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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Betätigungszug zur Übertragung
von Zug- und/oder Druckkräften mit
einer äußeren Ummantelung
und einem darin verschiebbar geführten
Zug-/Druckelement, insbesondere zur Fernbetätigung von Stelleinrichtungen
eines Kraftfahrzeuges.
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Stand der Technik
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Mechanische
Betätigungszüge sind
in vielfältigen
Ausführungsformen
für unterschiedlichste Verwendungszwecke
bekannt. Sie weisen grundsätzlich
einen schlauchförmigen,
biegsamen Betätigungsmantel
auf, in dem eine meist als Drahtlitze oder Drahtseil ausgebildete
Betätigungsseele
axial beweglich geführt
ist. Die Betätigungsseele
ragt an beiden Enden aus dem Betätigungsmantel
heraus und besitzt dort Anschlussstücke, um sie einen Ends nehmerseitig
und andern Ends geberseitig an einem Nehmer- bzw. Geberelement anbinden
zu können.
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Problematisch
bei Betätigungszügen ist
die Reibung zwischen der Betätigungsseele
und dem Betätigungsmantel,
insbesondere wenn der Betätigungszug über eine
relativ enge Biegung verlegt ist.
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Des
Weiteren haben Betätigungszüge oftmals
den unerwünschten
Nebeneffekt einer Schwingungsübertragung,
insbesondere wenn sie nehmerseitig mit einem vibrierenden oder schwingenden Bauteil,
so etwa mit Komponenten eines Kraftfahrzeuges in Verbindung stehen.
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Aus
der
EP 0 127 185 A1 ist
ein Betätigungszug
bekannt, der aus einem Zugelement und einem Mantelelement besteht.
Das Zugelement ist dabei als Stahldrahtlitze aufgebaut und hat eine
im Querschnitt gleichseitig dreieckige Umhüllung aus extrudierfähigem Kunststoff.
Die drei Spitzen der dreieckigen Umhüllung ergeben jeweils Längskanten,
die sich in verhältnismäßig großer Schlaglänge um das
Zugelement winden. Der Innendurchmesser des Schlauchs einerseits
und die Abmessungen der dreieckigen Umhüllung andererseits sind so groß, dass
die Kanten der Umhüllung
die innere Oberfläche
des Schlauches gerade berühren,
wenn der Betätigungszug eine
im Wesentlichen gestreckte Lage einnimmt und wenn keine besonderen
Kräfte
auf ihn ausgeübt
werden.
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Zwar
ist eine derartige Ausgestaltung mit an der Schlauchinnenseite zu
liegen kommenden Längskanten
der Dreiecksspitzen hinsichtlich einer Reibungsminderung von Vorteil.
Allerdings unterliegen diese Spitzen bei Auftreten einer nennenswerten Zug-
oder Druckbelastung elastischen Verformungen, die zu einer Erhöhung des
Reibungskoeffizienten des Gesamtsystems führen. Davon abgesehen ist die
effektive Gleitfläche
zwischen dem Zugelement und dem Mantelelement denkbar gering.
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Zwischen
der dreieckigen Umhüllung
und der Innenseite des Mantelelements ergeben sich zudem relativ
große
Zwischenräume,
sodass der Betätigungsmantel
nach wie vor verhältnismäßig starken Verformungen
im Bereich von Krümmungen
des Betätigungszuges
unterliegen kann, die sich wiederum nachteilig im Hinblick auf eine
leichtgängige
Betätigung
des Betätigungszuges
auswirken können.
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Weiterhin
ist aus der
DE 94 18
328 U1 ein Betätigungszug
bekannt mit einem im Querschnitt kreisförmigen Betätigungsmantel, in welchem zentrisch
eine Betätigungslitze
verläuft.
Die Betätigungslitze
ist beispielsweise von einer Kunststoffummantelung umgeben, an die
vier sternförmig
radial nach außen
gehende Längsstege
aus dem gleichen Kunststoff angeformt sind. Diese Längsstege
sorgen für eine
zentrische Führung
der Betätigungslitze
mit einem relativ großen
Abstand zum Betätigungsmantel. Sie
schließen
zusammen mit der Kunststoffummantelung vier freie Kanäle ein,
die für
einen Transport von Fluiden und/oder zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit
des Betätigungszuges
vorgesehen sind.
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Aufgrund
der vorgesehenen Kanäle
baut ein solcher Betätigungszug
im Querschnitt verhältnismäßig groß. Auch
ist die Erstreckung der Stege in Umfangsrichtung verhältnismäßig gering,
sodass auch hier der Betätigungsmantel
bei einer gekrümmten Anordnung
des Betätigungszuges
in verhältnismäßig starkem
Maße einer
Querschnittsverformung unterliegt, die wiederum die Leichtgängigkeit
des gesamten Betätigungszuges
beeinträchtigt.
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Schließlich ist
nach der
US 2007/0144302 A1 ein
Zugdruckkabel bekannt mit einer Ummantelung, welche radial nach
außen
weisende Rippen aufweist, die an einer Innenauskleidung des Außenzuges
angrenzen.
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Aufgabe
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Betätigungszug
für die Übertragung
von Zug- und/oder Druckkräften
zur Verfügung
zu stellen, der fertigungsrationell und unter Minimierung der Fertigungskosten
herstellbar ist und der zugleich hinsichtlich Biegesteifigkeit,
Reibungseigenschaften und Geräuschentwicklung
optimiert ist. Zudem soll der erfindungsgemäße Betätigungszug im Querschnitt nur
einen möglichst
geringen Bauraum einnehmen und verbesserte Reibungseigenschaften
gegenüber
dem Stand der Technik aufweisen.
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Erfindung und vorteilhafte
Wirkungen
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mittels eines Betätigungszugs
gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungen
der Erfindungen sind in Unteransprüchen angegeben.
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Demgemäß weist
der Betätigungszug
ein in einer äußeren Ummantelung
in Axialrichtung verschiebbar geführtes Zug-/Druckelement, so
etwa eine Betätigungsseele
auf, welches im Querschnitt von einem Kunststoffkörper umgeben
ist. Dabei weist der Kunststoffkörper
zumindest zwei verschiedenartig ausgebildete radial nach außen ragende
Fortsätze
auf. Von diesen radial nach außen
ragenden Fortsätzen
weist ein erster Fortsatz eine gegenüber einem zweiten Fortsatz
größere Radialerstreckung
auf. Dabei ragt der erste Fortsatz mit seinem radialen Endabschnitt
bis an die Innenseite der äußeren Ummantelung
des Betätigungszuges
heran und gelangt mit der Innenseite der Ummantelung des Betätigungszuges
in eine gleitende Anlagestellung.
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Folglich
ragt der zweite Fortsatz zumindest in einer im Wesentlichen nicht
gekrümmten
Ausgangsstellung des Betätigungszuges
aufgrund seiner kürzeren
Radialerstreckung nicht an die äußere Ummantelung
des Betätigungszuges
heran. Zwischen dem radialen Endabschnitt des zweiten Fortsatzes und
der Ummantelung ist demnach ein Zwischenraum vorgesehen.
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Der
zweite Fortsatz verleiht dem Kunststoffkörper und dem innerhalb des
Kunststoffkörpers
angeordneten Zug-/Druckelement eine erhöhte Steifigkeit und Stabilität. Auf diese
Art und Weise kann die Biegesteifigkeit des gesamten Betätigungszuges durch
die gezielte geometrische Ausgestaltung von ersten und zweiten Fortsätzen an
vorgegebene Einbaubedingungen, vorzugsweise im Kraftfahrzeugbereich,
angepasst werden.
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Dadurch,
dass zumindest ein gegenüber dem
ersten Fortsatz wenigstens geringfügig verkürzter zweiter Fortsatz am Kunststoffkörper vorgesehen ist,
kann das Maß eventueller
Querschnittsverformungen der Ummantelung selbst bei engen Verlegeradien
des Betätigungszuges
auf ein gewisses Maß reduziert
werden. Die Verformbarkeit der Ummantelung wird durch die Ausbildung
erster und zweiter Fortsätze
in einem Rahmen gehalten, der durch den Längenunterschied der radialen
Ausdehnungen der ersten und zweiten Fortsätze bestimmt ist.
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Auf
diese Art und Weise kann einer zu starken reibungserhöhenden Verformung
der Ummantelung insbesondere bei engen Verlegeradien entgegengewirkt
werden. Bei größeren Verlegeradien
oder in Bereichen, in denen sich der Betätigungszug im Wesentlichen
geradlinig erstreckt, gelangt der zweite Fortsatz jedoch nicht in
Anlagestellung mit der Innenseite der äußeren Ummantelung. In diesen
Abschnitten des Betätigungszuges
gleitet das Zug-/Druckelement allein mit den ersten Fortsätzen an
der Innenseite der äußeren Ummantelung
entlang, wodurch der Reibungswiderstand in vorteilhafter Weise verringert
werden kann.
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Die
Erfindung stellt somit einen für
unterschiedliche Einbaubedingungen hinsichtlich innerer Reibung
optimierten Betätigungszug
zur Verfügung.
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Nach
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest zwei, vorzugsweise
aber jeweils drei erste und drei zweite, im Querschnitt und Umfangsrichtung
abwechselnd zueinander angeordnete Fortsätze an dem Kunststoffkörper angeordnet
bzw. daran vorgesehen sind. Die ersten und/oder zweiten Fortsätze sind
dabei in Umfangsrichtung gleichverteilt am Kunststoffkörper angeordnet.
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Sofern
jeweils zwei erste und zwei zweite Fortsätze am Kunststoffkörper ausgebildet
sind, liegen diese vorzugsweise diametral gegenüber. Bei jeweils drei Fortsätzen sind
Fortsätze
gleichen Typs etwa um 120° in
Umfangsrichtung voneinander verteilt am Kunststoffkörper angeordnet.
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Weitere
Ausführungen
können
auch jeweils vier erste und vier zweite oder gar fünf oder
mehr erste und zweite Fortsätze
vorsehen. Deren Winkelabstände ändern sich
dann dementsprechend. Die Grundgeometrie solcher mehrere Fortsätze aufweisenden
Kunststoffkörper
kann als sternförmig
oder sternfingerartig bezeichnet werden.
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Eine
geringe Anzahl von Fortsätzen
ist hinsichtlich einer verringerten Reibung bei einem im Wesentlichen
sich geradlinig erstreckenden Betätigungszug von Vorteil, während eine
höhere
Anzahl von ersten und/oder zweiten Fortsätzen zu einer erhöhten Biegesteifigkeit
führen
kann.
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Nach
einer weiteren Ausführung
der Erfindung ist vorgesehen, dass die zwischen den Fortsätzen gebildeten
Zwischenräume
weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 30%, vorzugsweise weniger
als 15% und höchst
vorzugweise weniger als 10% der Gesamtquerschnittsfläche des
Kunststoffkörpers
betragen. Folglich sind die Fortsätze in Umfangsrichtung verhältnismäßig breit
ausgebildet, sodass ein jeder Fortsatz per se bereits gegenüber einem
bekannten Dreiecks- oder Stegprofil etwa mit einer sich nach außen verjüngenden
Kontur bereits eine erhöhte
Grundsteifigkeit aufweisen kann.
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Es
ist ferner vorgesehen, dass sich der Kunststoffkörper nahezu über die
gesamte Länge des
Zug-/Druckelements erstreckt und im Querschnitt abgerundete Außenkonturen
aufweist. Abgerundete Außenkonturen
mögen zwar
gegenüber
einer spitz zulaufenden oder kantigen Außenkontur die Gesamtreibungsfläche mit
der Ummantelung erhöhen.
Allerdings sind solche abgerundete Außenkonturen für das Anlagern
und Anhaften eventueller Gleit- oder Schmiermittel von Vorteil.
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Dabei
ist weiterhin vorgesehen, dass die Krümmungsradien der abgerundeten
Außenkonturen des
Kunststoffkörpers
im Bereich von 5 bis 15%, vorzugsweise im Bereich von 8 bis 12%
des Durchmessers des Kunststoffkörpers
liegen. Beträgt
der Querschnitte des Kunststoffkörpers
gemessen an den ersten Fortsätzen
von etwa 3 mm, so liegen die Krümmungsradien
der abgerundeten Außenkonturen
typischerweise im Bereich von 0,15 bis 0,5 mm, vorzugsweise im Bereich
von 0,2 bis 0,3 mm.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Radialerstreckung
des zweiten, kürzeren
Fortsatzes, bezogen auf den Mittelpunkt des Betätigungszuges oder des Kunststoffkörpers zumindest
5 bis 15%, vorzugsweise 8 bis 12% kürzer als die Radialerstreckung
des ersten Fortsatzes ausgebildet ist. So kann etwa vorgesehen werden,
dass die radialen Endabschnitte der ersten Fortsätze auf einem ersten Kreis
liegen, der im Durchmesser 5 bis 15% größer als ein zweiter, kleinerer Kreis
ist, an welchem die radial außenliegenden
Konturen der zweiten Fortsätze
zu liegen kommen.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass die Seitenflanken von in Umfangsrichtung benachbart
angeordneten ersten und/oder zweiten Fortsätzen einen Winkel von etwa
45° bis
90°, vorzugsweise
etwa 60° aufspannen.
Ferner ist vorgesehen, dass die Seitenflanken von ersten und zweiten
Fortsätzen
radial zur Mitte des Kunststoffkörpers
hin gerichtet über
eine Krümmung
verbunden sind. Der Abstand des Scheitelpunktes dieser Krümmung zur
Innenfläche
des Kunststoffkörpers
bestimmt die Höhe
eines umlaufenden Bunds des Kunststoffkörpers. Diese Bundhöhe kann
bis zu 50% der Radialerstreckung eines ersten oder zweiten Fortsatzes,
gemessen vom radialen Endabschnitt des Fortsatzes bis zur radialen
Innenwandung des Kunststoffkörpers,
welcher am Zug-/Druckelement zur Anlage gelangt, betragen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste
und/oder der zweite Fortsatz in Umfangsrichtung eine Erstreckung
von jeweils 40° bis
60°, vorzugsweise
etwa 45°,
bezogen auf den Kreisumfang des Betätigungszuges aufweisen. Diese
Erstreckung bezieht sich auf die radialen Endabschnitte des ersten
und/oder des zweiten Fortsatzes, die im Falle des ersten Fortsatzes
mit der Innenseite der äußeren Ummantelung
des Betätigungszuges
gleitend zur Anlage gelangen.
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Demgemäß ist vorgesehen,
dass zumindest der erste, vorzugsweise aber auch der zweite Fortsatz
an seinem radialen außenliegenden
Endabschnitt eine zumindest abschnittsweise der Innenkontur der
Ummantelung entsprechende oder damit korrespondierende Geometrie
aufweist.
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Nach
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der radial außen zu liegen kommende Endabschnitt
des ersten Fortsatzes zumindest eine Vertiefung zur Aufnahme eines Schmier-
oder Gleitmittels aufweist. Insoweit sind an den ersten Fortsätzen sogenannte
Fett- oder Schmiertaschen vorgesehen.
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Diese
befinden sich vorzugsweise mittig am ersten Fortsatz, bezogen auf
dessen Umfang.
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Auch
können
die Seitenflanken der ersten und zweiten Fortsätze im Wesentlichen geradlinig, aber
auch konkav oder konvex gewölbt
ausgebildet sein.
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Die
zur Aufnahme eines Schmier- oder Gleitmittels vorgesehene Vertiefung
am ersten Fortsatz beträgt
weniger als 10%, vorzugsweise gar weniger als 5% der Radialerstreckung
des ersten Fortsatzes, bezogen auf den Mittelpunkt des Kunststoffkörpers oder
des Zug-/Druckelements.
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Die
Tiefe dieser Vertiefung kann insbesondere geringer als die Differenz
der Radialerstreckung von erstem und zweitem Fortsatz ausgebildet
sein.
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Des
Weiteren ist vorgesehen, dass der Kunststoffkörper auf das Zug-Druckelement
extrudiert ist. Das Zug- oder Druckelement ist dabei vorzugsweise
aus Metalldraht gefertigt. Es kann aus einem einzigen Federstahldraht
bestehen, oder aber auch als Litzenseil ausgebildet sein.
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Bei
einer Ausgestaltung mit einem einzigen Federstahldraht als Zug-/Druckelement
dient der es ummantelnde Kunststoffkörper als Ersatz für die Verseilungsdrähte eines
Litzenseils. Gegenüber
einer Litzenseilausbildung kann eine einen Federstahldraht und eine
Kunststoffummantelung aufweisende Betätigungszugseele vergleichsweise
kostengünstig hergestellt
werden.
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Auch
kann vorgesehen werden, dass der Kunststoffkörper in Axialrichtung wendelartig
oder geradlinig verläuft.
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Ausführungsbeispiel
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
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1 zeigt
das von einem Kunststoffkörper ummantelte
Zug- oder Druckelement in einer schematischen Darstellung im Querschnitt.
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Der
Betätigungszug 10,
welcher ohne die äußere Ummantelung
dargestellt ist, weist ein innenliegendes, zentrisch zur gedachten äußeren Ummantelung
verlaufendes Zug-/Druckelement 16 auf. Dieses Zug-/Druckelement 16 ist
von einem Kunststoffkörper 11 umgeben,
welcher erste Fortsätze 12 und
zweite, gegenüber
den ersten Fortsätzen
verkürzte,
Fortsätze 14 aufweist.
Die Fortsätze
erstrecken sich radial nach außen,
wobei lediglich die ersten Fortsätze 12 zur
gleitenden Anlage an der Innenseite des nicht explizit gezeigten,
aber durch den äußeren Kreis 22 angedeuteten äußeren Mantels
vorgesehen sind.
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Insgesamt
ist die Grundgeometrie des Kunststoffkörpers 11 als sternförmig oder
sternfingerartig zu bezeichnen, wobei die einzelnen Fortsätze 12, 14 radial
außenliegend
eine abgerundete Kontur aufweisen. Die radial außenliegenden Endabschnitte der
Fortsätze 12, 14 sind
insbesondere an die Krümmung
der äußeren Ummantelung
angepasst. Demgemäß weisen
auch die zweiten, gegenüber
den ersten Fortsätzen 12 verkürzten Fortsätze 14 in
Umfangsrichtung eine konvexe Krümmung
auf, sodass deren Außenkontur
im Wesentlichen mit einem im Durchmesser etwas geringeren Kreis 20 zusammenfallen.
Die Krümmungsradien
des äußeren und/oder inneren
Kreises 20, 22 und des radial außen zu liegen
kommenden Endabschnitts der zweiten Fortsätze sind im Wesentlichen identisch
oder entsprechen einander.
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An
ihren in Umfangsrichtung außenliegenden
abgerundeten Kanten 26 weisen die Fortsätze 12, 14 Krümmungsradien
auf, die etwa im Bereich eines Zehntel Durchmessers des Kunststoffkörpers 11 liegen.
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Die
nach Art einer Einkerbung ausgebildeten Zwischenräume 18 zwischen
benachbarten ersten und zweiten Fortsätzen 12, 14 betragen
zumindest weniger als 50%, vorzugweise aber weniger als 30 und höchst vorzugsweise
gar weniger als 15 oder 10% der Gesamtquerschnittsfläche des
Kunststoffkörpers 11.
Auf diese Art und Weise können
die zwischen der äußeren Ummantelung
gebildeten und von dem Kunststoffkörper nach innen begrenzten
Hohlräume 18 nahezu
vollständig
mit Material ausgefüllt werden.
Auf diese Art und Weise können
der Betätigungsseele
und dem gesamten Betätigungszug
eine erhöhte,
den jeweiligen Einbauanforderungen angepasste Biegesteifigkeit verliehen
werden.
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Der
Winkel α zwischen
benachbarten Seitenflanken 32, 34 von ersten und
zweiten Fortsätzen 12, 14 beträgt im gezeigten
Ausführungsbeispiel
etwa 60°.
Er kann zwischen 45 und 90°,
je nach Ausgestaltung der Fortsätze 12, 14 und
der Anzahl der Fortsätze
variieren.
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Die
Seitenflanken 32, 34 der Fortsätze 12, 14 sind über eine
kehlenartige Rundung 24 miteinander verbunden. Auch diese
Rundung 24 weist einen Krümmungsradius im Bereich von
5% bis 15%, vorzugweise 10% des Durchmessers des Kunststoffkörpers 11 auf.
Der Abstand zwischen dem Scheitelpunkt der kehlenartigen Rundung 24 und
der Innenwand 36 des Kunststoffkörpers 11, mit welcher
dieser am Zug-/Druckelement 16 zur Anlage gelangt, beträgt bis zu
50%, vorzugweise lediglich 40% oder 20% bis 30% der Radialerstreckung
des ersten oder zweiten Fortsatzes 12, 14, gemessen
von deren radialen Endabschnitt bis zur Innenwandung 36 des Kunststoffkörpers 11.
Dieser Abstand definiert eine radiale Höhe eines umlaufenden Bunds,
welcher nachhaltig die Elastizitäts-
und Biegesteifigkeitseigenschaften der Betätigungsseele beeinflusst.
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Die
Erstreckung des ersten und/oder zweiten Fortsatzes 12, 14 in
Umfangsrichtung, wie sie in der Figur durch den Winkel β angedeutet
ist, kann zwischen 40° und
60°, vorzugsweise
im Bereich von etwa 45° liegen.
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Ferner
ist zumindest ein radial außen
zu liegen kommendes Ende der ersten Fortsätze 12 mit einer Vertiefung 30 versehen,
die vorzugsweise als konkave Wölbung
ausgebildet ist. Die Tiefe dieser Wölbung 28 ist vorzugsweise
geringer als der radiale Längenunterschied
von erstem und zweitem Fortsatz 12, 14.
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Die
Vertiefung 28 dient der Aufnahme und Aufbewahrung eines
Schmier- oder Gleitmittels, mit welchem die Gleitreibung zwischen
dem Kunststoffkörper
und dem ihn umgebenden Außenschlauch des
Betätigungszuges
in vorteilhafter Weise minimiert werden kann. Es ist dabei von Vorteil,
dass die Vertiefung 30 in Umfangsrichtung beidseitig von
an die Ummantelung heranragenden Kontaktzonen 38, 40 des
ersten Fortsatzes 12 begrenzt ist. Auf diese Art und Weise
kann eine besonders feine und dünne Verteilung
eines Gleitfilms an der Innenseite der äußeren Ummantelung zur Verfügung gestellt
werden, wobei die zwischen den Fortsätzen 12, 14 vorgesehenen
Zwischenräume 18 weitgehend
frei von einem Schmier- oder Gleitmittel bleiben.
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Des
Weiteren weist der Kunststoffkörper 11 überwiegend
Polyamid mit wenigstens 2% Molybdändisulfid auf. Durch Verwendung
dieses Materials können
einerseits die vorgegebenen Steifigkeitsanforderungen besser erfüllt und
zugleich die Verschleißfestigkeit
erhöht
und die Reibung zwischen Kunststoffkörper und äußerem Schlauch verringert werden.
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- 10
- Betätigungszug
- 11
- Kunststoffkörper
- 12
- Erster
Fortsatz
- 14
- Zweiter
Fortsatz
- 16
- Zug-/Druckelement
- 18
- Zwischenraum
- 20
- Innerer
Radius
- 22
- Äußerer Radius
- 24
- Krümmung
- 26
- Krümmung
- 28
- Krümmung
- 30
- Vertiefung
- 32
- Seitenflanke
- 34
- Seitenflanke
- 36
- Innenwandung
- 38
- Kontaktzonen
- 40
- Kontaktzonen