-
Die Erfindung befasst sich mit einer Stelleinheit zum Sperren und Lösen einer rotatorischen Bewegung um eine Schaltwelle zwischen einem Stator und einem Rotor, insbesondere für Stelleinheiten an einem Fahrzeugsitz.
-
Eine Vielzahl von Freiheitsgraden innerhalb von Fahrzeugsitzen wird mit Stelleinheiten realisiert, welche mittels einer Drehbewegung eine Sitzeinstellung durch den Sitznutzer ermöglichen. Bekannt sind insbesondere die Rückenlehneneinstellung, die Neigungseinstellung, eine Schulteranpassung und Kinematiken zur Höheneinstellung. All diese Funktionen, aber auch andere, lassen sich mit dieser Art von Stelleinheiten vom Sitznutzer leicht und einfach Entsperren zum gewünschten Aufsuchen einer anderen, neuen Sitzposition und nach dem Erreichen dieser gewünschten neuen Position, ebenso sicher wieder Sperren. Durch eine bei Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen, bevorzugte Gurtintegration in die Rückenlehne müssen diese Stelleinheiten sehr sicher große Kräfte durchleiten und eine sichere lange Lebensdauer ohne Beeinträchtigung der Funktion aufweisen.
-
Eine Vielzahl von Stelleinheiten ist im Automotiv-Bereich bekannt. Der Wunsch nach einer kompakten Bauweise verbunden mit dem Ertragen, sowie der sicheren Ausleitung entsprechend großer Drehmomente und die Anforderungen an die Prozessfähigkeit ergeben zumeist spielbehaftete, aufwendige technische Lösungen mit einer Vielzahl von Einzelteilen, wie sie beispielsweise in der
DE 10 2005 046 806 B3 , der
DE 10 2006 009 976 B4 , der
DE 10 2009 032 750 A1 oder der
DE 20 2005 009 869 U1 beschrieben sind.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stelleinheit vorzustellen, die bei kompakter Bauweise nur gering spielbehaftet und mit möglichst geringem Aufwand herstellbar ist, wobei sie ein sicheres Sperren und Lösen der rotatorischen Bewegung auch bei Durchleitung von großen Kräften gewährleistet.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Stelleinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Mittels der erfindungsgemäßen Verlegung der Zahnschieberbewegung parallel und beabstandet zu einer Zentralen des Rotors wird erreicht, dass der Anstellwinkel für jeden Zahn der Verzahnung zwischen Innenzahnkranz am Rotor und Außenverzahnungen an den Zahnschiebern unterschiedlich ist. Dadurch erhält man eine sehr gleichmäßige Kraftverteilung auf die Zähne im Formschlussbereich. Dadurch, dass in beiden Bewegungsrichtungen die Zahnschieber die gleichen Abstände zur ersten Zentrale des Innenzahnkranzes aufweisen, erhält man eine symmetrische Ausgestaltung der Stelleinheit und damit auch an beiden Zahnschiebern gleiche auftretende Kräfte, so dass keiner der beiden Zahnschieber stärker beansprucht wird als der andere. Dies wirkt sich positiv auf die Lebensdauer der Stelleinheit aus. Dadurch, dass zwischen Schaltwelle und Stator eine Spiralfeder angeordnet ist, wird eine Gegenkraft geschaffen, die vom Bediener überwunden werden muss, wenn er die Stelleinheit von ihrer Sperrposition, in die sie durch den Exzenter aufgrund der Federvorspannkraft gedrückt wird, in ihre Drehposition bewegen möchte; außerdem geht die Stelleinheit wieder automatisch in ihre Sperrposition zurück, wenn der Bediener seine aufgebrachte Kraft unter einen vorgebbaren Wert verringert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an dem Exzenter zwei über dessen Oberfläche herausstehende Steuernocken vorhanden sind, die mit einer ortsfest am Stator angeordneten Blattfeder zusammenwirken. An der Blattfeder ist jeweils im Bereich ihres Zusammenwirkens mit den Steuernocken des Exzenters ein Steuerprofil ausgebildet. Dadurch ergibt sich ein deutlich merkbarer Druckpunkt und der Bediener spürt, wann eine Entriegelung erfolgt.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass im Stator ein dritter Zahnschieber und ein vierter Zahnschieber vorhanden sind, die entsprechend dem ersten Zahnschieber und dem zweiten Zahnschieber ausgebildet und angeordnet sind, wobei sie um eine zweite Zentrale angeordnet sind, die um 90° gegenüber der ersten Zentrale um die Schaltwelle gedreht ist. Dadurch ist eine Aufteilung der durchzuleitenden Kräfte auf die doppelte Anzahl von Zahnschiebern gegeben und jeder einzelne Zahnschieber kann somit auf eine geringere Kraft ausgelegt werden, was die Stelleinheit mit weniger Aufwand herstellbar macht und gleichzeitig eine kompakte Bauweise ermöglicht, da vier Zahnschieber problemlos nebeneinander in der erfindungsgemäßen Geometrie innerhalb des Stators angebracht und mit einfachen Mitteln sicher geführt werden können.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Abstand zwischen erstem Zahnschieber und erster Zentrale größer ist als der Abstand zwischen drittem Zahnschieber und zweiter Zentrale, insbesondere in einem Bereich von 0,06 bis 0,15 mm. Dadurch erhält man leicht unterschiedliche Zeitpunkte, zu denen die Zähne der jeweiligen Verzahnung zwischen Innenzahnkranz des Rotors und Außenzahnkranz der Zahnschieber in beziehungsweise außer Eingriff kommen. Dies führt dazu, dass ein notwendiges Spiel in den Führungen der Zahnschieber jeweils einseitig und zu den benachbarten Führungsflächen ausgeglichen wird und trotzdem ein vollständiger Formschluss in den Verzahnungskollektiven erreicht wird. Außerdem stehen nicht alle Zahnspitzen aller Zahnschieber gleichzeitig aufeinander, so dass ein besseres Einfahren in die Sperrposition ermöglicht wird.
-
Die Aufgabe wird auch durch eine Stelleinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Dabei ergeben sich - abgesehen von den Ausführungen bezüglich Symmetrie - die oben zur Stelleinheit mit zwei oder vier Zahnschiebern aufgeführten Vorteile ebenso für Stelleinheiten mit ungerader Anzahl von Zahnschiebern.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Innenzahnkranz durchgängig auf dem Kreisbogen ausgebildet ist und/oder die Außenverzahnungen so gekrümmt sind, dass sie jeweils auf einem Radius liegen, der gleich dem Radius des Teilkreises des Kreisbogens ist. Ein durchgängiger Innenzahnkranz auf einem Kreisbogen ist einfach herzustellen und ermöglicht eine Verstellung über einen möglichst großen Winkelbereich. Gleicher Teilkreis der Kreisbögen der Innenverzahnung und der Außenverzahnungen bedeuten, dass die tragenden Querschnitte im Teilkreis - also auf halber Höhe der Zähne - gleich sind, so dass diese möglichst tief miteinander kämmen können und damit die bestmögliche Kraftübertragung sicherstellen.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jeder Zahnschieber an seinem Verzahnungs-fernen Ende im mittleren Bereich eine erste Druckfläche und im Seitenbereich eine hakenförmige Entriegelungskontur aufweist, wobei jedes Verzahnungs-ferne Ende jeweils mit dem zugeordneten Betätigungsabschnitt, insbesondere mit einer daran jeweils ausgebildeten zweiten Druckfläche und einer Entriegelungsnase, des Exzenters zusammenwirkt. Damit wird eine gute Bedienung der Zahnschieber gewährleistet, wobei in der Sperrposition aufgrund der flächigen Anlage von Zahnschieber - über die erste Druckfläche - und Exzenter - über die zweite Druckfläche - eine sichere Blockierung der Bewegung des jeweiligen Zahnschiebers zur Mitte des Stators - also in seine Drehposition - gewährleistet wird. Gleichzeitig wird über das Zusammenwirken von Entriegelungsnase des Exzenters und hakenförmiger Kontur eine formschlüssige Verbindung erzielt, durch die der Zahnschieber vom Exzenter bei seiner Rotation sicher in die Drehposition bewegt und dort gehalten wird.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zwischen erster Druckfläche und hakenförmiger Entriegelungskontur eine Ausnehmung vorhanden ist, die insbesondere geringfügig länger ist, als die zweite Druckfläche des Exzenters. Dadurch erhält der Zahnschieber - wenn der Exzenter mit seiner zweiten Druckfläche in dieser Position ist - ein geringes Spiel in seiner Bewegungsrichtung und eine Sicherung aller Zahnschieber in der Freilaufposition (Drehposition), welche bauraumbedingt nur von zwei Zahnschiebern vorgegeben wird.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass an mindestens zwei der Zahnschieber jeweils ein über deren Oberfläche herausstehender Freilaufnocken, bevorzugt spiegelbildlich über jede seiner Oberflächen, ausgebildet ist, der mit jeweils einer Prägung im Rotor zusammenwirkt. Damit wird ein Anschlag für die Bewegung des jeweiligen Zahnschiebers entlang seiner Bewegungsrichtung nach außen begrenzt und gleichzeitigt der maximale Drehbereich aufgrund der Länge von Rücksprüngen in der Prägung in radialer Richtung in einfacher und sicherer Weise festgelegt.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass an der Schaltwelle ein Mitnehmer ausgebildet ist, der in einem Freilauf am Exzenter angeordnet ist, so dass eine genau definierte begrenzte Drehung des Exzenters zur Schaltwelle möglich ist. Dadurch ist es möglich, dass schlagartig die Drehbewegung für einen Verstellvorgang freigegeben wird, ohne dass die Zähne in einer schädlichen Übergangsposition gehalten werden, in der die Zahnspitzen übereinander schaben könnten.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Steuerprofil Flanken mit unterschiedlichen Steigungen aufweist. Aufgrund der Asymmetrie muss auf einem kurzen Weg eine vorgegebene Kraft aufgebracht werden, um die Entriegelung einzuleiten, aber nach Überwindung der Spitze des Steuerprofils verringert sich die nötige Kraft im Bereich der flach abfallenden Flanke.
-
Alle oben genannten Merkmale sind sowohl jedes für sich allein als auch in beliebiger Kombination miteinander zur Erfindung gehörig.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierbei zeigen
- 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Stators,
- 2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Zahnschiebers,
- 3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Rotors,
- 4 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schaltwelle,
- 5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Exzenters,
- 6 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Blattfeder
- 6a einen vergrößerten Ausschnitt der Blattfeder gemäß 6 im Bereich ihres Steuerprofils,
- 7 eine perspektivische Ansicht eines auf die Schaltwelle montierten Exzenters samt Spiralfeder,
- 8 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen montierten Stelleinheit mit aufgeschnittenem Rotor und ohne Verschlussring,
- 9 die Stelleinheit der 8 in Draufsicht in Sperrposition,
- 10 die Stelleinheit der 9 in ihrer Position direkt vor Entriegelung,
- 11 die Stelleinheit der 9 in entriegelter Position,
- 12 eine perspektivische Ansicht einer vormontierten Stelleinheit, vor dem Fügen ihres Verschlussrings,
- 13a eine perspektivische Ansicht einer gefügten Stelleinheit von ihrer Statorseite her und
- 13b eine perspektivische Ansicht einer gefügten Stelleinheit von ihrer Rotorseite her.
-
Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt eine erfindungsgemäße Stelleinheit zum Sperren und Lösen einer rotatorischen Bewegung mit einer Reihe von Komponenten beziehungsweise Baugruppen, die einleitend separat anhand der jeweils dazu gehörigen Figur kurz beschrieben werden. Die tiefergehenden Erläuterungen folgen dann anhand von separaten Beschreibungen, wie die einzelnen Bauteile und Baugruppen zusammenwirken, ohne dass jeweils spezifisch auf die Figuren verwiesen wird, aus denen dies am besten zu erkennen ist.
-
In 1 ist ein runder Stator 3 dargestellt, der in seinem Zentrum eine erste Lagerbohrung 4 aufweist. Diese wird von einer vertieften Federkammer 5 umschlossen. Sie weist vier Zahnschieberführungen 7 auf, die jeweils parallel zueinander verlaufende erste Führungsflächen 8, zweite Führungsflächen 9 und dritte Führungsflächen 10 aufweisen. Die ersten Führungsflächen 8 und die zweiten Führungsflächen 9 sind sich gegenüberliegend angeordnet und die dritten Führungsflächen 10 sind vom äußeren Rand des Stators 3 gesehen hinter den ersten Führungsfläche 8 angeordnet und gegenüber diesen nach rechts versetzt. Die Zahnschieberführungen 7 sind in ihrer jeweiligen Bewegungsrichtung - Mittellinie zwischen der ersten Führungsfläche 8 und der zweiten Führungsfläche 9 - nicht radial ausgerichtet, sondern um eine vorgegebene Strecke jeweils nach rechts um einen definierten Winkel und Abstand versetzt. Jeweils benachbarte Zahnschieberführungen 7 sind in ihren Bewegungsrichtungen um 90° zueinander ausgerichtet. Die dritten Führungsflächen 10 sind mit den zweiten Führungsflächen 9 der jeweils benachbarten Zahnschieberführung 7 über eine Anschlagkontur 11 verbunden. In zwei gegenüberliegenden Zahnschieberführungen 7 ist jeweils eine Freiprägung 21 ausgebildet. In den vier Erhöhungen, die die Führungsflächen 8, 9, 10 bilden, ist jeweils ein Federlager 22 ausgebildet. In Ausnehmungen dieser Erhöhungen sind im radial äußeren Bereich jeweils ein Formschluss 6 ausgebildet.
-
In 2 ist ein erster beziehungsweise zweiter Zahnschieber 24 dargestellt. Dieser weist an seinem einen Ende, dem im Einbauzustand äußeren Ende, eine Außenverzahnung 53 auf. Von dieser ausgehend erstreckt sich rechts eine vierte Führungsfläche 50 und links eine fünfte Führungsfläche 51. Im Anschluss an die vierte Führungsfläche 50 schließt sich eine sechste Führungsfläche 52 an, die gegenüber der vierten Führungsfläche 50 nach rechts verschoben ist. Die drei vorgenannten Führungsflächen 50, 51, 52 sind alle parallel zueinander ausgebildet. An die sechste Führungsfläche 52 schließt sich nach links gewandt eine hakenförmige Entriegelungskontur 48 an. An dem der Außenverzahnung 53 abgewandten Ende des ersten/zweiten Zahnschiebers 24 ist eine erste Druckfläche 47 ausgebildet. Zwischen der ersten Druckfläche 47 und der hakenförmigen Entriegelungskontur 48 ist eine Ausnehmung 54 ausgebildet. Über die Oberfläche des ersten/zweiten Zahnschiebers 24 steht ein Freilaufnocken 49 heraus.
-
Es gibt auch dritte und vierte Zahnschieber 25, die in den 8 bis 11 dargestellt sind. Diese unterscheiden sich von den in 2 dargestellten ersten und zweiten Zahnschiebern 24 einzig dadurch, dass anstelle der Freilaufnocken 49 jeweils ein Durchbruch 55, welcher zwangsläufig im Stanzprozess entsteht, vorhanden ist und regelmäßig dem Freilaufnocken 49 gegenüberliegt. Damit bildet der dritte/vierte Zahnschieber 25 immer ein Spiegelbild des ersten/zweiten Zahnschiebers 24.
-
In 3 ist ein runder Rotor 14 dargestellt. Dieser weist einen durchgehenden Innenzahnkranz 20 auf. Im Zentrum des Rotors 14 ist eine zweite Lagerbohrung 15 ausgebildet. Um diese herum ist eine Vertiefung in der Form einer Prägung 16 vorhanden, die an sich gegenüberliegenden Seiten jeweils Freilaufbereiche 18 und Verriegelungsbereiche 19 aufweist, wobei sich die Verriegelungsbereiche 19 gegenüber den Freilaufbereichen 18 radial weiter nach außen erstrecken. Zwischen dem Innenzahnkranz 20 und der Prägung 16 sind in dieser Darstellung vier Formschlusselemente 12 vorhanden. Die Form und Anzahl kann aber nach Bedarf und Bauraum der Anschlussschnittstellen variieren.
-
In 4 ist eine Schaltwelle 2 dargestellt. Diese weist an ihren beiden Enden einen ersten Betätigungsformschluss 32 beziehungsweise einen zweiten Betätigungsformschluss 33 auf. Im mittleren Bereich ist ein Mitnehmer 38 ausgebildet, an den sich in Richtung des ersten Betätigungsformschlusses 32 eine Lagerstelle 30 anschließt.
-
In 5 ist ein Exzenter 27 dargestellt, der in seiner Mitte eine Ausnehmung mit einem Freilauf 29 aufweist. Der Freilauf 29 schließt an seinem vorderen Ende mit einer ersten Anlagefläche 36 und an seinem hinteren Ende mit einer zweiten Anlagefläche 37 ab. Jeweils unter 90° zueinander sind am äußeren radialen Rand vier Fortsätze ausgebildet. Jeder Fortsatz weist nach außen zu eine gebogene zweite Druckfläche 35 auf, die jeweils im Gegenuhrzeigersinn gesehen in einer Entriegelungsnase 34 endet. Im Bereich zweier gegenüberliegender Fortsätze steht jeweils über die Oberfläche des Exzenters 27 ein im Wesentlichen dreieckiger Steuernocken 28 heraus, dessen jeweilige nach außen zeigende Kontur als Spitze ausgebildet ist, hingegen sind die beiden anderen Ecken abgerundet ausgebildet.
-
In 6 ist eine Blattfeder 39 dargestellt. Sie weist zwei sich gegenüber liegende Federbereiche - einen ersten Biegesteg 41 und einen zweiten Biegesteg 42 auf. In der Mitte jedes Biegestegs ist jeweils ein Steuerprofil 44 zur Mitte hin orientiert. Jedes Steuerprofil 44 weist - wie gut aus der vergrößerten Ausschnittdarstellung der 6a zu erkennen ist - links eine steile Frontseitensteigung 45 und rechts eine flache Rückseitensteigung 46 auf. Die beiden Biegestege 41, 42 sind an ihren Enden über zwei gebogene Verbindungsbügel 43 miteinander verbunden. In den vier Ecken der Blattfeder 39 ist jeweils ein Positionswinkel 40 ausgebildet.
-
In 7 ist der Exzenter 27 der 5 auf die Schaltwelle 2 der 4 montiert. Dabei wurde der Exzenter 27 von rechts so mit seiner Ausnehmung auf die Schaltwelle 2 aufgeschoben, dass sich der Mitnehmer 38 der Schaltwelle 2 in dem Freilauf 29 des Exzenters 27 befindet und der Exzenter 27 mit seiner Oberfläche an der Lagerstelle 30 anschlägt. Der Mitnehmer 38 hat in Umfangsrichtung Spiel. Der Exzenter 27 kann somit in geringem Maße um die Schaltwelle rotieren - und zwar zwischen der ersten Anlagefläche 36 links und der zweiten Anlagefläche 37 rechts. Unterhalb des Exzenters 27 ist noch eine Spiralfeder 31 mit der Schaltwelle 2 verbunden.
-
In 8 ist eine teilmontierte Stelleinheit in perspektivischer Ansicht dargestellt. Auf dem Stator 3 sind vier Zahnschieber 24, 25 in den jeweiligen Zahnschieberführungen 7 (siehe 1) eingesetzt, das in 7 dargestellte Bauteil aus Schaltwelle 2, Exzenter 27 und Spiralfeder 31 ist in die erste Lagerbohrung 4 (siehe 1) des Stators 3 eingesetzt, die Blattfeder 39 ist in den Stator 3 eingesetzt und die Schaltwelle 2 ist in die zweite Lagerbohrung 15 (siehe 3) des Rotors 14 eingesetzt. Letzteres ist nicht zu erkennen, da der Rotor 14 zur besseren Erkennbarkeit des Zusammenwirkens der einzelnen Bauteile der Stelleinheit in weiten Bereichen weggelassen ist und nur im oberen Teil der 8 zu sehen ist. Die Zahnschieber 24, 25 liegen jeweils mit ihrer vierten Führungsfläche 50 an der jeweiligen ersten Führungsfläche 8 des Stators 3 an; die jeweilige fünfte Führungsfläche 51 der Zahnschieber 24, 25 liegt an der jeweiligen zweiten Führungsfläche 9 des Stators 3 und die jeweilige sechste Führungsfläche 52 der Zahnschieber 24, 25 liegt an der jeweiligen dritten Führungsfläche 10 des Stators 3 an. Die jeweils ersten Druckflächen 47 der Zahnschieber 24, 25 werden von den zugeordneten zweiten Druckflächen 35 des Exzenters 27 nach außen gedrückt, so dass die Außenverzahnungen 53 der Zahnschieber 24, 25 mit dem Innenzahnkranz 20 des Rotors 14 kämmen. Die nach oben gerichteten Freilaufnocken 49 des ersten und zweiten Zahnschiebers 24 liegen in der Prägung 16 des Rotors 14 an dem Verriegelungsbereich 19 an (siehe 3). Die nach unten gerichteten Freilaufnocken 49 des ersten und zweiten Zahnschiebers 24 liegen in den Freiprägungen 21 (siehe 1) des Stators 3. Es sei noch erwähnt, dass der Rotor 14 gegenüber seiner Darstellung in 3 um 180° um eine in der dortigen Zeichenebene verlaufende Achse rotiert ist, so dass die in 3 sichtbare Innenseite im montierten Zustand der 8 zur Zeichenebene hin zeigt.
-
In den 9 bis 11 sind drei verschiedene Stellungen des Exzenters 27 dargestellt, die zu drei verschiedenen Zuständen der Stelleinheit gehören. Sie sind jeweils Draufsichten und entsprechen ansonsten - insbesondere hinsichtlich des geschnittenen Rotors 14 - der perspektivischen Ansicht der 8. Im Folgenden wird nur auf die für die verschiedenen Zustände der Stelleinheit relevanten Bestandteile und ihre Beziehung zueinander eingegangen.
-
9 zeigt denselben Zustand der Stelleinheit wie schon 8 mit dem einzigen Unterschied, dass es sich nicht um eine perspektivische Darstellung, sondern eine Draufsicht handelt. Die Stellung des Exzenters 27 zu den Zahnschiebern 24, 25 wurde schon zu 8 beschrieben, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die dortigen Ausführungen verwiesen wird. Der Mitnehmer 38 der Schaltwelle 2 schlägt im Freilauf 29 des Exzenters 27 an der ersten Anlagefläche 36 an, die somit der Sperrposition zugeordnet ist. Die Steuernocken 28 des Exzenters 27 haben keinen Kontakt zur Blattfeder 39.
-
In 10 ist die Situation dargestellt, die sich ergibt, wenn die Schaltwelle 2 ein Stück gegen den Uhrzeigersinn gegen die Kraft der Spiralfeder 31 gedreht wurde. Die zweiten Druckflächen 35 des Exzenters 27 berühren nicht mehr die ersten Druckflächen 47 der Zahnschieber 24, 25. Sie befinden sich fast vollständig im Bereich der Ausnehmungen 54 der Zahnschieber 24, 25. Außerdem schlagen die Spitzen der Steuernocken 28 des Exzenters an den steilen Frontseitensteigungen 45 der jeweils zugeordneten Steuerprofile 44 der Biegestege 41, 42 der Blattfeder 39 an. Aufgrund des Widerstands der steilen Frontseitensteigungen 45 - die der Bediener deutlich spürt - hat sich die Schaltwelle 2 im Vergleich zum in seiner weiteren Bewegung gehinderten Exzenter 27 ein kleines Stück weiter gedreht und der Mitnehmer 38 der Schaltwelle 2 schlägt jetzt im Freilauf 29 des Exzenters 27 nicht mehr an der ersten Anlagefläche 36, sondern an der zweiten Anlagefläche 37 an. Die zweite Anlagefläche 37 ist der Drehposition zugeordnet. Erst der vollständige Kontakt des Mitnehmers 38 mit der zweiten Anlagefläche 37 ermöglicht die Drehbewegung des Exzenters 27. Die Zahnschieber 24, 25 können mit ganz geringem Spiel in radialer Richtung ein Stück weit aus der Tiefe der Verzahnung mit dem Rotor 14 herauslaufen, ohne die Verzahnung zu lösen.
-
In 11 wurde die Schaltwelle 2 gegen den Druck der Biegestege 41, 42 über die steile Frontseitensteigung 45 des Steuerprofils 44 mit deutlich höherem Kraftaufwand des Bedieners in Gegenuhrzeigerrichtung weiter gedreht. Dabei hatten sich die beiden Biegestege 41, 42 jeweils nach außen gebogen und die Spitzen der Steuernocken 28 sind über den jeweiligen Extrempunkt der Steuerprofile 44 gelaufen und bewegen sich nun entlang der flachen Rückseitensteigung 46 nach links und die Kraft, die der Bediener aufbringen muss, nimmt deutlich ab. Der Mitnehmer 38 der Schaltwelle 2 schlägt jetzt im Freilauf 29 des Exzenters 27 weder an der ersten Anlagefläche 36 noch an der zweiten Anlagefläche 37 an. Die zweite Druckfläche 35 des Exzenters 27 ist nunmehr vollständig in der Ausnehmung 54 des jeweils zugeordneten Zahnschiebers 24, 25 aufgenommen und die Entriegelungsnase 34 des Exzenters 27 hat den zugeordneten Zahnschieber 24, 25 über die jeweiligen Entriegelungskonturen 48 in radialer Richtung zurückgezogen, so dass deren jeweilige Außenverzahnung 53 nicht mehr im Eingriff mit dem Innenzahnkranz 20 des Rotors 14 ist. Somit ist die Drehposition erreicht und der Rotor 14 kann frei gegenüber dem Stator 3 gedreht werden. Fällt die Kraft des Bedieners unter einen vorgebbaren Wert, der in erster Linie von der Spiralfeder 31 abhängt, oder wird überhaupt keine Kraft mehr vom Bediener ausgeübt, sorgt die Spiralfeder 31 dafür, dass die Steuernocken 28 über die flachen Rückseitensteigung 46 laufen - die Rückstellkraft der Spiralfeder 31 muss dazu größer sein als die Kraft, die für das Aufbiegen der Biegestege 41, 42 benötigt wird. Dann dreht sich der Exzenter 27 zusammen mit der Schaltwelle 2 im Uhrzeigersinn zurück und drückt dabei mit seinen zweiten Druckflächen 35 wieder die Zahnschieber 24, 25 radial nach außen und somit deren Außenverzahnungen 53 in den Innenzahnkranz 20 des Rotors 14. Es wird wieder die Sperrposition erreicht, die in 9 dargestellt ist.
-
In 12 ist eine teilgefügte Stelleinheit mit Stator 3 samt Zahnschiebern 24, 25 (nicht dargestellt) und Rotor 14 dargestellt, in die eine Schaltwelle 2 mit verbundenem Exzenter 27 (nicht dargestellt) eingesetzt ist. Diese muss noch mit einem links dargestellten Verschlussring 1 gefügt werden. Der Verschlussring 1 weist einen Anschlag 13 auf, an den sich ein Axiallagerring 26 und ein Radiallagerring 23 anschließen.
-
In den 13a und 13b ist schließlich die fertig gefügte erfindungsgemäße Stelleinheit dargestellt. In 13a von der Seite des Stators 3 her und in 13b von der Seite des Rotors 14 her. Die Formschlüsse 6 und die Formschlusselemente 12 dienen als Schnittstellen zu den beiden Bauteilen, die mittels der Stelleinheit gegeneinander rotierbar und sicher festlegbar sein sollen.
-
Im Folgenden wird nochmals im Einzelnen erläutert, wie die Erfindung funktioniert:
- Die Stelleinheit weist den Stator 3 als Basis- und Trägerteil mit der ersten Lagerbohrung 4 im Zentrum und den vier winkelversetzten Führungsbereichen - den Zahnschieberführungen 7 - für die Zahnschieber 24, 25 auf. Der Winkelversatz ermöglicht deutlich vergrößerte Führungsbereiche und damit ein kleineres merkbares Spiel in der Stelleinheit.
-
Der Winkelversatz teilt die Zuhaltekraft der Exzenterbereiche - zweite Druckflächen 35 und Entriegelungsnase 34 - des Exzenters 27 in eine Komponente, die in Richtung der Außenverzahnung 53 wirkt, und eine Komponente, die Richtung Führungsflächen 8, 9, 10 weist und damit spielreduzierend wirkt, auf. Desweiteren ergibt der Winkelversatz den Bauraum für eine direktwirkende Kraftübertragung zur einfachen und leichten Entriegelung wobei die Entriegelungskontur der Zahnschieber 24, 25 noch einmal im Stator 3 an einer separaten dritten Führungsfläche 10 abgestützt und geführt ist, so können Querkräfte nicht zu einem Verkanten führen. Desweiteren sind zwei benachbarte Führungsbereiche - Führungsflächen 8, 9 am Stator 3 - der Zahnschieber 24, 25 um einen definierten Betrag in Bewegungsrichtung achsparallel verschoben, damit ergibt sich in der Wirkung eine Profilverschiebung in der Verzahnung und die Kompensation des notwendigen Spiels zwischen Zahnschieber 24, 25 und den zugeordneten Führungsflächen 8, 9, 10 im Stator 3. Die benachbarten Zahnschieber 24, 25 legen sich auf den zugewandten Seiten an die Führungsflächen 8, 9, 10 an und reduzieren das merkbare Spiel, der Achsversatz ist so gewählt, dass ein voller Formschluss der Verzahnung gegeben bleibt.
-
Das Zahnprofil selbst ist symmetrisch, aber jede Zahnflanke ist um den Teilungswinkel versetzt im Bezug zur Anlage- und Führungsfläche ausgerichtet, dadurch wird eine sehr gleichmäßige Kraftverteilung innerhalb des Verzahnungskollektivs erreicht.
-
Der Exzenter 27 auf der Schaltwelle 2 ist drehbewegbar gelagert mit einer geeigneten Spiralfeder 31 versehen, welche ein Drehmoment auf die Schaltwelle 2 bringt und damit eine Zustellkraft zentral zu Verfügung stellt. Die Schaltwelle 2 besitzt einen geeigneten Mitnehmer 38 welcher in einer Ausnehmung - Freilauf 29 - im Exzenter 27 drehbar eine definierte Freilauffunktion ermöglicht. Die Lagerung der Schaltwelle 2 in Stator 3 und Rotor 14 ist so dimensioniert, dass eine Zentrierung des Exzenters 27 vorzugsweise über die vier zweiten Druckflächen 35 an den Exzenteraußenflächen in Verbindung mit den Zahnschiebern 24, 25 erfolgt und die Achslagerung den notwendigen Freiheitsgrad zur Verfügung stellt. Die Schaltwelle 2 kann über die beiden Betätigungsformschlüsse 32, 33 ein Betätigungselement, wie beispielsweise einen Handgriff, aufnehmen.
-
Der Exzenter 27 besitzt vier Exzenterflächen mit geeigneter Steigung zum Toleranzausgleich und entsprechender Selbsthemmung zur Sicherung der Verriegelungsposition, sowie geeignete Steigungsflächen für eine schnelle Zustellbewegung bei dem Wechsel von der Entriegelungsposition - Drehposition - zur Verriegelungsposition - Sperrposition. Die Entriegelung wird regelmäßig durch den Sitznutzer mittels Handkraft vorgenommen. Das Verriegeln und Sperren der Stelleinheit muss immer selbsttätig durch die Federkraft der Spiralfeder 31 erfolgen. Desweiteren sind die Endkonturen der Exzenterflächen so ausgeführt, dass damit die Zahnschieber 24, 25 sicher aus der Formschlussposition bewegt werden können, dazu wird mit einem geeigneten Stellelement - beispielsweise einem Handgriff - eine Drehbewegung über die Schaltwelle 2 auf den Exzenter 27 übertragen, dabei wechselt der Mitnehmer 38 der Schaltwelle 2 gegen die Haltekraft der Spiralfeder 31 die Anlagefläche in der Freilaufkontur bis die Steuernocken 28 am Exzenter 27 die beiden Steuerprofile 44 der Blattfeder 39 erreichen, an der Position erfolgt ein merkbarer, deutlicher Kraftanstieg, nach dem Überwinden dieses Druckpunktes wird der Formschluss gelöst, die Freilauffunktion zwischen dem Mitnehmer 38 der Schaltwelle 2 und Freilaufkontur ermöglicht dabei ein Voreilen des Exzenters 27 und das schnelle Lösen der Formschlussverbindung zwischen den Verzahnungspartnern, ohne dass die Zahnspitzen übereinander kratzen und somit beschädigt werden können.
-
Die abgewandten Steigungen - Rückseitensteigungen 46 - der Blattfeder 39 sind entsprechend flacher dimensioniert, so kann die Spiralfeder 31 den Exzenter 27 mit seinen Steuernocken 28 wieder sicher in die Verriegelungsposition (Sperrposition) bewegen.
-
Zwei gegenüberliegende Zahnschieber - erster und zweiter Zahnschieber 24 - haben Freilaufnocken 49 in der Fläche, welche in einem Führungsring, der durch eine Prägung 16 im Rotor 14 realisiert ist, im zugeordneten Bereich Freigang haben, so kann einfach eine Schwenkbewegung wie zum Beispiel das Umklappen einer Rückenlehne realisiert werden. Eine Ausnehmung gegenüber dem Freilaufbereich 18 bildet den Verriegelungsbereich 19, nur hier wird die sichere Verriegelung zugelassen.
-
In dieser Entriegelungsposition wird bei dem Erreichen einer Freilaufposition in der Steuerkontur am Rotor 14 über die Steuernocken 28 und die Zahnschiebergeometrie ein stabiler Zustand erreicht, welcher alle vier Zahnschieber 24, 25 in Freilaufposition hält obwohl nur zwei Zahnschieber 24 in der Steuerkontur laufen und die Stelleinheit so lange frei drehbar ist, bis der Rastbereich im Rotor 14 wieder erreicht wird.
-
Die Freilaufnocken 49 der spiegelbildlichen ersten und zweiten Zahnschieber 24 laufen in den Freiprägungen 21 des Stators 3 und verhindern so ein Vertauschen der Montagepositionen.
-
Die Fügebaugruppe Stator 3 mit Zahnschiebern 24, 25 mit Außenverzahnungen 53 und Rotor 14 mit Innenzahnkranz 20 werden so gefügt, dass ein vollständiger Formschluss möglich wird.
-
Die axiale Sicherung der Verbindung erfolgt mit einem Verschlussring 1, welcher dem Rotor 14 den notwendigen Freiheitsgrad für eine Drehbewegung ermöglicht, aber ein Verlassen der Formschlussposition in axialer Richtung sicher verhindert. Unterschiedliche Fügeverfahren stehen zur Sicherung dieser Verbindung zur Verfügung. Hierzu zählen beispielsweise Schweißen, Laserschweißen aber auch andere Verfahren. Der Axiallagerring 26 verstärkt und stützt den Innenzahnkranz 20 des Rotors 14.
-
Mit dieser Stelleinheit steht ein leistungsfähiges, gut integrierbares Bauteil zur Verfügung.
-
Die Vorteile einer Stelleinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel können wie folgt kurz zusammengefasst werden:
- - Winkelversetzte exzentrische Anordnung der Zahnschieber 24, 25.
- - Lange Führungsflächen 8, 9, 10, 50, 51, 52 ohne Gefahr eines Verkantens beziehungsweise eines Schubladeneffektes.
- - Wenig merkbares Spiel der Zahnschieber 24, 25 in den einzelnen Zahnschieberführungen 7.
- - Durch den gezielten Versatz zweier benachbarter Zahnschieberführungen 7 ergibt sich in der Wirkung eine Profilverschiebung mit spielreduzierender Wirkung, leichtgängig im entriegelten Zustand, spielreduziert in verriegelter Position.
- - Im Rotor 14 integrierte konstruktiv zugeordnete exakt definierte Freilaufbereiche 18 für freie Schwenkbewegungen und definierte Verriegelungsbereiche 19.
- - Gegenkontur der Freilaufbereiche 18 als einfache Variante der Zahnschieber 24, 25.
- - Zentrales Federelement (Spiralfeder 31) in der Stelleinheit.
- - Robuste, aus den Basisteilen Rotor 14 und Stator 3 durchgestellte Formschlüsse 6 und Formschlusselemente 12 zur Positionierung und Kraftübertragung unabhängig von weiteren notwendigen Fügeprozessen.
- - Zentraler Exzenter 27 zur Verriegelung der Zahnschieber 24, 25 im Innenzahnkranz 20 des Rotors 14, Zwangsentriegelung der Zahnschieber 24, 25 mit diesem Exzenter 27.
- - Exakt definierter Druckpunkt verhindert eine Positionierung im Grenzbereich zwischen Verriegeln und Entriegeln und damit eine Beschädigung der Zähne im Verzahnungskollektiv.
- - Hohe ähnliche Leistungsfähigkeit bei der Durchleitung rechts- oder linksdrehender Momente, bei unterschiedlichen Kraftverlaufsmerkmalen (asymmetrische Kraftdurchleitung).
- - Geschlossene kompakte Bauform.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Verschlussring
- 2
- Schaltwelle
- 3
- Stator
- 4
- erste Lagerbohrung
- 5
- Federkammer
- 6
- Formschluss
- 7
- Zahnschieberführung
- 8
- erste Führungsfläche
- 9
- zweite Führungsfläche
- 10
- dritte Führungsfläche
- 11
- Anschlagkontur
- 12
- Formschlusselement
- 13
- Hinterschnitt
- 14
- Rotor
- 15
- zweite Lagerbohrung
- 16
- Prägung
- 17
- Führungsring
- 18
- Freilaufbereich
- 19
- Verriegelungsbereich
- 20
- Innenzahnkranz
- 21
- Freiprägung
- 22
- Federlager
- 23
- Radiallagerring
- 24
- erster, zweiter Zahnschieber
- 25
- dritter, vierter Zahnschieber
- 26
- Axiallagerring
- 27
- Exzenter
- 28
- Steuernocken
- 29
- Freilauf
- 30
- Lagerstelle
- 31
- Spiralfeder
- 32
- erster Betätigungsformschluss
- 33
- zweiter Betätigungsformschluss
- 34
- Entriegelungsnase
- 35
- zweite Druckfläche
- 36
- erste Anlagefläche
- 37
- zweite Anlagefläche
- 38
- Mitnehmer
- 39
- Blattfeder
- 40
- Positionswinkel
- 41
- erster Biegesteg
- 42
- zweiter Biegesteg
- 43
- Verbindungsbügel
- 44
- Steuerprofil
- 45
- Frontseitensteigung
- 46
- Rückseitensteigung
- 47
- erste Druckfläche
- 48
- Entriegelungskontur
- 49
- Freilaufnocken
- 50
- vierte Führungsfläche
- 51
- fünfte Führungsfläche
- 52
- sechste Führungsfläche
- 53
- Außenverzahnung
- 54
- Ausnehmung
- 55
- Durchbruch
