DE102007008831A1

DE102007008831A1 - Kupplung

Info

Publication number: DE102007008831A1
Application number: DE200710008831
Authority: DE
Inventors: Carsten Dipl.-Ing. Haubenschild; Ralf Dipl.-Ing. Wagner (FH)
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2008-08-28

Abstract

Eine Kupplung (12) mit einem Paar von Kontaktplatten, von denen jede jeweils eine Kontaktfläche aufweist, wobei die Kontaktflächen der Kontaktplatten zur Übertragung eines Drehmomentes über zugeordnete Andruckmittel aneinander anpressbar sind, soll elektrisch schaltbar und mechanisch trennbar sein. Dazu sind die Kontaktflächen des Kontaktplattenpaares parallel zueinander und gegenüber der Kupplungslängsachse abgeschrägt ausgerichtet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung mit einem Paar von Kontaktplatten, von denen jede jeweils eine Kontaktfläche aufweist, wobei die Kontaktflächen der Kontaktplatten zur Übertragung eines Drehmomentes über zugeordnete Andruckmittel aneinander anpressbar sind. Sie betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug.
Moderne Kraftfahrzeuge sind typischerweise mit einer Mehrzahl von automatisierten oder motorisch betriebenen Tür- oder Fensterelementen, beispielsweise elektrischen Fensterhebern oder motorisch angetriebenen Türen oder Heckklappen, ausgestattet.
Bei derartigen Systemen ist aufgrund der vergleichsweise hohen Antriebskräfte in besonderem Maß auf den Schutz von Personen zu achten, die sich im Öffnungs- oder Schließweg dieser Tür- oder Fensterelemente befinden könnten. Dabei soll das Einklemmen von Körperteilen zwischen der festen Karosserie und den beweglichen Elementen wirkungsvoll vermieden werden.
Zur Vermeidung von Einklemmungen von Personen zwischen der Heckklappe und der Karosserie oder im Laufbereich der Schiebetür eines Kraftfahrzeuges können beispielsweise Melder in Form von Kontaktleisten Verwendung finden, die an der unteren Kante einer Heckklappe angebracht sind oder karosserieseitig in die umlaufenden Dichtungsgummis an den Öffnungen eines Kraftfahrzeuges, die durch eine Heckklappe oder eine Schiebetür verschlossen werden, integriert sind. Durch das Einklemmen von Körperteilen zwischen den beweglichen Elementen einer Tür oder eines Fensters und diesen Kontaktleisten wird zeitlich vor Ausübung einer Kraft, die körperliche Schäden verursachen könnte, ein Kontakt ausgelöst, der die Antriebseinheit der beweglichen Elemente stoppt. Dies geschieht üblicherweise durch die Unterbrechung der Stromzufuhr zur Antriebseinheit der Tür- und/oder Fensterelemente, so dass das die Antriebskraft des Motor auf das Tür- oder Fensterelement übertragende Getriebe das Tür- oder Fensterelement in der Position arretiert, in der es sich bei Unterbrechung der Stromzufuhr befindet.
In einer anderen Sicherheitsvorrichtung können zur Vermeidung von Einklemmungen oder Überlastungen Sensoren installiert werden, die Laständerungen in der Antriebsmechanik einer Heckklappe oder einer Schiebetür erkennen und auswerten. Dazu gehört das Erkennen von Drehzahländerungen der Antriebsmechanik oder Stromschwankungen des Antriebsmotors, verursacht durch die Erhöhung des Widerstandes. Bei Vorliegen einer solchen Überlastung wird die Antriebseinheit ebenfalls auf die beschriebene Art und Weise gestoppt.
Die Antriebseinheit umfasst üblicherweise ein Getriebe, das die Kraft von der Antriebseinheit auf das jeweilige zugeordnete Türelement überträgt. Die Unterbrechung des Antriebs bei Erkennen eines Hindernisses aufgrund der entsprechenden Meldung über die Kontaktleisten oder Sensoren löst üblicherweise über eine Unterbrechung der Stromzufuhr eine Sperre des Getriebes aus.
Das Getriebe kann auch derart ausgeführt sein, dass es bei Erkennen, beispielsweise über eine geeignete Auswerteeinheit, des Anwachsens des Drehmomentes auf einen über einem vorgegebenen Sollwert liegenden Wertes auf einen Widerstand im Öffnungs- oder Schließweg schließt und die Bewegung des Türelementes stoppt.
Das Getriebe ist als selbsthemmendes Getriebe ausgelegt, damit bei einer Unterbrechung der Stromversorgung der Antriebseinheit das Türelement in dieser Position verharrt. Dadurch ist zwar sichergestellt, daß ein geöffnetes Türelement, beispielsweise ein vertikal zu öffnendes und zu schließendes, bei Ausfall der Stromversorgung nicht aufgrund der Erdgravitation und des Eigengewichtes zufallen kann und dadurch Personen oder Gegenstände gefährdet, die sich im Schließweg befinden.
Allerdings kann das Kraftfahrzeug bei Ausfall der Stromversorgung nicht verschlossen werden, da zur manuellen Schließung des Türelementes dieses gegen die haltende Kraft des Getriebes verdreht werden muss, wozu ein erheblicher Kraftaufwand notwendig ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der genannten Art anzugeben, die die Betriebssicherheit von Türelementen im Kraftfahrzeug sicherstellt, dabei aber eine manuelle Betätigung für den Fall eines Stromausfalles ermöglicht. Des Weiteren soll ein Kraftfahrzeug angegeben werden, das über eine besonders hohe Betriebssicherheit verfügt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Kontaktflächen des Kontaktplattenpaares parallel zueinander und gegenüber der Kupplungslängsachse abgeschrägt ausgerichtet sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass zur Erfüllung der Aufgabe eine Kupplung elektrisch schaltbar und mechanisch trennbar sein sollte. Zur wahlweisen Betätigung der Kupplung über elektrische oder mechanische Einwirkungen kann eine elektrisch betätigbare Kupplung eingesetzt sein, die in der Art einer Hysteresekupplung ausgebildet ist, wobei der Kontakt zwischen den Kontaktflächen der Kupplung im geschlossenen Zustand über Permanentmagneten hergestellt wird. Zum Lösen der Kupplung müssten die Magnetkräfte überwunden werden, die den Kontakt aufrecht halten. Dies könnte beispielsweise über geeignete elektrische Maßnahmen geschehen.
Um die Kupplung, beispielsweise im Falle eines Versagens der elektrischen Versorgung, mechanisch zu trennen und somit die Abtriebs- von der Antriebsseite und von den Haltekräften zu entkoppeln, sollte eine geeignete Einbringung mechanischer Stellkräfte in das System möglich sein. Dies kann unter Anbindung an Peripherieelemente, die die Beaufschlagung mit Drehmomenten ermöglichen, geschehen.
Die zur Überwindung der Magnetkräfte erforderliche axiale Verschiebung der Kupplungshälften kann beispielsweise durch eine Verdrehung der Kontaktplatten gegeneinander erreicht werden, indem die Kontaktflächen für eine derartige Umsetzung eine geeignete Formgebung aufweisen.
Um eine möglichst große Kontaktfläche zu erhalten, ein zuverlässiges Schließen der Kupplung und somit eine möglichst vollständige Übertragung des Drehmoments sowie eine selbsttätige Ausrichtung der Kupplungshälften zueinander beim Wiedereinkuppeln zu erreichen, sind die Kontaktflächen der Kupplungshälften vorteilhafterweise jeweils geschrägt ausgeführt, wobei die Abschrägungen beim vollständigen Einkuppeln parallel zueinander stehen und dadurch einen einfachen Formschluss erzielen.
Um die Kupplungshälften bei einer Unterbrechung der Stromversorgung und somit einer Unterbrechung der Bewegung der Türelemente in Kontakt zueinander zu halten, damit beispielsweise ein vertikal bewegtes Türelement aufgrund seines Eigengewichtes nicht unkontrolliert reagiert, sowie um ein zuverlässiges Einkuppeln und eine vollständige Übertragung des Drehmoments durch die Ausführung in Form eines einfachen Formschlusses sowie eine selbsttätige Ausrichtung der Kupplungshälften zueinander beim Wiedereinkuppeln zu unterstützen, sind zweckmäßigerweise in den Kupplungshälften kontaktflächenseitig Permanentmagnete vorgesehen.
Alternativ sind die Kontaktflächen der Kupplungshälften vorteilhafterweise permanentmagnetisch ausgeführt; in einer anderen Ausführungsform weist eine Kupplungshälfte kontaktflächenseitig eine Anzahl von Permanentmagneten auf, während die andere Kupplungshälfte aus magnetisierbarem Material ausgeführt ist, um eine Anziehung durch die Permanentmagneten zu ermöglichen.
Um die Überwindung der Magnetkraft bei einer notwendigen mechanischen Trennung zu unterstützen, sind in den Kontaktplatten vorteilhafterweise Trennmittel vorgesehen, beispielsweise Druckfedern, deren Trennkraft allerdings sinnvollerweise geringer ist als die Anziehungskraft, die zwischen den Kontaktflächen aufgrund der Magnetkraft auftritt.
Um eine hohe Betriebssicherheit für die Benutzung des Kraftfahrzeuges und seiner Türelemente zu erreichen, ist eine Kupplung in dem Getriebe der Antriebseinheiten der Türelemente vorgesehen, die den motorischen Betrieb der Türelemente über elektrische Schaltung ermöglicht und im Falle eines Ausfalls der Stromversorgung die Betriebssicherheit ebenfalls sicherstellt, da sie manuell betätigbar ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass Türelemente eines Kraftfahrzeuges auch im Falle eines Ausfalls der elektrischen Versorgung über mechanische Maßnahmen zu öffnen und/oder zu schließen sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 ein Kraftfahrzeug in seitlicher Ansicht,
2 eine Hysteresekupplung im Schnitt, und
3 eine Hysteresekupplung mit Permanentmagneten im Schnitt.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 in seitlicher Ansicht mit einer Antriebseinheit 2 für ein Türelement 4, in diesem Falle einer Heckklappe in einem halbgeöffneten Zustand, deren hier nicht dargestellter Öffnungs- und Schließmechanismus über die Antriebseinheit 2 motorisch angetrieben ist.
Die Antriebseinheit 2, die die Heckklappe 4 auf Anforderung durch den Benutzer des Kraftfahrzeuges 1 öffnet oder schließt, wird üblicherweise über den Energiespeicher 6 des Bordnetzes des Kraftfahrzeuges 1 mit elektrischer Energie versorgt. Diese Stromzufuhr auf Anforderung funktioniert auch dann, wenn die Zündung des Kraftfahrzeuges 1 ausgeschaltet ist, da die Antriebseinheit 2 unabhängig vom Bereitschaftszustand der elektronischen Systeme des Kraftfahrzeuges 1 mit elektrischer Energie gespeist ist.
Sollte aufgrund eines Störfalles die elektrische Energieversorgung der Antriebseinheit 2 ausfallen, sperrt das in der 1 nicht dargestellte selbsthemmende Getriebe die weitere Bewegung des Türelementes 2. Die hier dargestellte Heckklappe 4 bleibt dann in der Position stehen, in der sie sich zum Zeitpunkt der Unterbrechung der Energieversorgung befunden hat.
Die 2 zeigt den detaillierten Aufbau der Antriebseinheit 2 in schematischer Darstellung. Der Motor 8 überträgt über das Getriebe 10, das als selbsthemmendes Getriebe ausgelegt und dem die Kupplung 12 mit den Kupplungshälften 14 und 16 zugeordnet ist, bei geschlossener Kupplung 12, also bei Anliegen der antriebsseitigen Kupplungshälfte 14 an die türelementseitige Kupplungshälfte 16, das Drehmoment auf das zugehörige Türelement 4.
Das Schließen der Kupplung 12 geschieht durch die Zufuhr von elektrischer Energie auf die Spulen 18. Dadurch wird die Kupplungshälfte 16 angezogen und in die Position gebracht, die sie aufgrund der abgeschrägten Kontaktflächen der Kupplungshälften 14 und 16 einnehmen kann.
In dieser Position wird aufgrund der Abschrägung der Kontaktflächen der Kupplungshälften 14 und 16 und der damit verbundenen Vergrößerung der Kontaktfläche gegenüber nicht abgeschrägten Kontaktflächen ein besonders hohes Drehmoment für die Kraftübertragung erreicht.
In beiden Kupplungshälften 14 und 16 sind Permanentmagnete 20 eingebracht, die antipolar ausgerichtet sind und sich daher anziehen. Wenn die Kupplungshälften 14 und 16 aneinandergeführt sind, erreicht die gegenseitige Anziehung der Permanentmagneten 20 in der Endposition der Kupplungshälften 14 und 16 zueinander, also bei geschlossener Kupplung 12, die größtmögliche Kraft.
Wird die Zufuhr elektrischer Energie vom Energiespeicher 6 des Bordnetzes zur Kupplung 12 unterbrochen, verlieren die Spulen 18 ihre anziehende Wirkung. Die Kupplungshälften 14 und 16 werden dann durch die Anziehungskraft der Permanentmagneten 20 in den Kupplungshälften 14 und 16 zusammengehalten. Bei einer abtriebsseitigen Einwirkung auf die Kupplung, also einer manuell verursachten Bewegung des Türelementes 4, wirkt eine Kraft auf die Kupplungshälfte 16 ein, die zu einer Verdrehung der Kupplungshälften 14 und 16 gegeneinander führt. Durch diese Drehbewegung vergrößert sich der Abstand zwischen den Permanentmagneten 20, bis deren magnetische Anziehungskraft die Federkraft der Druckfedern 22 unterschreitet und die Federkraft zur Trennung der Kupplung 12 ausreicht.
Nach erfolgter manueller Trennung der Kupplung 12 kann bei Wiederanlegen der elektrischen Versorgung ein Wiedereinkup peln dadurch ermöglicht werden, dass der Motor 8 der Antriebseinheit 2 besonders langsam anläuft, bis die Kupplungshälften 14 und 16 parallel zueinander stehen und ein Kraftschluss durch die Anziehung der Permanentmagnete 20 erfolgt.
Eine andere Möglichkeit der Trennung der Kupplung 12 ist die Nutzung der Spulen 18, die dazu umzupolen sind und aufgrund der Umpolung anstelle einer Anziehungs- eine Abstoßungskraft entwickeln. Dazu ist allerdings die Versorgung der Spulen 18 mit elektrischer Energie notwendig.
Die 3 zeigt leichte Modifikationen der Kupplung 12 gegenüber der in der 2 dargestellten Version. In dieser Version sind in beide Kupplungshälften 14 und 16 jeweils einander gegenüberliegende Spulen 18 eingebracht, die sich bei Bestromung gegenseitig anziehen und dadurch die Kupplung 12 in eine geschlossene Stellung bringen. Zur elektrischen Trennung der Kupplung 12 werden die Spulen 18 umgepolt und stoßen sich gegenseitig ab.
Zur weiteren Verstärkung des Effektes sind die Kontaktflächen der Kupplungshälften 14 und 16 antipolar permanentmagnetisch ausgeführt. Dadurch stoßen sich die Kupplungshälften 14 und 16 bei einer Falschausrichtung der Kontaktflächen gegenseitig ab und ziehen sich bei richtiger Stellung zueinander an, wodurch die Ausrichtung auf die Position mit der größtmöglichen Kraftübertragung zu erzielen ist.

1: Kraftfahrzeug
2: Antriebseinheit
4: Türelement
6: Energiespeicher des Bordnetzes
8: Motor
10: Getriebe
12: Kupplung
14: antriebsseitige Kupplungshälfte
16: türelementseitige Kupplungshälfte
18: Spule(n)
20: Permanentmagnet(e)
22: Druckfeder (n)

Claims

Kupplung (12) mit einem Paar von Kontaktplatten, von denen jede jeweils eine Kontaktfläche aufweist, wobei die Kontaktflächen der Kontaktplatten zur Übertragung eines Drehmomentes über zugeordnete Andruckmittel aneinander anpressbar sind, und wobei die Kontaktflächen des Kontaktplattenpaares parallel zueinander und gegenüber der Kupplungslängsachse abgeschrägt ausgerichtet sind.
Kupplung (12) nach Anspruch 1, wobei die Kontaktplatten an ihren Kontaktflächen jeweils antipolare Permanentmagneten (20) aufweisen.
Kupplung (12) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kontaktplatten an den Kontaktflächen permanentmagnetisch sind.
Kupplung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Kontaktplatte der einen Kupplungsseite eine Anzahl von Permanentmagneten (20) aufweist und die Kontaktfläche der Kontaktplatte der anderen Kupplungsseite magnetisierbar ist.
Kupplung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren Kontaktplatten eine Anzahl von gegen die Magnetkraft der Permanentmagneten (20) wirkenden Trennmitteln aufweisen.
Kupplung (12) nach Anspruch 5, deren Trennmittel eine Kraft aufbringen, die geringer ist als die gegenwirkende Magnetkraft der Permanentmagneten (20).
Kraftfahrzeug mit einer Anzahl von Türelementen (4), die jeweils über eine Antriebseinheit (2) betätigbar sind, die ein Getriebe (10) und eine dem Getriebe (10) zugeordnete Kupplung (12) umfasst, wobei die Kupplung (12) nach Anspruch 1 ausgestaltet ist.