die durch eine in Richtung der Drehachse wirkende Kraft in permanente Anlage miteinander gehalten werden. Dadurch wird ein für die Funktion der Verstellvorrichtung notwendiges und optimales Drehwinkelspiel zwischen dem Antriebselement, dem Abtriebselement und der Lastmomentsperre gewährleistet, das sich auch bei einem Verschleiß der Funktionsteile der Verstellvorrichtung nicht verändert und damit auch nach längerem Gebrauch kein Nachstellen der Verstellvorrichtung zum Einstellen eines optimalen Drehwinkelspiels erforderlich macht.
Bei der bekannten Verstellvorrichtung sorgen die konischen Anlageflächen in Verbindung mit deren elastischer Vorspannung für ein elastisches Drehwinkelspiel des Abtriebselementes bei Einleitung eines abtriebsseitigen Drehmoments, was dazu führt, dass bei einem antriebsseitigen Drehmoment, das einem abtriebsseitigen Drehmoment entgegengerichtet ist, die Antriebskraft direkt auf das Abtriebselement wirkt, während bei einem antriebsseitigen Drehmoment, das in Richtung des abtriebsseitigen Drehmoments wirkt, die vom Antriebselement eingeleitete Kraft über die Sperrelemente auf das Abtriebselement übertragen wird.
Wirkt ein antriebsseitiges Drehmoment einem abtriebsseitigen Drehmoment entgegen, so bewirkt das abtriebsseitige Drehmoment ein Verdrehen des Abtriebselementes und damit eine radiale Verspannung der Sperrelemente mit der Innenwand des Verstellgehäuses, die durch ein antriebsseitiges Drehmoment, das größer ist als das abtriebsseitige Drehmoment aufgehoben wird, so dass die Sperrelemente freigeschaltet und durch Klauen des Antriebselementes in der gewünschten Drehrichtung mitgenommen werden und diese Drehbewegung auf das Abtriebselement übertragen.
Damit die bekannte Verstellvorrichtung die vorstehende Funktion einwandfrei erfüllt, muss die Lastmomentsperre eine definierte Elastizität aufweisen und bei Anliegen eines antriebsseitigen Drehmoments müssen ausgehend von einer Nullstellung der Funktionselemente der Lastmomentsperre die ineinandergreifenden Formschlusselemente des Antriebselementes und des Abtriebselementes einerseits sowie des Antriebselementes und der Sperrelemente andererseits gleichzeitig miteinander kontaktieren. Kommen die Formschlusselemente des Antriebselementes, des Abtriebselementes und der Sperrelemente nicht gleichzeitig miteinander in Berührung, so treten zwischen dem Abtriebselement und den Sperrelementen Restkräfte auf, die die Sperrelemente zumindest teilweise radial mit dem Verstellgehäuse verspannen, so dass wegen der Reibungserhöhung zwischen den äußeren Klemmflächen der Sperrelemente und dem Verstellgehäuse ein deutlich größeres antriebsseitiges Drehmoment aufgebracht werden muss, um die antriebsseitige Drehbewegung auf das Abtriebselement zu übertragen.
Die Gefahr eines nicht gleichzeitigen Kontaktierens der Formschlusselemente des Antriebselementes, des Abtriebselementes und der Sperrelemente besteht besonders dann, wenn die Lastmomentsperre sehr steif ist und große Toleranzabweichungen der Funktionselemente der Lastmomentsperre auftreten. Andererseits darf aber die Elastizität am Abtriebselement nicht zu groß bemessen werden, da ansonsten das für die Funktion der Lastmomentsperre erforderliche Drehwinkelspiel dazu führt, dass die radiale Verspannung der Sperrelemente durch das Drehwinkelspiel aufgenommen wird und damit ein abtriebsseitiges Drehmoment nicht hinreichend stark blockiert wird und damit zu einer ungewollten Verstellung der Verstellvorrichtung führt.
Aus der DE 198 56 634 C1 ist eine Verstellvorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Erzeugung einer Drehbewegung in beide Drehrichtungen bekannt, die ein durch Betätigung eines Antriebselementes winkelverstellbares Abtriebselement und eine zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement angeordneten Lastmomentsperre aufweist, die ein abtriebsseitig eingeleitetes Drehmoment kraftschlüssig blockiert und ein antriebsseitiges Drehmoment auf das Abtriebselement überträgt. Die Lastmomentsperre enthält ein Sperrelement aus einer Toleranzen ausgleichenden, elastisch verformbaren Formfeder, die das Abtriebselement mit dem Gehäuse verspannt und als wellenförmig geschlossener Ring oder Federstern ausgebildet oder aus segmentweise angeordneten Einzelfedern zusammengesetzt ist. Zum sicheren Sperren eines abtriebsseitigen Drehmoments ist zwischen dem Abtriebselement und der Formfeder ein kleinerer Reibwert vorgesehen als zwischen der Formfeder und dem Gehäuse der Verstellvorrichtung.
Aus der DE 199 54 232 C2 ist eine Verstellvorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Erzeugung einer Drehbewegung in beide Drehrichtungen mit einem durch Betätigung eines Antriebselementes winkelverstellbaren Abtriebselement und einer zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement angeordneten Lastmomentsperre bekannt, die ein abtriebsseitig eingeleitetes Drehmoment kraftschlüssig blockiert und ein antriebsseitiges Drehmoment auf das Abtriebselement überträgt und zwei in einer Ebene angeordnete Sperrelemente aufweist. Zwischen den Sperrelementen und dem Abtriebselement ist eine unter Vorspannung stehende Spielausgleichsvorrichtung angeordnet, die mit Keilflächen an Gegen-Keilflächen des Abtriebselements anliegt und damit ein sich automatisch einstellendes und bei Abnutzung nachstellendes Drehwinkelspiel sicherstellt, wegen des radial beabstandeten Kraftangriffs der Antriebs- und Abtriebselemente aber ein Umkehrspiel in Kauf nimmt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verstellvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die auch bei einem großen Toleranzbereich für die Funktionselemente der Lastmomentsperre ein minimales Umschaltspiel gewährleistet und sicherstellt, dass auch bei nicht gleichzeitiger Kontaktierung der Formschlusselemente der Lastmomentsperre keine oder eine nur geringe Erhöhung des einem antriebsseitigen Drehmoment entgegengerichteten Drehmoments auftritt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung schafft eine Verstellvorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Erzeugung einer Drehbewegung, die große Toleranzen für die Funktionselemente der Lastmomentsperre zulässt und dennoch ein minimales Umschaltspiel, d. h. minimale Leerwege beim Verstellen und bei einem Wechsel der Drehrichtungen, gewährleistet und gleichzeitig sicherstellt, dass auch bei einem nicht gleichzeitigen Kontaktieren der Formschlusselemente der Lastmomentsperre das einem antriebsseitigen Drehmoment entgegengerichtete Drehmoment nicht oder nur unwesentlich erhöht wird, so dass keine größere Verstellkraft zum Verstellen erforderlich ist. Dabei werden die Vorteile der bekannten Verstellvorrichtung beibehalten, nämlich die Notwendigkeit von nur zwei Sperrelementen in einer Ebene und damit wenigen Funktionselementen der Lastmomentsperre sowie ein konstantes, geringes Drehwinkelspiel auch bei langem Gebrauch und bei einem Verschleiß der Funktionselemente der Verstellvorrichtung.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt eine Aufteilung des Funktionsbereichs der Lastmomentsperre bei der Übertragung eines antriebsseitigen Drehmoments zum Abtrieb zugrunde, wobei in einem kleinen Drehwinkelbereich von maximal 2° ausgehend von einer Nulllage der Lastmomentsperre ein geringer Widerstand gegen ein Verdrehen des Abtriebselementes auftritt, während der nachfolgende Drehwinkelbereich zur Vollendung der Verstellbewegung sehr steif ausgebildet ist, so dass das antriebsseitig eingeleitete Drehmoment auf ein im Idealfall unendlich hartes System trifft und damit einen maximalen Wirkungsgrad erzielt.
Durch die größere Steifigkeit des Systems kann das Drehwinkelspiel zwischen den Formschlusselementen des Antriebselementes und des Abtriebselementes verringert werden, was zu einer weiteren Verringerung des Umschaltspiels der Verstellvorrichtung führt, das notwendigerweise bei einem Wechsel der Drehrichtung der Verstellvorrichtung auftritt aber störend ist.
Die erfindungsgemässe Lösung macht von einem zweiteiligen Abtrieb Gebrauch, der sich aus dem eigentlichen Abtriebselement und einem Spreizelement zusammensetzt, das mit spielbehaftetem Formschluss, d. h. formschlüssig unter Einbeziehung eines elastischen Spiels, mit dem Abtriebselement verbunden und zwischen den Spreizflächen der Sperrelemente angeordnet ist, während das Abtriebselement mit spielbehaftetem Formschluss sowohl mit dem Antriebselement als auch mit den Sperrelementen verbunden ist. Aus dieser Kopplung zwischen den Funktionselementen der Verstellvorrichtung, nämlich dem Antriebselement, dem Abtriebselement, den Sperrelementen und dem Spreizelement, ergeben sich je nach Einwirkung eines Drehmoments auf das Antriebs- und/oder das Abtriebselement folgende Funktionszustände:

a) bei einem abtriebsseitigen Drehmoment, das größer ist als ein antriebsseitiges Drehmoment, dreht das Abtriebselement das Spreizelement um die Achse der Verstellvorrichtung, so dass das Spreizelement die Sperrelemente mit dem Verstellgehäuse verspannt,
b) bei einem antriebsseitigen Drehmoment, das einem abtriebsseitigen Drehmoment entgegengerichtet ist, dreht das Antriebselement das Abtriebselement in eine solche Stellung, dass das Spreizelement vom Abtriebselement entkoppelt ist, d. h. vom Spreizelement wird die vom Abtriebselement ausgeübte Kraft genommen und somit das Spreizelement kraftfrei geschaltet, so dass das Antriebselement die Sperrelemente und diese über das Spreizelement das Abtriebselement drehen und
c) bei einem antriebsseitigen Drehmoment, das einem abtriebsseitigen Drehmoment gleichgerichtet ist, keine formschlüssige Verbindung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement entsteht, da das Abtriebselement an den Sperrelementen anliegt, bevor das Abtriebselement das Spreizelement drehen kann, und das Abtriebselement über die Sperrelemente und das Spreizelement in Richtung des gleichgerichteten Antriebs- und Abtriebsmoments gedreht wird.

Vorzugsweise weist die Verbindung zwischen dem Antriebselement, dem Abtriebselement, den Sperrelementen und dem Spreizelement eine vorgegebene Elastizität auf und das Drehwinkelspiel zwischen dem Antriebselement, dem Abtriebselement, den Sperrelementen und dem Spreizelement ist so bemessen, dass die Verstellvorrichtung einem abtriebsseitigen Drehmoment über einen Drehwinkel von maximal 2° einen geringen Widerstand und bei einem weiteren Verdrehen des Abtriebselementes einen großen Widerstand entgegensetzt.
Die Funktionselemente der Verstellvorrichtung, d. h. das Antriebselement, das Abtriebselement, die Sperrelemente und das Spreizelement weisen eine solche Zuordnung auf, dass ein abtriebsseitiges Drehmoment ohne Auftreten eines antriebsseitigen Drehmoments zu einer Drehung des Spreizelements und damit zu einer Spreizung der Sperrelemente führt, ein dem abtriebsseitigen Drehmoment entgegenwirkendes antriebsseitiges Drehmoment aber das Abtriebselement entgegen dem Abtriebsmoment etwas zurückdreht und damit die abtriebsseitige Kraft vom Spreizelement nimmt, so dass dieses seine Stellung behält, aber kraftfrei geschaltet wird, so dass das antriebsseitige Drehmoment ohne Blockierung durch die Sperrelemente auf das Abtriebselement übertragen werden kann.
Dementsprechend greift in einer bevorzugten Ausführungsform der Lastmomentsperre das Abtriebselement mit einander diametral gegenüberstehenden Abtriebsklauen mit seitlichem Spiel in fensterförmige Öffnungen des Antriebselementes und das Antriebselement mit einander diametral gegenüberstehenden Antriebsklauen mit seitlichem Spiel in fensterförmige Öffnungen der Sperrelemente. Weiterhin weisen von den Abtriebsklauen zur Achse der Verstellvorrichtung gerichtete Mitnahmenasen eine Ausnehmung auf, in die an den Enden des Spreizelementes angeordnete Abtriebskeile eingreifen.
Um bei einem abtriebsseitigen Drehmoment, das einem antriebsseitigen Drehmoment entgegengerichtet ist, eine Drehung des Abtriebselements nicht auf das Spreizelement zu übertragen, ist zwischen den Abtriebskeilen des Spreizelements und den Ausnehmungen der Mitnahmenasen ein elastischer Körper angeordnet oder in einer alternativen Ausführungsform sind die Abtriebskeile des Spreizelements und die Ausnehmungen der Mitnahmenasen in axialer Richtung der Verstellvorrichtung konisch ausgebildet, wobei das Spreizelement axial in Richtung auf eine Anlage der konischen Flächen der Abtriebskeile und der konischen Flächen der Ausnehmungen und das Abtriebselement gegen die Vorspannrichtung des Spreizelements vorgespannt ist.
Die axiale Vorspannung des Spreizelements bewirkt eine Nachstellung bei Verschleiß der Funktionselemente der Verstellvorrichtung zur Einhaltung eines konstanten, kleinen Umschaltspiels sowie des funktionsnotwendigen Drehwinkelspiels bzw. der Elastizität des Gesamtsystems.
Ebenfalls zur Nachstellung bei Verschleiß der Funktionselemente der Verstellvorrichtung zur Einhaltung eines konstanten, kleinen Umschaltspiels sind in axialer Richtung der Verstellvorrichtung konische Anlageflächen der Spreizflächen der Sperrelemente und Kontaktflächen des Spreizelementes vorgesehen.
Eine weitere Feder, vorzugsweise eine Blattfeder, ist zwischen der Unterseite des Abtriebselements und dem der Unterseite gegenüberliegenden Gehäuseteil des Verstellgehäuses angeordnet und verhindert eine Doppelpassung an der Keilverbindung zwischen den Kontaktflächen und den konischen Stirnflächen der Abtriebskeile 63, 64 des Spreizelementes einerseits und den konischen Anlageflächen der Ausnehmungen und den Spreizflächen der Sperrelemente andererseits.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Lösung sind den Merkmalen der Ansprüche 11 bis 15 zu entnehmen.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:
1 – einen horizontalen Schnitt durch eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung mit den Funktionselementen der Lastmomentsperre;
2 – eine vergrößerte Darstellung der Verbindung des Spreizelemente mit dem Abtriebselement;
3 – einen vertikalen Schnitt durch die Verstellvorrichtung gemäß 1 entlang der Linie III-III;
4 – einen vertikalen Schnitt durch die Verstellvorrichtung gemäß 1 entlang der Linie IV-IV;
5 – eine schematische Darstellung der Verstellvorrichtung in einer ersten Bewegungsphase bei Einwirkung eines antriebsseitigen Drehmoments, das einem abtriebsseitigen Drehmoment entgegengerichtet ist;
6 – eine schematische Darstellung der Verstellvorrichtung in einer zweiten Bewegungsphase bei Einwirkung eines antriebsseitigen Drehmoments, das einem abtriebsseitigen Drehmoment entgegengerichtet ist und
7 – eine schematische Darstellung der Verstellvorrichtung bei Einwirkung eines antriebsseitigen Drehmoments, das einem abtriebsseitigen Drehmoment gleichgerichtet ist.
Die in den 1 bis 4 dargestellten Ansichten und Schnitte der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung zeigen ein zylinderförmiges Verstellgehäuse 1 mit den darin angeordneten Funktionselementen einer Lastmomentsperre, die aus einem Antriebselement 2, einem Abtriebselement 3, zwei zylinderabschnittförmigen Sperrelementen 4, 5 und einem zwischen einander gegenüberliegenden Spreizflächen 41, 51 der Sperrelemente 4, 5 angeordneten Spreizelement 6 bestehen. Das Antriebselement 2 besteht aus einer Antriebsscheibe 20, in der einander diametral gegenüberstehende fensterförmige Öffnungen 23, 24 angeordnet sind und von der in axialer Richtung nach der einen Seite ein Antriebsrad 25 und nach der anderen Seite ebenfalls einander diametral gegenüberstehende und gegenüber den fensterförmigen Öffnungen 23, 24 um 90° versetzte Antriebsklauen 21, 22 abstehen.
Das Abtriebselement 3 besteht aus einer Abtriebsscheibe 30, von der einander diametral gegenüberstehende Abtriebsklauen 31, 32 radial nach außen und Mitnahmenasen 33, 34 radial nach innen gerichtet abstehen. Ein koaxial zur Abtriebsscheibe 30 mit dieser verbundenes, nicht näher dargestelltes Abtriebsritzel verbindet die Verstellvorrichtung mit einem zu verstellenden Verstellorgan des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einer Sitzhöhenverstellung, Lehnenneigungsverstellung oder dergleichen. Die Mitnahmenasen 33, 34 weisen auf ihrer der Achse 7 der Verstellvorrichtung zugewandten Seite eine Ausnehmung 35, 36 auf.
Die Antriebsklauen 21, 22 des Antriebselementes 2 greifen in zwei fensterförmige Öffnungen 42, 52 der Sperrelemente 4, 5, wobei der Querschnitt der Antriebsklauen 21, 22 in Umfangsrichtung der Verstellvorrichtung kleiner ist als die Öffnungsweite der fensterförmigen Öffnungen 42, 52 der Sperrelemente 4, 5, so dass die Antriebsklauen 21, 22 mit Spiel in die fensterförmigen Öffnungen 42, 52 der Sperrelemente 4, 5 eingreifen.
Die Abtriebsklauen 31, 32 des Abtriebselementes 3 greifen in die fensterförmigen Öffnungen 23, 24 der Antriebsscheibe 20 mit Spiel ein, da die Breite der Abtriebsklauen 31, 32 in Umfangsrichtung der Verstellvorrichtung kleiner ist als die Weite der fensterförmigen Öffnungen 23, 24 des Antriebselementes 2.
In die Ausnehmungen 35, 36 der Mitnahmenasen 33, 34 des Abtriebselementes 3 greifen mit Spiel Abtriebskeile 63, 64 des um die Achse 7 drehbaren Spreizelementes 6 ein, dessen parallele Kontaktflächen 61, 62 an Wölbungen 43, 44 bzw. 53, 54 der Spreizflächen 41, 51 der Bremselemente 4, 5 anliegen. Wird über ein Abtriebsritzel 37 des Abtriebselementes 3 ein abtriebsseitiges Drehmoment in die Verstellvorrichtung eingeleitet, so führt dieses abtriebsseitige Drehmoment über die Abtriebsscheibe 30 zu einem Verdrehen der Mitnahmenasen 33, 34 und damit zu einer Drehung des Spreizelementes 6 um die Achse 7, so dass die Spreizflächen 41, 51 und damit die Sperrelemente 4, 5 auseinandergedrückt werden, was zu einem Verspannen der Sperrelemente 4, 5 zwischen dem Spreizelement 6 und der Innenwand 10 des Verstellgehäuses 1 führt, an dem die Sperrelemente 4, 5 mit ihren äußeren Klemmflächen 45, 46 bzw. 55, 56 anliegen.
Infolge dieser Verspannung der Sperrelemente 4, 5 und der daraus resultierenden Reibkraft zwischen den Klemmflächen 45, 46 und 55, 56 und der zylindrischen Innenwand 10 des Verstellgehäuses 1 wird das abtriebsseitig eingeleitete Drehmoment durch die in den 1 bis 4 dargestellte Lastmomentsperre blockiert.
Zur Schaffung einer elastischen, formschlüssigen Verbindung zwischen den Abtriebskeilen 63, 64 des Spreizelements 6 und den Ausnehmungen 35, 36 in den Mitnahmenasen 33, 34 des Abtriebselementes 3 kann gemäß 2 eine elastische Zwischenlage 81, 82 oder alternativ entsprechend 4 eine konische Anlage zwischen konischen Stirnflächen 65, 66 der Abtriebskeile 63, 64 und konischen Anlageflächen 38, 39 der Ausnehmungen 35, 36 vorgesehen werden, wobei in der letztgenannten Ausführungsform eine zwischen dem Deckel 11 des Verstellgehäuses 1 und dem Spreizelement 6 angeordnete axiale Feder 91 die konischen Stirnflächen 65, 66 der Abtriebskeile 63, 64 gegenüber den konischen Anlageflächen 38, 39 der Ausnehmungen 35, 36 des Abtriebselementes 3 vorspannt.
Das Reibmoment zwischen den konischen Stirnflächen 65, 66 der Abtriebskeile 63, 64 und den konischen Anlageflächen 38, 39 der Ausnehmungen 35, 36 des Abtriebselementes 3 dient dazu, eine gleichzeitige Anlage der Antriebsklauen 21, 22 an den seitlichen Anschlägen der fensterförmigen Öffnungen 42, 52 der Sperrelemente 4, 5 einerseits und der Seitenflächen der fensterförmigen Öffnungen 23, 24 des Antriebselementes 2 an den Abtriebsklauen 31, 32 andererseits zu sichern. Dabei sorgt der Winkel zwischen den konischen Stirnflächen 65, 66 der Abtriebskeile 63, 64 und den konischen Anlageflächen 38, 39 der Ausnehmungen 35, 36 des Abtriebselementes 3 dazu, ein Reibmoment zu erzeugen, damit sich das Spreizelement 6 beim Einwirken eines antriebsseitigen Drehmoments ein wenig dreht, dann aber stehen bleibt, ohne die Sperrelemente 4, 5 zur reibschlüssig festen Anlage an das Verstellgehäuse 1 zu drücken.
Gleichzeitig sorgt die axiale Feder 91 gemäß 3 für eine Vorspannung des Spreizelementes 6 in Bezug auf die Sperrelemente 4, 5, da die Spreizflächen 41, 51 im Bereich der Kontaktflächen 61, 62 des Spreizelementes 6 ebenfalls konisch ausgebildet sind. Diese Vorspannung bewirkt eine Nachstellung bei Verschleiß der Funktionselemente der Verstellvorrichtung zur Einhaltung eines konstanten, kleinen Umschaltspiels sowie des funktionsnotwendigen Drehwinkelspiels bzw. der Elastizität des Gesamtsystems.
Eine weitere Feder, vorzugsweise eine Blattfeder 92, ist zwischen der Unterseite des Abtriebselements 3 und dem der Unterseite gegenüberliegenden Gehäuseteil des Verstellgehäuses 1 angeordnet und verhindert eine Doppelpassung an der Keilverbindung zwischen den Kontaktflächen 61, 62 und den konischen Stirnflächen 65, 66 der Abtriebskeile 63, 64 des Spreizelementes 6 einerseits und den konischen Anlageflächen 38, 39 der Ausnehmungen 35, 36 und den Spreizflächen 41, 51 der Sperrelemente 4, 5 andererseits.
Zur Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung sind in den 5 und 6 zwei Bewegungsphasen beim Einwirken eines gegen ein abtriebsseitig eingeleitetes Drehmoment einwirkenden antriebsseitigen Drehmoments sowie in 7 eine Bewegungsphase der Funktionselemente der Verstellvorrichtung beim Einwirken eines antriebsseitigen Drehmoments dargestellt, das in dieselbe Richtung wie ein abtriebsseitig eingeleitetes Drehmoment wirksam ist.
In 5 ist ein auf das Abtriebselement 3 im Uhrzeigersinn einwirkendes abtriebsseitiges Drehmoment durch Pfeile A schematisch angedeutet, was zu einer Drehung der Abtriebsscheibe 30 sowie der auf der Abtriebsscheibe 30 angeordneten Mitnahmenasen 33, 34 sowie Abtriebsklauen 31, 32 des Abtriebselements 3 führt bis sich die Seitenflächen der Ausnehmungen 35, 36 der Mitnahmenasen 33, 34 an den Seitenflächen der Abtriebskeile 63, 64 abstützen. Die daraus resultierenden, in Richtung der Pfeile B auf das Spreizelement 6 einwirkenden Kräfte führen zu einer Drehung des Spreizelementes 6 um die Achse 7 und in Richtung der Pfeile C wirkende Kräfte, die von den Kontaktflächen 61, 62 des Spreizelementes 6 auf die Spreizflächen 41, 51 der Sperrelemente 4, 5 ausgeübt werden. Diese Spreizkräfte führen zu einer radialen Verspannung der Sperrelemente 4, 5 zwischen dem Spreizelement 6 und der zylindrischen Innenwand 10 des Verstellgehäuses 1, an der die Sperrelemente 4, 5 mit ihren Klemmflächen 45, 46 bzw. 55, 56 anliegen.
Bei Einwirkung eines antriebsseitigen Drehmoments auf die Antriebsscheibe 20, das entsprechend den Pfeilen D dem abtriebsseitigen Drehmoment entgegengerichtet ist, kommen zuerst die Seitenflächen der fensterförmigen Öffnungen 23, 24 in der Antriebsscheibe 20 zur Anlage an die Seitenflächen der Abtriebsklauen 31, 32 und nehmen bei einem antriebsseitigen Drehmoment, das größer ist als das abtriebsseitige Drehmoment, das dem Antriebsmoment entgegengerichtete Abtriebsmoment auf, indem die Abtriebsklauen 31, 32 und über die Mitnahmenasen 33, 34 die Aussparungen 35, 36 und die Abtriebskeile 63, 64 das Spreizelement 6 mit der Drehung der Antriebsscheibe 20 entgegen dem Uhrzeigersinn zurückgestellt wird, so dass die radiale Verspannung der Sperrelemente 4, 5 aufgehoben wird, d. h. zunächst wird das abtriebsseitige Drehmoment aufgenommen und die Verspannung der Bremselemente 4, 5 aufgehoben, bevor das antriebsseitige Drehmoment auf das Abtriebselement 3 übertragen wird.
Nach der Überwindung des abtriebsseitigen Drehmoments durch das größere antriebsseitige Drehmoment wird die Abtriebsscheibe 30 des Abtriebselementes 3 durch die Anlage der Abtriebsklauen 31, 32 an den Seitenflächen der fensterförmigen Öffnungen 23, 24 in der Antriebsscheibe 20 des Antriebselementes 2 so lange gedreht, bis gemäß 6 die Antriebsklauen 21, 22 des Antriebselementes 2 an den Seitenflächen der fensterförmigen Öffnungen 42, 52 der entlasteten Sperrelemente 4, 5 anliegen, die nunmehr ohne radiale Verspannung entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung der Pfeile D gemäß 5 gedreht werden können. Die Drehung des Antriebselementes 2 wird somit über die fensterförmigen Öffnungen 23, 24 in der Antriebsscheibe 20 des Antriebselementes 2 im Wesentlichen ohne Reibungskraft auf die Abtriebsklauen 31, 32 des Abtriebselementes 3 übertragen.
Aus der vorstehenden Funktionsbeschreibung geht hervor, dass die Übertragung des antriebsseitigen Drehmoments auf das Abtriebselement 3 in zwei Phasen erfolgt, wobei in der ersten Phase das dem antriebseitigen Drehmoment entgegengerichtete abtriebsseitige Drehmoment aufgenommen und die radiale Verspannung der Sperrelemente 4, 5 aufgehoben wird, während in der zweiten Phase bei unverspannten Sperrelementen 4, 5 die Kraft- bzw. Drehmomentübertragung vom Antriebselement 2 auf das Abtriebselement 3 erfolgt.
Die konische Anlage zwischen den konischen Stirnflächen 65, 66 der Abtriebskeile 63, 64 und den konischen Anlageflächen 38, 39 der Ausnehmungen 35, 36 bzw. die zwischen den Abtriebskeilen 63, 64 und den Ausnehmungen 35, 36 angeordneten elastischen Auflagen bewirken Reibungskräfte zwischen den Abtriebskeilen 63, 64 und den Ausnehmungen 35, 36 in den Mitnahmenasen 33, 34 bzw. eine elastische Verbindung zwischen diesen beiden Formschlusselementen der Verstellvorrichtung, wodurch Klappergeräusche beim Umschalten bzw. bei der Kraftübertragung vom Antriebselement auf das Abtriebselement verhindert werden.
Bei einer Drehung des Antriebselementes 2 im Uhrzeigersinn bei gleichwirkender abtriebsseitiger Belastung, d. h. bei Einwirken eines abtriebsseitigen Drehmomentes ebenfalls im Uhrzeigersinn entsprechend dem Pfeil A gemäß 7 wirken sowohl das antriebsseitige Drehmoment, das in Richtung des Pfeiles E auf das Antriebselement 2 einwirkt, als auch das abtriebsseitige Drehmoment entsprechend dem Pfeil A in die gleiche Drehrichtung, so dass zunächst die Antriebsklauen 21, 22 an den Seitenflächen der fensterförmigen Öffnungen 42, 52 der Sperrelemente 4, 5 zur Anlage kommen, während die Seitenflächen der fensterförmigen Öffnungen 23, 24 in der Antriebsscheibe 20 des Antriebselementes 2 noch von den Abtriebsklauen 31, 32 beabstandet sind, da das Abtriebselement 3 wegen des im Uhrzeigersinn auf das Abtriebselement 3 einwirkenden abtriebsseitigen Drehmoments und damit die Abtriebsklauen 31, 32 in die gleiche Richtung gedreht wurden.
Obwohl mit dieser Drehung des Abtriebselementes 3 und der daraus resultierenden Drehung des Spreizelementes 6 die Sperrelemente 4, 5 mit dem abtriebsseitigen Drehmoment belastet werden, können die Sperrelemente 4, 5 durch die Anlage der Antriebsklauen 21, 22 an den fensterförmigen Öffnungen 42, 52 der Sperrelemente 4, 5 bewegt werden, da durch den Abstand zwischen den Abtriebsklauen 31, 32 des Abtriebselementes 3 und den fensterförmigen Öffnungen 23, 24 des Antriebselementes 2 keine zusätzlichen Kräfte auf das Spreizelement 6 und damit keine weitere radiale Verspannung der Sperrelemente 4, 5 erfolgt.
Über die Verbindung der Antriebsklauen 21, 22 mit den fensterförmigen Öffnungen 42, 52 der Sperrelemente 4, 5 wird das antriebsseitige Drehmoment über die Sperrelemente 4, 5 und das Spreizelement auf das Abtriebselement übertragen und eine Drehung des Abtriebselementes 3 in Richtung des antriebsseitigen Drehmoments bewirkt.
Bezugszeichenliste

1: Verstellgehäuses
2: Antriebselement
3: Abtriebselement
4, 5: Sperrelemente
6: Spreizelement
7: Achse
10: Innenwand
11: Deckel
20: Antriebsscheibe
21, 22: Antriebsklauen
23, 24: fensterförmige Öffnungen
30: Abtriebsscheibe
31, 32: Abtriebsklauen
33, 34: Mitnahmenasen
35, 36: Ausnehmungen
38, 39: Konische Anlageflächen
41, 51: Spreizflächen
42, 52: Fensterförmige Öffnungen
45, 46, 55, 56: Klemmflächen
61, 62: Kontaktflächen
63, 64: Abtriebskeile
65, 66: Konische Stirnflächen
91: axiale Feder
92: Blattfeder

Claims

Verstellvorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Erzeugung einer Drehbewegung in beide Drehrichtungen mit einem durch Betätigung eines Antriebselementes (2) winkelverstellbaren Abtriebselement (3) und einer zwischen dem Antriebselement (2) und dem Abtriebselement (3) angeordneten Lastmomentsperre, die ein abtriebsseitig eingeleitetes Drehmoment kraftschlüssig blockiert, ein antriebsseitiges Drehmoment auf das Abtriebselement (3) überträgt und Sperrelemente (4, 5) aufweist, die über innere Spreizflächen (41, 51) und äußere Klemmflächen (45, 46; 55, 56) mit der Innenwand (10) eines zylinderförmigen Verstellgehäuses (1) verspannbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen den Spreizflächen (41, 51) der Sperrelemente (4, 5) angeordnetes Spreizelement (6) mit spielbehaftetem Formschluss mit dem Abtriebselement (3) und das Abtriebselement (3) mit spielbehaftetem Formschluss sowohl mit dem Antriebselement (2) als auch mit den Sperrelementen (4, 5) verbunden ist, wobei a) bei einem abtriebsseitigen Drehmoment, das größer ist als ein antriebsseitiges Drehmoment, das Abtriebselement (3) das Spreizelement (6) um die Achse (7) der Verstellvorrichtung dreht und das Spreizelement (6) die Sperrelemente (4, 5) mit dem Verstellgehäuse (1) verspannt, b) bei einem antriebsseitigen Drehmoment, das einem abtriebsseitigen Drehmoment entgegengerichtet ist, das Antriebselement (2) das Abtriebselement (3) in eine solche Stellung dreht, dass das Spreizelement (6) vom Abtriebselement (3) entkoppelt ist, so dass das Antriebselement (2) die Sperrelemente (4, 5) abtriebsfrei dreht und diese über das Spreizelement (6) das Abtriebselement (3) drehen und c) bei einem antriebsseitigen Drehmoment, das einem abtriebsseitigen Drehmoment gleichgerichtet ist, keine formschlüssige Verbindung zwischen dem Antriebselement (2) und dem Abtriebselement (3) entsteht, da das Abtriebselement (3) an den Sperrelementen (4, 5) anliegt bevor das Abtriebselement (3) das Spreizelement (6) drehen kann, und das Abtriebselement (3) über die Sperrelemente (4, 5) und das Spreizelement (6) in Richtung des gleichgerichteten Antriebs- und Abtriebsmoments gedreht wird, und wobei das Drehwinkelspiel zwischen dem Antriebselement (2), dem Abtriebselement (3), den Sperrelementen (4, 5) und dem Spreizelement (6) so bemessen ist, dass die Verstellvorrichtung einem abtriebsseitigen Drehmoment über einen Drehwinkel von maximal 2° einen geringen Widerstand und bei einem weiteren Verdrehen des Abtriebselementes (3) einen großen Widerstand entgegensetzt.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Antriebselement (2), dem Abtriebselement (3), den Sperrelementen (4, 5) und dem Spreizelement (6) eine vorgegebene Elastizität aufweist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (3) mit einander diametral gegenüberstehenden Abtriebsklauen (31, 32) mit seitlichem Spiel in fensterförmige Öffnungen (23, 24) des Antriebselementes (2) und das Antriebselement (2) mit einander diametral gegenüberstehenden Antriebsklauen (21, 22) mit seitlichem Spiel in fensterförmige Öffnungen (42, 52) der Sperrelemente (4, 5) greift.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass von den Abtriebsklauen (31, 32) zur Achse (7) der Verstellvorrichtung gerichtete Mitnahmenasen (33, 34) eine Ausnehmung (35, 36) aufweisen, in die an den Enden des Spreizelementes (6) angeordnete Abtriebskeile (63, 64) eingreifen.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Abtriebskeilen (63, 64) des Spreizelements (6) und den Ausnehmungen (35, 36) der Mitnahmenasen (33, 34) ein elastischer Körper (81, 82) angeordnet ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebskeile (63, 64) des Spreizelements (6) und die Ausnehmungen (35, 36) der Mitnahmenasen (33, 34) in axialer Richtung der Verstellvorrichtung konisch ausgebildet sind.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spreizelement (6) axial in Richtung auf eine Anlage der konischen Flächen (65, 66) der Abtriebskeile (63, 64) und der konischen Flächen (38, 39) der Ausnehmungen (35, 36) und das Abtriebselement (3) gegen die Vorspannrichtung des Spreizelements (6) axial vorgespannt ist.
Verstellvorrichtung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch in axialer Richtung der Verstellvorrichtung konische Anlageflächen der Spreizflächen (41, 51) der Sperrelemente (4, 5) und Kontaktflächen (61, 62) des Spreizelementes (6).
Verstellvorrichtung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Feder (92), vorzugsweise eine Blattfeder, zwischen der Unterseite des Abtriebselements (3) und dem der Unterseite gegenüberliegenden Gehäuseteil des Verstellgehäuses (1) angeordnet ist.
Verstellvorrichtung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (3) eine Abtriebsscheibe (30) aufweist, von der einerseits ein Abtriebsritzel (37) und andererseits die Mitnahmenasen (33, 34) und die Abtriebsklauen (31, 32) abstehen.
Verstellvorrichtung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spreizelement (6) in einer axialen Bohrung des Abtriebselementes (3) gelagert ist.
Verstellvorrichtung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Spreizelement (6) mit einer axialen Bohrung auf die mit dem Abtriebselement (3) verbundene Achse (7) der Verstellvorrichtung gesteckt ist.
Verstellvorrichtung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrelemente (4, 5) zylinderabschnittförmig ausgebildet sind und mit ihren äußeren Klemmflächen (45, 46; 55, 56) an der Innenwand des Verstellgehäuses (1) anliegen.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Klemmflächen (45, 46; 55, 56) der Sperrelemente (4, 5) an den Enden der zylindrischen Außenfläche der Sperrelemente (4, 5) angeordnet sind und eine Gesamtlänge aufweisen, die kleiner ist als die zylindrische Außenfläche der Sperrelemente (4, 5).
Verstellvorrichtung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (2) als Antriebsscheibe (20) ausgebildet ist, von der einerseits die diametral gegenüberstehenden Antriebsklauen (21, 22) und andererseits ein Antriebsrad (25) abstehen.