DE102011007522A1

DE102011007522A1 - Stellantrieb einer Luftdurchlassvorrichtung

Info

Publication number: DE102011007522A1
Application number: DE102011007522A
Authority: DE
Inventors: Uwe Klippert; Gérald Terraz
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2012-10-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb einer Luftdurchlassvorrichtung für eine Motorkühlung eines Fahrzeugs, mit einer elektromotorischen Antriebsvorrichtung, an die zum Erzeugen einer Stellkraft eine elektrische Spannung eines Energieversorgungssystems des Fahrzeugs anlegbar ist, und einem Abtriebselement, das mit der Antriebsvorrichtung in Wirkverbindung ist, um die Stellkraft zum Verstellen der Luftdurchlassvorrichtung zwischen einer offenen Stellung, in der die Luftdurchlassvorrichtung zum Durchlassen eines Luftstroms geöffnet ist, und einer geschlossenen Stellung, in der die Luftdurchlassvorrichtung zum Minimieren eines Luftstroms geschlossen ist, zu übertragen. Bei einem solchen Stellantrieb ist eine Trennkupplung (2323, 2331) vorgesehen, die einen der Antriebsvorrichtung (21) zugeordneten, ersten Kupplungsabschnitt (2323) und einen dem Abtriebselement (25) zugeordneten, zweiten Kupplungsabschnitt (2331) aufweist, wobei der erste Kupplungsabschnitt (2323) und der zweite Kupplungsabschnitt (2331) in einem kuppelnden Zustand zum Herstellen der Wirkverbindung zwischen der Antriebsvorrichtung (21) und dem Abtriebselement (25) miteinander in Verbindung stehen und zum Trennen der Wirkverbindung voneinander lösbar sind. Zusätzlich weist der Stellantrieb einen Aktuator (24) zum Betätigen der Trennkupplung (2321, 2331) in Abhängigkeit von einem Spannungszustand der elektrischen Spannung (V) des Energieversorgungssystems (3) und eine mechanische Verriegelung zum Verriegeln des ersten Kupplungsabschnitts (2323) und des zweiten Kupplungsabschnitts (2331) in dem kuppelnden Zustand in Abhängigkeit von der Stellung der Luftdurchlassvorrichtung (1). Auf diese Weise wird ein Stellantrieb einer Luftdurchlassvorrichtung unter Verwendung einer elektromotorischen Antriebsvorrichtung geschaffen, die bei Ausfall eines Energieversorgungssystems eines Fahrzeugs ein Rückstellen der Luftdurchlassvorrichtung aus einer geschlossenen Stellung in eine offene Stellung, in der die Luftdurchlassvorrichtung zum Durchlassen eines Luftstroms geöffnet ist, ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb einer Luftdurchlassvorrichtung für eine Motorkühlung eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Stellantrieb umfasst eine elektromotorische Antriebsvorrichtung, an die zum Erzeugen einer Stellkraft eine elektrische Spannung eines Energieversorgungssystems des Fahrzeugs anlegbar ist, und ein Abtriebselement, das mit der Antriebsvorrichtung in Wirkverbindung ist, um die Stellkraft zum Verstellen der Luftdurchlassvorrichtung zwischen einer offen Stellung, in dem Luftdurchlassvorrichtung zum Durchlassen eines Luftstrom geöffnet ist, und einer geschlossenen Stellung, in dem die Luftdurchlassvorrichtung zum Minimieren eines Luftstrom geschlossen ist, zu übertragen.
Eine derartige Luftdurchlassvorrichtung kann beispielsweise vorne am Fahrzeug angeordnet sein und einen Luftstrom in einen Motorraum des Fahrzeugs steuern. Hierzu kann die Luftdurchlassvorrichtung beispielsweise Schließelemente nach Art von Lamellen aufweisen, die verstellt werden können, um den Strömungsquerschnitt für den Luftstrom zu verändern und auf diese Weise einen Luftstrom zum Kühlen eines Motors im Motorraum einzustellen.
Derartige Luftdurchlassvorrichtungen sind in unterschiedlicher Ausgestaltung hinlänglich bekannt. Beispielhaft sei auf die DE 10 2008 013 422 A1 und die DE 100 47 952 B4 verwiesen.
Herkömmliche Stellantriebe von Durchlassvorrichtungen nutzen vielfach eine sogenannte Unterdruckdose mit einer federvorgespannten Membran. Mit einer solchen Unterdruckdose wird durch ein Elektromagnetventil eine Membran gegen eine vorspannende Feder bewegt und ein Unterdruck weitergeleitet, der eine Verstellkraft zum Verstellen der Luftdurchlassvorrichtung in Richtung ihrer geschlossenen Stellung bewirkt.
Solche Unterdruckdosen haben den Vorteil, dass sie einfach aufgebaut und kostengünstig erhältlich sind. Zudem verfügen sie über eine inhärente Sicherheitsfunktion, indem bei einem Ausfall des Energieversorgungssystems des Fahrzeugs selbsttätig ein Öffnen der Luftdurchlassvorrichtung bewirkt wird, weil die elektromagnetische Kraft auf die Membran nachlässt und die Membran aufgrund der Federwirkung die Luftdurchlassvorrichtung zurück in ihre geöffnete Stellung bewegt (so genannte „Fail-Safe”-Logik). Fällt die elektrische Versorgung des Stellantriebs aus und ist eine weitere elektromotorische Steuerung der Luftdurchlassvorrichtung nicht möglich, so wird die Luftdurchlassvorrichtung somit automatisch in ihre geöffnete Stellung bewegt, sodass eine Luftkühlung eines zu kühlenden Motors weiter gewährleistet ist.
Es besteht jedoch der Wunsch, anstelle einer solchen Unterdruckdose für einen Stellantrieb einer Luftdurchlassvorrichtung eine elektromotorische Antriebsvorrichtung, beispielsweise einen elektrischen Schrittmotor, zu verwenden. Ein Nachteil bei der Verwendung einer Unterdruckdose ist, dass sie vergleichsweise groß ausgebildet werden muss, um eine hinreichende Stellkraft zum Schließen einer Luftdurchlassvorrichtung aufbringen zu können. Hintergrund ist hierbei, dass bei einer Luftdurchlassvorrichtung gegebenenfalls Lamellen bei großer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges gegen eine andrückende Windkraft bewegt werden müssen, sodass zum Bewegen der Lamellen große Verstellkräfte erforderlich sind. Der Einsatz einer elektromotorischen Antriebsvorrichtung hat demgegenüber den Vorteil, dass diese vergleichsweise klein dimensioniert werden kann. Die erforderliche Stellkraft wird dann dadurch erreicht, dass die elektromotorische Antriebsvorrichtung über ein Untersetzungsgetriebe mit einem Abtriebselement zum Verstellen der Luftdurchlassvorrichtung gekoppelt wird, um auf diese Weise eine Antriebsbewegung der Antriebvorrichtung in untersetzter Weise in eine Abtriebsbewegung des Abtriebselements zu übertragen.
Wird ein Untersetzungsgetriebe eingesetzt, kann dies eine Selbsthemmung oder ein hohes Rückmoment im Antriebsstrang des Stellantriebs bewirken. Dies ist an sich nicht nachteilig, hat aber zur Folge, dass bei einem Ausfall des Energieversorgungssystems ein Rückstellen der Luftdurchlassvorrichtung in ihre geöffnete Stellung zum Vergrößern des Strömungsquerschnitts nicht ohne Weiteres möglich ist, weil der selbsthemmende Stellantrieb abtriebseitig angreifende Verstellkräfte hemmt und somit ein Verstellen der Luftdurchlassvorrichtung nur über den Stellantrieb möglich ist.
Aus der DE 10 2009 035 362 A1 ist ein Stellantrieb für eine Luftdurchlassvorrichtung bekannt, der zwei getrennte Stellvorrichtungen vorsieht, nämlich einerseits eine Normalbetrieb-Stellvorrichtung und andererseits eine Notbetrieb-Stellvorrichtung. Der Betrieb der Stellvorrichtungen ist thermisch gesteuert: ist eine Temperatur eines vorbestimmten Fahrzeugbereiches unterhalb einer Schwellentemperatur, so ist nur die Normalbetrieb-Stellvorrichtung aktiv und mit einem Abtriebselement gekoppelt; ist hingegen die Temperatur oberhalb der Schwellentemperatur, so ist die Normalbetrieb-Stellvorrichtung von dem Abtriebselement entkoppelt, und die Notbetrieb-Stellvorrichtung bewegt das Abtriebselement in Richtung eines Öffnens der Luftdurchlassvorrichtung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stellantrieb einer Luftdurchlassvorrichtung unter Verwendung einer elektromotorischen Antriebsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die bei Ausfall eines Energieversorgungssystems eines Fahrzeugs ein Rückstellen der Luftdurchlassvorrichtung aus einer geschlossenen Stellung in eine offene Stellung, in der die Luftdurchlassvorrichtung zum Durchlassen eines Luftstroms geöffnet ist, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach umfasst ein Stellantrieb

– eine Trennkupplung, die einem der Antriebsvorrichtung zugeordneten, ersten Kupplungsabschnitt und einen dem Abtriebselement zugeordneten, zweiten Kupplungsabschnitt aufweist, wobei der erste Kupplungsabschnitt und der zweite Kupplungsabschnitt in einem kuppelnden Zustand zum Herstellen der Wirkverbindung zwischen der Antriebsvorrichtung und dem Abtriebselement miteinander in Verbindung stehen und zum Trennen der Wirkverbindung voneinander lösbar sind,
– einen Aktuator zum Betätigen der Trennkupplung in Abhängigkeit von einem Spannungszustand der elektrischen Spannung des Energieversorgungssystems und
– eine mechanische Verriegelung zum Verriegeln des ersten Kupplungsabschnitts und des zweiten Kupplungsabschnitts zueinander in dem kuppelnden Zustand in Abhängigkeit von der Stellung der Luftdurchlassvorrichtung.

Die vorliegende Erfindung geht von dem Gedanken aus, eine Trennkupplung im Kraftübertragungsstrang zwischen einer Antriebsvorrichtung und einem Abtriebselement des Stellantriebs vorzusehen, die dazu ausgestaltet ist, den Kraftübertragungsstrang in Abhängigkeit von unterschiedlichen Randbedingungen zu öffnen oder zu schließen. Die Trennkupplung weist dabei einen ersten Kupplungsabschnitt und einen zweiten Kupplungsabschnitt auf, die miteinander in Verbindung stehen, um in einem kuppelnden Zustand die Wirkverbindung zwischen der Antriebsvorrichtung und dem Abtriebselement herzustellen.
Auf die Trennkupplung wirkt ein Aktuator ein, der in Abhängigkeit von einem Spannungszustand der elektrischen Spannung des Energieversorgungssystems betätigt wird. Über den Aktuator kann ein Öffnen der Trennkupplung insbesondere dann erfolgen, wenn ein Spannungsabfall der vom Energieversorgungssystem bereitgestellten Spannung auftritt und damit eine elektrische Versorgung des Stellantriebs nicht (mehr) gewährleistet ist.
Das Öffnen der Trennkupplung bewirkt, dass das Abtriebselement ohne die elektromotorische Antriebsvorrichtung bewegt werden kann, sodass durch eine geeignete mechanische, pneumatische oder auch elektrische oder magnetische Vorspannung die Luftdurchlassvorrichtung automatisch und selbsttätig bei Ausfall des Energieversorgungssystems zurück in ihre geöffnete Stellung gebracht werden kann. (Hierzu können beispielsweise mechanische Federn an Lamellen der Luftdurchlassvorrichtung angreifen, die eine Vorspannung der Lamellen in Richtung der geöffneten Stellung und ein selbsttätiges Öffnen der Luftdurchlassvorrichtung bei Entkopplung von der Antriebsvorrichtung bewirken. Ebenso ist beispielsweise denkbar, einen elektrischen Energiespeicher in Form eines Kondensators oder Akkumulators vorzuhalten, der ein Rückstellen der Lamellen der Luftdurchlassvorrichtung in die geöffnete Stellung unter Wirkung geeigneter Stellmittel bewirkt. Beispielsweise können die Stellmittel durch einen elektrischen Kleinmotor ausgebildet sein, der durch den geladenen Kondensator oder Akkumulator zum Rückstellen der Lamellen angetrieben wird.)
Zusätzlich ist eine mechanische Verriegelung zum Verriegeln des ersten Kupplungsabschnitts und des zweiten Kupplungsabschnitts in dem kuppelnden Zustand in Abhängigkeit von der Stellung der Luftdurchlassvorrichtung vorgesehen. Hintergrund ist hierbei, dass eine Betätigung der Trennkupplung zum Öffnen der Wirkverbindung zwischen der Antriebsvorrichtung und dem Abtriebselement nicht erforderlich ist, wenn die Luftdurchlassvorrichtung sich ohnehin in ihrer offenen Stellung befindet. In Abhängigkeit von der Stellung der Luftdurchlassvorrichtung werden die Kupplungsabschnitte der Trennkupplung somit über die mechanische Verriegelung in ihrem kuppelnden Zustand miteinander verriegelt, um ein unnötiges Betätigen der Trennkupplung zu vermeiden.
Durch das Vorsehen des Aktuators zum Betätigen der Trennkupplung und der mechanischen Verriegelung erfolgt ein Öffnen des Kraftübertragungsstrangs zwischen der Antriebsvorrichtung und dem Abtriebselement des Stellantriebs in Abhängigkeit von zwei logischen Bedingungen, nämlich dem Spannungszustand der vom Energieversorgungssystem bereitgestellten Spannung und der Stellung der Luftdurchlassvorrichtung. Über den Aktuator wird die Trennkupplung in dem kuppelnden Zustand gehalten, wenn die Luftdurchlassvorrichtung sich in einer geschlossenen oder nahezu geschlossenen Stellung befindet und die vom Energieversorgungssystem bereitgestellte Spannung hinreichend groß ist. Über die mechanische Verriegelung wird die Trennkupplung in ihrem kuppelnden Zustand gehalten, wenn die Luftdurchlassvorrichtung sich in einer offenen oder zumindest teilweise offenen Stellung befindet. Ein Öffnen der Trennkupplung zum Trennen des Kraftübertragungsstrangs zwischen der Antriebsvorrichtung und dem Abtriebselement erfolgt damit nur, wenn gleichzeitig die elektrische Spannung des Energieversorgungssystems unter einen kritischen Wert fällt und die Luftdurchlassvorrichtung sich in einer geschlossenen oder nahezu geschlossenen Stellung befindet und somit die mechanische Verriegelung nicht aktiv ist.
Auf diese Weise kann die Anzahl der Betätigungen der Trennkupplung reduziert werden, so dass die Bauteile der Trennkupplung schwächer dimensioniert werden können und nicht für die hohe Anzahl der Betätigungen des Stellantriebs ausgelegt sein müssen (der Stellantrieb kann beispielsweise für eine 200.000-malige Betätigung der Luftdurchlassvorrichtung ausgelegt sein; ein Öffnen der Trennkupplung im Rahmen einer Sicherungsfunktion bei Ausfall der Energieversorgung wird jedoch wesentlich seltener erforderlich sein, beispielsweise nur zehnmal im Laufe der Lebensdauer des Stellantriebs).
Zur Bereitstellung der mechanischen Verriegelung kann an dem Abtriebselement ein Verriegelungsabschnitt angeordnet sein, der mit dem ersten Kupplungsabschnitt in Abhängigkeit von der Stellung der Luftdurchlassvorrichtung zusammenwirkt, um den ersten Kupplungsabschnitt und den zweiten Kupplungsabschnitt zum Herstellen der Wirkverbindung zwischen Antriebsvorrichtung und dem Abtriebselement in Verbindung zu halten oder zum Trennen der Wirkverbindung freizugeben. Der Verriegelungsabschnitt kann sich hierbei umfänglich um das als Abtriebswelle ausgestaltete Abtriebselement erstrecken und in Umfangsrichtung um das Abtriebselement eine Ausnehmung aufweisen.
Durch die Ausnehmung kann ein Winkelbereich, innerhalb derer entlang des Verdrehwegs der Abtriebswelle ein Öffnen der Trennkupplung möglich ist, vorgegeben werden. Über die Ausnehmung wird der Bereich definiert, in dem der Verriegelungsabschnitt des Abtriebselements nicht mit einem Verriegelungsabschnitt an dem ersten Kupplungsabschnitt zusammenwirkt, so dass der erste Kupplungsabschnitt freigegeben und nicht mechanisch mit dem Abtriebselement verriegelt ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Verriegelungsabschnitt an dem ersten Kupplungsabschnitt in den Bereich der Ausnehmung gelangt und somit nicht mehr durch den Verriegelungsabschnitt des Abtriebselements verriegelt ist, wenn der Stellwinkel von Lamellen der zugeordneten Luftdurchlassvorrichtung größer als 45º beträgt (angenommen, dass der Stellwinkel der Lamellen bei maximal geöffneter Stellung 0º und bei geschlossener Stellung 90º beträgt). Durch geeignete Dimensionierung des Erriegelungsabschnitts und/oder der Ausnehmung kann der Bereich, in dem eine mechanische Verriegelung erfolgt, aber grundsätzlich frei gewählt werden.
Die Trennkupplung befindet sich vorteilhafterweise im Kraftfluss zwischen der Antriebsvorrichtung und dem Abtriebselement. Der Aktuator ist hierbei ausgebildet, die Trennkupplung in Wirkverbindung zu halten, wenn die elektrische Spannung des Energieversorgungssystems über einen vorbestimmten Grenzwert liegt, oder freizugeben, wenn die elektrische Spannung des Energieversorgungssystems unter den vorbestimmten Grenzwert fällt. Die Trennkupplung bleibt dabei jedoch aufgrund der mechanischen Verriegelung in Abhängigkeit von der Stellung der Luftdurchlassvorrichtung gegebenenfalls geschlossen, auch wenn die anliegende Spannung abgefallen ist, insbesondere dann, wenn die Luftdurchlassvorrichtung in einer offenen oder zumindest nahezu offenen Stellung befindet.
Der Aktuator kann beispielsweise ein elektrisches oder elektromagnetisches Betätigungselement aufweisen. Beispielsweise kann der Aktuator einen Elektrohubmagneten als Betätigungselement umfassen, der in Abhängigkeit von der über das Energieversorgungssystems des Fahrzeuges bereitstehenden Spannung bestromt wird, um auf die Trennkupplung zum Herstellen der Wirkverbindung oder zum Trennen der Wirkverbindung einzuwirken. Denkbar ist aber auch, dass der Aktuator pneumatisch oder auf gänzlich andere Weise wirkt, beispielsweise unter Verwendung einer sogenannten Formgedächtnislegierung, die unter Erwärmung eine Formänderung eines aus der Formgedächtnislegierung hergestellten Betätigungselementes zum Bereitstellen einer Betätigungskraft bewirkt.
Die Trennkupplung kann beispielsweise reibschlüssig oder formschlüssig wirken. Der erste Kupplungsabschnitt und der zweite Kupplungsabschnitt können hierbei federelastisch in Richtung eines Entkuppelns gegeneinander vorgespannt sein, so dass bei Freigabe durch den Aktuator die Kupplungsabschnitte selbsttätig aus ihrem kuppelnden Zustand gebracht und damit entkuppelt werden.
Die Antriebsvorrichtung und das Abtriebselement stehen beispielsweise über ein Getriebe, das ein mit einer Antriebswelle der Antriebsvorrichtung in Verbindung stehendes, um eine Drehachse verdrehbares Kupplungsrad aufweist, in Wirkverbindung. Das Kupplungsrad kann entlang der Drehachse axial verstellt werden, um auf diese Weise die reibschlüssige oder formschlüssige Trennkupplung zum Öffnen der Wirkverbindung oder zum Herstellen der Wirkverbindung zu betätigen.
Der erste Kupplungsabschnitt der Trennkupplung kann beispielsweise an dem Kupplungsrad ausgebildet sein, während der zweite Kupplungsabschnitt an dem Abtriebselement oder einem mit dem Abtriebselement in Eingriff stehenden Getrieberad ausgebildet ist. Der eine von diesen Kupplungsabschnitten kann beispielsweise durch einen Kupplungszapfen und der andere dieser Kupplungsabschnitte durch einen Kupplungstopf ausgebildet sein, die reibschlüssig oder formschlüssig durch Eintauchen des Kupplungszapfens in den Kupplungstopf miteinander in Eingriff gebracht werden können. Wird die Kupplung formschlüssig hergestellt, kann an dem Kupplungszapfen beispielsweise eine Außenverzahnung vorgesehen sein, die in eine Innenverzahnung an dem Kupplungstopf eingeführt werden kann, sodass in eingeführtem Zustand eine formschlüssige Kupplung des Kupplungsrads mit dem Abtriebselement oder einem mit dem Abtriebselement in Eingriff stehenden Getrieberad hergestellt ist. Zum Herstellen der Wirkverbindung zwischen der Antriebsvorrichtung und dem Abtriebselement wird das Kupplungsrad mit dem daran angeordneten Kupplungsabschnitt axial entlang der Drehachse verschoben, um die Kupplungsabschnitte miteinander in Eingriff zu bringen. Zum Trennen der Wirkverbindung wird in umgekehrter Weise das Kupplungsrad axial entlang der Drehachse verstellt, sodass die Kupplungsabschnitte außer Eingriff gelangen.
Der Aktuator kann beispielsweise über eine Übertragungsstange auf das Kupplungsrad einwirken und dieses in Abhängigkeit von dem Spannungszustand der elektrischen Spannung des Energieversorgungssystems in einer ersten axialen Position halten, in der der erste Kupplungsabschnitt kuppelnd miteinander in Verbindung stehen, oder zum Trennen der Verbindung zwischen dem ersten Kupplungsabschnitt und dem zweiten Kupplungsabschnitt freigeben. Der Aktuator übernimmt somit eine Haltefunktion für das Kupplungsrad, indem der Aktuator in die erste Ausnehmung an dem Kupplungsrad eingreift, wenn die Spannungsversorgung hinreichend ist und die Trennkupplung sich in ihrem kuppelndem Zustand befindet. Fällt die Spannung ab, so gibt der Aktuator die Trennkupplung frei und die Übertragungsstange gelangt aus der Ausnehmung am Kupplungsrad.
Ist der Aktuator lediglich zu einem Freigeben, nicht aber zu einem aktiven Verstellen des Kupplungsrads ausgebildet, so ist ein Rückstellen des Kupplungsrads in die erste axiale Position nicht ohne Weiteres möglich. Um den kuppelnden Zustand der Trennkupplung wiederherzustellen und damit den Stellantrieb wieder betriebsbereit machen zu können, kann die Übertragungsstange des Aktuators in eine zweite Ausnehmung an dem Kupplungsrad eingreifen, wenn die Trennkupplung gelöst worden ist und anschließend die Spannungsversorgung wieder hergestellt wird. Diese zweite Ausnehmung kann beispielsweise nach Art einer nutförmigen Gewinderille mit einer Steigung in Richtung der ersten Ausnehmung ausgestaltet und so beschaffen sein, dass durch ein Verdrehen des Kupplungsrads relativ zur Übertragungsstange das Kupplungsrad zurück in die erste axiale Position bewegt werden kann. Nachdem die Trennkupplung gelöst und die Spannung anschließend wieder hergestellt worden ist, wird durch Betreiben der Antriebsvorrichtung das Kupplungsrad langsam bewegt, wodurch die Übertragungsstange in der gewinderillenartigen Ausnehmung an dem Kupplungsrad gleitet und das Kupplungsrad schraubend in die erste axiale Position, in der der erste Kupplungsabschnitt am Kupplungsrad mit dem zweiten Kupplungsabschnitt auf Seiten der Abtriebswelle in Eingriff ist, zurückverstellt.
Die mechanische Verriegelung verriegelt das axial entlang der zugeordneten Drehachse verstellbare Kupplungsrad mit dem daran angeordneten ersten Kupplungsabschnitt relativ zu dem auf Seiten des Abtriebselements angeordneten Kupplungsabschnitt in Abhängigkeit von der Stellung der Luftdurchlassvorrichtung. Ist die Luftdurchlassvorrichtung geöffnet oder zumindest teilweise geöffnet, so ist das Kupplungsrad in der ersten axialen Position verriegelt und kann axial nicht bewegt werden. Ist die Luftdurchlassvorrichtung hingegen geschlossen oder zumindest weitestgehend geschlossen, so ist das Kupplungsrad durch die mechanische Verriegelung nicht verriegelt, so dass bei Abfall der Spannung der Aktuator das Kupplungsrad freigibt und das Kupplungsrad aus der ersten axialen Position und damit aus dem kuppelnden Zustand herausbewegt werden kann.
Die mechanische Verriegelung ist beispielsweise durch einen Verriegelungsabschnitt an dem Abtriebselement einerseits und einem Verriegelungstopf an dem Kupplungsrad andererseits ausgebildet. Der Verriegelungstopf kann hierzu zur axialen mechanischen Verriegelung des Kupplungsrads mit dem Abtriebselement axial verschiebbar an dem Kupplungsrad angeordnet und über eine Feder gegenüber dem Kupplungsrad vorgespannt sein. Die axiale Verschiebbarkeit des Verriegelungstopfes ist vorgesehen, um ein Rückstellen des Kupplungsrads in die erste axiale Position zu ermöglichen. Hintergrund ist hierbei, dass der Verriegelungstopf an dem Kupplungsrad das Kupplungsrad in der axialen Position halten soll, wenn die mechanische Verriegelung aktiv ist. Eine starre Verbindung des Verriegelungstopfes mit dem Kupplungsrad ist dabei jedoch nicht möglich, weil ansonsten ein Rückstellen des Kupplungsrades in die erste axiale Position unter Umständen nicht möglich wäre, wenn ein am Abtriebselement ausgebildeter Verriegelungsabschnitt der mechanischen Verriegelung sich bei geöffneter Stellung der Luftdurchlassvorrichtung im Verstellweg des Verriegelungstopfes befindet und ein Mitbewegen des Verriegelungstopfe beim Rückstellen des Kupplungsrads behindert. Um dennoch ein Rückstellen zu ermöglichen, ist der Verriegelungstopf zumindest um einen kleinen Verstellweg axial verschiebbar an dem Kupplungsrad angeordnet und dabei federelastisch gegenüber dem Kupplungsrad vorgespannt, so dass bei einem Rückstellen des Kupplungsrads in die erste axiale Position der Verriegelungstopf auf einen Verriegelungsabschnitt der mechanischen Verriegelung an dem Abtriebselement anschlagen und sich relativ zu dem Kupplungsrad verschieben kann (wenn die Luftdurchlassvorrichtung sich in einer geöffneten Stellung befindet), ohne dass das Rückstellen des Kupplungsrads in die erste axiale Position hierdurch verhindert ist. Der Verriegelungstopf gleitet in diesem Fall erst dann an dem Verriegelungsabschnitt vorbei, um in seine eigentliche Verriegelungsposition zu gelangen, wenn die Luftdurchlassvorrichtung in Richtung der geschlossenen Stellung verstellt wird und somit die Ausnehmung der mechanischen Verriegelung in den Bereich des Verriegelungstopfes gelangt, so dass der Verriegelungstopf an dem Verriegelungsabschnitt des Abtriebselements vorbei bewegt werden kann.
Das Getriebe kann beispielsweise ein erstes Getrieberad, das mit der Antriebswelle der Antriebsvorrichtung in Eingriff steht, und ein drehfest mit dem ersten Getrieberad verbundenes, zweites Getrieberad, das mit dem Kupplungsrad in Eingriff steht, umfassen. Das erste Getrieberad und das zweite Getrieberad können hierbei drehbar an dem als Abtriebswelle ausgebildeten Abtriebselement gelagert sein.
Zum Erzeugen einer Verstellkraft wird das erste Getrieberad über die Antriebsvorrichtung in eine Drehbewegung versetzt, wobei hierzu beispielsweise eine an der Antriebswelle angeordnete Antriebsschnecke mit einer Außenverzahnung des als Stirnrad ausgebildeten ersten Getrieberades kämmt. Zusammen mit dem ersten Getrieberad wird das zweite Getrieberad in eine Drehbewegung versetzt, das auf das Kupplungsrad zum Antreiben der Abtriebswelle einwirkt.
Die Durchmesser der einzelnen Getrieberäder sind dabei vorzugsweise so gewählt, dass sich ein Untersetzungsgetriebe ergibt, indem ein Getrieberad mit einem kleinen Durchmesser immer ein unmittelbar nachgeschaltetes Getrieberad mit einem großen Durchmesser antreibt.
Um bei axialer Verstellung des Kupplungsrades den Verzahnungseingriff zwischen dem zweiten Getrieberad und dem Kupplungsrad aufrecht zu halten, kann das zweite Getrieberad eine axiale Höhe aufweisen, die größer, vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie die axiale Höhe des Kupplungsrades ist. Dadurch kann das Kupplungsrad in axialer Richtung entlang seiner Drehachse verstellt werden, ohne dass hierdurch der Verzahnungseingriff zwischen dem zweiten Getrieberad und dem Kupplungsrad aufgehoben wird.
Der Aktuator ist vorteilhafterweise innerhalb eines den Stellantrieb einfassenden Gehäuses angeordnet. Es wird somit eine Motor-Getriebe-Einheit geschaffen, bei der die Antriebsvorrichtung genauso wie das Getriebe und der Aktuator in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine Motor-Getriebe-Einheit kompakter Bauform geschaffen, die in einfacher, modularer Weise an einem Fahrzeug montiert werden kann.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer vorne am Fahrzeug angeordneten Luftdurchlassvorrichtung;
2A eine perspektivische Ansicht eines Stellantriebs einer Luftdurchlassvorrichtung in normalem Betrieb, bei geöffneter Luftdurchlassvorrichtung;
2B eine perspektivische Ansicht des Stellantriebs, bei geschlossener Luftdurchlassvorrichtung;
3A eine perspektivische Ansicht des Stellantriebs, bei geschlossener Luftdurchlassvorrichtung und bei zum Freigeben einer Trennkupplung des Stellantriebs betätigtem Aktuator;
3B eine perspektivische Ansicht des Stellantriebs, bei geöffneter Trennkupplung;
4 eine andere perspektivische Ansicht des Stellantriebs, bei geöffneter Trennkupplung;
5A eine perspektivische Ansicht des Stellantriebs zum erneuten Herstellen eines kuppelnden Zustands der Trennkupplung,
5B eine perspektivische Ansicht des Stellantriebs in einer Zwischenstellung beim erneuten Herstellen des kuppelnden Zustands der Trennkupplung;
5C eine perspektivische Ansicht des Stellantriebs im wiederhergestellten kuppelnden Zustand der Trennkupplung, bei geschlossener Luftdurchlassvorrichtung;
5D eine perspektivische Ansicht des Stellantriebs bei wiederhergestelltem kuppelnden Zustand der Trennkupplung, bei geöffneter Luftdurchlassvorrichtung, und
6 eine perspektivische Ansicht des Stellantriebs in einer Zwischenstellung beim erneuten Herstellen des kuppelnden Zustands der Trennkupplung bei zumindest teilweise offener Luftdurchlassvorrichtung, und
7 eine Schnittansicht durch Getriebeteile der Trennkupplung des Stellantriebs.
1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Fahrzeug F, das eine in einem Motorraum R im vorderen Bereich des Fahrzeugs F angeordneten Luftdurchlassvorrichtung 1 aufweist.
Die Luftdurchlassvorrichtung 1, die an der vorderen Stirnseite des Fahrzeugs F im Bereich eines Kühlergrills angeordnet ist, dient zum Steuern eines Luftstroms L in den Motorraum R zum Kühlen eines in dem Motorraum R angeordneten Motors. Die Luftdurchlassvorrichtung 1 weist hierzu eine Anzahl von verstellbaren Lamellen 10 auf, die in einer geöffneten Stellung der Luftdurchlassvorrichtung 1 einen großen Strömungsquerschnitt für den Luftstrom L in den Motorraum R des Fahrzeugs F bereitstellen und zum Verkleinern des Strömungsquerschnitts verstellt werden können.
In Strömungsrichtung hinter den Lamellen 10 ist ein Lüfter 11 zum Ansaugen des Luftstroms L angeordnet.
Auf die Lamellen 10 wirkt ein Stellantrieb 2 ein, der mit einem elektrischen Energieversorgungssystem 3 des Fahrzeugs F verbunden ist. Der elektromotorische Stellantrieb 2 dient zum Verstellen der Lamellen 10 zum Verändern des Strömungsquerschnitts der Luftdurchlassvorrichtung 1 und wird elektrisch über das Energieversorgungssystem 3 des Fahrzeugs versorgt, das hierzu eine Spannung V bereitstellt, über die eine elektromotorische Antriebsvorrichtung des Stellantriebs 2 betrieben werden kann.
Ein in 2A, 2B bis 7 dargestelltes, konkretes Ausführungsbeispiel eines Stellantriebs 2 einer Luftdurchlassvorrichtung 1 weist eine elektromotorische Antriebsvorrichtung 21 in Form eines Elektromotors auf, der über einen Stecker 22 mit dem Energieversorgungssystem 3 und gegebenenfalls zusätzlich mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden ist. Die Antriebsvorrichtung 21 ist zusammen mit einem Getriebe 23 und einem Aktuator 24 in einem Gehäuse 20 eingefasst, dass staub- und feuchtigkeitsdicht ausgebildet sein kann und eine kompakte Baueinheit schafft.
Die elektromotorische Antriebsvorrichtung 21 steht über das Getriebe 23 mit einem Abtriebselement in Form einer um eine Drehachse D drehbar gelagerten Abtriebswelle 25 in Wirkverbindung und dient dazu, die Abtriebswelle 25, die über einen Formschlussabschnitt 250 in Form eines Mehrkants mit Lamellen 10 der Luftdurchlassvorrichtung 1 (siehe 1) gekoppelt ist, in eine Drehbewegung zu versetzen und darüber die Lamellen 10 zum Einstellen des Strömungsquerschnitts der Luftdurchlassvorrichtung 1 zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung zu bewegen.
Das Getriebe 23 ist gebildet durch ein erstes Getrieberad 230, das drehfest mit einem zweiten Getrieberad 231 verbunden und zusammen mit dem zweiten Getrieberad 231 drehbar auf der Abtriebswelle 25 gelagert ist. Das erste Getrieberad 230 steht hierbei mit einer Antriebsschnecke an der Antriebswelle 210 über eine Außenverzahnung kämmend in Eingriff, während das zweite Getrieberad 231 über eine Außenverzahnung kämmend mit einem Kupplungsrad 232 in Eingriff steht, das um eine Drehachse D1 entlang einer Verdrehrichtung A drehbar an einer Weile 2330 eines weiteren Getrieberads 233 gelagert ist.
Das Kupplungsrad 232 ist über eine Trennkupplung mit dem Getrieberad 233 verbunden derart, dass in einem kuppelnden Zustand das Kupplungsrad 232 drehfest mit dem Getrieberad 233 verbunden ist, so dass das Getrieberad 233 bei einer Drehbewegung des Kupplungsrads 232 mitbewegt wird.
Das Getrieberad 233 steht mit einem fest mit der Abtriebswelle 25 verbundenen Getrieberad 234 kämmend in Eingriff, so dass eine Drehbewegung des Getrieberads 233 auf die Abtriebswelle 25 übertragen wird.
Sämtliche Getrieberäder 230, 231, 232, 233, 234 sind als Stirnräder mit einer Außenverzahnung ausgebildet. Das Getriebe 23 ist hierbei als Untersetzungsgetriebe ausgestaltet, indem ein Getrieberad mit kleinem Durchmesser jeweils einem Getrieberad mit einem großen Durchmesser vorgeschaltet ist und somit eine Antriebsbewegung der Antriebswelle 210 in untersetzter Weise in eine Drehbewegung der Abtriebswelle 25 übertragen wird.
2A und 2B zeigen den Stellantrieb 2 in einer Normalbetriebsstellung. In dieser Normalbetriebsstellung stehen das Kupplungsrad 232 und das Getrieberad 233 drehfest miteinander in Eingriff. Wird die Antriebswelle 210, angetrieben durch die Antriebsvorrichtung 21, in eine Drehbewegung versetzt, so wird hierdurch das erste Getrieberad 230 und zusammen mit dem ersten Getrieberad 230 das zweite Getrieberad 231 um die Drehachse D verdreht (und relativ zur Abtriebswelle 25, an der das erste Getrieberad 230 und das zweite Getrieberad 231 drehbar gelagert sind, bewegt). Diese Drehbewegung wird über das zweite Getrieberad 231 auf das Kupplungsrad 232 und über das nachgeschaltete Getrieberad 233 auf das Getrieberad 234 und die Abtriebswelle 25 übertragen.
Das Kupplungsrad 232 und das nachgeschaltete Getrieberad 233 sind über eine Trennkupplung miteinander gekoppelt, deren Funktionsweise nachfolgend anhand von 2A, 28, 3A, 3B, 4 und 7 erläutert werden soll.
Das Kupplungsrad 232 ist entlang der Drehachse D1 verschieblich – und in entkuppeltem Zustand der Trennkupplung drehbar – an der Welle 2330 des Getrieberads 233 gelagert, und die Welle 2330 ist über Enden 2330A, 2330B (siehe 7) ihrerseits drehbar an dem Gehäuse 20 gelagert.
An dem Kupplungsrad 232 ist ein Kupplungsabschnitt 2323 in Form eines Kupplungstopfes mit einer Innenverzahnung (siehe 4) ausgebildet, der in einem kuppelnden Zustand mit einem Kupplungsabschnitt 2331 in Form einer Außenverzahnung an dem Getrieberad 233 in Eingriff steht (siehe die Zusammenschau von 3A, 3B und 4). Wie aus 7 ersichtlich, ist das Kupplungsrad 232 über eine Feder 2333 axial gegenüber dem Getrieberad 233 vorgespannt, indem die Feder 2333 zwischen einem Vorsprung 2328 an dem Kupplungsrad 232 und einem Vorsprung 2332 an dem Getrieberad 233 bzw. der Welle 2330 angeordnet und in dem kuppelnden Zustand auf Druck gespannt ist.
Zum Betätigen der Trennkupplung ist ein Aktuator 24 vorgesehen, der einen Elektrohubmagneten 240 und eine mit dem Elektrohubmagneten 240 verbundene Übertragungsstange 241 aufweist und über die Übertragungsstange 241 auf das Kupplungsrad 232 zum Halten des Kupplungsrads 232 in dem kuppelnden Zustand (siehe 2A und 2B) oder zum Freigeben des Kupplungsrads 232 (siehe 3A und 3B sowie 4) einwirkt.
Die Übertragungsstange 241 greift in der Normalbetriebsstellung gemäß 2A und 2B in eine nutförmige Ausnehmung 2320 an dem Kupplungsrad 2332 ein und hält das Kupplungsrad 232 somit axial in kuppelndem Eingriff mit dem Getrieberad 233, so dass die Kupplungsabschnitte 2323, 2331 des Kupplungsrades 232 einerseits und des Getrieberades 233 formschlüssig ineinander eingreifen.
Der Aktuator 24 dient dazu, die Trennkupplung im Kraftübertragungsstrang zwischen der Antriebsvorrichtung 21 und der Abtriebswelle 25 in Abhängigkeit von einer durch das Energieversorgungssystem 3 bereitgestellten Spannung V in ihrem kuppelnden Zustand zu halten oder zum Trennen des Kraftübertragungsstranges freizugeben. Auf diese Weise wird eine Sicherungsfunktion im Rahmen des Stellantriebs 2 bereitgestellt, die ein Entkoppeln der Abtriebswelle 25 von der Antriebsvorrichtung 21 ermöglicht, wenn dies erforderlich ist, um bei einem Systemausfall der Energieversorgung ein Rückstellen der Lamellen 10 der Luftdurchlassvorrichtung 1 in ihre geöffnete Stellung zu ermöglichen.
Bei dem Stellantrieb 2 ist zusätzlich eine mechanische Verriegelung vorgesehen, die bewirkt, dass die Trennkupplung zu einem Trennen des Kraftübertragungsstrangs nur dann betätigt wird, wenn die Luftdurchlassvorrichtung 1 in einer geschlossenen oder nahezu geschlossenen Stellung steht. Hintergrund ist, dass ein Öffnen der Trennkupplung nicht erforderlich ist, wenn die Luftdurchlassvorrichtung 1 ohnehin in einer geöffneten oder zumindest teilweise geöffneten Stellung ist. Ein Trennen der Trennkupplung kann in diesem Fall unterbleiben, weil ein weiteres Rückstellen der Lamellen 10 der Luftdurchlassvorrichtung 1 in Richtung der geöffneten Stellung nicht erforderlich ist.
Durch das Vorsehen der mechanischen Verriegelung kann die Anzahl der Betätigungen der Trennkupplung reduziert werden, so dass die Bauteile der Trennkupplung, insbesondere die Feder 2333 (siehe 7), nicht für eine große Anzahl von Betätigungen dimensioniert werden müssen. Dadurch, dass die Feder 2333 schwächer dimensioniert werden kann, ergibt sich der weitere Vorteil, dass die zum Betätigen der Trennkupplung erforderlichen Kräfte klein sind, so dass z. B. auch der Aktuator 24 schwächer ausgelegt werden kann.
Die mechanische Verriegelung ist gebildet durch einen Verriegelungsabschnitt 2341 in Form eines abschnittsweise an dem Getrieberad 234 der Abtriebswelle 25 umlaufenden Radialvorsprungs und einen Verriegelungstopf 2325 an dem Kupplungsrad 232. Die mechanische Verriegelung bewirkt, dass in einer geöffneten Stellung der Luftdurchlassvorrichtung 1 das Kupplungsrad 232 über den Verriegelungstopf 2325 axial in kuppelnder Stellung zu dem Getrieberad 233 verriegelt ist.
Dies ist in 2A dargestellt, in der sich die Abtriebswelle 25 in einer der geöffneten Stellung der Luftdurchlassvorrichtung 1 entsprechenden Drehstellung befindet. Wie aus 2A ersichtlich, steht in dieser Stellung der Abtriebswelle 25 der Verriegelungsabschnitt 2341 axial in Anlage an einem Verriegelungsflansch 2325A des Verriegelungstopfes 2325, indem der Verriegelungsflansch 2325A in einer axial durch den Verriegelungsabschnitt 2341 begrenzten nutförmigen Ausnehmung 2340 einliegt und durch den Verriegelungsabschnitt 2341 axial gehalten ist.
Wird in diesem Zustand eine Bestromung des Aktuators 24 und des darin angeordneten Elektrohubmagneten 240 aufgehoben und die Betätigungsstange 241 aufgrund einer Federwirkung einer die Übertragungsstange 241 vorspannenden Feder 242 außer Eingriff mit der nutförmigen Ausnehmung 2320 an dem Kupplungsrad 232 gezogen, so bewegt sich das Kupplungsrad 232 axial nicht, weil es aufgrund der mechanischen Verriegelung axial in Position gehalten wird.
Wird angetrieben durch die Antriebsvorrichtung 21 die Abtriebswelle 25 in die in 2B dargestellte Stellung bewegt, die einer geschlossenen Stellung der Luftdurchlassvorrichtung 1 bei geschlossenen Lamellen 10 entspricht, so gelangt der Flanschabschnitt 2325A des Verriegelungstopfes 2325 an dem Kupplungsrad 232 in den Bereich einer Ausnehmung 2342, die den Verriegelungsabschnitt 2341 an der Abtriebswelle 25 umfänglich unterbricht. Wird, wie in 3A dargestellt, in dieser Stellung der Abtriebswelle 25 die Bestromung des Aktuators 24 unterbrochen, so gelangt die Übertragungsstange 241 aus der nutförmigen Ausnehmung 2320 am Kupplungsrad 232, und das Kupplungsrad 232 wird aufgrund der vorspannenden Federwirkung der Feder 2333 (siehe 7) axial gegenüber dem Getrieberad 233 verstellt, so dass die Kupplungsabschnitte 2323, 2331 außer Eingriff gelangen und der Kraftübertragungsstrang zwischen der Antriebsvorrichtung 21 und der Abtriebswelle 25 getrennt wird (siehe 3B und 4).
Bei offener Trennkupplung kann die Abtriebswelle 25 unabhängig von der Antriebsvorrichtung 21 und auch von dem Kupplungsrad 232 und den vorgeschalteten Getrieberädern 230, 231 bewegt werden, so dass ein Rückstellen der Luftdurchlassvorrichtung 1 mit den Lamellen 10 in die offene Stellung möglich ist. Hierzu können die Lamellen 10 beispielsweise federvorgespannt sein in Richtung der offenen Stellung oder es kann auf andere Weise Energie vorgehalten werden, die ein Rückstellen der Luftdurchlassvorrichtung 1 in die geöffnete Stellung bewirkt.
Ein Öffnen der Trennkupplung und somit ein Trennen des Kraftübertragungsstrangs zwischen der Antriebsvorrichtung 21 und der Abtriebswelle 25 erfolgt somit in Abhängigkeit von zwei logischen Bedingungen, nämlich dem Zustand einer über das Energieversorgungssystem 3 bereitgestellten Spannung einerseits und der Stellung der Luftdurchlassvorrichtung 1 andererseits. Nur wenn das Energieversorgungssystem 3 ausfällt oder die bereitgestellte Spannung zumindest unter einen vorbestimmten Grenzwert fällt und gleichzeitig die Luftdurchlassvorrichtung 1 sich in einer geschlossenen oder zumindest weitestgehend geschlossenen Stellung befindet, wird die Trennkupplung zum Öffnen des Kraftübertragungsstrangs betätigt. Befindet sich jedoch die Luftdurchlassvorrichtung 1 in einer zumindest weitestgehend geöffneten Stellung und/oder wird eine hinreichende Spannung durch das Energieversorgungssystem 3 bereitgestellt, so kann ein Öffnen der Trennkupplung nicht erfolgen, weil der Aktuator 24 und/oder die mechanische Verriegelung das Kupplungsrad 232 in Eingriff mit dem Getrieberad 233 halten.
Weil in einer geöffneten oder zumindest teilweise geöffneten Stellung der Luftdurchlassvorrichtung 1 die mechanische Verriegelung die Trennkupplung in ihrer kuppelnden Stellung hält, kann in diesem Fall die Bestromung des Aktuators 24 auch abgeschaltet werden, um Energie zu sparen. Erst wenn die Abtriebswelle 25 in Richtung eines Schließens der Luftdurchlassvorrichtung 1 bewegt wird, muss die Übertragungsstange 241 in Eingriff mit der Ausnehmung 2320 an dem Kupplungsrad 232 gebracht werden, damit bei geschlossener (oder nahezu geschlossener) Stellung der Luftdurchlassvorrichtung 1 der Aktuator 24 das Kupplungsrad 232 in seiner axial kuppelnden Position hält, solange eine hinreichende Spannung V an dem Stellantrieb 2 bereitgestellt wird.
Bei einem Öffnen der Trennkupplung wird das Kupplungsrad 232 axial verstellt. Dabei gelangt das Kupplungsrad 232 jedoch nicht außer Eingriff mit dem vorgeschalteten Getrieberad 231, weil das vorgeschaltete Getrieberad 231 eine axiale Höhe H1 (siehe 2A) aufweist, die mindestens doppelt so hoch ist, wie die axiale Höhe des Kupplungsrades 232, so dass infolge der Verstellbewegung des Kupplungsrades 232 der kämmende Eingriff des Getrieberades 231 und des Kupplungsrades 231 aufrechterhalten bleibt.
Ist die Trennkupplung einmal geöffnet worden, so soll bei Wiederherstellen der elektrischen Energieversorgung der Stellantrieb 2 wieder in einen funktionsbereiten Zustand überführt werden. Wie dies erfolgt, ist in 5A bis 5D veranschaulicht.
Wird nach Wiederherstellen der elektrischen Energieversorgung der Aktuator 24 erneut bestromt, so wird die Übertragungsstange 241 der Welle 2330 angenähert, kann jedoch nicht in die Ausnehmung 2320 (siehe 2A) an dem Kupplungsrad 232 eingreifen, weil das Kupplungsrad 232 axial verstellt worden ist, um die Trennkupplung zwischen dem Kupplungsrad 232 und dem Getrieberad 233 zu lösen. Die Übertragungsstange 241 gelangt stattdessen in Eingriff mit einer nutförmigen Ausnehmung 2321 an dem Kupplungsrad 232 (siehe 5A). Wird nun, angetrieben durch die Antriebsvorrichtung 21, das Kupplungsrad 232 (über die Getrieberäder 230, 231) langsam verstellt, so gleitet die Übertragungsstange 241 in der nutförmigen Ausnehmung 2321 und gelangt in den Bereich eines Führungsabschnitts 2322 der Ausnehmung 2321 (siehe 5B), der eine Steigung axial in Richtung der (ersten) Ausnehmung 2320 aufweist und die Übertragungsstange 241 hin zur nutförmigen Ausnehmung 2320 axial oberhalb der Ausnehmung 2321 führt. Weil die Übertragungsstange 241 ortsfest ist, wird, geführt durch den Führungsabschnit 2322, das Kupplungsrad 232 axial verstellt, so dass der Kupplungsabschnitt 2323 des Kupplungsrads 232 dem Kupplungsabschnitt 2331 des Getrieberads 233 angenähert und die Kupplung somit wieder hergestellt wird (siehe 5B und 5C). Ist die Übertragungsstange 241 in Eingriff mit der nutförmigen Ausnehmung 2320, wie in 5C dargestellt, so ist der Stellantrieb 2 wieder betriebsbereit und kann zum Betätigen der Abtriebswelle 25 bedient werden, wie in 5D dargestellt.
Ist die Trennkupplung aufgehoben worden, so ist in der Regel auch die Abtriebswelle 25 in eine Lage verstellt worden, die der geöffneten Stellung der Luftdurchlassvorrichtung 1 entspricht. Dies bedeutet, dass die Ausnehmung 2342 an dem Verriegelungsabschnitt 2341 in eine Lage verdreht ist, in der der Verriegelungstopf 2325 mit dem daran angeordneten Verriegelungsflansch 2325A nicht ohne weiteres axial an dem Verriegelungsabschnitt 2341 vorbei bewegt werden kann, wie dies in 6 veranschaulicht.
Um dennoch ein Rückstellen des Kupplungsrades 232 zu ermöglichen, ist der Verriegelungstopf 2325 – wie aus 7 ersichtlich – axial verschiebbar an dem Kupplungsrad 232 angeordnet. Der Verriegelungstopf 2325 ist dabei über eine Feder 2326 gegenüber einem Bund 2327 des Kupplungsrades 232 vorgespannt und wirkt über einen Ring 2324 mit dem Kupplungsrad 232 zusammen.
Wird das Kupplungsrad 232 axial zurück in Richtung seines kuppelnden Eingriffs mit dem Getrieberad 233 verstellt und ist gleichzeitig die Ausnehmung 2342 in der in 6 dargestellten Weise verdreht, so gerät der Verriegelungstopf 2325 in axiale Anlage mit dem Verriegelungsabschnitt 2341, wird durch den Verriegelungsabschnitt 2341 bei weiterem Rückstellen des Kupplungsrades 232 zurückgehalten und dabei über die Feder 2326 axial vorgespannt. Bei einem anschließenden Verdrehen der Abtriebswelle 25 in Richtung der geschlossenen Stellung der Luftdurchlassvorrichtung 1 verstellt sich der Verriegelungstopf 2325 dann aufgrund der Federwirkung der Feder 2326 selbsttätig in seine betriebsbereite Position gemäß 5C und 5D, wenn der Verriegelungsflansch 2325A des Verriegelungstopfes 2325 in den Bereich der Ausnehmung 2342 an dem Verriegelungsabschnitt 2341 gelangt.
In verriegelter Position, wie in 7 dargestellt, wird das Kupplungsrad 232 über den Verriegelungstopf 2325, der auf den radial vorspringenden Ring 2324 einwirkt, axial in Position gehalten, solange die mechanische Verriegelung hergestellt ist.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in grundsätzlich anders gearteten Ausführungsformen verwirklichen. Mit dem bereitgestellten Stellantrieb wird ein Trennen des Kraftübertragungsstrangs zwischen der Antriebsvorrichtung und dem Abtriebselement in Abhängigkeit von zwei logischen Bedingungen, nämlich einerseits der bereitgestellten elektrischen Spannung und andererseits der Stellung der zu steuernden Luftdurchlassvorrichtung ermöglicht, so dass auf diese Weise die Anzahl der Betätigungen der Trennkupplung reduziert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Luftdurchlassvorrichtung
10: Lamellen
11: Lüfter
2: Stelleinrichtung
20: Gehäuse
21: Antriebsvorrichtung
210: Antriebswelle
22: Stecker
23: Getriebe
230: Getrieberad
231: Getrieberad
232: Kupplungsrad
2320: Ausnehmung (Nut)
2321: Ausnehmung (Nut)
2322: Führungsabschnitt
2323: Kupplungsabschnitt (Kupplungstopf)
2324: Ring
2325: Verriegelungstopf
2325A: Verriegelungsflansch
2326: Feder
2327: Bund
2328: Vorsprung
233: Getrieberad
2330: Welle
2330A: Ende
2330B: Ende
2331: Kupplungsabschnitt (Kupplungsverzahnung)
2332: Vorsprung
2333: Feder
234: Fünftes Stirnrad
2340: Nut
2341: Verriegelungsabschnitt
2342: Ausnehmung
24: Aktuator
240: Betätigungselement (Elektrohubmagnet)
241: Übertragungsstange
242: Feder
25: Abtriebselement (Abtriebswelle)
250: Formschlussabschnitt
3: Energieversorgungssystem
A: Verdrehrichtung
D, D1: Drehachse
F: Fahrzeug
H1, H2: Höhe
L: Luftstrom
R: Motorraum
V: Spannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008013422 A1 [0004]
DE 10047952 B4 [0004]
DE 102009035362 A1 [0009]

Claims

Stellantrieb einer Luftdurchlassvorrichtung für eine Motorkühlung eines Fahrzeugs, mit – einer elektromotorischen Antriebsvorrichtung, an die zum Erzeugen einer Stellkraft eine elektrische Spannung eines Energieversorgungssystems des Fahrzeugs anlegbar ist, und – einem Abtriebselement, das mit der Antriebsvorrichtung in Wirkverbindung ist, um die Stellkraft zum Verstellen der Luftdurchlassvorrichtung zwischen einer offenen Stellung, in der die Luftdurchlassvorrichtung zum Durchlassen eines Luftstroms geöffnet ist, und einer geschlossenen Stellung, in der die Luftdurchlassvorrichtung zum Minimieren eines Luftstroms geschlossen ist, zu übertragen, gekennzeichnet durch – eine Trennkupplung (2323, 2331), die einen der Antriebsvorrichtung (21) zugeordneten, ersten Kupplungsabschnitt (2323) und einen dem Abtriebselement (25) zugeordneten, zweiten Kupplungsabschnitt (2331) aufweist, wobei der erste Kupplungsabschnitt (2323) und der zweite Kupplungsabschnitt (2331) in einem kuppelnden Zustand zum Herstellen der Wirkverbindung zwischen der Antriebsvorrichtung (21) und dem Abtriebselement (25) miteinander in Verbindung stehen und zum Trennen der Wirkverbindung voneinander lösbar sind, – einen Aktuator (24) zum Betätigen der Trennkupplung (2321, 2331) in Abhängigkeit von einem Spannungszustand der elektrischen Spannung (V) des Energieversorgungssystems (3) und – eine mechanische Verriegelung zum Verriegeln des ersten Kupplungsabschnitts (2323) und des zweiten Kupplungsabschnitts (2331) zueinander in dem kuppelnden Zustand in Abhängigkeit von der Stellung der Luftdurchlassvorrichtung (1).
Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Abtriebselement (25) ein Verriegelungsabschnitt (2341) angeordnet ist, der mit dem ersten Kupplungsabschnitt (2323) in Abhängigkeit von der Stellung der Luftdurchlassvorrichtung (1) zusammenwirkt, um den ersten Kupplungsabschnitt (2323) und den zweiten Kupplungsabschnitt (2331) zum Herstellen der Wirkverbindung zwischen der Antriebsvorrichtung (21) und dem Abtriebselement (25) in Verbindung zu halten oder zum Trennen der Wirkverbindung freizugeben.
Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsabschnitt (2341) sich umfänglich an dem Abtriebselement (25) erstreckt und in Umfangsrichtung um das Abtriebselement (25) eine Ausnehmung (2342) aufweist.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (2323, 2331) im Kraftfluss zwischen der Antriebsvorrichtung (21) und dem Abtriebselement (25) angeordnet ist.
Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (24) ausgebildet ist, die Trennkupplung (2323, 2331) – in Wirkverbindung zu halten, wenn die elektrische Spannung (V) des Energieversorgungssystems (3) über einem vorbestimmten Grenzwert liegt, oder – freizugeben, wenn die elektrische Spannung (V) des Energieversorgungssystems (3) unter den vorbestimmten Grenzwert fällt.
Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (24) ein elektrisches oder elektromagnetisches Betätigungselement (240) umfasst.
Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (24) einen Elektrohubmagneten (240) als Betätigungselement umfasst.
Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kupplungsabschnitt (2323) und der zweite Kupplungsabschnitt (2331) formschlüssig oder reibschlüssig miteinander in Eingriff bringbar sind.
Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kupplungsabschnitt (2323) und der zweite Kupplungsabschnitt (2331) federelastisch in Richtung eines Entkuppelns gegeneinander vorgespannt sind.
Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (21) und das Abtriebselement (25) über ein Getriebe (23), das ein mit einer Antriebswelle (210) der Antriebsvorrichtung (21) in Verbindung stehendes, um eine Drehachse (D1) verdrehbares Kupplungsrad (232) aufweist, in Wirkverbindung sind.
Stellantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsrad (232) entlang der Drehachse (D1) axial verstellbar ist.
Stellantrieb nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kupplungsabschnitt (2323) an dem Kupplungsrad (232) ausgebildet ist und der zweite Kupplungsabschnitt (2331) an dem Abtriebselement (25) oder einem mit dem Abtriebselement (25) in Eingriff stehenden Getrieberad (233) ausgebildet ist.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Kupplungsabschnitt (2323, 2331) durch einen Kupplungszapfen und der andere Kupplungsabschnitt (2323, 2331) durch einen Kupplungstopf ausgebildet ist, wobei der Kupplungszapfen und der Kupplungstopf – zum Herstellen der Wirkverbindung zwischen der Antriebsvorrichtung (21) und dem Abtriebselement (25) axial entlang der Drehachse (D1) miteinander in Eingriff bringbar sind und – zum Trennen der Wirkverbindung zwischen der Antriebsvorrichtung (21) und dem Abtriebselement (25) axial entlang der Drehachse (D1) außer Eingriff bringbar sind.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (24) über eine Übertragungsstange (241) auf das Kupplungsrad (232) einwirkt und dieses in Abhängigkeit von dem Spannungszustand der elektrischen Spannung (V) des Energieversorgungssystems (3) – in einer ersten axialen Position hält, in der der erste Kupplungsabschnitt (2323) und der zweite Kupplungsabschnitt (2331) kuppelnd miteinander in Verbindung stehen, oder – zum Trennen der Verbindung zwischen dem ersten Kupplungsabschnitt (2323) und dem zweiten Kupplungsabschnitt (2331) freigibt.
Stellantrieb nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsstange (241) zum Halten des Kupplungsrades (232) in der ersten axialen Position in eine erste Ausnehmung (2320) an dem Kupplungsrad (232) eingreift.
Stellantrieb nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsstange (241) zu einem Zurückstellen des Kupplungsrades (232) in die erste axiale Position in eine zweite Ausnehmung (2321, 2322) an dem Kupplungsrad (232) eingreift, die derart beschaffen ist, dass durch ein Verdrehen des Kupplungsrades (232) relativ zu der Übertragungsstange (241) das Kupplungsrad (232) zurück in die erste axiale Position bewegbar ist.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verriegelungstopf (2325) zur axialen mechanischen Verriegelung des Kupplungsrads (232) mit dem Abtriebselement (25) axial verschiebbar an dem Kupplungsrad (232) angeordnet und über eine Feder (2326) gegenüber dem Kupplungsrad (232) vorgespannt ist.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (23) – ein erstes Getrieberad (230), das mit der Antriebswelle (210) der Antriebsvorrichtung (21) in Eingriff steht, und – ein drehfest mit dem ersten Getrieberad (230) verbundenes, zweites Getrieberad (231), das mit dem Kupplungsrad (232) in Eingriff steht, aufweist.
Stellantrieb nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getrieberad (230) und das zweite Getrieberad (231) drehbar an dem Abtriebselement (25) gelagert sind.
Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (23) ein Untersetzungsgetriebe ausbildet.
Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (24) innerhalb eines den Stellantrieb (2) einfassenden Gehäuses (20) angeordnet ist.