DE102008051287A1

DE102008051287A1 - Vorrichtung zum mechanischen Sperren der Bewegung eines Bauteils, elektrischer Antrieb und Fahrzeuglenksystem

Info

Publication number: DE102008051287A1
Application number: DE102008051287A
Authority: DE
Original assignee: Ovalo GmbH
Current assignee: Ovalo GmbH
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2028-10-11
Also published as: DE102008051287B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100, 100') zum mechanischen Sperren der Bewegung eines Bauteils (1) relativ zu einem Bezugsbauteil (2), mit Sperrmitteln (3) und Gegensperrmitteln (4), welche gegeneinander in eine formschlüssige Verbindung bringbar sind, wobei die Gegensperrmittel (4) oder die Sperrmittel mit dem beweglichen Bauteil (1) und entsprechend die Sperrmittel (3) oder die Gegensperrmittel mit dem Bezugsbauteil (2) koppelbar sind. Es sind Vorspannmittel (5, 5') vorgesehen, welche im eingebauten Zustand der Vorrichtung (100; 100') auf das bewegliche Bautiel (1) und/oder das Bezugsbauteil mit einer vorgegebenen Haltekraft wirken und bei formschlüssiger Verbindung von Sperrmittel (3) und Gegensperrmittel (4) das bewegliche Bauteil (1) gegenüber dem Bezugsbauteil (2) festhalten. Die Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Antrieb mit einer solchen Sperrvorrichtung sowie ein Fahrzeuglenksystem mit einem derartigen elektrischen Antrieb (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum mechanischen Sperren der Bewegung eines Bauteils relativ zu einem Bezugsbauteil mit Sperrmitteln und Gegensperrmitteln, welche gegeneinander in eine formschlüssige Verbindung bringbar sind, wobei die Gegensperrmittel oder die Sperrmittel mit dem beweglichen Bauteil und entsprechend die Sperrmittel oder die Gegensperrmittel mit dem Bezugsbauteil koppelbar sind. Die Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Antrieb mit einer solchen Vorrichtung, welche auf das Abtriebselement des elektrischen Antriebs wirkt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeuglenksystem mit Hilfskraftlenkung, welche einen solchen elektrischen Antrieb aufweist.
Stand der Technik
Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum mechanischen Sperren der Bewegung eines Bauteils relativ zu einem Bezugsbauteil ist aus der DE 10 2006 028 269 A1 bekannt. Die bekannte Vorrichtung ist Teil eines Fahrzeuglenksystems mit Hilfskraftlenkung und wirkt mit dem für die Hilfskraftlenkung zuständigen Elektromotor zusammen. Bei einem solchen Fahrzeuglenksystem ist es zwingend erforderlich, dass bei einer Störung des Elektromotors eine unkontrollierte Hilfskraftlenkbewegung vermieden wird, da dieser Zustand zu einer für den Fahrer nicht mehr kontrollierbaren Lenkbewegung des Fahrzeugs führen kann. Durch die bekannte Vorrichtung ist es möglich, dass beim Eintreten bestimmter Zustände, wie beispielsweise bei einer Abschaltung des Elektromotors die Abtriebswelle des Elektromotors, oder eine damit wirkverbundene Getriebewelle am Drehen gehindert wird.
Bei der bekannten Vorrichtung ist dazu ein ausfahrbarer Sperrstift vorgesehen, welcher bei Aktivierung in eine von mehreren Ausnehmungen eines ringartigen Bauteils eingreift, welches drehfest mit der Abtriebswelle des Elektromotors bzw. der Getriebewelle verbunden ist.
Es hat sich gezeigt, dass in der Praxis häufig der Betriebszustand vorliegt, dass bei Eingreifen des Sperrstiftes in die Ausnehmung die Abtriebswelle noch eine erhebliche Drehzahl aufweist, sodass der Sperrstift mit großer Wucht gegen die Wandung der Ausnehmung anschlägt, und sich dadurch erhebliche Bauteilbelastungen ergeben.
Bei der bekannten Vorrichtung ist es deshalb vorgesehen, dass die über den Umfang des ringartigen Bauteils verteilt angeordneten taschenartigen Ausnehmungen nockenartig verlaufen, sodass der Sperrstift an dem nockenartigen Umfangsabschnitt des ringsartigen Bauteils gleitet, wodurch vor dem Anschlagen des Sperrstiftes gegen die Seitenwandung die Abtriebswelle in ihrer Drehbewegung abgebremst werden soll. Auch sind bei der bekannten Vorrichtung Elemente mit elastomeren Eigenschaften innerhalb der Ausnehmungen angeordnet, welche den Aufprall des Sperrstiftes an der Seitenwandung der Ausnehmung abdämpfen sollen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass es trotz dieser Maßnahmen in der Praxis zu einem wuchtartigen Anschlagen des Sperrstiftes gegen die Seitenwandung der Ausnehmung kommt, insbesondere wenn das Verriegeln der Abtriebswelle bzw. Getriebewelle bei hoher Drehzahl der Abtriebswelle eingeleitet wird.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum mechanischen Sperren der Bewegung eines Bauteils relativ zu einem Bezugsbauteil mit den eingangs genannten Merkmalen vorzuschlagen, durch welche das mechanische Sperren bauteilschonend erfolgt. Ferner soll ein entsprechender elektrischer Antrieb und ein Fahrzeuglenksystem mit einem solchen elektrischen Antrieb vorgeschlagen werden.
Erfindung und vorteilhafte Wirkungen
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung zum mechanischen Sperren der Bewegung eines Bauteils relativ zu einem Bezugsbauteil vorgeschlagen, welche die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Ferner wird eine Vorrichtung zum mechanischen Sperren der Bewegung eines Bauteils relativ zu einem Bezugsbauteil vorgesehen, welche die in Anspruch 2 genannten Merkmale aufweist. Weiterhin wird ein elektrischer Antrieb mit den Merkmalen gemäß dem Anspruch 16 sowie ein Fahrzeuglenksystem mit den Merkmalen gemäß dem Anspruch 17 vorgeschlagen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum mechanischen Sperren der Bewegung eines Bauteils relativ zu einem Bezugsbauteil weist Sperrmittel und Gegensperrmittel auf, welche gegeneinander in eine formschlüssige Verbindung bringbar sind, wobei die Gegensperrmittel oder die Sperrmittel mit dem beweglichen Bauteil und entsprechend die Sperrmittel oder die Gegensperrmittel mit dem Bezugsbauteil koppelbar sind. Die Sperrmittel können beispielsweise als wenigstens ein Sperrelement, vorzugsweise Sperrstift, ausgebildet sein. Die mit den Sperrmitteln korrespondierenden Gegensperrmittel können durch wenigstens einen Anschlag und/oder Ausnehmung gebildet sein, in welche das Sperrelement aufnehmbar ist bzw. gegen welches das Sperrelement anschlagen kann, sodass die Sperrmittel und die Gegensperrmittel gegeneinander in eine formschlüssige Verbindung gebracht sind. Das bewegliche Bauteil kann beispielsweise das Abtriebselement eines Elektromotors oder ein mit dem Abtriebselement wirkverbundenes Bauteil eines Getriebes oder ein Bauteil eines Getriebes als solches sein. Das Bezugsbauteil kann beispielsweise das Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder das Gehäuse des Elektromotors sein, dessen Abtriebselement in seiner Bewegung gesperrt werden soll. Auch kann das Bezugsbauteil das Fahrwerk oder die Karosserie eines Kraftfahrzeuges sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass das Bezugsbauteil ein ortsfestes Bauteil ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 zeichnet sich u. a. dadurch aus, dass Vorspannmittel zum Erzeugen einer kraftschlüssigen Verbindung von beweglichem Bauteil und Bezugsbauteil vorgesehen sind, wobei im eingebauten Zustand und bei formschlüssiger Verbindung von Sperrmittel und Gegensperrmittel die Vorspannmittel und die Sperrmittel/Gegensperrmittel zueinander in Reihe geschaltet mit dem beweglichen Bauteil und dem Bezugsbauteil wirkverbunden sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem Anspruch 2 zeichnet sich u. a. dadurch aus, dass Vorspannmittel vorgesehen sind, welche im eingebauten Zustand der Vorrichtung mit einer vorgegebenen Haltekraft vorzugsweise auf das bewegliche Bauteil und/oder das Bezugsbauteil wirken. Als Vorspannmittel sind dabei solche Mittel zu verstehen, durch deren Vorspannung eine Kraft erzeugt wird, welche als Haltekraft beispielsweise auf das bewegliche Bauteil und/oder das Bezugsbauteil wirkt, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut ist, das heißt, mit dem beweglichen Bauteil und dem Bezugsbauteil gekoppelt ist. Die Vorspannmittel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnen sich ferner unter anderem dadurch aus, dass bei formschlüssiger Verbindung von Sperrelement und Anschlag das bewegliche Bauteil gegenüber dem Bezugsbauteil gehalten ist, vorzugsweise fest gehalten ist.
Durch die Vorspannmittel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Sperren der Bewegung des Bauteils dadurch realisiert, dass die im Sperrzustand vorliegende Wirkverbindung zwischen dem beweglichen Bauteil und dem Bezugsbauteil durch Formschluss und zusätzlich durch eine dem Formschluss vorgeschalteten und/oder nachgeschalteten Kraftschluss realisiert ist.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung sind auf technisch einfache Weise hohe Bauteilbelastungen oder Bauteilüberlastzustände im Zuge der Verriegelung des beweglichen Bauteils vermieden, da es bei Überschreiten der Haltekraft der Vorspannmittel zu einer Bewegung des Bauteils relativ gegenüber dem Bezugsbauteil kommt. Eine solche Bewegung kommt dann beispielsweise aufgrund einer Rutschbewegung der gegeneinander kraftschlüssig gehaltenen Teile der Kraftschlussverbindung zustande.
Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Vorspannmittel in ihrer Haltekraft derart dimensioniert sind, dass bei kurzzeitig auftretenden erhöhten Gegenkräften eine Bewegung des Bauteils relativ zum Bezugsbauteil zugelassen ist. Dadurch wird eine Belastung der Bauteile durch diese besonders bauteilschädliche Kräfte vermieden. Den belasteten Bauteilen kommt dadurch eine höhere Lebensdauer zu. Aufgrund der hierdurch realisierten geringeren Belastung können die betroffenen Bauteile auch entsprechend kleiner dimensioniert werden, sodass die erfindungsgemäße Vorrichtung wie auch die Systeme, welche mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet sind, kompakter gebaut werden können und gewichtsmäßig leichter realisierbar sind.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Vorspannmittel in ihrer Haltekraft einstellbar sind. Dadurch ist die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung flexibel auf die in dem jeweiligen Anwendungsfall auftretenden Kräfte, welche beim mechanischen Sperren der Bewegung des Bauteils wirken, individuell anpassbar. Damit können individuell auf den jeweiligen Anwendungsfall bezogen, die jeweils besonders bauteilschädigenden Belastungen vermieden werden, indem bei Überschreiten der eingestellten Haltekraft es zu einem Nachgeben der Kraftschlussverbindung kommt und eine Bewegung des zu sperrenden Bauteils zugelassen ist.
Es bietet sich dabei an, dass die Vorspannmittel wenigstens eine Reibfläche aufweisen, welche mit einer mit dem beweglichen Bauteil oder dem Bezugsbauteil zusammenwirkenden Gegenreibfläche korrespondiert. Dadurch kann die von dem Vorspannmittel zu erzeugende Haltekraft besonders einfach und mit wenig Aufwand erzielt werden.
Mit Vorteil bietet es sich dabei an, dass die Reibfläche und/oder die Gegenreibfläche durch einen Reibbelag gebildet ist. Dadurch kann der beim Durchrutschen der gegeneinander gehaltenen Reibfläche und Gegenreibfläche entstehende Verschleiß auf den Reibbelag verlagert werden, sodass der Verschleiß bei dem Bauteil mit der Gegenreibfläche erheblich vermindert ist und dieses Bauteil insofern in seiner Lebensdauer nicht beeinträchtigt ist. Durch den Reibbelag wird somit gezielt ein Verschleißteil eingesetzt. Bevorzugt sollte der Reibbelag ein separates Bauteil sein, welches austauschbar ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Sperrmittel oder Gegensperrmittel und die Reibfläche an einem gemeinsamen Bauteil ausgebildet sind. Dem gemeinsamen Bauteil kommt dadurch eine Doppelfunktion zu, nämlich es dient zum einen als Teil der Formschlussverbindung und zum anderen als Teil der Kraftschlussverbindung zwischen dem beweglichen Bauteil und dem Bezugsbauteil. Durch die Doppelfunktion ist ein hoher Integrationsgrad in die erfindungsgemäße Vorrichtung realisiert, sodass die Vorrichtung besonders kompakt und gewichtsmäßig leicht realisiert werden kann.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Vorspannmittel wenigstens ein Federelement aufweisen und die Haltekraft der Vorspannmittel durch die Rückstellkraft des Federelementes erzeugt ist. Hierdurch wird zur Erzeugung der Haltekraft auf ein technisch einfaches Bauteil zurückgegriffen, welches als Massenartikel besonders kostengünstig ist.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass die Vorspannmittel über ein Zwischenteil auf das bewegliche Bauteil wirken, mit welchem das bewegliche Bauteil fest verbindbar ist. Auch diese Maßnahme zielt in die Richtung, die erfindungsgemäße Vorrichtung möglichst kostengünstig realisieren zu können, da durch das Zwischenteil etwaige bauliche Veränderungen an dem beweglichen Bauteil zur Realisierung der Kraftschlussverbindung weitgehend oder gänzlich vermieden werden können.
Für den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Wellen als beweglichem Bauteil, ist es gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Zwischenteil als Nabe ausgebildet ist. Als Nabe ist im Zuge der Erfindung ein vorzugsweise ringartiges Bauteil zu verstehen, welches auf die Welle aufschiebbar ist.
Vorzugsweise sollte die Nabe die Vorspannmittel tragen. Dadurch ist eine Montage der Vorspannmittel auf der Welle in einfacher Weise dadurch möglich, dass dazu lediglich die Nabe auf die Welle aufzuschieben ist. Vorspannmittel und Nabe bilden somit eine separate Einheit, welche in einfacher Weise auch austauschbar ist.
Bei einem als Welle ausgebildeten beweglichen Bauteil bietet es sich ferner an, dass die Vorspannmittel koaxial bezüglich der Drehachse der Welle angeordnet sind. Bevorzugt sollten die Vorspannmittel dabei in axialer Richtung hintereinander liegen. Durch diese Maßnahmen ist eine in axialer wie auch in radialer Richtung kompakte Sperrvorrichtung realisierbar.
Bei rotatorischen Systemen mit einer Welle als beweglichem Bauteil kann es nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Vorspannmittel durch wenigstens ein die Welle zumindest abschnittsweise umfassendes Teil gebildet sind, welches die Welle vorzugsweise passgenau unter Bildung einer Klemmkraft aufnimmt. Hierdurch sind die Vorspannmittel auf besonders einfache und kostengünstige Weise bereits durch ein einziges Bauteil realisierbar. Durch die passgenaue Ausbildung der mit der Welle in Kontakt tretenden Umfangsfläche des Teiles ist ferner je nach Art der Passung die Stärke der erzeugten Klemmkraft vorgebbar. Bevorzugt sollten das passgenaue Teil und die Welle eine Presspassung bilden, wobei bevorzugt die Welle eine Einheitswelle sein sollte. Als Einheitswelle werden im Sinne der vorliegenden Erfindung Wellen bezeichnet, welche in der gleichen Toleranz ausgeführt sind. Die gewünschte Passung wird dabei durch die Toleranz des die Welle umfassenden Teiles erreicht. Dadurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung an beliebigen Wellen montierbar, ohne dass dadurch bereits vorhandene Wellen nachbearbeitet werden müssen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher besonders für einen Einsatz bei bereits bestehenden Systemen geeignet, deren Welle in ihrer Drehbewegung mechanisch gesperrt werden können soll.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung können die Vorspannmittel durch wenigstens eine Buchse, Hülse, Ringelement oder dergleichen Hohlkörper gebildet sein, welcher die Welle vorzugsweise passgenau unter Bildung einer Klemmkraft aufnimmt. Hierdurch kann auf bereits vorgefertigte standardisierte Bauteile zurückgegriffen werden, welche als Massenbauteil besonders kostengünstig sind.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bietet es sich an, dass an dem die Welle umfassenden Teil oder Hohlkörper die Gegensperrmittel oder die Sperrmittel angeformt sind.
Dadurch dient ein einziges Bauteil sowohl zum Herstellen der Formschlussverbindung als auch zum Herstellen der Kraftschlussverbindung zwischen der Welle und dem Bezugsbauteil. Eine hohe Kompaktheit der Vorrichtung ist dadurch gegeben.
Nach einer alternativen Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass das die Welle umfassende Teil oder Hohlkörper ein separates Bauteil ist. Hierdurch ist beispielsweise im Verschleißfall das verschlissene Teil gegen ein neues Teil in einfacher Weise austauschbar.
Um die erfindungsgemäße Vorrichtung in kompakter Bauform realisieren zu können, sollte bevorzugt das separate Bauteil zwischen einer die Gegensperrmittel oder die Sperrmittel aufweisenden Nabe und der Welle angeordnet sein. Bevorzugt sollten dabei Welle, Nabe und separates Bauteil in konzentrischer Anordnung bezüglich der Drehachse der Welle liegen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet bevorzugt Anwendung in einem elektrischen Antrieb mit wenigstens einem Abtriebselement, welches mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in seiner Bewegung relativ zum Gehäuse des Antriebs mechanisch sperrbar ist.
Ein solcher elektrischer Antrieb mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung findet bevorzugt Anwendung in einem Fahrzeuglenksystem mit Hilfskraftlenkung. Dabei dient die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Sperren der Bewegung der Abtriebswelle für die Hilfskraftlenkung.
Die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung findet ferner bevorzugt Anwendung bei einem Fahrzeuglenksystem mit Hilfskraftlenkung, bei dem ein Überlagerungsgetriebe vorgesehen ist mittels dem eine Hilfslenkbewegung in die von dem Lenkrad auf das Lenkgetriebe übertragene Lenkbewegung eingekoppelt werden kann. Die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung dient dabei bevorzugt zum Sperren der Drehbewegung der Hilfslenkbewegung. Bei einem solchen Fahrzeuglenksystem bietet es sich an, dass das Überlagerungsgetriebe als Spannungswellengetriebe ausgebildet ist, wobei bevorzugt die Hilfslenkbewegung über den Flexspline des Spannungswellengetriebes eingekoppelt wird.
Ausführungsbeispiele
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
1 eine mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung zum mechanischen Sperren der Bewegung eines Bauteils relativ zu einem Bezugsbauteil in Seitenansicht und teilweiser Darstellung im Querschnitt,
2 die Vorrichtung gemäß 1 in Vorderansicht,
3 die Vorrichtung gemäß 1 in perspektivischer Darstellung,
4 die Vorspannmittel der Vorrichtung gemäß 1 in perspektivischer Ansicht als Explosionsdarstellung,
5 eine weitere mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung zum mechanischen Sperren der Bewegung eines Bauteils relativ zu einem Bezugsbauteil in perspektivischer Ansicht als Explosionsdarstellung,
6 die Vorrichtung gemäß 5 in Seitenansicht und teilweiser Querschnittsdarstellung,
7 die Vorrichtung gemäß 5 in Vorderansicht.
Die 1 bis 4 zeigen – in schematischer Darstellung – eine mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung 100 zum mechanischen Sperren der Bewegung eines Bauteils 1 relativ zu einem Bezugsbauteil 2 in verschiedenen Ansichten.
Eine solche Vorrichtung ist grundsätzlich zum Sperren der Bewegung eines drehbeweglichen und/oder translatorisch beweglichen Bauteils geeignet. Bei der Ausführungsform gemäß der 1 und 4 ist das bewegliche Bauteil 1 als drehbewegliche Welle ausgebildet, welche beispielsweise die Abtriebswelle eines elektrischen Antriebes sein kann. Bei einem solchen elektrischen Antrieb dient die Sperrvorrichtung 100 als sogenannte Sicherheitsbremse oder Notstoppbremse. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 weist dazu Sperrmittel, vorzugsweise in Art wenigstens eines Sperrelements 3 auf, welches beispielsweise mittels eines Schaltmagneten aus- und eingefahren werden kann. Das Sperrelement 3 und der Schaltmagnet sind beispielsweise einem gemeinsamen Gehäuse 15 zugeordnet, welches fest an dem Bezugsbauteil 2 montierbar ist, vorzugsweise mittels Schrauben an dem Bezugsbauteil 2 befestigbar ist. Dazu weist das Gehäuse 15 Durchgangsbohrungen 16 zum Aufnehmen der nicht dargestellten Schrauben auf. Sofern die Welle 1 ein Abtriebselement eines elektrischen Antriebes ist, ist das Bezugsbauteil 2 bevorzugt gehäusefest bezüglich des Gehäuses des elektrischen Antriebs ausgebildet.
Die Sperrvorrichtung 100 weist weiterhin mit der Welle 1 wirkverbindbare Gegensperrmittel 4 auf, welche mit den Sperrmitteln 3 in eine formschlüssige Verbindung bringbar sind. Die Gegensperrmittel sind bevorzugt durch Anschläge 4 gebildet, welche bevorzugt an einem ringförmigen Bauteil 17 angeordnet, vorzugsweise daran angeformt sind, und von dem Außenumfang des ringförmigen Bauteiles 17, vorzugsweise als Vorsprünge 22, radial nach außen abstehen. Das ringförmige Bauteil 17 ist koaxial bezüglich der Welle 1 angeordnet, wobei das Sperrelement 3 radial zur Drehachse 12 der Welle 1 liegt. Das Gehäuse 15 mit seinem Schaltmagneten und dem Sperrelement 3 sind in einem so großen Abstand von dem ringförmigen Bauteil 17 angeordnet, dass im Ausgangszustand des Sperrelementes 3, also im eingefahrenen Zustand des Sperrelementes 3, sich das ringförmige Bauteil 17 frei drehen kann. Im ausgefahrenen Zustand soll das Sperrelement 3 gegen einen der beiden Anschläge 4 stoßen können, um dadurch ein Verdrehen des ringförmigen Bauteils 17 zu verhindern. Das ringförmige Bauteil 17 ist auch bei ausgefahrenem Sperrelement 3 soweit verdrehbar, bis das Sperrelement bzw. der Sperrstift 3 an den Anschlag 4 zu liegen kommt. Bei der Sperrvorrichtung 100 sind die beiden Anschläge diametral gegenüberliegend angeordnet, sodass bei ausgefahrenem Sperrelement 3 eine Verdrehbewegung des ringförmigen Bauteiles 17 über den Umfangsabschnitt des ringförmigen Bauteils zwischen den Anschlägen 4 verdrehbar ist.
Bei der Vorrichtung 100 gemäß der 1 bis 4 ist das ringförmige Bauteil 17 zugleich auch Teil einer Kraftschlussverbindung mit der Welle 1.
Die Kraftschlussverbindung ist durch Vorspannmittel 5 erzeugt, welche mit einer vorgegebenen Haltekraft auf die Welle 1 wirken und bei Formschluss von Sperrelement 3 und Anschlag 4 die Welle 1 drehfest halten, solange die von der Welle 1 erzeugte Kraft die von den Vorspannmitteln 5 erzeugte Haltekraft nicht übersteigt. Anderenfalls kommt es unter anhaltender Wirkung der Haltekraft dennoch zu einer Verdrehbewegung der Welle 1 um die Drehachse 12. Die Vorspannmittel 5 weisen wenigstens ein Federelement 10 auf, wobei die Haltekraft der Vorspannmittel 5 durch die Rückstellkraft des Federelementes 10 erzeugt ist.
Vorzugsweise ist das Federelement 10 als Tellerfeder ausgebildet, welches sich mit seinem radial innenliegenden Ende gegen einen in axialer Richtung lagefest fixierten Sicherungsring 18 abstützt und mit seiner radial außenliegenden Ende gegen einen Abschnitt 19 des ringförmigen Bauteils 17 abstützt. Der Abschnitt 19 ist dabei bevorzugt scheibenförmig ausgebildet und steht abgewinkelt, vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig zu einem zylinderförmigen Abschnitt 20 des ringförmigen Bauteils 17, an dem bevorzugt die Anschläge 4 angeordnet sind. Das ringförmige Bauteil 17 ist in Richtung der Drehachse 12 der Welle 1 verschiebbar und bildet mit seinem Abschnitt 19 eine Reibfläche 6, welche mittels des Federelementes 10 gegen eine Gegenreibfläche 7 gedrückt wird. Die Gegenreibfläche 7 ist an einem Reibbelag 8 gebildet, welcher sich in axialer Richtung gegen ein drehfest mit der Welle 1 verbindbares Zwischenteil 11 in Art einer Nabe abstützt. Dabei ist der Reibbelag 8 mit der Nabe 11 vorzugsweise mittels Verkleben drehfest verbunden. Es kann natürlich nach einer alternativen Ausgestaltung auch sein, dass der Reibbelag verdrehbar gegenüber der Nabe ausgebildet ist, sodass der Reibbelag und die entsprechende Anlagefläche der Nabe 11 eine Reibpaarung bilden.
Die Nabe 11 trägt vorzugsweise die Vorspannmittel 5, insbesondere den Sicherungsring 18, ein ggf. vorhandenes Distanzelement 21, das Federelement 10, das ringförmige Bauteil 17 und den Reibbelag 8. Die Nabe 11 ist ferner in der Weise ausgebildet, dass sie unter Ausbildung einer drehfesten Verbindung auf der Welle 1 montierbar ist. Die drehfeste Verbindung zwischen Welle 1 und Nabe 11 kann eine Kraftschlussverbindung und/oder Formschlussverbindung und/oder Stoffschlussverbindung sein. Die Verbindung ist bevorzugt als lösbare Verbindung ausgebildet, beispielsweise als Keil-, Klemm-, Schraubverbindung, als Nut-Feder-Verbindung, Schwalbenschwanzverbindung und/oder mittels Passfeder.
Bei der Sperrvorrichtung 100 ist die auf die Welle 1 wirkende Haltekraft individuell auf den jeweiligen Anwendungsfall einstellbar, in dem das zwischen dem Federelement 10 und dem Sicherungsring 18 angeordnete Distanzelement 21 gegen ein anderes Distanzelement mit anderer Breite ausgetauscht wird, sodass das Federelement mehr oder weniger vorgespannt wird. Auch ist natürlich die Zwischenschaltung von mehreren Distanzelementen möglich. Die Haltekraft ist auch durch unterschiedliche Dimensionierung der Größe von Reibfläche 6 und Gegenreibfläche 7 und/oder durch Variation des Materials des Reibbelages 8 in einfacher Weise einstellbar.
Die 5 bis 7 zeigen – in schematischer Darstellung – eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 100' zum mechanischen Sperren der Bewegung der Welle 1 relativ zu dem Bezugsbauteil 2. Bauteile der Sperrvorrichtung 100', welche mit den Bauteilen der Sperrvorrichtung 100 gemäß der 1 bis 4 identisch sind, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen; insofern wird auf die Beschreibung zu den 1 bis 4 verwiesen.
Die Sperrvorrichtung 100' weist Vorspannmittel 5' auf, welche durch wenigstens ein die Welle 1 zumindest abschnittsweise umfassendes Teil 13 gebildet sind, das die Welle 1 unter Bildung einer Klemmkraft aufnimmt. Die Haltekraft der Vorspannmittel 5' wird bei der Sperrvorrichtung 100' somit durch die Klemmkraft des Teiles 13 erzeugt.
Das Teil 13 kann als Hülse, Buchse oder dergleichen Hohlkörper ausgebildet sein, welcher mit der Welle 1 passgenau zusammenwirkt und vorzugsweise als Presspassung realisiert ist. Dabei bildet der Innenumfang der Hülse 13 eine Reibfläche 6' und der mit der Hülse 13 korrespondierende Umfangsabschnitt der Welle 1 eine Gegenreibfläche 7'. Die Gegenreibfläche 7' der Welle 1 ist durch einen gesetzten bzw. vertieften Abschnitt der Welle 1 in axialer Richtung gebildet, durch welchen die Hülse 13 auf der Welle 1 gegen axiales Verschieben gesichert ist. Die Hülse 13 sitzt koaxial bezüglich der Drehachse 12 auf der Welle 1. Koaxial bezüglich der Drehachse 12 ist ferner eine Nabe 14 vorgesehen, welche die Hülse 13 zumindest abschnittsweise umgibt und vorzugsweise drehfest mit der Hülse 13 verbunden ist.
Nach einer alternativen Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, dass die Hülse 13 mit ihrem Außenumfang und die Nabe 14 mit ihrem Innenumfang eine Reibpaarung bilden, sodass es bei Überschreitung der Haltekraft der Vorspannmittel 5' zu einem Verrutschen der gegeneinander anliegenden Reibflächen von Hülse 13 und Nabe 14 und/oder von Hülse 13 und Welle 1 kommt.
Bevorzugt kann das die Welle 1 zumindest abschnittsweise umfassende Teil 13, die Buchse, Hülse, Ringelement oder dergleichen Hohlkörper als Reibbelag ausgebildet sein und somit aus dem für Reibbeläge typischen Material bestehen, welches bevorzugt kunstharzgebunden, bevorzugt faserverstärkt und bevorzugt formgepresst ist. Auch kann der Hohlkörper 13 mit einem solchen Reibbelagmaterial beschichtet sein.
Bei der Sperrvorrichtung 100' sind die Sperrmittel 4 an mehreren Vorsprüngen 23 gebildet, welche an der Nabe 14 angeordnet sind, vorzugsweise daran angeformt sind, und über den Umfang der Nabe 14 verteilt vorliegen. Zwischen benachbarten Vorsprüngen 23 befindet sich jeweils ein weiterer Vorsprung 24, welcher sich gegenüber den Vorsprüngen 23 weniger radial nach außen erstreckt. Zwischen den benachbarten Vorsprüngen 23 und 24 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 5 bis 7 eine Ausnehmung 25 angeordnet, welche sich über den Umfang der Nabe 14 in der Weise erstreckt, dass darin das Sperrelement 3 aufgenommen werden kann, wie insbesondere aus 7 ersichtlich ist.
Durch die auf diese Weise ausgestaltete Nabe 14 ergibt sich folgende Funktionsweise für die Sperrvorrichtung 100':
Bei Aktivierung des Schaltmagneten und einem hierdurch eingeleiteten Ausfahren des Sperrelementes 3 trifft das Sperrelement 3 mit seinem ausgefahrenen Ende beispielsweise auf die Außenumfangsfläche einer der Vorsprünge 24, welche mit geringerer Länge gegenüber den Vorsprüngen 23 nach außen stehen. Je nach Ausrichtung des Sperrelementes 3 zu der Nabe 14 bzw. je nach Ausfahrzustand des Sperrstiftes 3 in Richtung zu der Nabe 14 kann der Sperrstift 3 stirnseitig mit der Außenumfangsfläche 24 in Berührungskontakt gelangen und dadurch bereits eine Abbremsung aufgrund des Gleitens des Sperrelementes 3 auf der Außenumfangsfläche des Vorsprunges 4 stattfinden. Die Nabe 14 dreht sich dabei weiter, bis das Sperrelement 3 gegen den Anschlag 4 des jeweils nächstliegenden Vorsprunges 23 anschlägt und dadurch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Sperrelement 3 und der Nabe 14 hergestellt ist.
Durch die zwischen den Vorsprüngen 23 und 24 vorgesehene Ausnehmung 25 kann in dieser Position nun das Sperrelement 3 weiter ausgefahren werden, sodass es in der Ausnehmung 25 aufgenommen ist. In dieser Position des Sperrelementes 3 in der Ausnehmung 25 ist dann ein Verdrehen der Nabe 14 sowohl in die eine Drehrichtung als auch in die andere Drehrichtung nicht mehr möglich. Durch die Anordnung der Vorsprünge 23 und 24 sowie der Ausnehmungen 25 ist daher die Nabe 14 für einen Einsatz in Zusammenhang mit der Sperrvorrichtung 100' für beide Drehrichtungen der Welle 1 geeignet.
Bei der Sperrvorrichtung 100' kann die von den Vorspannmitteln 5' erzeugte Haltekraft in einfacher Weise eingestellt werden, indem die Hülse, Buchse oder dergleichen Hohlkörper gegen eine andere Hülse, Buchse oder Hohlkörper mit anderer Breite ausgetauscht wird. Auch ist ein Austausch der Hülse, Buchse oder des Hohlkörpers gegen eine andere Hülse, Buchse oder Hohlkörper mit anderer Maßtoleranz möglich.

100, 100': Sperrvorrichtung
1: bewegliches Bauteil, Welle
2: Bezugsbauteil
3: Sperrmittel, Sperrelement
4: Gegensperrmittel, Anschlag
5, 5': Vorspannmittel
6, 6': Reibfläche
7, 7': Gegenreibfläche
8: Reibbelag
10: Federelement, Tellerfeder
11: Zwischenteil, Nabe
12: Drehachse
13: Teil, Hülse
14: Nabe
15: Gehäuse
16: Durchgangsbohrung
17: ringförmiges Bauteil
18: Sicherungsring
19: Abschnitt
20: Abschnitt
21: Distanzelement
22: Vorsprung
23: Vorsprung
24: Vorsprung
25: Ausnehmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006028269 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (100; 100') zum mechanischen Sperren der Bewegung eines Bauteiles (1) relativ zu einem Bezugsbauteil (2) mit Sperrmitteln (3) und Gegensperrmitteln (4), welche gegeneinander in eine formschlüssige Verbindung bringbar sind, wobei die Gegensperrmittel (4) oder die Sperrmittel mit dem beweglichen Bauteil (1) und entsprechend die Sperrmittel (3) oder die Gegensperrmittel mit dem Bezugsbauteil (2) koppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannmittel (5; 5') zum Erzeugen einer kraftschlüssigen Verbindung von beweglichem Bauteil (1) und Bezugsbauteil (2) vorgesehen sind, wobei im eingebauten Zustand der Vorrichtung (100; 100') und bei formschlüssiger Verbindung von Sperrmittel (3) und Gegensperrmittel (4) die Vorspannmittel (5; 5') und die Sperrmittel (3)/Gegensperrmittel (4) zueinander in Reihenschaltung mit dem beweglichen Bauteil (1) und dem Bezugsbauteil (2) wirkverbunden sind.
Vorrichtung (100; 100') zum mechanischen Sperren der Bewegung eines Bauteiles (1) relativ zu einem Bezugsbauteil (2) mit Sperrmitteln (3) und Gegensperrmitteln (4), welche gegeneinander in eine formschlüssige Verbindung bringbar sind, wobei die Gegensperrmittel (4) oder die Sperrmittel mit dem beweglichen Bauteil (1) und entsprechend die Sperrmittel (3) oder die Gegensperrmittel mit dem Bezugsbauteil (2) koppelbar sind, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Vorspannmittel (5; 5') vorgesehen sind, welche im eingebauten Zustand der Vorrichtung (100; 100') auf das bewegliche Bauteil (1) und/oder das Bezugsbauteil mit einer vorgegebenen Haltekraft wirken und bei formschlüssiger Verbindung von Sperrmittel (3) und Gegensperrmittel (4) das bewegliche Bauteil (1) gegenüber dem Bezugsbauteil (2) fest halten.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannmittel (5; 5') in ihrer Haltekraft derart dimensioniert sind, dass bei kurzzeitig auftretenden erhöhten Gegenkräften eine Bewegung des Bauteiles (1) relativ zum Bezugsbauteil (2) zugelassen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannmittel (5; 5') in ihrer Haltekraft einstellbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannmittel (5, 5') wenigstens eine Reibfläche (6; 6') aufweisen, welche mit einer mit dem beweglichen Bauteil (1) oder dem Bezugsbauteil zusammenwirkenden Gegenreibfläche (7; 7') korrespondiert.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche und/oder die Gegenreibfläche (7) durch einen Reibbelag (8) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrmittel (3) oder Gegensperrmittel (4) und die Reibfläche (6) an einem gemeinsamen Bauteil (17) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannmittel (5) wenigstens ein Federelement (10) aufweisen und die Haltekraft der Vorspannmittel (5) durch die Rückstellkraft des Federelementes (10) erzeugt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannmittel (5) über ein Zwischenteil (11) auf das bewegliche Bauteil (1) wirken, mit welchem das bewegliche Bauteil (1) fest verbindbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Bauteil eine Welle (1) ist und das Zwischenteil als Nabe (11) ausgebildet ist, welche vorzugsweise die Vorspannmittel (5) trägt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Bauteil eine Welle (1) ist und die Vorspannmittel (5) koaxial bezüglich der Drehachse (12) der Welle (1) angeordnet sind und vorzugsweise in axialer Richtung hintereinander liegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Bauteil eine Welle (1) ist und die Vorspannmittel (5') durch wenigstens ein die Welle (1) zumindest abschnittsweise umfassendes Teil (13) gebildet sind, welches die Welle (1) unter Bildung einer Klemmkraft aufnimmt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Bauteil eine Welle (1) ist und die Vorspannmittel (5') durch wenigstens eine Buchse, Hülse (13), Ringelement oder dergleichen Hohlkörper gebildet ist, welcher die Welle (1) unter Bildung einer Klemmkraft aufnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem die Welle umfassenden Teil oder Hohlkörper der Anschlag oder das Sperrelement angeformt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das die Welle (1) umfassende Teil (13) oder Hohlkörper ein separates Bauteil ist, welches vorzugsweise zwischen einer die Gegensperrmittel (4) oder die Sperrmittel aufweisenden Nabe (14) und der Welle (1) angeordnet ist.
Elektrischer Antrieb mit wenigstens einem Abtriebselement (1) und einer Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche zum mechanischen Sperren der Bewegung des Abtriebselementes (1) relativ zum Gehäuse des Antriebes dient.
Fahrzeuglenksystem mit einem elektrischen Antrieb nach dem vorhergehenden Anspruch, welcher vorzugsweise Bestandteil der Hilfskraftlenkung des Fahrzeuglenksystems ist.