DE10014978C1

DE10014978C1 - Getriebeelement

Info

Publication number: DE10014978C1
Application number: DE2000114978
Authority: DE
Inventors: Harald Liegert; Burkhard Raabe; Claus Vogel
Original assignee: Kendrion Backhaus & Co GmbH; DaimlerChrysler AG
Current assignee: Kendrion Backhaus & Co 58566 Kierspe De GmbH; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-03-25
Filing date: 2000-03-25
Publication date: 2001-09-20
Anticipated expiration: 2020-03-26
Also published as: FR2806774A1

Abstract

Ein Getriebeelement dient zum Umsetzen einer Bewegung eines wenigstens annähernd linear arbeitenden Antriebselements in eine weitere wenigstens annähernd lineare Bewegung. Die beiden Bewegungen laufen in zwei veschiedenen Ebenen ab. Ein biegeschlaffes Zugelement überträgt die Bewegung des Antriebselements gegen eine Rückstellkraft auf einen seiner Drehachse wenigstens annähernd senkrecht zu der Bewegung des wenigstens annähernd linear arbeitenden Antriebselements angeordneten Drehkörper. Der Drehkörper weist in einem Bereich seiner axialen Höhe, welcher in der Ebene der Bewegung des wenigstens annähernd linear arbeitenden Atriebselements angeordnet ist, an seinem Umfang eine Ablauffläche auf. Ein radialer Abstand zwischen der Ablauffläche und der Drehachse des Drehkörpers ist über den Umfang des Drehkörpers unterschiedlich. Das Zugelement berührt die Ablauffläche zumindest über einen Teil des Umfangs des Drehkörpers und läuft während der Bewegung auf die Ablauffläche auf bzw. von ihr ab. Der Drehkörper weist ein Befestigungselement auf, welches versetzt zu der Drehachse des Drehkörpers angeordnet ist. An dem Befestigungselement greift ein Übertragungsmittel an, welches die weitere wenigstens annähernd lineare Bewegung überträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebeelement zum Umset zen einer Bewegung eines wenigstens annähernd linear arbeitenden Antriebselements in eine weitere wenig stens annähernd lineare Bewegung, wobei die beiden Bewegungen in zwei verschiedenen Ebenen ablaufen.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind verschie denartige Getriebeelemente zum Umsetzen von Bewegungen bekannt. Derartige Getriebeelemente können beispiels weise eine Linearbewegung in eine Rotationsbewegung umsetzen und bieten dabei eine Untersetzung oder Über setzung, welche die Antriebsgeschwindigkeiten, An triebsdrehmomente oder Antriebskräfte entsprechend über- oder untersetzt.

Bei einer Umsetzung von zwei wenigstens annähernd li near ablaufenden Bewegungen sind zwischen zwei Zahn stangen angeordnete Zahnräder bekannt. Es ist jedoch auch bekannt, daß ein Hebelelement die beiden wenig stens annähernd linear bewegten Elemente miteinander verbindet.

Der Stand der Technik kennt, insbesondere im Kraft fahrzeugbau, häufige Anwendungsfälle, in denen ver schiedene linear ablaufende Bewegungen ineinander um gesetzt werden müssen, wobei es aus Platzgründen häu fig nicht möglich ist, die von einem Antriebselement ausgehende Bewegung in einer vergleichbaren Ebene, oder in einer linearen Fortsetzung, umzusetzen oder die beiden Bewegungen in einem für Umsetzungen mittels eines Hebelelements sinnvollen Winkel zueinander anzu ordnen.

Außerdem ist es aus Platzgründen häufig erforderlich, entsprechende Antriebselemente einzusetzen, welche einen sehr kleinen Bauraum benötigen, wie z. B. Unter druckdosen mit kleinem Membrandurchmesser, und daher auch nur vergleichsweise kleine Kräfte jedoch bei ei nem entsprechend großen Weg liefern können. In solchen Fällen muß durch ein entsprechendes Getriebeelement gleichzeitig eine Über- bzw. Untersetzung verwirklicht werden, um ein korrekt arbeitendes System zu ermögli chen.

In "M. S. Konstantinov: Kraftausgleichende Bandkurven getriebe mit linearem Ausgleichsmoment; Maschinenbau technik 19 (1970) Heft 10 S. 513-518" ist ein Bandkur vengetriebe beschrieben, welches ein biegeschlaffes Zugelement zur Übertragung einer Antriebsbewegung auf einen Drehkörper aufweist. Mit einem derartigen Aufbau läßt sich dabei die lineare Bewegung über eine durch die Ausgestaltung des Bandkurvengetriebes gewählte Über- bzw. Untersetzung in eine andere Bewegung, bei spielsweise eine Drehbewegung, oder eine durch geeignete Maßnahmen daraus abgezweigte Linearbewegung um setzen.

Ein vergleichbares Bandgetriebe zeigt auch die US 27 06 913 A, welche aus dem Bereich der Feinmeßtechnik stammt.

Die US 35 76 136 A und die DE 86 29 356 U1 zeigen La gerungselemente, welche dazu geeignet sind, spielfrei entsprechende Antriebskräfte zu übertragen. Diese wer den beispielsweise für präzise Meß- bzw. Anzeigein strumente und präzise Bewegungsaufgaben im Bereich von Werkzeugmaschinen eingesetzt.

Insbesondere die als zweites genannte DE 86 29 356 U1 beschreibt dabei, wie eine Drehbewegung von einem Zahnrad über zwischengeschaltete Ausgleichsräder und einen Endloszahnriemen auf ein anderes Zahnrad spiel frei übertragen wird.

Aus der Zeitschrift "Machine Design, Feb. 12, 1987, p. 233 Circle 198" ist außerdem eine Einrichtung bekannt, welche eine lineare Bewegung auf ein mittels eines Langlochs an einer Scheibe angebrachtes rotatorisches Element zu übertragen vermag.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Getriebeelement zu schaffen, welches eine in ihrer Richtung, Leistung und Lage vorgegebene Linearbewegung in eine weitere Linearbewegung umzusetzen vermag, wobei diese weitere Linearbewegung in einem anderen Winkel und in einer anderen Ebene verlaufen kann und wobei eine Unter- bzw. Übersetzung integrierbar sein soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im An spruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die Verwendung des biegeschlaffen Zugelements, welches die Bewegung des Antriebselements gegen die Rückstellkraft überträgt, ist man in der Lage, auch Antriebselemente einzusetzen, welche keine vollkommen lineare Bewegung ausführen. Hier kann beispielsweise an Unterdruckdosen gedacht werden, deren Membran eine leichte Kippbewegung ausführt und so bei direkt an die Membran gekoppelte Zugelement eine Einheit ermöglicht, welche mit geringem Bauraum auszukommen vermag, und die eine nur annähernd lineare Bewegung des entspre chenden Antriebselements über das biegeschlaffe Zuge lement direkt auf den Drehkörper überträgt.

Bei dieser Übertragung der Bewegung auf den Drehkörper läuft das biegeschlaffe Zugelement, welches als in eine Verzahnung des Drehkörpers eingreifender Zahnrie men ausgebildet ist, auf dem Umfang einer Ablauffläche auf bzw. ab. Der radiale Abstand zwischen der Oberflä che dieser Ablauffläche und der Drehachse des Drehkör pers variiert dabei über den Umfang des Drehkörpers. So läßt sich eine veränderliche Übersetzung bei der Übertragung der wenigstens annähernd linearen Bewegung auf die Drehbewegung des Drehelements realisieren.

Bei einer entsprechenden Form der Ablauffläche kann hier beispielsweise auch im Bereich eines Anlauf drehmoments oder dergleichen in der Startphase der Bewegung eine andere Übersetzung realisiert werden als über den weiteren Verlauf der Bewegung. Außerdem ist es möglich, daß sich die Übersetzung im Laufe der Be wegung verändert, was beispielsweise auch wieder beim Einsatz von Unterdruckdosen mit nicht komplett linear arbeitenden Membranen sinnvoll ist.

Die weitere wenigstens annähernd lineare Bewegung wird dann von einem Übertragungsmittel, welches über ein Befestigungselement zur Drehachse des Drehkörpers ver setzt an diesem angeordnet ist, übertragen. Dabei kann es sich wiederum um ein Zugelement, einen Hebel oder dergleichen handeln. Dieses Übertragungsmittel kann dabei in einer von der Ebene der ersten wenigstens annähernd linearen Bewegung abweichenden Ebene ange ordnet sein.

Außerdem sind selbstverständlich auch verschiedene Winkel zwischen den beiden linearen Bewegungen denk bar, was wiederum große Vorteile bei der Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums, was insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie sinnvoll ist, erlaubt.

Im Vergleich zu herkömmlichen, aus dem Stand der Tech nik allgemein bekannten, Lösungen für derartige Über setzungsprobleme, bietet die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil einer sehr großen Variabilität bezüglich der Anordnung der Einzelelemente sowie der sich über die Bewegung veränderlichen Übersetzung. Sämtliche für die Bewegung erforderlichen Lagerelemente können dabei im Bereich des Drehkörpers angeordnet sein, so daß lediglich eine gute Lagerung des Drehkörpers erforder lich ist, um eine einwandfreie Funktion des Getriebes zu ermöglichen. Auch dadurch ist es wiederum möglich, Bauteile, und damit Bauraum sowie Kosten für das Ge triebeelement, einzusparen.

In einer weiteren besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung ist das Übertragungsmittel ebenfalls als Zugelement ausgebildet, welches auf seiner dem Dreh körper abgewandten Seite mittels eines Federmittels, welches die Rückstellkraft auf den Drehkörper ausübt, gelagert ist, wobei die weitere Bewegung an dem Zug element abgreifbar ist.

Durch diesen Aufbau wird es möglich, mit einem einzi gen wenigstens annähernd linear arbeitenden Federmit tel, dies kann beispielsweise als Schraubenfeder rea lisiert werden, die Funktion des erfindungsgemäßen Aufbaus sicherzustellen und das Getriebeelement mit seinen beiden Zugmitteln einfach und robust auszufüh ren, wobei die Lage des die Rückstellkraft ausübenden Federmittels je nach vorhandenem Bauraum aus dem Be reich des eigentlichen Getriebeelements heraus verla gert werden kann.

Dies bietet bei einem über eine größere Länge ausge führten Übertragungsmittel Vorteile, da das Federmit tel dann im Bereich der zu übertragenden weiteren we nigstens annähernd linearen Bewegung angeordnet sein kann und hier neben der Rückstellkraft auf den Dreh körper auch die Bewegung der durch das Getriebeelement zu bewegenden Bauteile direkt und ohne große Reibungs verluste unterstützt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen und dem anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausfüh rungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Getriebeelement in sei nem eingebauten Zustand;

Fig. 2 eine Ansicht des Getriebeelements gemäß II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht des Getriebeelements gemäß III in Fig. 1;

Fig. 4 eine Ansicht des Getriebeelements gemäß IV in Fig. 1; und

Fig. 5 eine Ansicht der von dem Getriebeelement betä tigten Bauteile mit einem Federmittel.

Fig. 1 zeigt ein Getriebeelement 1, welches hier durch eine Unterdruckdose 2 als wenigstens annähernd linear arbeitendes Antriebselement angetrieben wird. Das Ge triebeelement 1 dient im hier dargestellten Ausfüh rungsbeispiel dazu, entsprechende Bauteile 3, hier Lufteinlaßklappen 3, zu betätigen. Die wenigstens an nähernd lineare Bewegung der Unterdruckdose 2 wird dabei durch das Getriebeelement 1 und über ein Über tragungsmittel 4, hier eine Zugstange 4, auf die Lufteinlaßklappen 3 übertragen.

Das Getriebeelement 1, welches eine wenigstens annä hernd lineare Bewegung der Unterdruckdose 2 auf die Zugstange 4 und damit auf die Lufteinlaßklappen 3 überträgt, weist dabei einen Drehkörper 5 auf, welcher über eine rotatorische Bewegung um eine Drehachse 6 die beiden wenigstens annähernd linearen Bewegungen ineinander umsetzt. Dazu ist die Zugstange 4 über ein Befestigungselement 7, hier einen Bolzen 7, mit dem Drehkörper 5 verbunden. Der Bolzen 7 ist dabei ver setzt zu der Drehachse 6 des Drehkörpers 5 an dem Drehkörper 5 angeordnet. Dieser Aufbau wird dabei in den nachfolgenden Figuren, welche das Getriebeelement 1 in einem ausgebauten Zustand darstellen, nochmals deutlicher.

Die Bewegung der Unterdruckdose 2 wird von einem bie geschlaffen Zugelement 8, hier einem Zahnriemen 8, auf den Drehkörper 5 übertragen. Der Drehkörper 5 weist dabei in einem Bereich seiner axialen Höhe, in welcher die Bewegung der Unterdruckdose 2 stattfindet, eine Ablauffläche 9 mit einer hier nicht erkennbaren Ver zahnung auf, auf welche der Zahnriemen 8 auf- bzw. abläuft.

In Fig. 2 ist das Getriebeelement 1 in einem ausgebau ten Zustand gemäß der Ansicht II in Fig. 1 nochmals dargestellt. Auch hier ist die Unterdruckdose 2 zumin dest teilweise erkennbar, welche über den Zahnriemen 8 ihre wenigstens annähernd lineare Bewegung über die Ablauffläche 9 auf den Drehkörper 5 überträgt. Der Drehkörper 5 dreht sich dabei um seine Drehachse 6, wobei hier Drehungen realisiert werden, welche im Be reich zwischen 0° und 180° bis 270° ablaufen.

In einem radialen Abstand zu der Drehachse 6 ist der Bolzen 7 erkennbar, an dem die Zugstange 4 befestigt ist. Die Zugstange 4 weist dabei ein seitliches Spiel in der Befestigung auf, welches hier über eine Befe stigungshülse 10 mit einem Langloch 11 an der Zugstan ge 4 realisiert ist.

Wird nun durch die Unterdruckdose 2 eine wenigstens annähernd lineare Bewegung ausgeführt, welche an dem Zahnriemen 8 zieht, so kommt es zu einer Umsetzung dieser linearen Bewegung in eine rotatorische Bewegung des Drehkörpers 5. Dabei wird durch den radialen Ver satz der Drehachse 6 und des Bolzens 7 eine weitere lineare Bewegung auf die Zugstange 4 erzeugt. Die Zugstange 4 weist an ihrer dem Drehkörper 5 abgewand ten Seite ein Federmittel 12 auf, welches hier ledig lich prinzipmäßig angedeutet ist. Die Bewegung des Getriebeelements 1 wird also gegen eine von diesem Federmittel 12 stammende Rückstellkraft ausgeführt und das Getriebeelement 1 wird bei einer Beendigung der Kraftausübung durch die Unterdruckdose 2 durch die von der Rückstellfeder 12 wirkende Kraft in seine ur sprünglich eingenommene Position zurückgestellt.

Prinzipiell ist natürlich auch ein in dem Drehkörper 5 integriertes Federmittel anstatt des hier dargestell ten Federmittels 12 denkbar.

Fig. 3 zeigt das hier überwiegend isoliert dargestell te Getriebeelement 1 nochmals aus einer anderen An sicht. Dabei ist insbesondere die Ausgestaltung der Ablauffläche 9 erkennbar, auf welche bzw. von welcher der Zahnriemen 8 tangential auf- bzw. abläuft. Über den Winkel der von dem Drehköper 5 ausgeführten Dreh bewegung ändert sich ein radialer Abstand x zwischen der Oberfläche der Ablauffläche 9 und der Drehachse 6 des Drehkörpers 5. Damit erlaubt das Getriebeelement 1 eine sich über die Bewegung, also über den Drehwinkel des Drehkörpers 5, veränderndes Über- bzw. Unterset zungsverhältnis. So läßt sich die von einer Membran in der Unterdruckdose 2 stammende Bewegung in der ge wünschten Art und Weise auf die Zugstange 4 umsetzen, wobei durch die Wahl des Übersetzungsverhältnisses eine sehr variable Anpassung an die gegebenen Erfor dernisse, wie beispielsweise zur Verfügung stehende Bauräume, Bewegungswege und/oder Kraftverhältnisse, realisiert werden kann.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Getriebeelement 1 um eine Unterset zung. Wie in den vorhergegangenen Figuren zu erkennen ist, ist der radiale Abstand x, welchen der Zahnriemen 8 bzw. dessen Ablauffläche 9 zu der Drehachse 6 auf weist, praktisch über den gesamten Bereich größer als der Abstand des Bolzens 7 zu der Drehachse 6. Der durch die Unterdruckdose 2 an dem Zahnriemen 8 erzeug te vergleichsweise große Weg wird also in einen ent sprechenden kleineren Weg der Zugstange 4 umgesetzt, wobei an der Zugstange 4 eine entsprechende höhere Kraft zur Verfügung steht als dies an dem Zahnriemen 8 der Fall war. Insbesondere in Fig. 3 ist es nun durch die Form der Ablauffläche 9 zusätzlich erkennbar, daß sich der radiale Abstand x der Ablauffläche 9 zu der Drehachse 6 im Laufe der Drehbewegung verringert. Da mit wird sich auch das Untersetzungsverhältnis ent sprechend verringern. Dies kann beispielsweise eine Anpassung an die nicht vollkommen lineare Bewegung der Membran in der Unterdruckdose 2 sein. Es kann sich hierbei jedoch auch um eine entsprechende Anpassung an eine gewünschte Bewegung der Lufteinlaßklappen 3, bei spielsweise an ein langsames Schließen der Klappen im Endbereich ihrer Bewegung handeln.

Fig. 4 zeigt das Getriebeelement 1 nochmals in einer weiteren Ansicht.

Fig. 5 zeigt dann nochmals die Lage des bisher nur prinzipmäßig angedeuteten Federmittels 12, welches hier auf der im Getriebeelement 1 abgewandten Seite der Zugstange 4 unter den Lufteinlaßklappen 3 angeord net ist.

Selbstverständlich sind auch andere Antriebselemente als die hier dargestellte Unterdruckdose 2 denkbar, so könnte die wenigstens annähernd lineare Bewegung des Antriebselements beispielsweise von einem Linearmotor, einer hydraulischen oder pneumatischen Zylinder- Kolben-Einheit, einem Elektromagneten oder dergleichen stammen.

In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind Drehwinkel des Drehkörpers 5 in einem Bereich zwischen 0° und 180° bis 270° sinnvoll. Prinzipiell sind bei derartigen Getriebeelementen hauptsächlich Drehbewe gungen zwischen 0° und 350° zu realisieren. Es sind jedoch auch Sonderkonstruktionen denkbar, welche eine mehrfache Umdrehung des Drehkörpers 5 erlauben und so eine lineare, oszillierende Bewegung an der Zugstange 4 erzeugen.

Claims

1. Getriebeelement zum Umsetzen einer Bewegung eines wenigstens annähernd linear arbeitenden Antriebs elements in eine weitere wenigstens annähernd li neare Bewegung, wobei die beiden Bewegungen in zwei verschiedenen Ebenen ablaufen, mit den fol genden Merkmalen:

1. 1.1 ein biegeschlaffes Zugelement (8) die Bewe gung des Antriebselements (2) gegen eine Rückstellkraft auf einen mit seiner Drehachse (6) wenigstens annähernd senkrecht zu der Be wegung des wenigstens annähernd linear arbei tenden Antriebselements (2) angeordneten Drehkörper (5) überträgt;
2. 1.2 der Drehkörper (5) in einem Bereich seiner axialen Höhe, welcher in der Ebene der Bewe gung des wenigstens annähernd linear arbei tenden Antriebselements (2) angeordnet ist, an seinem Umfang eine Ablauffläche (9) auf weist, wobei ein radialer Abstand (x) zwi schen der Ablauffläche (9) und der Drehachse (6) des Drehkörpers (5) über den Umfang des Drehkörpers (5) unterschiedlich ist;
3. 1.3 das Zugelement (8) die Ablauffläche (9) zumindest über einen Teil des Umfangs des Dreh körpers (5) berührt und während der Bewegung auf die Ablauffläche (9) auf- bzw. von der Ablauffläche (9) abläuft;
4. 1.4 der Drehkörper (5) ein Befestigungselement (7) aufweist, welches versetzt zu der Dreh achse (6) des Drehkörpers (5) angeordnet ist;
5. 1.5 an dem Befestigungselement (7) ein Übertra gungsmittel (4) angreift, welches die weitere wenigstens annähernd lineare Bewegung über trägt;
6. 1.6 das biegeschlaffe Zugelement (8) als Zahnrie men ausgebildet ist, welcher in die mit einer Verzahnung versehene Ablauffläche (9) des Drehkörpers (5) eingreift; und
7. 1.7 das Übertragungsmittel (4) in der Art an dem Befestigungsmittel (7) angebracht ist, daß es in wenigstens einer Richtung senkrecht zu der Bewegung des Übertragungsmittels (4) ein Spiel (Langloch 11) aufweist.

2. Getriebeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmittel (4) als Zugelement ausge bildet ist, welches auf seiner dem Drehkörper (5) abgewandten Seite mittels eines Federmittels (12), welches die Rückstellkraft auf den Drehkörper (5) ausübt, versehen ist, wobei die weitere Bewegung an dem Zugelement (4) abgreifbar ist.

3. Getriebeelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand (x) zwischen der Ablauffläche (9) und der Drehachse (6) des Drehkörpers (5) in der Art ausgebildet ist, daß sich ein sich über die Drehbewegung des Drehkörpers (5) veränderndes Über- oder Untersetzungsverhältnis zwischen den beiden linearen Bewegungen ergibt.

4. Getriebeelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmittel (4) als Zugstange ausgebil det ist.

5. Getriebeelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel (7) als Bolzen ausgebildet ist, welcher in ein Langloch (11) der Zugstange (4) eingreift.

6. Getriebeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens annähernd linear arbeitende An triebselement (2) als Unterdruckdose ausgebildet ist.

7. Getriebeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens annähernd linear arbeitende An triebselement (2) als Linearmotor ausgebildet ist.

8. Getriebeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens annähernd linear arbeitende An triebselement (2) als hydraulisch oder pneumatisch betriebene Zylinder-Kolben-Einheit ausgebildet ist.

9. Getriebeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper (5) bei bestimmungsgemäßem Einsatz um einen Winkel von 0° bis 350° drehbar ist.