DE102011108977B4

DE102011108977B4 - Aktuator, insbesondere für einenFahrzeugsitz

Info

Publication number: DE102011108977B4
Application number: DE102011108977.6A
Authority: DE
Inventors: Rolf Schüler; Frank Grossbudde; Norbert Heeg
Original assignee: Adient Luxembourg Holding SARL
Current assignee: Adient US LLC
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2031-07-27
Also published as: DE102011108977A1

Abstract

Aktuator (10), insbesondere für einen Fahrzeugsitz (1), mit einem Gehäuse (11), einem im Gehäuse (11) gelagerten Motor (12), wenigstens einer vom Motor (12) antreibbaren Getriebestufe (13, 14), einer von der wenigstens einen Getriebestufe (13, 14) antreibbaren Abtriebsstufe (16, 17; 41) und einer Rückstellfeder (18), wobei der eingeschaltete Motor (12) die Abtriebsstufe (16, 17; 41) - aus einem Ausgangszustand heraus - antreibt und die Rückstellfeder (18) bei ausgeschaltetem Motor (12) die Abtriebsstufe (16, 17; 41) wieder in den Ausgangszustand bringt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der wenigstens einen Getriebestufe (13, 14) und der Abtriebsstufe (16, 17; 41) eine Kupplung (15) vorgesehen ist, welche in eine erste Drehrichtung einkuppelt und ein Drehmoment von der wenigstens einen Getriebestufe (13, 14) auf die Abtriebsstufe (16, 17; 41) überträgt, und welche in der entgegengesetzten, zweiten Drehrichtung auskuppelt und die wenigstens eine Getriebestufe (13, 14) von der Abtriebsstufe (16, 17; 41) derart trennt, dass der Motor (12) vollständig von der Antriebsstufe (16, 17; 41) entkoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere für einen Fahrzeugsitz, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
Durch Benutzung bekannte Aktuatoren dieser Art werden beispielsweise für die elektrische Fernentriegelung einer schwenkbaren Rücksitz-Lehne verwendet. Es werden dabei üblicherweise Getriebemotoren eingesetzt, deren Getriebezug nicht selbsthemmend ist, und in deren kinematische Kette eine Rückstellfeder zur stromlosen Rückführung des Aktuators in den Ausgangszustand eingebaut ist. Derartige Aktuatoren verursachen bei der Rückstellung in den Ausgangszustand ein vergleichsweise lange wahrzunehmendes Geräusch, da die Rückstellfeder den elektrisch kurzgeschlossenen Motor drehen muss, dieser als Generator wirkt und somit eine teils erhebliche Bremswirkung zu überwinden ist. Die Rückstellfeder muss eine ausreichende Federstärke aufweisen, um diese Bremswirkung zu überwinden. Entsprechend muss die Motorleistung entsprechend hoch sein, um die Rückstellfeder zu spannen.
Aus der DE 33 08 537 C1 ist eine Linearantriebseinheit mit einem Antriebsmotor, einem gewindespindelseitig angetriebenen, auf eine axial bewegbare Antriebsstange arbeitenden Wandermutter-Gewindespindel-Trieb und mit einem Getriebe zwischen dem Antriebsmotor und dem Wandermutter-Gewindespindel-Trieb bekannt, wobei das Getriebe das außer einem ersten Getriebeweg vom Antriebsmotor zur Gewindespindel einen zweiten Getriebeweg mit anderem Drehzahlverhältnis vom Antriebsmotor zur Wandermutter (40) aufweist. Im ersten oder im zweiten Getriebeweg ist ein mechanischer Freilauf vorgesehen, der den entsprechenden Getriebeweg bei einer der beiden Drehrichtungen des Antriebsmotors einschaltet und bei der entgegengesetzten Drehrichtung unterbricht. Dabei ist der Freilauf in derartigem Arbeitssinn vorgesehen, dass er bei sich in Arbeitsrichtung bewegender Abtriebsstange den entsprechenden Getriebeweg einschaltet und bei sich entgegengesetzt bewegender Abtriebsstange den entsprechenden Getriebeweg unterbricht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Aktuator der eingangs genannten Art zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Aktuator mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Motorleistung, Federstärke und Geräuschentwicklung lassen sich reduzieren, indem in die kinematische Kette zwischen Motor und Abtriebsstufe eine Kupplung eingefügt wird. Da der Aktuator nur in einer Betätigungsrichtung eine aktive, motorische Antriebsleistung zu erbringen hat, kann durch Zwischenschaltung einer einseitig wirkenden, richtungsabhängig selbstschaltenden Kupplung der bei der Rückstellung hinsichtlich Reibung und Geräuschbildung störende Teilbereich der kinematischen Kette abgekuppelt werden. Die Anordnung der Kupplung zwischen der letzten Getriebestufe und der Abtriebsstufe hat daher den Vorteil, einen möglichst großen Teilbereich der kinematischen Kette abzukuppeln. Die Rückstellfeder ist dann vorzugsweise zwischen einem Element der Abtriebsstufe und dem Gehäuse wirksam, so dass bei der stromlosen Rückstellung nur noch zwischen diesem Element der Abtriebsstufe und der vom Aktuator zu betätigenden Vorrichtung Bewegungen erforderlich sind, die nahezu geräuschfrei erfolgen können.
Kupplungen zwischen Motor und Abtriebsstufe sind zwar als solche bereits bekannt, beispielsweise aus der DE 101 49 342 A1 , jedoch dienen sie dann als Überlastsicherung.
Die DE 195 25 454 A1 beschreibt einen Aktuator mit einem Motor, einer Getriebestufe, einer Abtriebsstufe, bestehend aus einer Spindel und einer Spindelmutter, und eine Lastmomentsperre, welche eine gehäusefeste Reibhülse und eine Schlingfeder aufweist. Im nichtangetriebenen Zustand verspreizt sich die Schlingfeder an ihrem Außenumfang an der Reibhülse. Wenn der Motor mittels der Getriebestufe die Abtriebsstufe antreibt, wird die Reibverbindung aufgehoben und die Spindel gedreht. Sobald der Motor stillgesetzt wird, verspreizt sich die Schlingfeder in der Reibhülse und verhindert ein unbeabsichtigtes Verdrehen. Eine weitere Lastmomentsperre ist aus der DE 41 01 470 C1 bekannt, wo die Spindel mittels eines selbsthemmenden Schneckengetriebes angetrieben wird. Alternativ ist die Selbsthemmung mittels einer Schlingfeder oder eines Klemmgesperres realisiert.
Da mit der erfindungsgemäßen Lösung Motoren mit geringerer Leistung einsetzbar sind und diese folglich im Gesamtantrieb zu entsprechenden Kosten- und Bauraumeinsparungen führen, ist mit dem erfindungsgemäßen Kupplungsprinzip ein Aktuator mit technisch besserem und deutlich leiserem Antrieb ohne wesentliche Mehrkosten realisierbar. Über die Vorteile innerhalb des Antriebes hinaus ergeben sich in der elektrischen Ansteuerung weitere Vorteile, da das Kurzschließen des Motors im stromlosen Zustand entfällt und somit anstelle eines Wechselschalters ein einfacher Taster Verwendung finden kann.
Prinzipiell sind verschiedene, gleichartig wirkende Ausführungen der Kupplung möglich, beispielsweise Schlingfederkupplungen, Freiläufe oder einseitig wirkende Fliehkraftkupplungen, welche jeweils reibschlüssig oder formschlüssig oder mit einer Kombination davon eingekuppelt bleiben und nach einer Umkehr der Drehrichtung ausgekuppelt gehalten werden, beispielsweise durch ein Zusammenspiel von Federkräften. In der DE 10 2007 042 802 A1 wird beispielsweise ein Klemmrollenfreilauf beschrieben.
Die Kupplung hat wenigstens zwei Schnittstellen, eine zur antreibenden Getriebestufe und eine zur angetriebenen Abtriebsstufe, und gegebenenfalls eine zum Gehäuse. Eine der Schnittstellen setzt das Einkuppeln und Auskuppeln um, die andere Schnittstelle (oder diejenige zum Gehäuse) kann vorzugsweise der Steuerung des Einkuppelns und Auskuppelns dienen, beispielsweise die Richtungsumkehr erkennen oder die Kupplung eingekuppelt halten. Da bei der Rückstellung des Aktuators in der Regel mehrere volle Umdrehungen der Abtriebsstufe notwendig sind, reicht ein einfacher Leerweg in Umfangsrichtung als Kupplung nicht aus.
Vorzugsweise ist bei der Kupplung eine Trennung des Kraftflusses für die antreibenden Kräfte und Drehmomente von der Steuerung vorgesehen. Dadurch wird vermieden, dass die Steuerung die antreibenden Kräfte und Drehmomente überträgt. Die Steuerung braucht dann nicht entsprechend ausgelegt sein, insbesondere hinsichtlich ihrer Geometrie, und weist einen breiten Einsatzbereich auf.
Eine vorteilhafte Abtriebsstufe ist beispielsweise die (geräuscharme) Kombinationen einer Spindel und einer Spindelmutter, welche zugleich die antreibende Drehbewegung in eine Linearbewegung umsetzt. Zudem kann die Steuerung der Kupplung mit der Relativbewegung von Spindel und Spindelmutter synchronisiert werden, beispielsweise durch gleiche Steigungen in der Abtriebsstufe und an einer Schnittstelle der Kupplung.
Die Erfindung ist vorzugsweise für Fahrzeugsitze in (Kraft-)Fahrzeugen einsetzbar, kann aber auch anderswo im Fahrzeug oder für andere Einsatzzwecke verwendet werden.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand dreier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele mit Abwandlungen näher erläutert. Es zeigen

1 einen schematischen Schnitt durch einen Aktuator,
2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsitzes,
3 einen Schnitt durch das erste Ausführungsbeispiel,
4 die eingekuppelte Kupplung von 3,
5 die ausgekuppelte Kupplung von 3,
6 einen Schnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel mit eingekuppelter Kupplung,
7 die eingekuppelte Kupplung von 6,
8 einen Schnitt entsprechend 6 mit ausgekuppelter Kupplung,
9 einen Schnitt durch das dritte Ausführungsbeispiel mit eingekuppelter Kupplung,
10 einen Schnitt entsprechend 9 mit ausgekuppelter Kupplung,
11 eine Seitenansicht einer Sperrscheibe von 9 und 10,
12 einen Schnitt durch eine Kupplungsscheibe von 9 und 10,
13 eine Kupplung gemäß einer Abwandlung,
14 eine Kupplung gemäß einer weiteren Abwandlung,
15 ein Aktuator gemäß einer Abwandlung,
16 eine Rückstellfeder, und
17 eine Rückstellfeder gemäß einer Abwandlung.

Ein Fahrzeugsitz 1 für eine hintere Sitzreihe eines Kraftfahrzeuges weist ein Sitzteil 3 und eine Lehne 4 auf, welche relativ zum Sitzteil 3 schwenkbar und mittels einer Verriegelungsvorrichtung 7 mit der Fahrzeugstruktur S (oder dem Sitzteil 3) verriegelbar ist. Für die elektrische Fernentriegelung der Verriegelungsvorrichtung 7 ist ein Aktuator 10 vorgesehen.
Der Aktuator 10 (1) umfasst ein Gehäuse 11, einen im Gehäuse 11 gelagerten Motor 12, eine abtriebsseitig am Motor 12 vorgesehene und von diesem antreibbaren erste Getriebestufe 13, eine abtriebsseitig an der ersten Getriebestufe 13 vorgesehene, von dieser antreibbare, optionale zweite Getriebestufe 14, eine abtriebsseitig an der zweiten Getriebestufe 14 (bzw. optional an der ersten Getriebestufe 13) vorgesehene und von dieser antreibbare Kupplung 15, eine abtriebsseitig an der Kupplung 15 vorgesehene, von dieser antreibbare, um ihre eigene Achse drehbare Spindel 16, eine relativ zur Spindel 16 drehbare, von dieser antreibbare Spindelmutter 17 und eine Rückstellfeder 18. Die Achse der Spindel 16 definiert ein Zylinderkoordinatensystem, welches vorliegend für die Richtungsangaben benutzt wird.
Der Motor 12 bildet den Anfang der kinematischen Kette des Aktuators 10. Der elektrische Motor 12 kann elektronisch oder bürstenkommutiert sein und weist als Abtrieb vorzugsweise eine Motorwelle auf. Die erste Getriebestufe 13 und die optionale zweite Getriebestufe 14 sind vorzugsweise als Stirnradstufen ausgebildet. Die Rückstellfeder 18 wirkt zwischen der Spindel 16 und dem Gehäuse 11 und ist vorzugsweise als Flachspiralfeder ausgebildet, deren inneres Ende an der Spindel 16 und deren äußeres Ende am Gehäuse 11 befestigt ist. Die aufgrund ihrer Drehung entlang der Achse der Spindel 16 verschiebbare Spindelmutter 17 ist die Schnittstelle zur Verriegelungsvorrichtung und bewegt beispielsweise einen Entriegelungshebel der Verriegelungsvorrichtung. Die Spindel 16 und die Spindelmutter 17 bilden also die Abtriebsstufe (Endstufe) des Aktuators 10 und das Ende der kinematischen Kette.
Im Ausgangszustand ist die Rückstellfeder 18 entspannt oder gegen einen Anschlag vorgespannt. Wenn der Motor 12 eingeschaltet wird, treibt er die erste Getriebestufe 13 an, welche die Drehzahl untersetzt und damit das Drehmoment erhöht. Die erste Getriebestufe 13 treibt die optionale zweite Getriebestufe 14 an, welche die Drehzahl weiter untersetzt und damit das Drehmoment weiter erhöht. Die von der zweiten Getriebestufe 14 (oder optional der ersten Getriebestufe 13) angetriebene Kupplung 15 ist richtungsabhängig (selbst)schaltend, d.h. nur in eine erste Drehrichtung wirksam. Wird die Kupplung 15 in der ersten Drehrichtung gedreht, kuppelt sie ein und überträgt das antriebsseitig eingeleitete Drehmoment auf die Abtriebsstufe, d.h. vorliegend auf die Spindel 16. Mit der Drehung der Spindel 16 wird die Spindelmutter 17 entlang der Achse der Spindel 16 verschoben und die Rückstellfeder 18 (weiter) gespannt. Wird die Kupplung 15 in die entgegengesetzte, zweite Drehrichtung gedreht, indem abtriebseitig, d.h. von der Spindel 16 her, ein Drehmoment eingeleitet wird (welches beispielsweise von der Spindelmutter 17 und/oder der Rückstellfeder 18 herrührt), so kuppelt die Kupplung 15 aus und trennt die zweite Getriebestufe 14 (oder optional die erste Getriebestufe 13) von der Abtriebsstufe. Wenn die Kupplung 15 ausgekuppelt ist, kann die Rückstellfeder 18 die Spindel 16 in den Ausgangszustand zurückdrehen, wobei sie sich (teilweise) entspannt. Dadurch wird auch die Spindelmutter 17 in den Ausgangszustand gebracht, ohne dass die antriebsseitig von der Kupplung 15 in der kinematischen Kette liegende kinematischen Elemente (z.B. 13, 14) mitbewegt werden müssen.
Für die Realisierung der Kupplung 15 gibt es verschiedene Möglichkeiten.
In einem ersten Ausführungsbeispiel (3 bis 5) ist die Kupplung 15 als (Klemmrollen-)Freilauf ausgebildet. Der Antrieb der Kupplung 15 besteht vorliegend aus drei Antriebssegmenten 21, welche sich in 4 gegen den Uhrzeigersinn drehen. Jedes der Antriebssegmente 21 berührt dann (im eingekuppelten Zustand) antreibend (genau) eine Klemmrolle 22, die in einen Keilspalt zwischen einer Steuerscheibe 23 und der zentral angeordneten Spindel 16 bewegt wird und dann gleichzeitig Kontakt zu den Klemmflächen der besagten beiden Elemente hat. Dieser Kontakt entsteht und bleibt während der Antriebsbewegung erhalten, weil die sich am feststehenden (d.h. fest mit dem Gehäuse 11 verbundenen) Gehäusering 24 abstützenden Bremsfedern 25 eine Bewegung der Steuerscheibe 23 tendenziell zu verhindern suchen. Der somit entstehende, reibschlüssige Kontakt zwischen Antriebssegmenten 21, Klemmrollen 22, Spindel 16 und Steuerscheibe 23 führt folglich zu einer gemeinsamen Rotationsbewegung dieser Teile gegen die äußere Last an der Spindelmutter 17, gegen das Aufzugsdrehmoment der Rückstellfeder 18 und gegen das Bremsmoment der Steuerscheibe 23 gegenüber dem Gehäusering 24.
Letztgenanntes Bremsmoment ist zwar unerwünscht und führt zu Verlustleistung, jedoch ist es in dieser beschriebenen Konstellation für die Steuerung der Kupplung 15 erforderlich und kann bei ausgewogener Abstimmung der Durchmesser, Bremsfederkräfte und Klemmwinkel auf ein erträgliches Maß reduziert werden. Insbesondere bietet sich für die Materialauswahl von Gehäusering 24 und Bremsfedern 25 an, eine Kombination zu wählen, deren statischer Reibwert deutlich höher ist, als der dynamische Reibwert, so dass bei minimaler Relativbewegung der Teile - also beim Einkuppelvorgang- ein höheres Bremsmoment vorliegt als im späteren, laufenden Betrieb.
5 zeigt die Kupplung 15 im ausgekuppelten Zustand, der sich bei ausgeschaltetem Motor 12 und von der Rückstellfeder 18 in die andere Richtung (im Uhrzeigersinn) gedrehter Spindel 16 einstellt. Diese andere Drehrichtung bewirkt - unterstützt von Ausrückfedern 26 - ein Herausdrehen der Klemmrollen 22 aus dem Keilspalt zwischen Spindel 16 und Steuerscheibe 23. Da die (mittels der Bremsfedern 25) gebremste Steuerscheibe 23 nun wiederum eine eigene Bewegung zu unterbinden sucht, wird nach minimalem Rückdrehwinkel der Klemmrollen 22 und des Motors 12 die reibschlüssige Verbindung gelöst. Nach diesem Auskuppeln kann folglich die Spindel 16 frei und ohne irgend eine bremsende Wirkung von Steuerscheibe 23, Getriebestufe 13, 14 und Motor 12 drehen und so die Spindelmutter 17 nahezu geräuschlos in ihre Ausgangslage zurückführen.
Vorteilhaft am ersten Ausführungsbeispiel ist die Eigenschaft, in jeder Relativlage der Spindel 16 zu den anderen Bauteilen des Aktuators 10 einkuppeln und auskuppeln zu können. Die Materialbelastungen im Reibkontakt erfordern allerdings hohe Materialfestigkeiten.
Im zweiten Ausführungsbeispiel (6 bis 8) überträgt die Kupplung 15 die Kräfte und Drehmomente formschlüssig statt reibschlüssig. 6 zeigt den eingekuppelten Zustand. Der neben der Spindelmutter 17 dargestellte Axialanschlag 31 ist fest mit der Spindel 16 verbunden, - vorzugsweise einstückig ausgeführt - und bildet einerseits die axiale Begrenzung der Bewegung der Spindelmutter 17 nach rechts, andererseits eine axiale Begrenzung für ein Antriebsrad 32 nach links. Das als Antrieb der Kupplung 15 dienende Antriebsrad 32 ist vorliegend der Abtrieb der zweiten Getriebestufe 14. Das Antriebsrad 32 ist frei drehbar auf der Spindel 16 gelagert, genauer gesagt auf einem glatten, zylindrischen Spindelzapfen 16a in Fortführung der Spindel 16, und wird axial einerseits vom beschriebenen Axialanschlag 31 an Bewegungen nach links, andererseits von einer axialen Anlauffläche eines Steuerzapfens 33 an Bewegungen nach rechts gehindert.
Der Steuerzapfen 33 ist fest mit der Spindel 16 verbunden, und zwar im Bereich des Spindelzapfens 16a sowohl drehfest, vorliegend über den angedeuteten Vierkant des Spindelzapfens 16a, als auch axial fest, vorliegend durch eine Pressverbindung, Rastverbindung oder gleichwertiges. Der Steuerzapfen 33 führt jegliche Rotationsbewegung der Spindel 16 mit aus. Radial auf dem Steuerzapfen 33 gelagert und gleichzeitig mit diesem - über ein Bewegungsgewinde - gekoppelt ist eine Kupplungsscheibe 34, welche in ihrem inneren Bereich wie eine Spindelmutter auf dem Steuerzapfen 33 (der hierfür als Spindel dient) funktioniert. Wird also die Kupplungsscheibe 34 an einer Rotation gehindert, so wird sie bei einer Rotation des (sich mit der Spindel 16 drehenden) Steuerzapfens 33 je nach Drehsinn der Rotation nach rechts oder links axial bewegt.
Vorzugsweise sind die beiden Bewegungsgewinde, also Spindel 16 plus Spindelmutter 17 sowie Steuerzapfen 33 plus Kupplungsscheibe 34, hinsichtlich der Spindelsteigung gleichsinnig und mit gleicher Steigung ausgeführt, so dass eine gemeinsame Rotation der Einheit aus Spindel 16 und Steuerzapfen 33 zu einer gleichsinnigen, gleich großen, parallelen axialen Bewegung von Spindelmutter 17 und Kupplungsscheibe 34 führt. Während die Spindelmutter 17 über mehrere Umdrehungen der Spindel 16 eine erhebliche Hubbewegung als Abtrieb ausführen kann, ist der axiale Bewegungsraum der Kupplungsscheibe 34 auf wenige Millimeter, nämlich genau den axialen Bauraum zwischen Antriebsrad 32 links und Anschlagfläche des Steuerzapfens 33 rechts begrenzt.
Würde die Kupplungsscheibe 34 - ebenso wie die Spindelmutter 17 - immer und geometrisch fest definiert an einer Rotation um die eigene Längsachse gehindert, so würde die Gesamteinheit nur genau so wenig Rotation zulassen, wie es die axiale Bewegung der Kupplungsscheibe 34 erlaubt. Um dennoch nach Erreichen der Endlagen der Kupplungsscheibe 34 eine weitere Rotation der Spindel 16 zuzulassen, wird die Rotation der Kupplungsscheibe 34 nicht geometrisch fest, sondern mittels einer Bremsfeder 25 relativ zum Gehäuse 11 behindert. 7 zeigt eine Ansicht auf die wesentlichen Funktionsflächen und Funktionsbereiche der Kupplungsscheibe 34, in deren Kern das Bewegungsgewinde und, symmetrisch auf dem Umfang verteilt, mehrere für die formschlüssige Verbindung zum Abtriebsrad 32 vorgesehene, sacklochartige Kupplungsräume 34a zur Aufnahme der am Abtriebsrad 32 axial vorstehenden Kupplungsnocken 32a dargestellt sind. Die Bremsfeder 25 umschlingt die Kupplungsscheibe 34 in Umfangsrichtung, wobei sie zwischen wechselseitig axial versetzt angeordneten Segmenten geführt ist, und stützt sich mit beiden Federenden radial an einem Steg des Gehäuses 11 ab. Durch die Umschlingung wird das gewünschte Bremsmoment um die Achse der Kupplungsscheibe 34 erzeugt, und gleichzeitig kann sich die gesamte Einheit aus Kupplungsscheibe 34 und Bremsfeder 25 axial bewegen, um einzukuppeln und auszukuppeln.
Bei dem in 6 dargestellten, eingekuppelten Zustand wird die Kupplungsscheibe 34 von einer Vorspannfeder 35 (beispielsweise einer Tellerfeder) in Richtung Antriebsrad 32 gedrückt, und die Kupplungsnocken 32a des Antriebsrades 32 ragen in die Kupplungsräume 34a der Kupplungsscheibe 34, womit eine Übertragung des motorseitigen, antreibenden Drehmomentes auf die Spindel 16 sichergestellt ist. Der Richtungssinn der Steigung der Spindel 16 ist in diesem zweiten Ausführungsbeispiel derart gewählt, dass beim motorischen Antrieb die Spindelmutter 17 nach links bewegt wird. Aufgrund gleichen Richtungssinnes der Steigung des Bewegungsgewindes zwischen Steuerzapfen 33 und Kupplungsscheibe 34 verschiebt sich die Kupplungsscheibe 34 ebenfalls tendenziell weiter nach links (zum Antriebsrad 32 hin), so dass die Kupplung 15 eingekuppelt bleibt, solange ein Drehmoment des Motors 12 wirkt.
Die Rückstellfeder 18, welche der Übersichtlichkeit halber in 6 und 8 nicht dargestellt ist, ist auch im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel mittelbar oder unmittelbar fest mit der Spindel 16 verbunden. Wird der Motor 12 ausgeschaltet, also der Antriebsvorgang beendet, so bewirkt die Rückstellfeder 18 direkt eine Rotation der Spindel 16 in die entgegengesetzte Richtung. Entsprechend drehen sich natürlich auch die Bewegungsrichtungen von Spindelmutter 17 und Kupplungsscheibe 34 um, so dass nach kurzem Hub der Kupplungsscheibe 34 vom Antriebsrad 32 weg der Formschluss zu diesem aufgehoben ist, und in Folge der komplette Getriebezug zum Motor 12 hin unterbrochen ist. 8 zeigt diesen ausgekuppelte Zustand der Kupplung 15. Die Kupplungsscheibe 34 hat sich nach rechts bewegt, weil die Bremsfeder 25 eine Drehung behindert. Wenn die Spindelmutter 17 rechts am Axialanschlag 31 anliegt, ist die Drehbewegung der Spindel 16 beendet. Die Vorspannfeder 35 drückt dann die Kupplungsscheibe 34 wieder nach links gegen das Antriebsrad 32.
Das dritte Ausführungsbeispiel (9 bis 10) gleicht dem zweiten Ausführungsbeispiel weitgehend. Insbesondere überträgt die Kupplung 15 die Kräfte und Drehmomente formschlüssig statt reibschlüssig. Jedoch ist der Kraftfluss bei der Übertragung der antreibenden Kräfte und Drehmomente von der Steuerung getrennt. 9 zeigt den eingekuppelten Zustand, 10 den ausgekuppelten Zustand. Der neben der Spindelmutter 17 dargestellte Axialanschlag 31 ist fest mit der Spindel 16 verbunden, - vorzugsweise einstückig ausgeführt - und bildet einerseits die axiale Begrenzung der Bewegung der Spindelmutter 17 nach rechts, andererseits eine axiale Begrenzung für ein Antriebsrad 32 nach links. Das als Antrieb der Kupplung 15 dienende Antriebsrad 32 ist vorliegend der Abtrieb der zweiten Getriebestufe 14. Das Antriebsrad 32 ist frei drehbar auf einer Stufe des Axialanschlags 31 gelagert und wird axial vom beschriebenen Axialanschlag 31 an Bewegungen nach links gehindert.
Innerhalb des Antriebsrades 32 ist eine Sperrscheibe 36 angeordnet (11). Die Sperrscheibe 36 ist frei drehbar auf der Spindel 16 gelagert, genauer gesagt auf einem glatten, zylindrischen Spindelzapfen 16a in Fortführung der Spindel 16. Zwischen der Sperrscheibe 36 und dem Antriebsrad 32 sind Axialführungen 36a vorgesehen. Die Sperrscheibe 36 kann sich - mittels dieser Axialführungen 36a - axial im Antriebsrad 32 verschieben, ist aber drehfest mit diesem verbunden, d.h. in Umfangsrichtung (und radialer Richtung) gekoppelt. Damit besteht ein permanenter Kraftfluss zwischen dem Antriebsrad 32 und der Sperrscheibe 36. Die dem Axialanschlag 31 zugewandte linke Stirnseite der Sperrscheibe 36 ist mit einer Mitnehmergeometrie 36b versehen, welche zum formschlüssigen Zusammenwirken mit einer passenden Mitnehmergeometrie auf der der Sperrscheibe 36 zugewandten rechten Seite des Axialanschlags 31 ausgebildet ist. Anstelle der Mitnehmergeometrien sind auch andere, auf dem Umfang verteilte, formschlüssige Verbindungen zwischen Sperrscheibe 36 und Spindel 16 möglich. Im eingekuppelten Zustand, wenn die Sperrscheibe 36 am Axialanschlag 31 anliegt, sind die Spindel 16 und die Sperrscheibe 36 drehfest miteinander verbunden. Hinsichtlich der antreibenden Kräfte und Drehmomente besteht dann ein Kraftfluss vom Antriebsrad 32 über die Sperrscheibe 36 in die Spindel 16. Die Drehung des Motors 12 erzeugt so eine axiale Bewegung der Spindelmutter 17. Wird die Sperrscheibe 36 nach rechts verschoben, gelangt die Mitnehmergeometrie 36b außer Eingriff, so dass in diesem ausgekuppelten Zustand kein Kraftfluss zwischen Sperrscheibe 36 und Spindel 16 mehr besteht.
Ein Steuerzapfen 33 ist fest mit der Spindel 16 verbunden, und zwar im Bereich des Spindelzapfens 16a sowohl drehfest, vorliegend über den angedeuteten Vierkant (12) des Spindelzapfens 16a, als auch axial fest, vorliegend durch eine Pressverbindung, Rastverbindung oder gleichwertiges. Der Steuerzapfen 33 führt jegliche Rotationsbewegung der Spindel 16 mit aus. Radial auf dem Steuerzapfen 33 gelagert und gleichzeitig mit diesem - über ein Bewegungsgewinde 33a - gekoppelt ist eine Kupplungsscheibe 34, welche in ihrem inneren Bereich wie eine Spindelmutter auf dem Steuerzapfen 33 (der hierfür als Spindel dient) funktioniert. Wird also die Kupplungsscheibe 34 an einer Rotation gehindert, so wird sie bei einer Rotation des (sich mit der Spindel 16 drehenden) Steuerzapfens 33 je nach Drehsinn der Rotation nach rechts oder links axial bewegt.
Die Kupplungsscheibe 34 und die Sperrscheibe 36 sind axial miteinander verbunden, jedoch in Umfangsrichtung relativ zueinander verdrehbar. Hierzu ist an der Kupplungsscheibe 34 ein ringförmiger oder ringsegmentförmiger Vorsprung 34c mit einem Hinterschnitt ausgebildet. Der Vorsprung 34c übergreift einen Wulst 36c, welcher an der Steuerscheibe 36 ausgebildet ist. Dadurch nimmt die Kupplungsscheibe 34 bei ihrer axialen Bewegung die Sperrscheibe 36 mit. Wird die Kupplungsscheibe 34 axial nach rechts bewegt, kuppelt die Kupplung 15 aus. Wird die Kupplungsscheibe 34 axial nach links bewegt, kuppelt die Kupplung 15 ein. Die zur Steuerung der Kupplung 15 dienende Kupplungsscheibe 34 liegt immer außerhalb des Kraftflusses vom Antriebsrad 32 über die Sperrscheibe 36 in die Spindel 16.
Vorzugsweise sind die beiden Bewegungsgewinde, also Spindel 16 plus Spindelmutter 17 sowie Steuerzapfen 33 plus Kupplungsscheibe 34, hinsichtlich der Spindelsteigung gleichsinnig und mit gleicher Steigung ausgeführt, so dass eine gemeinsame Rotation der Einheit aus Spindel 16 und Steuerzapfen 33 zu einer gleichsinnigen, gleich großen, parallelen axialen Bewegung von Spindelmutter 17 und Kupplungsscheibe 34 führt. Während die Spindelmutter 17 über mehrere Umdrehungen der Spindel 16 eine erhebliche Hubbewegung als Abtrieb ausführen kann, ist der axiale Bewegungsraum der Kupplungsscheibe 34 auf wenige Millimeter, nämlich genau den axialen Bauraum zwischen Antriebsrad 32 links und Anschlagfläche des Steuerzapfens 33 rechts begrenzt.
Würde die Kupplungsscheibe 34 - ebenso wie die Spindelmutter 17 - immer und geometrisch fest definiert an einer Rotation um die eigene Längsachse gehindert, so würde die Gesamteinheit nur genau so wenig Rotation zulassen, wie es die axiale Bewegung der Kupplungsscheibe 34 erlaubt. Um dennoch nach Erreichen der Endlagen der Kupplungsscheibe 34 eine weitere Rotation der Spindel 16 zuzulassen, wird die Rotation der Kupplungsscheibe 34 nicht geometrisch fest, sondern mittels einer Bremsfeder 25 relativ zum Gehäuse 11 behindert. Die Bremsfeder 25 umschlingt die Kupplungsscheibe 34 in Umfangsrichtung, wobei sie zwischen wechselseitig axial versetzt angeordneten Segmenten geführt ist, und stützt sich mit beiden Federenden radial an einem Steg des Gehäuses 11 ab. Durch die Umschlingung wird das gewünschte Bremsmoment um die Achse der Kupplungsscheibe 34 erzeugt, und gleichzeitig kann sich die gesamte Einheit aus Kupplungsscheibe 34 und Bremsfeder 25 axial bewegen, um einzukuppeln und auszukuppeln.
Bei dem in 9 dargestellten, eingekuppelten Zustand wird die Kupplungsscheibe 34 von einer Vorspannfeder 35 (beispielsweise einer Kegelfeder) in Richtung Antriebsrad 32 gedrückt, so dass die Sperrscheibe 36 und der Axialanschlag 31 formschlüssig zusammenwirken, womit eine Übertragung des motorseitigen, antreibenden Drehmomentes auf die Spindel 16 sichergestellt ist. Der Richtungssinn der Steigung der Spindel 16 ist in diesem dritten Ausführungsbeispiel derart gewählt, dass beim motorischen Antrieb die Spindelmutter 17 nach links bewegt wird. Aufgrund gleichen Richtungssinnes der Steigung des Bewegungsgewindes zwischen Steuerzapfen 33 und Kupplungsscheibe 34 verschiebt sich die Kupplungsscheibe 34 ebenfalls tendenziell weiter nach links (zum Antriebsrad 32 hin, so dass die Kupplungsscheibe 36 das Antriebsrad 32 an einer Bewegung nach rechts hindert), so dass die Kupplung 15 eingekuppelt bleibt, solange ein Drehmoment des Motors 12 wirkt.
Die Rückstellfeder 18, welche der Übersichtlichkeit halber in 9 und 10 nicht dargestellt ist, ist auch im vorliegenden dritten Ausführungsbeispiel mittelbar oder unmittelbar fest mit der Spindel 16 verbunden. Wird der Motor 12 ausgeschaltet, also der Antriebsvorgang beendet, so bewirkt die Rückstellfeder 18 direkt eine Rotation der Spindel 16 in die entgegengesetzte Richtung. Entsprechend drehen sich natürlich auch die Bewegungsrichtungen von Spindelmutter 17 und Kupplungsscheibe 34 um, so dass nach kurzem Hub der Kupplungsscheibe 34 samt Sperrscheibe 36 vom Axialanschlag 31 weg der Formschluss zu diesem aufgehoben ist, und in Folge der komplette Getriebezug zum Motor 12 hin unterbrochen ist. 10 zeigt diesen ausgekuppelten Zustand der Kupplung 15. Die Kupplungsscheibe 34 hat sich nach rechts bewegt, weil die Bremsfeder 25 eine Drehung behindert. Wenn die Spindelmutter 17 rechts am Axialanschlag 31 anliegt, ist die Drehbewegung der Spindel 16 beendet. Die Vorspannfeder 35 drückt dann die Kupplungsscheibe 34 samt Sperrscheibe 36 wieder nach links gegen den Axialanschlag 31.
In einer in 13 dargestellten Abwandlung zum zweiten und dritten Ausführungsbeispiel werden die Bremsfunktion dadurch erzeugt, dass wie im ersten Ausführungsbeispiel an der Kupplungsscheibe 34 angebundene Federarme 25 einen Reibkontakt zu einem Gehäusering 24 des Gehäuses 11 haben. In einer weiteren, in 14 dargestellten Abwandlung ist zwischen dem Gehäusering 24 und der Kupplungsscheibe 34 ein radial enger Zwischenraum vorgesehen, welcher einen Schmierstoff 39 enthält. Die Bremsfunktion wird dadurch erzeugt, dass die Kupplungsscheibe 34 radial eng an dem mit dem Schmierstoff 39 benetztem Gehäusering 24 des Gehäuses 11 läuft, und somit durch die Schmierstoffviskosität ein Bremsmoment mit geschwindigkeitsabhängiger Charakteristik erzeugt werden kann. Dies ist auch beim ersten Ausführungsbeispiel möglich.
Die erfindungsgemäße Kupplung 15 kann, da die Abtriebsstufe (Spindel 16 plus Spindelmutter 17) keinerlei Anteil an der Kupplungsfunktion hat, auch in solchen einseitig wirkenden Aktuatoren 10 eingesetzt werden, deren Abtriebsbewegung die Rotation eines Zahnrades 41 oder Zahnsegmentes ist. In diesen Fällen wird die Spindel 16 durch ein entsprechendes, in der Getriebekette weiterführendes Zahnrad 41 ersetzt, das dann als Abtriebsstufe dient. 15 zeigt diese Abwandlung schematisch. Die verwendeten Richtungsangaben beziehen sich dann auf die Drehachse des Zahnrades 41.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Kupplung 15 direkt vor der Abtriebsstufe führt zu einer drastischen Reduzierung der erforderlichen Drehmomente beim selbsttätigen Zurückfahren des Aktuators 10 nach Ausschalten des Motors 12. Die Rückstellfeder 18 ist in den drei beschriebenen Ausführungsbeispielen, wie in 16 dargestellt, eine aus Federstahl hergestellte Flachspiralfeder, deren Enden mittels an der Rückstellfeder 18 angebrachten Haken, Schlitzen, Formschlussgeometrien oder ähnlichem mit einem Element (Spindel 16 oder Zahnrad 41) der Abtriebsstufe einerseits und einem Teil des Gehäuses 11 andererseits bei der Montage verbunden werden. 17 zeigt als Abwandlung hierzu, insbesondere für das zweite und dritte Ausführungsbeispiel, eine Lösung mit einem Kunststoffteil, bei welcher ein gehäusefester (d.h. mit dem Gehäuse 11 verbundener) Außenring 43, der federnde Bereich und ein abtriebsfester Innenring 45 einstückig aus einem elastischen Kunststoff, beispielsweise POM, im Spritzgussverfahren hergestellt sein können. Die dargestellte Variante lässt ca. zwei volle Umdrehungen zu, was bei entsprechender Auslegung des gesamten Getriebezuges (beispielsweise einer hohen Steigung der Spindel 16 und großer Übersetzung in der ersten Getriebestufe 13) für Aktuatoren 10 der hier betrachteten Einsatzfälle realistisch ist und zu einer kostengünstigen und kompakten Gesamtlösung führt.
Ebenso wie der federnde Bereich aus 17 können selbstverständlich auch die anderen innerhalb der Kupplung erforderlichen Federn, beispielsweise auch die Vorspannfeder 35 der Kupplungsscheibe 34, als biegefederartige Bereiche aus dem jeweiligen Kunststoff einstückig hergestellt werden, so dass die gesamte Kupplungsfunktion letztlich nur aus drei Kunststoffteilen dargestellt werden kann, nämlich dem Antriebsrad 32 (welches ohne Kupplung 15 auch vorhanden und direkt mit der Spindel 16 verbunden wäre), der Kupplungsscheibe 34 (gemäß 13 mit zusätzlichen, integrierten Vorspannfedern 35) und dem Steuerzapfen 33 mit direkt integrierter Rückstellfeder 18 aus Kunststoff gemäß 17.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugsitz
3: Sitzteil
4: Lehne
7: Verriegelungsvorrichtung
10: Aktuator
11: Gehäuse
12: Motor
13: erste Getriebestufe
14: zweite Getriebestufe
15: Kupplung
16: Spindel
16a: Spindelzapfen
17: Spindelmutter
18: Rückstellfeder
21: Antriebssegment
22: Klemmrolle
23: Steuerscheibe
24: Gehäusering
25: Bremsfeder
26: Ausrückfeder
31: Axialanschlag
32: Antriebsrad
32a: Kupplungsnocken
33: Steuerzapfen
33a: Bewegungsgewinde
34: Kupplungsscheibe
34a: Kupplungsraum
34c: Vorsprung
35: Vorspannfeder
36: Sperrscheibe
36a: Axialführung
36b: Mitnehmergeometrie
36c: Wulst
39: Schmierstoff
41: Zahnrad
43: Außenring
45: Innenring
S: Fahrzeugstruktur

Claims

Aktuator (10), insbesondere für einen Fahrzeugsitz (1), mit einem Gehäuse (11), einem im Gehäuse (11) gelagerten Motor (12), wenigstens einer vom Motor (12) antreibbaren Getriebestufe (13, 14), einer von der wenigstens einen Getriebestufe (13, 14) antreibbaren Abtriebsstufe (16, 17; 41) und einer Rückstellfeder (18), wobei der eingeschaltete Motor (12) die Abtriebsstufe (16, 17; 41) - aus einem Ausgangszustand heraus - antreibt und die Rückstellfeder (18) bei ausgeschaltetem Motor (12) die Abtriebsstufe (16, 17; 41) wieder in den Ausgangszustand bringt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der wenigstens einen Getriebestufe (13, 14) und der Abtriebsstufe (16, 17; 41) eine Kupplung (15) vorgesehen ist, welche in eine erste Drehrichtung einkuppelt und ein Drehmoment von der wenigstens einen Getriebestufe (13, 14) auf die Abtriebsstufe (16, 17; 41) überträgt, und welche in der entgegengesetzten, zweiten Drehrichtung auskuppelt und die wenigstens eine Getriebestufe (13, 14) von der Abtriebsstufe (16, 17; 41) derart trennt, dass der Motor (12) vollständig von der Antriebsstufe (16, 17; 41) entkoppelt ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (15) das Drehmoment reibschlüssig überträgt, insbesondere als Klemmrollenfreilauf oder als Schlingfeder ausgebildet ist.
Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Klemmrollenfreilauf ausgebildete Kupplung (15) wenigstens ein Antriebssegment (21), wenigstens eine Klemmrolle (22), welche vom Antriebssegment (21) in einen Keilspalt zwischen eine Steuerscheibe (23) und die Abtriebsstufe (16, 17; 41) bewegbar ist, wenigstens eine Bremsfeder (25) oder ein Schmierstoff (39), welche(r) die Steuerscheibe (23) relativ zum Gehäuse (11) bremst, und wenigstens eine Ausrückfeder (26), welche die Klemmrolle (22) aus dem Keilspalt heraus bewegt, aufweist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (15) das Drehmoment formschlüssig überträgt.
Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (15) ein Antriebsrad (32), welches von der wenigstens einen Getriebestufe (13, 14) antreibbar ist, eine Kupplungsscheibe (34), welche relativ zum Antriebsrad (32) axial verschiebbar ist, und einen Steuerzapfen (33) aufweist, welcher mit der Kupplungsscheibe (34) in Getriebeverbindung steht.
Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsscheibe (34) drehfest mit dem Antriebsrad (32) verbindbar ist, und dass der Steuerzapfen (33) die Abtriebsstufe (16, 17; 41) antreibt.
Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sperrscheibe (36) vorgesehen ist, welche relativ zum Antriebsrad (32) axial verschiebbar und drehfest mit diesem verbunden ist, welche relativ zur Kupplungsscheibe (34) drehbar und axial mit dieser verbunden ist, und welche im eingekuppelten Zustand die Abtriebsstufe (16, 17; 41) antreibt.
Aktuator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremsfeder (25), mittels derer die Kupplungsscheibe (34) mit dem Gehäuse (11) verbindbar ist, oder ein Schmierstoff (39) zwischen Kupplungsscheibe (34) und Gehäuse (11) vorgesehen ist.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebsstufe (16, 17; 41) als eine drehbare Spindel (16) mit einer relativ zur Spindel (16) drehbaren Spindelmutter (17) oder als Zahnrad (41) ausgebildet ist.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (18) als einstückiges Kunststoffteil ausgebildet ist, insbesondere mit einem gehäusefesten Außenring (43), einem federnden Bereich und einem abtriebsfesten Innenring (45).
Fahrzeugsitz, insbesondere Kraftfahrzeugsitz, mit einem Sitzteil (3), einer relativ zum Sitzteil (3) schwenkbaren Lehne (4), und einer Verriegelungsvorrichtung (7) zum Verriegeln der Lehne (4), wobei die Verriegelungsvorrichtung (7) mittels eines Aktuators (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche entriegelbar ist.