DE102010022891A1

DE102010022891A1 - Schlingfedermechanismus

Info

Publication number: DE102010022891A1
Application number: DE201010022891
Authority: DE
Inventors: Jürgen Osterlänger; Meinhard SCHMIDT; Mark LAUGER
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-12-08
Also published as: WO2011154200A1

Abstract

Schlingfedermechanismus umfassend eine Schlingfeder mit einem Windungsabschnitt und zwei vom Windungsabschnitt im wesentlichen radial nach innen oder außen abgewinkelten Federschenkelenden, und einen relativ zur Schlingfeder verdrehbaren Schließer, der beim Verdrehen auf ein Federschenkelende zum Spannen der Schlingfeder in formschlüssige Anlage mit einem der Schlingfeder zugeordneten Reibelement einwirkt, wobei das Federschenkelende (16, 17) in einem zum Windungsabschnitt (15) hin abstützenden Abstützelement (19, 20) aufgenommen ist, an dem der Schließer (33) angreift.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Schlingfedermechanismus umfassend eine Schlingfeder mit einem Windungsabschnitt und zwei vom Windungsabschnitt im Wesentlichen radial nach innen oder außen abgewinkelten Federschenkelenden, und einen relativ zur Schlingfeder verdrehbaren Schließer, der beim Verdrehen auf ein Federschenkelende zum Spannen der Schlingfeder in formschlüssige Anlage mit einem der Schlingfeder zugeordneten Reibelement einwirkt.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiger Schlingfedermechanismus ist an sich bekannt und dient üblicherweise als Sperrmechanismus respektive Lastsperre zum Sperren einer ungewünschten Drehbewegung eines Drehelements, dem der Schlingfedermechanismus zugeordnet ist. Der Einsatz eines solchen Schlingfedermechanismus ist beispielsweise in Kraftfahrzeugen als Fahrwerksaktuator, z. B. zur Spur- oder Sturzverstellung, bei Sitzverstellungen, Scheibenwischerantrieben, Fensterhebern oder ganz allgemein als Linearaktuator bekannt, jedoch hierauf nicht beschränkt. Der Schlingfedermechanismus umfasst üblicherweise eine mehrere Windungen aufweisende Schlingfeder, von der zwei Federenden radial innen oder außen, je nachdem ob die Schlingfeder zum Sperren im Durchmesser zu verringern oder zu weiten ist, abstehen. Der Schlingfeder ist ein Reibelement zugeordnet, gegen das die Schlingfeder zum Sperren einer Bewegung des zugeordneten Drehelements, beispielsweise der Mutter eines Kugelgewindetriebs, der Teil eines Aktuators ist, und welchen eine Stellbewegung erfolgt, in reibschlüssige Anlage durch die Wirkung eines drehbaren Schließers gebracht wird. Der Schließer ist mit dem zu sperrenden Element, beispielsweise der Mutter des genannten Kugelgewindetriebs, gekoppelt oder Teil derselben, so dass sich bei einer ungewünschten Bewegung dieses Element durch die Schließerdrehung automatisch die reibschlüssige Federumschlingung und damit das Sperren einstellt. Über einen mit einem Stellantreib wie beispielsweise einem Elektromotor gekoppelten drehbaren Öffner kann die Schlingfeder geöffnet werden, so dass das mit dem Antrieb gekoppelte Bauteil des dem Schlingfedermechanismus zugeordneten Stellmechanismus, beispielsweise die axial bewegliche Kugelgewindetriebspindel, angetrieben werden kann.
Wie beschrieben erfolgt der Angriff des Schließers am Federschenkelende, d. h., dass die gesamte auf die Schlingfeder wirkende Kraft über das Federschenkelende eingebracht wird. Das Federschenkelende ist jedoch von der aufzunehmenden Schenkelkraft her durch die maximale Biegespannung begrenzt. D. h., dass es bei Erreichen oder Überschreiten der maximalen Biegespannung zu einer Deformation des Federschenkelendes kommt, dieses verbiegt sich also, obwohl die Schlingfeder selbst deutlich mehr Sperrmoment aufnehmen könnte. Daher ist die Schlingfeder im Prinzip in ihrer Leistungsfähigkeit nicht voll ausgenutzt, der limitierende Faktor ist die Höhe der vom Schenkelende tolerierbaren Biegespannung. Damit ein Federschenkelende eine höhere Biegespannung aushält, wären größere Drahtquerschnitte erforderlich, die jedoch wiederum zu höheren Schleppmomenten der Schlingfeder führen, die während des üblichen Stellbetriebs zum Stellen des Aktuatorstellelements und Ähnlichem bewegt wird, aus welchen höheren Schleppmomenten wiederum eine erhöhte Reibungswärme sowie ein erhöhter Verschleiß resultieren, der Wirkungsgrad nimmt ab. D. h., dass es Ziel ist, den Drahtquerschnitt möglichst dünn zu halten.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen Schlingfedermechanismus anzugeben, bei dem trotz geringem Drahtquerschnitt eine stärkere Belastung eines Federschenkelendes als bisher möglich.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Schlingfedermechanismus der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens ein Federschenkelende in einem zum Windungsabschnitt hin abstützenden Abstützelement aufgenommen ist, an dem der Schließer angreift.
Bei dem erfindungsgemäßen Schlingfedermechanismus steht das Federschenkelende nicht frei im Raum, sondern ist, bezogen auf die Kraftrichtung, in der der Schließer auf das Federschenkelende drückt, über ein Abstützelement abgestützt. Dieses Abstützelement ermöglicht nun, eine wesentlich höhere Kraft aufzunehmen bzw. einzuleiten als dies bei freiliegendem Schlingfederende der Fall wäre. Infolge dieser Abstützung besteht folglich keine Gefahr einer Verbiegung, es können höhere Kräfte von der Schlingfeder aufgenommen werden, die Feder kann in ihrer Leistungsfähigkeit deutlich weiter ausgenutzt werden als bisher. Einher hiermit geht, dass der Drahtquerschnitt, anders als bisher im Stand der Technik, nicht zu vergrößern ist, was ebenfalls von Vorteil ist.
Das Abstützelement selbst ist zweckmäßigerweise schuhartig mit einer das Federschenkelende aufnehmenden Aufnahme ausgebildet. Unter „schuhartig” ist eine quasi längliche Form zu verstehen, das Federschenkelende ragt in diese Form von der Seite her ein und ist in der dortigen Aufnahme aufgenommen. In dieser Aufnahme kann es entweder eingepresst sein, ist also spielfrei und fest damit verbunden, eine Alternative hierzu ist, das Federschenkelende in der Aufnahme zu verstemmen.
Zweckmäßig ist es, wenn die Außen- und/oder die Innenkontur des Abstützelements der benachbarten Kontur des Windungsabschnitts oder eines den Schließer tragenden Bauteils, beispielsweise der Mutter des Kugelgewindetriebs, angepasst ist. Auf diese Weise kann eine optimale Integration des Abstützelements in den mitunter auch geringen Bauraum erreicht werden. Es kann spielarm integriert werden, d. h., dass zwischen dem Abstützelement und den benachbarten Bauteilflächen (Windungsabschnitt, Mutter etc.) kein respektive nur ein sehr geringes Spiel ist, worüber auch ein Verkippen vermieden wird.
Nach einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann am Abstützelement zumindest an der Seite, an der der Schließer angreift, vorzugsweise an beiden Seiten, ein Dämpfungselement, insbesondere bestehend aus einem Elastomer, vorgesehen sein. Über dieses Dämpferelement kann bei jedem Angriff des Schließers eine Dämpfung erreicht werden, woraus unerwünschte Schaltgeräusche minimiert werden können. Ist auch auf der gegenüberliegenden Seite ein Dämpfungselement vorgesehen, so kann auch bei einem möglichen Anschlagen des Abschnittselements an einem Mitnehmer beispielsweise des Rotors des Motors ein Geräusch verhindert werden, auch hier kommt es zu einer Dämpfung. Bevorzugt wird hierzu ein Elastomer verwendet, das entweder anvulkanisiert sein kann oder das, dann als separates Bauteil, durch eine formschlüssige Verbindung an dem Abstützelement, üblicherweise einem Metallbauteil (auch eine Kunststoffausführung ist denkbar) fixiert ist. Ein Dämpfungselement kann seitlich über einen Teil seiner Länge von einem Fortsatz eingefasst sein.
Für eine optimale Kraftabstützung ist es von Vorteil, wenn die Kontur des Abstützelements im Bereich der Aufnahme der Kontur der Biegung im Bereich des Übergangs des Federschenkelendes in den Windungsabschnitt entspricht. D. h., dass gemäß dieser Erfindungsausgestaltung die Aufnahme über einen Radius in die außen liegende Fläche, an der beispielsweise die Innenwand des Windungsabschnitts anliegt, übergeht, so dass mithin kein oder nur ein minimales Spiel zwischen dem Abstützelement und der Schlingfeder in diesem Bereich gegeben ist. Alternativ besteht selbstverständlich die Möglichkeit, eine übliche Fase, also eine Schrägfläche in diesem Bereich vorzusehen, woraus dann ein etwas größerer Abstand im Biegungsbereich gegeben ist.
Handelt es sich bei der Schlingfeder um eine doppelt wirkende Feder, die also in beide Lastrichtungen des gekoppelten Aktuators sperrt, also beispielsweise in beide Bewegungsrichtungen des Kugelgewindetriebs, so sind zweckmäßigerweise die beiden Federschenkelenden in jeweils einem Abstützelement aufgenommen.
Neben dem Schlingfedermechanismus selbst betrifft die Erfindung ferner ein Aktuatorbauteil, umfassend einen Antriebsmotor, einen Kugelgewindetrieb bestehend aus einer Gewindespindel und einer auf dieser kugelgeführt laufenden Mutter, wobei entweder die Mutter oder die Gewindespindel über den Motor angetrieben wird, sowie einen Schlingfedermechanismus der beschriebenen Art, der der Mutter oder der Gewindespindel zugeordnet ist, die den Schließer trägt. Ein solches Aktuatorbauteil kann in beliebigen Bereichen, wie einleitend bereits beschrieben, eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Aktuatorbauteil mit einem erfindungsgemäßen Schlingfedermechanismus;
2 eine vergrößerte Schnittansicht durch den Kugelgewindetrieb nebst zugeordnetem Rotor des antreibenden Motors und Schlingfedermechanismus;
3 eine Perspektivansicht der Bauteilkombination aus 1 ohne Reibhülse des Schlingfedermechanismus;
4 eine zwei-Ebenen-Schnittansicht durch den Schlingfedermechanismus zur Darstellung der Anbindung der schuhartigen Abstützelemente an den Federschenkelenden;
5 eine Perspektivansicht der Schlingfeder mit zwei an den Federschenkelenden angeordneten schuhförmigen Abstützelementen;
6 eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Abstützelement;
7 eine Schnittansicht entlang der Linier VII-VII in 6.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt in einer Prinzipdarstellung ein erfindungsgemäßes Aktuatorbauteil 1, wie es beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zur Spur- oder Sturzverstellung verwendet werden kann. Es umfasst neben einem in einem Gehäuse 2 befindlichen Elektromotor 3, der dem Antrieb des Aktuatorbauteils dient, ferner einen Kugelgewindetrieb 4 mit einer Gewindespindel 5 nebst einer auf dieser über Kugeln 6 geführt laufenden Mutter 7, die über ein Wälzlager 8 lagefest an einem weiteren Gehäusebauteil 9 drehgelagert ist. Mit der Mutter wirkt der Rotor 10 des Elektromotors 3 zusammen, worauf nachfolgend noch eingegangen wird. Er dreht die Mutter 7, die jedoch axial gesehen lagefest ist, während die Gewindespindel 5 axial verschoben wird. Hieraus resultiert, dass die beiden Lageraugen 11, 12 in ihrem Abstand geändert werden können.
Dem Kugelgewindetrieb 4 respektive mit der Mutter 7 zugeordnet ist ein erfindungsgemäßer Schlingfedermechanismus 13, auf den nachfolgend im Detail eingegangen wird. Der Schlingfedermechanismus 13 umfasst eine Schlingfeder 14 bestehend aus einem Windungsabschnitt 15, von dem, siehe beispielsweise 4 oder 5, nach innen radial zwei Schlingfederenden 16, 17 abstehen. Die Schlingfeder 14 ist in einem hülsenartigen Reibelement 18 etwas größeren Durchmessers als dem Schlingfederaußendurchmesser aufgenommen, welches Reibelement lagefest mit dem Gehäuse 2 bzw. dem Gehäusebauteil 9 verbunden ist.
Wie 4 und 5 zeigt, ist an jedem Schlingfederende 16, 17 ein schuhartiges Abstützelement 19, 20 vorgesehen. Jedes Abstützelement besitzt eine Aufnahme 21, die von der Seite her offen ist und in die das jeweilige Federschenkelende 16, 17 eingreift. Dort ist es entweder eingepresst oder verstemmt, in jedem Fall aber fest fixiert.
Die Form jedes Abstützelements 19, 20 ist schuhartig, sie ist also leicht gebogen, wobei die Außen- und die Innenkontur der Kontur der benachbarten Bauteile entspricht. Bei der Ausgestaltung des hier gezeigten Aktuatorbauteils 1 befinden sich die Abstützelemente 20 im Inneren der Schlingfeder 14, weshalb die Außenkontur 22 dem Innenradius des Windungsabschnitts 15 angepasst ist. Die Mutter 7 durchsetzt die Schlingfeder 14 und liegt mit leichtem Spiel benachbart zu den Innenkonturen 23 der beiden Abstützelemente 19, 20, weshalb die Innenkontur 23 dem Außenradius der Mutter 7 angepasst ist.
Während in den 4 und 7 die Aufnahme 21 über eine Fase 24 nach außen hin ihren Durchmesser öffnet, kann dieser Bereich auch mit einem Radius 25 versehen sein, siehe 5, welcher Radius dem Radius im Bereich der Biegung 26, in dem das Federschenkelende 16 in die erste Windung übergeht, entspricht. Hierüber kann die Abstützfläche noch weiter vergrößert werden.
Ingesamt ergibt sich, siehe insbesondere 4, dass jedes Federschenkelende über das jeweilige Abstützelement 19, 20 zur Innenwand des Windungsabschnitts 15 abgestützt ist.
Wie die Figuren ferner zeigen, ist an jedem Abstützelement 19, 20 an beiden Seiten ein Dämpfungselement 27, 28 bzw. 29, 30 vorgesehen, das aus einem Dämpfungsmaterial, beispielsweise einem Elastomer, besteht. Beispielsweise kann das jeweilige Dämpfungselement anvulkanisiert oder angeklebt sein, es kann aber auch mechanisch fixiert sein. Wie die 6 und 7 zeigen, kann das jeweilige Dämpfungselement auch seitlich von entsprechenden Fortsätzen 31 umfasst sein, wobei das Dämpfungselement etwas über die Fortsätze 31 hinaussteht, mithin also zuerst im Kontakt mit dem jeweils mit ihm zusammenwirkenden Element tritt. Bei hinreichender Deformation greift das Element dann an den jeweiligen Fortsätzen 31 an, worüber vermieden wird, dass die Dämpfungselemente auf Dauer zu häufig zu stark komprimiert werden und verschleißen können. Diese Fortsätze 31 sind jedoch nicht zwingend erforderlich.
Wie beschrieben wird zur Betätigung des Aktuatorbauteils 1 über den Rotor 10 die Mutter 7 gedreht. Dies erfolgt dadurch, dass mit dem Rotor 10 verbundene, gabelartige Fortsätze 32 in die Schlingfeder 14 eingreifen, siehe 4. Zum Drehen der Mutter 7 und damit zum Axialbewegen der Gewindespindel 5 dreht der Rotor entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn. Je nach Drehrichtung läuft entweder der eine oder andere Vorsprung 32 auf das jeweils benachbarte Dämpfungselement 28 oder 29 des jeweils benachbarten Abschnittselements 19 oder 20 und nimmt dieses bei weiterer Rotordrehung mit. Es kommt hieraus resultierend zu einer Mitnahme der Schlingfeder, die also mitgeschleppt wird und sich ebenfalls um die Gewindespindelachse dreht. Das jeweilige gegenüberliegende Dämpferelement 27 respektive 30 läuft auf den benachbarten Schließer 33, der an der Mutter 7 angeordnet oder einstückig an ihr herausgearbeitet ist, auf und dreht diese bei fortgesetzter Rotordrehung. Es handelt sich hier also um einen in beide Richtungen stellenden Mechanismus. An der dem Schließer 33 gegenüberliegenden Seite der Mutter 7 ist ein Vorsprung 34 vorgesehen, der keine Funktion im Rahmen des Schlingfedermechanismus besitzt, jedoch aus Gewichtsausgleichsgründen zweckmäßig ist.
Bei einer über den Rotor 10 ausgeübten Drehung wird folglich wie beschrieben die Schlingfeder 14 je nach Drehrichtung stets mitgeschleppt. Ist die gewünschte Endstellung erreicht, stoppt der Motor.
Um nun zu vermeiden, dass die gewünschte Endstellung stets durch den Motor gehalten werden muss, dieser also kontinuierlich bestromt werden muss, ist der Schlingfedermechanismus 13 vorgesehen, der als Lastsperre dient. Kommt es nun aufgrund einer von außen einwirkenden Last entweder auf die Gewindespindel 5 oder auf die Mutter 7 dazu, dass sich diese quasi „gegen” den Rotor 10 dreht, so kommt es zu einer Belastung der Schlingfeder 14. Es sei angenommen, dass auf die Gewindespindel eine Last wirkt, die dazu führt, dass sich die in 4 gezeigte Mutter gegen den Uhrzeigersinn dreht. Dies führt dazu, dass der Schließer 33 gegen das Dämpfungselement 27 läuft, dieses bei fortgesetzter Bewegung etwas komprimiert, jedoch insgesamt eine Kraft auf das Federschenkelende 16 über das Abstützelement 19 ausgeübt wird. Diese Kraft führt nun dazu, dass sich die Schließfeder 14 aufweitet und mit ihrer Außenseite gegen das feststehende, hülsenartige Reibelement 18 anliegt. Es kommt folglich zu einem Reibschluss, der bei hinreichender starker Mutternlast und daraus resultierend aufgebrachter Kraft auf die Schlingfeder zu einem voll ständigen Sperren in dieser Richtung führt. Die über die Mutter 7 respektive den Schließer 33 aufgebrachte Last kann beachtlich groß sein, wenngleich der Drahtquerschnitt relativ gering dimensioniert sein kann. Denn über das Abstützelement 19 ist, siehe beispielsweise 4, das Federschenkelende 16 (Entsprechendes gilt für das Federschenkelende 17 bei umgekehrtem negativen Lastfall) komplett gegen die Innenwand des Windungsabschnitts 15 abgestützt. Es kommt also zu einer nur geringen Biegebelastung, die auf das Federschenkelende 16 wirkt, so dass dieses deutlich höhere Biegespannungen aufnehmen kann, ohne das die Gefahr einer Deformation besteht.
Durch die jeweils vorgesehenen Dämpfungselemente 27, 28, 29, 30 wird darüber hinaus jedwede Geräuscherzeugung, die beim Auflaufen entweder des rotorseitigen Vorsprungs auf ein Abstützelement 19, 20 oder ein Auflaufen des Schließers 33 auf das Abstützelement 19, 20 erzeugt werden könnte, infolge der Dämpfung unterbunden.
Bezugszeichenliste

1: Aktuatorbauteil
2: Gehäuse
3: Elektromotor
4: Kugelgewindetrieb
5: Gewindespindel
6: Kugel
7: Mutter
8: Wälzlager
9: Gehäusebauteil
10: Rotor
11: Lagerauge
12: Lagerauge
13: Schlingfedermechanismus
14: Schlingfeder
15: Windungsabschnitt
16: Schlingfederende
17: Schlingfederende
18: Reibelement
19: Abstützelement
20: Abstützelement
21: Aufnahme
22: Außenkontur
23: Innenkontur
24: Fase
25: Radius
26: Biegung
27: Dämpfungselement
28: Dämpfungselement
29: Dämpfungselement
30: Dämpfungselement
31: Fortsatz
32: Fortsatz
33: Schließer
34: Vorsprung

Claims

Schlingfedermechanismus umfassend eine Schlingfeder mit einem Windungsabschnitt und zwei vom Windungsabschnitt im wesentlichen radial nach innen oder außen abgewinkelten Federschenkelenden, und einen relativ zur Schlingfeder verdrehbaren Schließer, der beim Verdrehen auf ein Federschenkelende zum Spannen der Schlingfeder in formschlüssige Anlage mit einem der Schlingfeder zugeordneten Reibelement einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Federschenkelende (16, 17) in einem zum Windungsabschnitt (15) hin abstützenden Abstützelement (19, 20) aufgenommen ist, an dem der Schließer (33) angreift.
Schlingfedermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (19, 20) schuhartig mit einer das Federschenkelende (16, 17) aufnehmenden Aufnahme (21) ausgebildet ist.
Schlingfedermechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federschenkelende (16, 17) in der Ausnahme (21) eingepresst oder verstemmt ist.
Schlingfedermechanismus nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des Abstützelements (19, 20) im Bereich der Aufnahme (21) der Kontur der Biegung im Bereich des Übergangs des Federschenkelendes in den Windungsabschnitt entspricht.
Schlingfedermechanismus nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außen- und/oder die Innenkontur (22, 23) des Abstützelements (16, 17) der benachbarten Kontur des Windungsabschnitts (15) oder eines den Schließer (33) tragenden Bauteils angepasst ist.
Schlingfedermechanismus nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Abstützelement (19, 20) zumindest an der Seite, an der der Schließer (33) angreift, vorzugsweise an beiden Seiten, ein Dämpfungselement (27, 28, 29, 30), insbesondere bestehend aus einem Elastomer, vorgesehen ist.
Schlingfedermechanismus nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (27, 28, 29, 30) anvulkanisiert oder durch eine formschlüssige Verbindung fixiert ist.
Schlingfedermechanismus nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (27, 28, 29, 30) seitlich zumindest abschnittsweise über wenigstens einen Fortsatz (31) eingefasst ist.
Schlingfedermechanismus nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Federschenkelenden (16, 17) in jeweils einem Abstützelement (19, 20) aufgenommen sind.
Aktuatorbauteil, umfassend einen Antriebsmotor (3), einen Kugelgewindetrieb (4) bestehend aus einer Gewindespindel (5) und einer auf dieser kugelgeführt laufenden Mutter (7), wobei entweder die Mutter (7) oder die Gewindespindel (5) über den Motor (3) angetrieben wird, sowie einen Schlingfedermechanismus (13) nach einem der vorangehenden Ansprüche, der der Mutter (7) oder der Gewindespindel (5) zugeordnet ist, die den Schließer (33) trägt.