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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Allradantriebzuschaltvorrichtung und insbesondere eine Betätigungseinrichtung zum mechanischen Zuschalten eines Allradantriebes eines Kraftfahrzeuges.
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Ein Allradantrieb verbessert die Sicherheit eines Kraftfahrzeuges, insbesondere bei schlechten Witterungsbedingungen. Ein permanenter Allradantrieb hat den Nachteil, dass der Kraftstoffverbrauch erhöht wird. Daher ist es wünschenswert, den Allradantrieb lediglich dann zuzuschalten, wenn er erforderlich ist, beispielsweise bei Kurvenfahrten, bei schlechten Witterungsverhältnissen, Bergfahrten oder dergleichen.
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Im Stand der Technik sind Allradantriebszuschaltvorrichtungen bekannt, bei denen ein mechanisches Element mittels eines Schrittmotors bewegt wird, um den Allradantrieb zuzuschalten oder wegzuschalten. Dieser Stand der Technik weist den Nachteil auf, dass der Einbau des Schrittmotors vergleichsweise aufwändig ist, weil es nicht möglich ist, den Schrittmotor in einer definierten Drehstellung in die Allradantriebzuschaltvorrichtung einzubauen.
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Die
EP 2 455 249 A2 offenbart eine Antriebsanordnung für temporär allradangetriebene Kraftfahrzeuge mit einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe, das auf einen Vorderachsdifferenzial für den Antrieb der vorderen Räder des Fahrzeuges und auf ein Hinterachsdifferenzial für den Antrieb der hinteren Räder des Kraftfahrzeuges abtreibt, wobei über eine erste Kupplung der Antrieb zu einem Achsdifferenzial abschaltbar ist.
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Die
DE 11 2009 002 105 T5 offenbart eine Kraftübertragungsanordnung für ein Fahrzeug mit einer ersten Eingangswelle, die einen Drehantrieb bereitstellt, einer zweiten Eingangswelle, einer Zahnradanordnung, die mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist, einer Gelenkwelle, die mit der Zahnradanordnung verbunden ist, einem selektiv arbeitenden Eingriffselement, das zwischen einer Eingriffsposition, in der die zweite Eingangswelle mit der ersten Eingangswelle in Drehverbindung ist und einer Löseposition, in der die zweite Eingangswelle von der ersten Eingangswelle getrennt ist, bewegbar ist, eine Aktuatoranordnung, die mit dem selektiv arbeitenden Eingriffselement in Verbindung ist, wobei die Aktuatoranordnung das selektiv arbeitende Eingriffselement für den Allradantriebmodus in die Eingriffsposition bewegt und wobei die Aktuatoranordnung das selektiv arbeitende Eingriffselement für den Zweiradantriebsmodus in die Löseposition bewegt.
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Die
WO 2005/079134 A2 offenbart einen linearen Aktor mit einem umkehrbaren Elektromotor, der eine Spindel über ein Untersetzungsgetriebe antreibt.
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Die
DE 660 27 40 U offenbart, dass ein Knopf mit einer Gewindehülse mittels einer Kugel auf Drehung verbunden ist, die durch eine Feder gegen die Gewindehülse gedrückt ist, wobei sich das der Kugel gegenüberliegende Ende der Feder an einer Madenschraube abstützt. Die Kugel sitzt in einer Vertiefung.
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Die
DE 195 42 921 A1 beschreibt Rastvorrichtungen mit einer Kombination aus einer federbelasteten Kugel und Vertiefungen.
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Die
DE 11 2005 000 820 T5 offenbart, dass eine Kupplungswelle eine Blattfeder erneut ankoppeln kann, um eine zusätzliche Vorspannkraft auf eine Kugel auszuüben, um in der Vertiefung zu bleiben.
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Die
DE 11 2013 001 545 T5 offenbart, dass der Ventilsitz und die Kugel eine sich nach oben öffnende Vertiefung im oberen Ende eines Anschlusses einnehmen. Die Kugel wird von einem mit Innenrippen versehenen Halter, der am oberen Ende eines Anschlussstückes befestigt ist, in der Vertiefung gehalten.
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Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, eine Allradantriebzuschaltvorrichtung zu schaffen, die zuverlässiger montiert werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 und eine Allradantriebzuschaltvorrichtung nach Anspruch 7 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beanspruchen bevorzugte Ausführungsformen.
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Eine erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung, die zum Zuschalten eines temporären Allradantriebes ausgebildet ist, umfasst einen Schrittmotor mit einer Welle, die durch den Schrittmotor rotatorisch angetrieben ist, und eine Rasteinrichtung, die mit der Welle des Rotors gekoppelt ist und die dazu ausgebildet ist, die Welle in einer vorbestimmten Drehstellung lösbar zu halten, bis ein an die Welle angelegtes Drehmoment ein vorbestimmtes Drehmoment überschreitet. Das an die Welle angelegte Drehmoment kann durch den Schrittmotor erzeugt werden. Die Rasteinrichtung stellt sicher, dass sich die Welle in einer vorbestimmten Drehstellung befindet, beispielsweise wenn die Betätigungseinrichtung in eine Allradantriebzuschaltvorrichtung eingebaut werden soll. Dadurch kann die Montage vereinfacht werden und reproduzierbarer durchgeführt werden. Sobald der Schrittmotor mit Strom versorgt wird, erzeugt der Schrittmotor ein Drehmoment, das höher als das vorbestimmte Drehmoment ist. Folglich gibt die Rasteinrichtung die Welle aus der vorbestimmten Stellung frei und die Weile kann sich drehen. Zum Betätigen eines Elementes der Allradantriebzuschaltvorrichtung wird die Welle weniger als 50°, vorzugsweise weniger als 90°, mehr bevorzugt weniger als 150°, mehr bevorzugt weniger als 190°, höchst bevorzugt weniger als 330° gedreht.
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Die vorbestimmte Drehstellung kann eine Referenzstellung und/oder eine Nullstellung festlegen. Der Einbau der Betätigungseinrichtung in die Allradantriebzuschaltvorrichtung erfolgt, wenn sich die Welle in der vorbestimmten Drehstellung befindet. Durch die Ansteuerung des Schrittmotors mit Impulsen kann im Einsatz die Welle um einen vorbestimmten Winkel bewegt werden, um ein Betätigungselement in der Allradantriebzuschaltvorrichtung zuverlässig zu betätigen.
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Die Rasteinrichtung kann gegenüber der Welle drehbar sein, um die vorbestimmte Drehstellung, in der die Welle lösbar gehalten wird, zu verändern. Die Rasteinrichtung kann gegenüber dem Schrittmotor lösbar befestigbar sein. Dadurch kann die vorbestimmte Drehstellung, die als Referenzstellung bzw. Nullstellung dienen kann, im Einsatz beliebig ausgewählt werden. Die Rasteinrichtung kann gegenüber dem Schrittmotor befestigt werden.
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Die Betätigungseinrichtung kann ein Kulissenelement aufweisen, das mit der Welle starr verbunden ist und von der Welle gedreht wird, wobei in der Kulisse eine Vertiefung angeordnet ist. Die Rasteinrichtung umfasst ein Rastelement mit einer Wölbung und ein elastisches Element, das die Wölbung des Rastelementes in die Vertiefung der Kulisse drückt. In der vorbestimmten Drehstellung drückt das elastische Element die Wölbung des Rastelementes in die Vertiefung in der Kulisse. Sobald an den Schrittmotor ein Strom angelegt wird, der ein höheres Drehmoment als das vorbestimmte Drehmoment erzeugt, wird das Rastelement durch das Kulissenelement aus der Vertiefung heraus gedrückt, indem das elastische Element zusammengedrückt wird. Bei einer Ausführungsform kann sich die Vertiefung am radial äußeren Bereich des Kulissenelementes befinden. Das elastische Element spannt bei dieser Ausführungsform das Rastelement in radialer Richtung gegen das Kulissenelement und/oder gegen die Vertiefung im Kulissenelement vor.
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Bei einer Ausführungsform kann das Rastelement eine Kugel aufweisen und/oder das elastische Element kann eine Feder aufweisen. Das elastische Element kann mittels eines Schraubelementes vorgespannt werden. Dadurch kann das vorbestimmte Drehmoment eingestellt werden.
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An der Welle kann ein Nockenelement befestigt sein. Durch die Drehung des Nockenelementes wird ein Element der Allradantriebzuschaltvorrichtung betätigt.
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Die Erfindung offenbart auch eine Allradantriebzuschaltvorrichtung mit der zuvor beschriebenen Betätigungseinrichtung. Das Nockenelement kann ein Betätigungselement der Allradantriebzuschaltvorrichtung bewegen, um einen Allradantrieb zuzuschalten oder wegzuschalten. Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, die eine nicht beschränkende Ausführungsformen der Erfindung zeigen, wobei
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1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung zeigt;
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2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung zeigt;
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3 eine Ansicht von unten auf die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung zeigt;
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4 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung zeigt; und
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5 einen Schnitt durch eine Allradantriebzuschaltvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung zeigt.
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Es wird auf 1 bis 4 Bezug genommen, wobei 1 eine Schnittansicht, 2 eine teilweise weggeschnittene Ansicht von oben, 3 eine Ansicht von unten und 4 eine Seitenansicht zeigen. Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung 100 umfasst einen Schrittmotor 102 mit einem Stator und einem Rotor, an dem die Welle befestigt ist. Die Welle 104 ist gegenüber dem Gehäuse 108 der Betätigungseinrichtung drehbar. An einem Ende der Welle 104 befindet sich ein Nockenelement 106.
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An dem zum Nockenelement 106 entgegengesetzten Ende der Welle 104 ist ein Kulissenelement 110 mit einer Vertiefung 114 angeordnet. Bei der in 1 und 2 gezeigten Stellung des Kulissenelementes 110 greift ein Rastelement 114 mit einer Wölbung in die Vertiefung 112 ein, wobei sich die Wölbung des Rastelementes 114 zumindest teilweise in der Vertiefung 112 befindet. Dadurch werden das Kulissenelement 110 und die Welle 104 in der in 1 und 2 gezeigten Stellung gehalten, bis an die Welle 104 ein Drehmoment anliegt, das einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Das Rastelement 114 wird mittels einer Feder in die Vertiefung 112 gedrückt. Die Feder 116, die als Schraubenfeder ausgebildet ist, wird mittels einer Schraube 118 vorgespannt. Mittels der Schraube 118 kann die Vorspannung des Rastelementes 116 und somit das vorbestimmte Drehmoment eingestellt werden. Die Schraube 118 dient als Vorspanneinrichtung. Das Rastelement 116 bewegt sich in radialer Richtung. Bei einer anderen Ausführungsform kann sich das Rastelement in axialer Richtung bewegen, wenn die Feder und die Vertiefung in axialer Richtung angeordnet sind.
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Das Kulissenelement 110, das Verriegelungselement 114, die Feder 116 und die Schraube 118 bilden eine Rasteinrichtung 130. Die Rasteinrichtung weist Langlöcher 132 auf und wird mittels Schrauben 134 am Gehäuse 108 des Schrittmotors 102 befestigt. Durch die Langlöcher 132 kann die Stellung des Rastelementes 114 verändert werden. Dadurch kann die in 1 und 2 gezeigte Stellung als vorbestimmte Drehstellung, Referenzstellung, Nullstellung oder dergleichen variiert werden. Dadurch kann die vorbestimmte Drehstellung bzw. der vorbestimmte Winkel je nach Einsatzgebiet und Toleranz eingestellt werden.
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Es wird auf 5 Bezug genommen, die eine Allradantriebzuschaltvorrichtung 200 zeigt. Die Allradantriebzuschaltvorrichtung 200 umfasst eine Eingangswelle 202, die von einem Lager 206 gelagert ist. Die Eingangswelle 202 ist mit einer Kupplung 204 gekoppelt, die mit einer Ausgangswelle 208 gekoppelt ist. Die Eingangswelle 202 leitet ein Drehmoment von einem Motor an die Kupplung 204 und die Ausgangswelle 208 leitet das Drehmoment an die zuschaltbaren Antriebsräder. Eine erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung 100 ist beispielsweise zwischen dem Lager 206 und weiteren Bauteilen 210 des Kraftfahrzeuges in einem engen Bauraum eingebaut. Mittels der zuvor beschriebenen Rasteinrichtung 130, kann sichergestellt werden, dass die Nocke 106 immer in einer vorbestimmten Nulllage in die Allradantriebzuschaltvorrichtung 200 eingebaut wird. Sobald die Betätigungseinrichtung 100 mit Strom-Impulsen versorgt wird, die bewirken, dass der Motor 102 ein Drehmoment erzeugt, das den vorbestimmten Wert überschreitet, wird das Rastelement 114 aus der Vertiefung 112 gegen die Spannung der Feder 116 gedrückt, und die Nocke 106 bewegt sich. Durch die Bewegung der Nocke 106 wird ein Betätigungselement 212 der Allradantriebzuschaltvorrichtung 200 bewegt, wobei die Bewegung des Betätigungselementes 212 bewirkt, dass die Kupplung 204 die Eingangswelle 202 und die Ausgangswelle 208 mechanisch miteinander koppelt, wodurch der zuschaltbare Allradantrieb zugeschaltet wird. Das Betätigungselement 212 kann eine Schiebemuffe sein. Das Rastelement 114 kann eine Kugel oder eine Teilkugel aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass der Schrittmotor als Aktor in seinen stromlosen Zustand in einer vordefinierten Stellung gehalten wird. Der axiale Hub der Nocke ist durch die verstellbare Rasteinrichtung variabel einstellbar. Die Vertiefung am Kulissenelement dient als Referenzpunkt. Bei der Montage können die Welle und das Kulissenelement starr miteinander verdreht werden. Dabei wird der Referenzpunkt durch die Vertiefung definiert. Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich das Nockenelement im Einsatz um einen genau definierten Winkel dreht. Folglich erzeugt das radiale Ende des Nockenelementes einen festgelegten Hub zum Betätigen des Betätigungselementes der Allradantriebzuschaltvorrichtung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2455249 A2 [0004]
- DE 112009002105 T5 [0005]
- WO 2005/079134 A2 [0006]
- DE 6602740 U [0007]
- DE 19542921 A1 [0008]
- DE 112005000820 T5 [0009]
- DE 112013001545 T5 [0010]
