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Die
Erfindung betrifft ein mechanisches Bewegungsübertragungsorgan nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
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Ein
derartiges Bewegungsübertragungsorgan
wird in der Druckschrift
DE
195 48 593 A1 beschrieben. Dieses Organ dient dazu, eine
Betätigungsdrehbewegung
in eine translatorische Stellbewegung umzuwandeln, so zum Beispiel
die Betätigungsdrehbewegung
an einem Bedienknopf für
eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges in eine auf
ein Stellelement wie z. B. eine Luftklappe einwirkende Stellbewegung,
wodurch das Stellelement in die gewünschte Position versetzt wird.
Der Bedienknopf des Bewegungsübertragungsorgans
ist gegenüber
einem fest stehenden Hohlzylinder zu verdrehen, wobei in dem Hohlzylinder
eine Stellhülse drehbar
aufgenommen ist, die drehfest mit dem Bedienknopf gekoppelt ist
und somit die gleiche Drehbewegung wie der Bedienknopf ausführt. Im
inneren der Stellhülse
ist ein als Schlitten ausgeführtes Schubglied
verschieblich gelagert, das auf seiner Mantelfläche einen radial überstehenden
Steuerbolzen trägt,
welcher in eine Steuernut im Mantel der Stellhülse eingreift. Der Steuerbolzen
durchragt diese Steuernut und greift zusätzlich in eine geradlinige, in
Achsrichtung des Bewegungsübertragungsorgans verlaufende
Führungsnut
im Mantel des fest stehenden Hohlzylinders ein. Die Steuernut in
der Stellhülse besitzt
eine Komponente in Umfangsrichtung und in Achsrichtung, so dass
bei einer Betätigung
des Bedienknopfes und damit auch der Stellhülse das Schubglied im Innenraum
der Stellhülse
dem axialen Verlauf der Steuernut entsprechend axial verschoben wird.
Diese Axialbewegung des Schubgliedes dient als Stellbewegung.
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Problematisch
bei diesem Bewegungsübertragungsorgan
ist, dass das Schubglied mehreren kinematischen Bindungen unterworfen
ist, die aufeinander abgestimmt sein müssen, um ein Verkanten und
Blockieren des Schubglieds zu verhindern. Zum einen muss der auf
der Mantelfläche
des Schubgliedes angeordnete Steuerbolzen sowohl die Steuernut durchragen,
welche in die Mantelfläche
der Stellhülse
eingebracht ist, als auch in die Führungsnut eingreifen, welche
in die Mantelfläche
des fest stehenden Hohlzylinders eingebracht ist. Zum andern ist das
Schubglied in der Stellhülse
verschieblich gelagert, wobei während
der Bewegung des Schubglieds Lagerreaktionskräfte auftreten. Schließlich muss
das Schubglied mit dem Stellelement gekoppelt sein, auf das die
axiale Stellbewegung des Schubglieds übertragen werden soll.
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Insbesondere
aufgrund thermischer Dehnungen oder Alterungen kann sich eine oder
können sich
mehrere kinematische Bindungen verziehen, wodurch die axial Stellbewegung
des Schubglieds gefährdet
ist.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, mit einfachen Maßnahmen
ein mechanisches Bewegungsübertragungsorgan
zur Übertragung
einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung zu
schaffen, das sich durch eine lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit
auszeichnet.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Unteransprüche
geben zweckmäßige Weiterbildungen
an.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Bewegungsübertragungsorgan
befindet sich in der kinematischen Übertragungskette zwischen Stellhülse und
Schubglied ein weiteres Bauteil, welches als ein in dem fest stehenden
Hohlzylinder drehbar und verschiebbar gelagerter Übertragungskolben
ausgeführt
ist. Dieser Übertragungskolben
ist mit einem Steuerbolzen in der Steuernut geführt und beaufschlagt seinerseits stirnseitig
das Schubglied.
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Diese
Ausführung
hat den Vorteil, dass das Schubglied keinen unmittelbaren Kontakt
zum Steuerbolzen bzw. der Steuernut hat, sondern nur stirnseitig
von dem Übertragungskolben
beaufschlagt wird, also ausschließlich axiale Stellkräfte erfährt. Aufgrund
dieser Konfiguration kann das Schubglied frei von Steuergliedern
gehalten werden, welche für eine
Bewegungsübertragung
erforderlich sind. Das Schubglied führt zweckmäßig ausschließlich eine translatorische
bzw. lineare Stellbewegung durch und ist von der Rotationsbewegung,
die auf das Bewegungsübertragungsorgan
wirkt, entkoppelt.
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Diese
Rotationsbewegung wird mit Hilfe des Übertragungskolbens in die gewünschte Linearbewegung
umgesetzt. Der Übertragungskolben
wirkt vorteilhaft über
eine Führungsnut
und einen Führungsbolzen
mit der Stellhülse
zusammen, wobei die Führungsnut
geradlinig ausgebildet ist und sich in Achsrichtung – parallel
zur Längsachse – des Übertragungskolbens
erstreckt. Die Führungsnut
erlaubt eine axiale Relativbewegung zwischen Stellhülse und Übertragungskolben,
wohingegen in Umfangsrichtung eine feste kinematische Kopplung besteht, so
dass jede auf die Stellhülse
wirkende Drehbewegung unmittel bar in eine entsprechende Drehbewegung
des Übertragungskolbens
umgesetzt wird.
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Grundsätzlich kommen
sowohl Ausführungen
in Betracht, bei denen die Führungsnut
in die Mantelfläche
des Übertragungskolbens
eingebracht ist und der Führungsbolzen
sich radial nach innen in der zylindrischen Stellhülse erstreckt
als auch Ausführungen,
bei denen der Führungsbolzen
radial auf der Mantelfläche
des Übertragungsbolzens
angeordnet ist und in die Führungsnut
einragt, die in die Mantelfläche
der Stellhülse
eingebracht ist.
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Die über die
Stellhülse
auf den Übertragungskolben übertragene
Rotation wird mit Hilfe der Steuernut, die sowohl eine Komponente
in Umfangsrichtung als auch eine Komponente in Achsrichtung besitzt,
in eine axiale Stellbewegung des Übertragungskolbens umgesetzt.
Steuernut und Führungsnut
sind zweckmäßigerweise
beabstandet und weisen keine Überdeckung
auf. Gegebenenfalls können aber
die Steuernut und die Führungsnut
auch Überdeckungen
aufweisen, was beispielsweise dadurch erreicht wird, dass die Stellhülse auf
dem feststehenden Hohlzylinder aufsitzt bzw. im Innenraum des Hohlzylinders
geführt
ist.
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Zweckmäßig sind
der Übertragungskolben und
das Schubglied mit Hilfe eines Freilauf-Koppelelementes verbunden,
welches eine Relativ-Drehbewegung zwischen diesen beiden Bauteilen
erlaubt. Der Übertragungskolben übt sowohl
eine Dreh- als auch eine Schubbewegung aus, wobei mit Hilfe der Anbindung über das
Freilauf-Koppelelement zwar eine axial feste Verbindung zwischen Übertragungskolben
und Schubglied hergestellt werden kann, die eine Übertragung
der Schubbewegung sicher ermöglicht,
zugleich aber die Drehbewegung des Übertragungskolbens von der
Bewegung des Schubgliedes entkoppelt wird. Das Schub glied führt daher
nur eine translatorische Schubbewegung, nicht jedoch eine Drehbewegung
aus.
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Über ein
derartiges Freilauf-Koppelelement ist bevorzugt auch die Stellhülse an eine
Stirnseite des fest stehenden Hohlzylinders angebunden. Die Stellhülse führt eine
reine Drehbewegung aus, wohingegen der Hohlzylinder ortsfest gehalten
ist und weder eine axiale noch eine rotatorische Bewegung ausübt. Das
Freilauf-Koppelelement hat die Funktion einer Verliersicherung, über die
die Stellhülse
unverlierbar an die Stirnseite des Hohlzylinders gekoppelt ist.
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An
der Stellhülse
greift vorteilhaft ein Bowdenzug an, bei dessen Betätigung der
Stellhülse
die gewünschte
Drehbewegung aufgeprägt
wird. Der Bowdenzug übt
eine in Umfangsrichtung der Stellhülse wirkende Kraft auf diese
aus, die die Drehbewegung erzeugt.
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In
einer bevorzugten Ausführung
wird der Übertragungskolben
von einer Rückstellfeder
in seine Ausgangsstellung kraftbeaufschlagt, die zweckmäßig als
Spiraldruckfeder ausgebildet ist und einenends mit dem Hohlzylinder
und anderenends mit dem Übertragungskolben
verbunden ist. Diese Spiraldruckfeder wird bei einer Bewegung des
Kolbens sowohl zusammengedrückt
als auch verdreht und ist in der Lage, sowohl eine axiale als auch
eine in Drehrichtung wirkende Rückstellkraft
bzw. ein Rückstellmoment
auf den Übertragungskolben
auszuüben. Diese
Feder ist in der Lage, das Bewegungsübertragungsorgan in seine Ausgangsstellung
zurück
zu versetzen, sobald die die Drehbewegung auslösende, auf die Stellhülse wirkende
Kraft nachlässt.
Wird diese Drehbewegung beispielsweise wie vorbeschrieben über einen
Bowdenzug eingeleitet, so bewirkt die Feder ein Rückstellen
in Achsrichtung und in Umfangsrichtung des Übertragungskolbens, sobald die
Kraft im Bowdenzug abgebaut wird.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen,
der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines mechanischen Bewegungsübertragungsorgans,
dargestellt in Ausgangslage,
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2 eine
Seitenansicht des Bewegungsübertragungsorgans
in Ausgangslage,
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3 das
Bewegungsübertragungsorgan
in Endstellung,
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4 das
Bewegungsübertragungsorgan ohne
den fest stehenden Hohlzylinder,
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5 einen
Längsschnitt
durch das Bewegungsübertragungsorgan
entlang der Führungsnut im Übertragungskolben,
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6 ein
weiterer Längsschnitt
durch das Bewegungsübertragungsorgan,
jedoch in einem gegenüber 5 um
90° versetzten
Winkel.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das
mechanische Bewegungsübertragungsorgan 1 dient
zur Umsetzung einer Betätigungsdrehbewegung
in eine lineare bzw. translatorische Stellbewegung und wird bevorzugt
in Kraftfahrzeugen eingesetzt, beispielsweise zur Betätigung einer Klimaanlage
oder dergleichen. Das Bewegungsübertragungsorgan 1 umfasst
gemäß 1 bis 3 einen fest
stehenden Hohlzylinder 2, welcher üblicherweise mit einem Gehäuse eines
zu betätigenden
Bauteiles fest verbunden und dessen eine Stirnseite von einem Deckel 3 verschlossen
ist. Die Betätigungsdrehbewegung
wird über
eine Stellhülse 4 auf
das Bewegungsübertragungsorgan 1 eingeleitet,
wobei die Stellhülse 4 auf
der dem Deckel 3 gegenüberliegenden
Stirnseite am Hohlzylinder 2 angeordnet und mit Hilfe eines
Freilauf-Koppelelementes 12 verliersicher am Hohlzylinder 2 gehalten
ist. Das Freilauf-Koppelelement 12 sichert
die Stellhülse 4 axial
am Hohlzylinder 2, erlaubt jedoch zugleich eine Relativ-Drehbewegung
der Stellhülse 4 gegenüber dem
Hohlzylinder 2 um die Längsachse 10 des
Bewegungsübertragungsorgans.
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Die
Drehbewegung der Stellhülse 4 wird
in eine translatorische Stell- bzw. Steuerbewegung eines Schubgliedes 5 umgesetzt,
welches koaxial zur Längsachse 10 angeordnet
und axial verschieblich im Innenraum des Hohlzylinders 2 geführt ist.
Eine Stirnseite des Schubgliedes 5 ragt durch eine zentrische Öffnung im
Deckel 3 aus dem Hohlzylinder 2 heraus.
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In
der kinematischen Übertragungskette
zur Umsetzung der Drehbewegung der Stellhülse 4 in die axiale
Stellbewegung des Schubgliedes 5 liegt ein Übertragungskolben 6,
welcher ebenfalls im Innenraum des Hohlzylinders 2 geführt ist
und aus der offenen, dem Deckel 3 gegenüberliegenden Stirnseite aus
dem Hohlzylinder 2 herausragt. In die Mantelfläche des Übertragungskolbens 6 ist
eine Führungsnut 8 eingebracht,
die geradlinig ausgeführt
ist und sich parallel zur Längsachse 10 erstreckt.
In diese Führungsnut 8 greift
ein Führungsbolzen 9 ein,
welcher fest mit der Stellhülse 4 gekoppelt
ist, die den Übertragungskolben 6 radial
umgreift, wobei der Führungsbolzen 9 radial
in die Führungsnut 8 einragt.
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Die
Drehbewegung der Stellhülse 4 kann
mit Hilfe eines geeigneten Betätigungsgliedes,
beispielsweise eines Bowdenzuges 7, erzeugt werden, welches
tangential an der Stellhülse 4 angreift
und auf die Stellhülse 4 eine
eine Drehbewegung generierende Kraft in Umfangsrichtung ausübt. Die
Mantelfläche
der Stellhülse 4 weist
an einer Stirnseite einen radial überstehenden Flansch auf, der
eine Begrenzung für
den in Umfangsrichtung der Stellhülse aufzuwickelnden Bowdenzug
bildet.
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Der Übertragungskolben 6 greift
mit einem Steuerbolzen 13, welcher radial über die
Mantelfläche
des Übertragungskolbens übersteht
und fest mit diesem verbunden ist, in eine Steuernut 11 ein,
welche in die Mantelfläche
des Hohlzylinders 2 eingebracht ist und die Mantelfläche zweckmäßig durchbricht.
Diese Steuernut 11 weist über ihre Länge gesehen sowohl eine Komponente
in Achsrichtung als auch eine Komponente in Umfangsrichtung auf.
Die Steuernut 11 sowie der Steuerbolzen 13 sind
axial beabstandet zur Führungsnut 8 bzw.
dem Führungsbolzen 9.
Aufgrund der in Achsrichtung zeigenden Komponente der Steuernut 11 führt der Übertragungskolben 6 bei
einer Drehbewegung, ausgelöst durch
die Stellhülse 4,
nicht nur seinerseits eine Drehbewegung aus, sondern zusätzlich eine
axiale Stellbewegung. Diese axiale Stellbewegung wird auf das Schubglied 5 übertragen
und kann auf ein weiteres Bauteil als Stellbewegung übertragen
werden.
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Grundsätzlich kommen
beliebige Ausführungen
der Steuernut 11 in Betracht, einzige Bedingung ist – jeweils über die
Länge der
Steuernut gesehen – eine
Komponente in Achsrichtung und eine Komponente in Umfangsrichtung. Über die
Form der Steuernut 11 lässt
sich die Bewegungsumsetzung von der Drehbewegung in die translatorische
Bewegung präzise
einstellen. Im ge zeigten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich die Steuernut über
einen Umfangswinkel von mehr als 360°, wobei zur Vermeidung von Überschneidungen
die jeweiligen Endabschnitte der Steuernut 11 parallel
versetzt sind. Verlaufen diese Endabschnitte ausschließlich in
Umfangsrichtung ohne axiale Komponente, so kann hierdurch eine Verriegelung
in der Ausgangsstellung bzw. der Endstellung realisiert werden,
die im Falle einer auf das Schubglied 5 wirkenden axialen
Kraft, die in Richtung auf den Übertragungskolben 6 wirkt,
eine rückstellende Drehung
der Stellhülse 4 verhindert.
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In 1 sowie
in der Seitenansicht gemäß 2 ist
das Bewegungsübertragungsorgan 1 in
seiner Ausgangsposition gezeigt, in welcher der Übertragungskolben 6 axial
maximal aus dem Hohlzylinder 2 herausragt. Der Steuerbolzen 13 befindet
sich in der Ausgangsstellung an einem Ende der Steuernut 11.
Auch der Führungsbolzen 9 liegt
an einem Ende in der Führungsnut 8 an.
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Wird
die Stellhülse 4 durch
eine Betätigung des
Bowdenzuges 7 gemäß Pfeil 14 (2)
in Drehung versetzt, so wird diese Drehbewegung auch auf den Übertragungskolben 6 ausgeführt, der
jedoch aufgrund des Eingriffs in die Steuernut 11 im Mantel des
Hohlzylinders 2 zugleich eine axiale Stellbewegung ausführt. Diese
Stellbewegung wird auf das Schubglied 5 übertragen,
das stirnseitig an den Übertragungskolben 6 anstößt und sich
in Pfeilrichtung 15 bewegt.
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In 3 ist
die Endstellung gezeigt, in der das Schubglied 5 maximal
aus dem Hohlzylinder 2 herausgefahren ist. In der Endstellung
befindet sich der Steuerbolzen 13 in seiner zweiten Endstellung am
gegenüberliegenden
Ende in der Steuernut 11.
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In 4 ist
das Bewegungsübertragungsorgan 1 ohne
den Hohlzylinder dargestellt. Zu erkennen ist, dass die dem Schubglied 5 zugewandte Stirnseite
des Übertragungskolbens 6 von
einer Rückstellfeder 17 beaufschlagt
wird, welche sich anderenends an dem ortsfesten Deckel 3 abstützt. Bei der
Rückstellfeder 17 handelt
es sich um eine Spiraldruckfeder, welche sowohl eine axiale Rückstellkraft als
auch ein um die Längsachse 10 wirkendes
Rückstellmoment
auf den Übertragungskolben 6 ausübt und diesen
aus seiner Endlage in die Ausgangslage beaufschlagt.
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Des
Weiteren ist 4 zu entnehmen, dass im Bereich
der Kontaktstelle zwischen dem Übertragungskolben 6 und
dem Schubglied 5 ein Fortsatz 6a, welcher einteilig
mit dem Übertragungskolben 6 ausgeführt ist,
jedoch einen kleineren Radius als der Hauptkörper des Übertragungskolbens aufweist,
an eine komplementär
geformte Stirnseite des Schubgliedes 5 anstößt. Die
Kontaktstelle ist von dem Freilauf-Koppelelement 16 übergriffen,
welches Übertragungskolben 6 und
Schubglied 5 axial aneinander sichert, jedoch eine Relativdrehbewegung
beider Bauteile zueinander erlaubt. Die Rückstellfeder 17 ist
um das stangenförmige
Schubglied 5 sowie die Kontaktstelle zwischen Schubglied 5 und Übertragungskolben 6 herumgewickelt.
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5 zeigt
einen Längsschnitt
durch das Bewegungsübertragungsorgan 1 entlang
der Führungsnut 8,
welche in die Mantelfläche
des Übertragungskolbens 6 eingebracht
ist und sich in Längsrichtung
erstreckt. Es existieren aus Symmetriegründen zwei um 180° versetzt
angeordnete und im Übrigen
identisch ausgeführte Übertragungsnuten 8 am Übertragungskolben 6,
in die jeweils ein Führungsbolzen 9 radial
einragt, welcher fest an der umgreifenden Stellhülse 4 gehalten ist.
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6 zeigt
einen gegenüber
der Darstellung nach 5 um 90° versetzten Längsschnitt
durch das Bewegungsübertragungsorgan 1.
In dieser Darstellung ist der Steuerbolzen 13 zu erkennen,
welcher fest mit dem Übertragungskolben 6 verbunden ist
und beispielsweise als Wurmschraube geführt ist. Der Steuerbolzen 13 ragt
in einen Abschnitt der Steuernut 11 ein, die in die Mantelfläche des
Hohlzylinders 2 eingebracht ist.
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- 1
- Bewegungsübertragungsorgan
- 2
- Hohlzylinder
- 3
- Deckel
- 4
- Stellhülse
- 5
- Schubglied
- 6
- Übertragungskolben
- 6a
- Fortsatz
- 7
- Bowdenzug
- 8
- Führungsnut
- 9
- Führungsbolzen
- 10
- Längsachse
- 11
- Steuernut
- 12
- Freilauf-Koppelelement
- 13
- Steuerbolzen
- 14
- Pfeilrichtung
- 15
- Pfeilrichtung
- 16
- Freilauf-Koppelelement
- 17
- Rückstellfeder