DE102016118687A1

DE102016118687A1 - Spindeleinheit

Info

Publication number: DE102016118687A1
Application number: DE102016118687.2A
Authority: DE
Inventors: Lars Klimentew
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-04-05
Also published as: WO2018060173A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spindeleinheit (1) für ein Verschlusselement (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Spindel-Spindelmuttergetriebe (6) mit geometrischer Spindelachse (7) zur Erzeugung von linearen Bewegungen zwischen zwei Anschlüssen (8, 9) vorgesehen ist, wobei das Spindel-Spindelmuttergetriebe (6) als Getriebepartner (10, 12) eine Spindel (10) mit Spindel-Außengewinde (11) und eine Spindelmutter (12) mit Spindelmutter-Innengewinde (13) aufweist, die miteinander einen Schraubeingriff (14) bilden, wobei zwischen Spindel (10) und Spindelmutter (12) ein erstes Reibmoment erzeugbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass eine separate Bremseinrichtung (17) vorgesehen ist, die eine Bremsung einer Drehung der Spindel (10) gegenüber der Spindelmutter (12) unterstützt, wobei die Bremseinrichtung (17) mindestens ein Reibelement (18) aufweist, das in einer aktiven Position des Reibelements (18) mit einem der Getriebepartner (10, 12) in kraftschlüssigem Kontakt ist, derart, dass ein das erste Reibmoment ergänzendes, zweites Reibmoment erzeugbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spindeleinheit für ein Verschlusselement eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Antriebsanordnung für ein Verschlusselement eines Kraftfahrzeugs mit mindestens zwei Spindeleinheiten gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 17.
Der Begriff „Verschlusselement” ist vorliegend weit zu verstehen. Er umfasst beispielsweise eine Heckklappe, einen Heckdeckel, eine Motorhaube, eine Seitentür, eine Laderaumklappe, eine Fensterscheibe, ein Hubdach oder dergleichen eines Kraftfahrzeugs. Im Folgenden steht der Anwendungsbereich der motorischen Verstellung einer Heckklappe eines Kraftfahrzeugs im Vordergrund.
Die motorische Verstellung einer Heckklappe oder dergleichen hat sich in den letzten Jahren insbesondere im Bereich der Kombi-Kraftfahrzeuge durchgesetzt. Neben einer zuverlässigen und geräuscharmen motorischen Verstellung spielt eine hohe Robustheit gegenüber Fehlfunktionen und Fehlbedienungen eine wichtige Rolle.
Ein Beispiel für eine Fehlfunktion ist der Ausfall der Versorgungsspannung des Kraftfahrzeugs bei geöffneter Heckklappe. Hier ist zum einen sicherzustellen, dass sich die Heckklappe nicht ungewollt durch ihr Eigengewicht schließt, sondern ihre Position beibehält. Zum anderen ist eine unkomplizierte, manuelle Verstellung der Heckklappe zu ermöglichen.
Eine bekannte Spindeleinheit ( DE 10 2014 117 008 A1 ), von der die Erfindung ausgeht, zeigt eine elektrische Antriebseinheit und ein der elektrischen Antriebseinheit nachgeschaltetes Spindel-Spindelmuttergetriebe. Der Antriebsstrang des Antriebs ist nicht selbsthemmend ausgestaltet, jedoch funktioniert einer der Getriebepartner, das heißt entweder die Spindelmutter oder die Spindel, gleichzeitig auch als Bremseinrichtung, indem dieser Getriebepartner mit dem jeweils anderen Getriebepartner kraftschlüssig zusammenwirkt. Dies wird in einer Ausführungsform dadurch ermöglicht, dass die Spindelmutter aus mehreren umfänglich um die Spindelachse angeordneten Gewindesegmenten besteht, die jeweils radial, das heißt orthogonal zur Spindelachse, beweglich sind. Jedes der Gewindesegmente wird durch eine in Richtung der Spindel gerichtete mechanische Vorspannung in kraftschlüssigen Eingriff mit der Spindel gebracht. Dabei sind die Flanken des Spindelmutter-Innengewindes mit den Flanken des Spindel-Außengewindes in kraftschlüssigem Kontakt, wodurch ein Reibmoment erzeugt wird, wenn in die Spindel oder Spindelmutter ein um die Spindelachse gerichtetes Moment eingeleitet oder eine Relativdrehbewegung zwischen Spindel und Spindelmutter ausgeführt wird. Mit anderen Worten wird zwischen der mehrteiligen Spindelmutter und der Spindel ein einer Relativdrehbewegung zwischen Spindel und Spindelmutter entgegengerichtetes (entgegenwirkendes) Reibmoment erzeugt, durch das bei einem Ausfall der Versorgungsspannung des Kraftfahrzeugs sichergestellt werden soll, dass die geöffnete Heckklappe ihre Position beibehält.
Die aus dem Stand der Technik bekannte mehrteilige Spindelmutter oder Spindel kann gleichzeitig auch als Überlastkupplung eingesetzt werden, die den Antriebsstrang vor einer übermäßig schnellen manuellen Verstellung schützt. So können sich die Gewindesegmente im Überlastfall radial entgegen der Vorspannung bewegen, wodurch das Spindelmutter-Innengewinde und das Spindel-Außengewinde außer Eingriff kommen. Bei einer unzureichenden Vorspannung besteht aber die Gefahr eines ungewollten Entkuppelns zwischen Spindel und Spindelmutter, wodurch eine zuverlässige Bremsfunktion nicht immer gewährleistet ist.
Unabhängig vom vorangehenden Stand der Technik ist es auch bekannt, eine separate Reibbremseinrichtung im Antriebsstrang vorzusehen. Die Spindelmutter ist dann einteilig ausgebildet und sorgt für einen dauerhaften Schraubeingriff mit der Spindel, wohingegen die Reibbremseinrichtung im Fall einer Fehlfunktion die Heckklappe oder dergleichen, ohne dass die Spindel in eine Selbsthemmung geführt wird, in der Offenstellung halten kann. Eine solche Reibbremseinrichtung erfordern aber zusätzlichen Bauraum.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannte Spindeleinheit derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine Bremseinrichtung auf besonders kompakte Weise realisierbar ist.
Das obige Problem wird bei einer Spindeleinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Wesentlich ist zunächst die grundsätzliche Überlegung, dass eine separate Bremseinrichtung vorgesehen ist, das heißt eine Bremseinrichtung, die nicht von einem der Getriebepartner Spindel und Spindelmutter gebildet wird. Spindel und Spindelmutter können dadurch in üblicher Weise einteilig ausgebildet sein, wobei ”einteilig” meint, dass die Spindel bzw. Spindelmutter nicht wie im Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, mehrere in radialer Richtung bewegliche Segmente aufweist. Auf diese Weise ist garantiert, dass Spindel und Spindelmutter nicht unerwünscht, beispielsweise aufgrund einer nachlassenden Federvorspannung, außer Eingriff geraten können.
Während bereits Reibung zwischen Spindel und Spindelmutter auftritt, wenn in die Spindel oder Spindelmutter ein um die Spindelachse gerichtetes Moment eingeleitet oder eine Relativdrehbewegung zwischen Spindel und Spindelmutter ausgeführt wird, und dadurch ein erstes eine Bremsung einer Drehung der Spindel gegenüber der Spindelmutter bewirkendes Reibmoment erzeugt wird, unterstützt die separate Bremseinrichtung die Bremsung, indem sie ein ergänzendes zweites Reibmoment erzeugen kann. Das zweite Reibmoment hat dabei insbesondere den maßgeblichen Einfluss auf die Bremswirkung, das heißt das zweite Reibmoment ist insbesondere größer als das erste Reibmoment. Dadurch kann das erste Reibmoment minimiert werden, was den Vorteil hat, dass bei einem rücktreibenden Betrieb eine Selbsthemmung der Spindelmutter an der Spindel vermieden werden kann oder sich bereits mit geringem Kraftaufwand überwinden lässt. Aufgrund des zusätzlichen, zweiten Reibmoments kann im Fall einer Fehlfunktion im Antriebsstrang eine Heckklappe oder dergleichen sicher in der Offenstellung gehalten werden.
Zur Erzeugung des zweiten Reibmoments weist die Bremseinrichtung mindestens ein Reibelement auf, das, wenn es sich in einer aktiven Position befindet, mit einem der Getriebepartner in kraftschlüssigem Kontakt ist. Indem ein oder mehrere ein separates Reibmoment bewirkende Reibelemente in einem Bereich angeordnet sind, der ein Zusammenwirken des jeweiligen Reibelements mit der Spindel oder Spindelmutter erlaubt, kann auch der benötigte Bauraum verringert werden. So kann beispielsweise in einer ersten Ausführungsform, in der eine schlanke Spindel eine weitaus kürzere Spindelmutter durchdringt, der ohnehin vorhandene Raum um die Spindel, durch den sich die Spindelmutter während einer Relativdrehbewegung zwischen Spindel und Spindelmutter bewegt, für die Anordnung zumindest eines Teils der Bremseinrichtung, nämlich des mindestens einen Reibelements, genutzt werden. Wenn das mindestens eine Reibelement in diesem Fall an der Spindelmutter befestigt ist, wird dieser Teil der Bremseinrichtung auch automatisch axial mitgeführt, wenn sich die Spindelmutter auf der Spindel axial verschiebt. Besagter Teil der Bremseinrichtung ist somit ohne negativen Einfluss auf die Axialbewegungen der Spindelmutter relativ zur Spindel. Das zuvor Gesagte gilt auch für eine zweite Ausführungsform, bei der eine gedrungene Spindel in einer weitaus längeren Spindelmutter geführt ist. Hierbei kann der ohnehin vorhandene Raum in der Spindelmutter, durch den sich die Spindel während einer Relativdrehbewegung zwischen Spindel und Spindelmutter bewegt, für die Anordnung zumindest eines Teils der Bremseinrichtung, nämlich des mindestens einen Reibelements, genutzt werden. Wenn das mindestens eine Reibelement in diesem Fall an der Spindel befestigt ist, wird dieser Teil der Bremseinrichtung auch automatisch axial mitgeführt, wenn sich die Spindel in der Spindelmutter axial verschiebt.
Ist das mindestens eine Reibelement dann noch so geformt, dass es in seiner aktiven Position zum Erzeugen des zweiten Reibmomentes in einen Gewindegang des Spindel-Außengewindes (bei obiger erster Ausführungsform) oder in einen Gewindegang des Spindelmutter-Innengewindes (bei obiger zweiter Ausführungsform) eingreift und mit einer oder mehreren geneigten Reibflächen in kraftschlüssigen Kontakt mit korrespondierend ausgerichteten Flanken des Gewindegangs kommt, kann mit einer relativ geringen radial in das Reibelement eingeleiteten Kraft eine relativ große Normalkraft von der jeweils geneigten Reibfläche auf die zugeordnete (zugekehrte) Flanke übertragen werden. Diesem Effekt liegt das Prinzip zugrunde, dass, wenn eine Kraft senkrecht in einen Körper mit schiefer Ebene eingeleitet wird, eine Normalkraft senkrecht auf die schiefe Ebene entsteht, deren Betrag größer als die eingeleitete Kraft ist. Bevorzugt ist dazu zumindest eine der Flanken des Gewindegangs relativ zur Spindelachse geneigt und das Reibelement weist eine korrespondierende geneigte Reibfläche auf, die in der aktiven Position des Reibelements vorzugsweise parallel zu der geneigten Flanke des Gewindegangs verläuft. Ein solcher Aufbau hat den Vorteil, dass nur vergleichsweise geringe Kräfte in radialer Richtung in das mindestens eine Reibelement eingeleitet werden müssen, dennoch aber ein vergleichsweise großes Reibmoment erzielt werden kann. Entsprechend können auch die Elemente der Bremseinrichtung, die zum Einleiten der radialen Kraft in das Reibelement dienen, eine relativ geringe Größe aufweisen, was den Bauraumbedarf weiter verringert.
Wie zuvor erläutert, sind unterschiedliche Ausführungsformen des Spindel-Spindelmuttergetriebes denkbar, so zum Beispiel eine ersten Ausführungsform, in der eine schlanke Spindel eine weitaus kürzere Spindelmutter durchdringt, und eine zweite Ausführungsform, bei der eine gedrungene Spindel in einer weitaus längeren Spindelmutter geführt ist. In diesem Zusammenhang kann gemäß Anspruch 2 vorgesehen sein, dass das mindestens eine Reibelement an der Spindelmutter befestigt ist und in der aktiven Position des mindestens einen Reibelements das zweite Reibmoment zwischen dem mindestens einen Reibelement und der Spindel wirkt, was insbesondere im Fall der ersten Ausführungsform vorgesehen sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann, insbesondere im Fall der zweiten Ausführungsform, vorgesehen sein, dass das mindestens eine Reibelement an der Spindel befestigt ist und in der aktiven Position des mindestens einen Reibelements das zweite Reibmoment zwischen dem mindestens einen Reibelement und der Spindelmutter wirkt. Auf diese Weise wird das Reibmoment auf den jeweiligen Getriebepartner, die Spindel oder die Spindelmutter, übertragen.
Gemäß der Ausgestaltung von Anspruch 3 greift das mindestens eine Reibelement in der aktiven Position des mindestens einen Reibelements in mindestens einen Gewindegang des Getriebepartners, mit dem es in kraftschlüssigem Kontakt ist, insbesondere in mindestens einen Gewindegang des Spindel-Außengewindes oder Spindelmutter-Innengewindes, ein und/oder setzt auf mindestens eine Gewindespitze des Getriebepartners, mit dem es in kraftschlüssigem Kontakt ist, insbesondere auf mindestens eine Gewindespitze des Spindel-Außengewindes oder Spindelmutter-Innengewindes, auf. Greift das Reibelement in den Gewindegang ein, kann ein höheres Reibmoment erzeugt werden, insbesondere bei geneigte Reibfläche und Gewindeflanke, als in dem Fall, dass das Reibelement nur auf die Gewindespitze oder -spitzen aufsetzt.
Das mindestens eine Reibelement weist jeweils mindestens eine Reibfläche, insbesondere mindestens zwei oder mehr Reibflächen, auf (Anspruch 4). Dabei kann die jeweilige Reibfläche in der aktiven Position des mindestens einen Reibelements parallel zu einer dieser zugeordneten Flanke des Gewindegangs verlaufen, mit der sie in kraftschlüssigem Kontakt ist. Vorzugsweise ist wie gesagt vorgesehen, dass, in einem Schnitt parallel zur Spindelachse und/oder orthogonal zur Spindelachse, die jeweilige Reibfläche und die dieser zugeordnete Flanke relativ zur Spindelachse geneigt ist. Auf diese Weise lässt sich mit einer relativ geringen in das Reibelement eingeleiteten Radialkraft eine höhere Normalkraft, die auf die Gewindeflanke oder -flanken wirkt, erzielen.
Das mindestens eine Reibelement liegt gemäß der Ausgestaltung in Anspruch 5 in der aktiven Position des mindestens einen Reibelements unter mechanischer Vorspannung, insbesondere Federvorspannung, an dem Getriebepartner, mit dem es in kraftschlüssigem Kontakt ist, insbesondere an der Spindel oder Spindelmutter, an. Dabei ist denkbar, dass die Vorspannkraft abhängig vom Anwendungsfall auch individuell eingestellt werden kann. Auch ist denkbar, die Vorspannkraft automatisch zu verändern, beispielsweise derart, dass diese in dem Fall, dass eine Bremsung erfolgen soll, relativ hoch ist, was dann der aktiven Position des Reibelements entspricht, und ansonsten kleiner oder überhaupt nicht mehr vorhanden ist, was einer inaktiven Position entspricht.
Gemäß der Ausgestaltung in Anspruch 6 ist das mindestens eine Reibelement relativ zu dem Getriebepartner, an dem es befestigt ist, insbesondere der Spindelmutter oder Spindel, axial oder radial beweglich ist und vorzugsweise an dem Getriebepartner, an dem es befestigt ist, insbesondere der Spindelmutter oder Spindel, schwimmend gelagert. Auf diese Weise kann das Reibelement besonders einfach in einen Gewindegang eintauchen, wenn es in die aktive Position gebracht wird. An dieser Stelle sei angemerkt, dass das Reibelement die aktive Position auch dauerhaft einnehmen kann. Bevorzugt ist das Reibelement aber auch in eine inaktive Position bringbar, in der es kein Reibmoment oder eine geringeres Reibmoment als in der aktiven Position erzeugt.
Um das erzeugte zweite Reibmoment abzuführen bzw. aufzunehmen, ist das mindestens eine Reibelement vorzugsweise auf einem mit dem Getriebepartner, an dem es befestigt ist, insbesondere mit der Spindelmutter oder Spindel, verbundenen Mitnehmer gelagert (Anspruch 7).
Wenn von ”mindestens einem” Reibelement die Rede ist, ist insbesondere gemeint, dass die Bremseinrichtung mehrere Reibelemente aufweist, die in ihrer aktiven Position jeweils mit einem der Getriebepartner in kraftschlüssigem Kontakt sind, wobei alle Reibelemente in ihrer aktiven Position jeweils ein Teilreibmoment erzeugen, wobei die Summe aller Teilreibmomente das zweite Reibmoment ergibt, vorzugsweise, dass alle Teilreibmomente denselben Betrag haben (Anspruch 8). Dabei ist auch denkbar, dass ein oder mehrere Reibelemente mit der Spindel zusammenwirken und jeweils ein Teilreibmoment erzeugen und ein oder mehrere Reibelemente mit der Spindelmutter zusammenwirken und jeweils ein weiteres Teilreibmoment erzeugen. Bevorzugt wirken aber alle Reibelemente mit demselben Getriebepartner zusammen.
Sind mehrere Reibelemente vorhanden, können diese identisch oder unterschiedlich geformt und/oder ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Winkel zwischen jeweiliger Reibfläche und Spindelachse aller derselben Flanke des Gewindegangs zugeordneten Reibflächen identisch sein oder variieren. Auch kann die Breite (Abmessung in Verlaufsrichtung des Gewindegangs) und/oder Höhe (Abmessung orthogonal zur Spindelachse) aller derselben Flanke des Gewindegangs zugeordneten Reibflächen identisch sein oder variieren. Auch das Material aller die Reibflächen bildenden Reibbeläge und/oder aller Reibelemente kann identisch sein oder variieren. Als für die Reibflächen besonders geeignetes Material sei Sinterbronze, Kunststoff, insbesondere POM (Polyoxymethylen) und/oder organisches Reibbelagsmaterial erwähnt, insbesondere wenn das Material der Gewindeflanke, mit der der Reibbelag in Kontakt kommt, um das zweite Bremsmoment zu erzeugen, Stahl ist.
Gemäß der Ausgestaltung von Anspruch 9 sind mehrere Reibelemente gleichmäßig um die Spindelachse, das heißt im gleichen Winkelabstand, und/oder mehrere Reibelemente in einer Reihe entlang der Spindelachse (parallel zur Spindelachse) angeordnet, wodurch sich die Bremseinrichtung für unterschiedlichste Anforderungen auslegen lässt.
Weiter ist denkbar, dass einem oder mehreren Reibelementen jeweils ein eigenes Federelement zugeordnet ist, über das die mechanische Vorspannung erzeugt wird, und/oder dass mehreren Reibelementen, insbesondere paarweise, oder allen Reibelementen ein gemeinsames Federelement zugeordnet ist, über das die mechanische Vorspannung erzeugt wird (Anspruch 10). Sollen mehrere Reibelemente über ein gemeinsames Federelement vorgespannt werden, wird vorzugsweise als Federelement eine Schlingfeder eingesetzt, die um die Spindelachse verläuft. Einzelne oder mehrere Reibelemente können auch jeweils über eine Druckfeder vorgespannt sein.
Gemäß der Ausgestaltung von Anspruch 11 ist vorgesehen, dass das mindestens eine Reibelement axial neben dem Getriebepartner, an dem es befestigt ist, insbesondere der Spindelmutter oder Spindel, angeordnet ist, vorzugsweise, dass das mindestens eine Reibelement von dem Getriebepartner, an dem es befestigt ist, insbesondere der Spindelmutter oder Spindel, axial beabstandet ist.
Die Ansprüche 12 bis 15 haben bevorzugte Ausgestaltungen zum Gegenstand, die die optionale Verstellbarkeit des Reibelements oder der Reibelemente betreffen. So kann die Bremseinrichtung wie bereits angedeutet derart ausgebildet sein, dass das mindestens eine Reibelement zwischen der aktiven Position und einer inaktiven Position verstellbar ist, wobei das zweite Reibmoment in der inaktiven Position kleiner als in der aktiven Position oder nicht vorhanden ist. Vorzugsweise wird durch das Verstellen des mindestens einen Reibelements zwischen der aktiven und inaktiven Position die auf das mindestens eine Reibelement wirkende mechanische Vorspannung verändert. Das Verstellen des mindestens einen Reibelements zwischen der aktiven und der inaktiven Position erfolgt bevorzugt abhängig von einem von der Spindelmutter relativ zur Spindel axial zurückgelegten Weg, wodurch ein automatisches Verstellen ermöglicht wird. Zusätzlich oder alternativ erfolgt das Verstellen des mindestens einen Reibelements zwischen der aktiven und der inaktiven Position insbesondere durch radiale Verlagerung des mindestens einen Reibelements, die vorzugsweise durch ein Keilgetriebe und/oder ein Federelement, insbesondere eine Schlingfeder, bewirkt wird.
Gemäß der Ausgestaltung von Anspruch 16 ist ferner als Bestandteil einer vorschlagsgemäßen Spindeleinheit eine Antriebseinheit vorgesehen und das Spindel-Spindelmuttergetriebe der Antriebseinheit antriebstechnisch nachgeschaltet.
Die Antriebseinheit, die einen Antriebsmotor und ggf. ein Zwischengetriebe aufweisen kann, erlaubt mit einfachen Mitteln eine motorische Verstellung des Verschlusselements, beispielsweise einer Heckklappe oder dergleichen. Es sei aber der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass eine vorschlagsgemäße Spindeleinheit nicht zwingend zur motorischen Verstellung des Verschlusselements konfiguriert sein braucht, sondern grundsätzlich auch ausschließlich zum Bremsen und ggf. der Federvorspannung des Verschlusselements dienen kann. In letzterem Fall weist die Spindeleinheit insbesondere keine Antriebseinheit auf.
Entsprechend wird nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 17, der eigenständige Bedeutung zukommt, eine Antriebsanordnung für ein Verschlusselement eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, die mindestens zwei wie zuvor definierte Spindeleinheiten aufweist, von denen zumindest eine erste Spindeleinheit eine Antriebseinheit aufweist, der das Spindel-Spindelmuttergetriebe antriebstechnisch nachgeschaltet ist. Die erste der Spindeleinheiten ist also konfiguriert zur motorischen Verstellung des Verschlusselements. Eine zweite der Spindeleinheiten weist insbesondere keine Antriebseinheit auf, wobei diese Spindeleinheit im übrigen aber vorzugsweise baugleich zur ersten Spindeleinheit ist (Anspruch 18).
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 in einer ganz schematischen Darstellung den Heckbereich eines Kraftfahrzeugs mit einer Heckklappe, der eine vorschlagsgemäße, in einer Detailansicht dargestellte Spindeleinheit zugeordnet ist,
2 die Spindeleinheit gemäß 1 in einer ersten und einer dazu orthogonalen, zweiten Schnittansicht,
3 verschiedene Beispiele zur Realisierung einer Verstellbarkeit einer Bremseinrichtung für eine vorschlagsgemäße Spindeleinheit,
4 weitere Beispiele zur Realisierung einer Verstellbarkeit einer Bremseinrichtung für eine vorschlagsgemäße Spindeleinheit und
5 noch ein weiteres Beispiel zur Realisierung einer Verstellbarkeit einer Bremseinrichtung für eine vorschlagsgemäße Spindeleinheit.
Die in 1 im Detail dargestellte Spindeleinheit 1 ist als aktive Spindeleinheit ausgestaltet und dient entsprechend der motorischen Verstellung eines Verschlusselements 2 eines Kraftfahrzeugs. Alternativ ist auch eine vorschlagsgemäße Spindeleinheit 1 denkbar, die als passive Spindeleinheit ausgestaltet ist und die entsprechend dem Bremsen und ggf. der Federvorspannung, nicht jedoch der motorischen Verstellung, des Verschlusselements 2 dient. Es ist insbesondere auch eine Antriebsanordnung 35 denkbar, in der dem Verschlusselement 2 zwei Spindeleinheiten 1 zugeordnet sind, von denen eine der motorischen Verstellung und die andere dem Bremsen und ggf. der Federvorspannung des Verschlusselements 2 dient. Die Beispiele in den 2 bis 5 sind gleichermaßen mit aktiven Spindeleinheiten 1 und mit passiven Spindeleinheiten 1 in obigem Sinne kombinierbar.
Hinsichtlich des weiteren Verständnisses des Begriffs „Verschlusselement” darf auf den einleitenden Teil der Beschreibung verwiesen werden. Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines als Heckklappe ausgestalteten Verschlusselements 2 erläutert, da die Gewährleistung eines sicheren Haltens in einer Offenstellung bei Heckklappen, und zwar sowohl bei motorische als auch bei manuell betätigbaren Heckklappen, stets eine wichtige Rolle spielt.
Die Spindeleinheit 1 ist gemäß 1 mit einer hier und vorzugsweise elektrischen Antriebseinheit 3 ausgestattet, die einen elektrischen Antriebsmotor 4 und ein dem Antriebsmotor 4 nachgeschaltetes Zwischengetriebe 5 aufweist. Der Antriebseinheit 3 insgesamt antriebstechnisch nachgeschaltet ist ein Spindel-Spindelmuttergetriebe 6 mit geometrischer Spindelachse 7 zur Erzeugung von linearen Bewegungen zwischen zwei Anschlüssen 8, 9. Das Spindel-Spindelmuttergetriebe 6 weist in an sich üblicher Weise als Getriebepartner eine Spindel 10 mit Spindel-Außengewinde 11 und eine Spindelmutter 12 mit Spindelmutter-Innengewinde 13 auf, die miteinander einen Schraubeingriff 14 bilden, wobei zwischen Spindel 10 und Spindelmutter 12 ein erstes Reibmoment erzeugt wird, wenn diese relativ zueinander verdreht werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass eine passive Spindeleinheit 1, die dem Bremsen, und nicht der motorischen Verstellung, des Verschlusselements 2 dient, bevorzugt baugleich zur der aktiven Spindeleinheit 1 ist, allerdings keine Antriebseinheit aufweist und entsprechend über keinen Antriebsmotor und ggf. auch kein Zwischengetriebe verfügt. In diesem Fall wird die Spindelmutter 12 relativ zur Spindel 10 dadurch verlagert, dass das Verschlusselement 2, beispielsweise eine Heckklappe, manuell betätigt wird.
Die Spindeleinheit 1 ist in dem in 1 dargestellten montierten Zustand mechanisch mit dem Verschlusselement 2 gekoppelt. Dabei übernimmt die hier im Detail dargestellte Spindeleinheit 1 die motorische Verstellung des Verschlusselements 2, hier der Heckklappe, zwischen der in 1 dargestellten Offenstellung und einer nicht dargestellten Schließstellung. Je nach Anwendungsfall kann zusätzlich eine Federanordnung 15 vorgesehen sein, die das Verschlusselement 2 in die Offenstellung drängt. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist eine solche Federanordnung 15 in die Spindeleinheit 1 integriert.
Bei dem in 1 dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel sind als Teil der Antriebsanordnung 35 insgesamt zwei aktive Spindeleinheiten 1 vorgesehen, die an zwei gegenüberliegenden Randbereichen einer Klappenöffnung 16 angeordnet sind. Grundsätzlich kann es aber auch vorgesehen sein, dass lediglich eine Spindeleinheit 1 vorgesehen ist, die an einem der Randbereiche der Klappenöffnung 16 angeordnet ist.
Wesentlich ist nun, dass eine separate Bremseinrichtung 17 vorgesehen ist, die eine Bremsung einer Drehung der Spindel 10 gegenüber der Spindelmutter 12 unterstützt, wobei die Bremseinrichtung 17 ein oder mehrere Reibelemente 18 aufweist, das jeweils in einer aktiven Position mit einem der Getriebepartner 10, 12 in kraftschlüssigem Kontakt ist, derart, dass ein das erste Reibmoment ergänzendes, zweites Reibmoment erzeugt werden kann. Das zweite Reibmoment hat verglichen mit dem ersten Reibmoment hier und vorzugsweise den weitaus größeren Einfluss auf die Bremswirkung. Beispielsweise ist das zweite Reibmoment mindestens 2-fach, bevorzugt mindestens 5-fach, besonders bevorzugt mindestens 10-fach größer als das erste Reibmoment. Aufgrund des unterstützenden, zweiten Reibmoments kann im Fall einer Fehlfunktion ein Verschlusselement 2 durch die Spindeleinheit 1 sicher in der Offenstellung gehalten werden.
Es darf darauf hingewiesen werden, dass die vorschlagsgemäße Lösung auf alle möglichen strukturellen Varianten von Spindeleinheiten 1 anwendbar ist. Die 1 bis 5 betreffen eine Spindeleinheit 1, bei der eine schlanke Spindel 10 eine weitaus kürzere Spindelmutter 12 durchdringt. Hier bewirkt die Bremseinrichtung 17 als zusätzliches, zweites Reibmoment ein Reibmoment zwischen den Reibelementen 18 und der Spindel 10. Grundsätzlich ist aber auch der hier nicht dargestellte Fall einer gedrungenen Spindel 10, die in einer weitaus längeren Spindelmutter 12 beweglich geführt ist, denkbar. Hier wäre es vorzugsweise so, dass die Bremseinrichtung 17 als zusätzliches, zweites Reibmoment ein Reibmoment zwischen dem oder den Reibelementen 18 und der Spindelmutter 12 bewirkt. Grundsätzlich kann auch eine Kombination beider Varianten vorgesehen sein, bei der die Bremseinrichtung 17 sowohl ein Teilreibmoment zwischen mindestens einem Reibelement 18 und der Spindel 10 als auch ein Teilreibmoment zwischen mindestens einem weiteren Reibelement 18 und der Spindelmutter 12 bewirkt. Die Summe der Teilreibmomente ergäbe dann das in Rede stehende zusätzliche, zweite Reibmoment.
Das Grundprinzip der vorschlagsgemäßen Spindeleinheit 1 und die Funktion der das zusätzliche, zweite Reibmoment erzeugenden Bremseinrichtung 17 ist in den Schnittansichten von 2 veranschaulicht.
So sind drei Reibelemente 18 an der Spindelmutter 10 über je einen Mitnehmer 19 befestigt, wobei die Mitnehmer 19 einstückig mit der Spindelmutter 10 verbunden sind. Die Reibelemente 18 weisen jeweils eine Öffnung 34, hier in Form eines Langlochs 34, auf, in die bzw. in das der zugeordnete Mitnehmer 19 spielbehaftet eingeführt ist. Das Spiel, bei dem es sich zumindest um ein radiales Spiel handelt, gewährleistet, dass das jeweilige Reibelement 18 relativ zum Mitnehmer 19 radial bewegt werden kann, um das zusätzliche, zweite Reibmoment zu erzeugen. Die Reibelemente 18 sind dabei schwimmend an dem jeweiligen Mitnehmer 19 gelagert, so dass auch beim Erzeugen des zusätzlichen, zweiten Reibmoments Axialbewegungen des Reibelements 18 relativ zum Mitnehmer 19 möglich sind, und gleichmäßig um die Spindelachse 7, das heißt im gleichen Winkelabstand, der hier beispielhaft 120° beträgt, angeordnet. Zusätzlich oder alternativ können auch mehrere Reibelemente 18 in einer Reihe entlang der Spindelachse 7 angeordnet sein. Es ist deutlich erkennbar, dass die Reibelemente 18 axial neben und somit außerhalb der Spindelmutter 12 angeordnet sind, hier sogar mit einem axialen Abstand.
Die Reibelemente 18 können durch eine radiale Verlagerung (Verlagerung in zur Spindelachse 7 orthogonaler Richtung) zwischen einer aktiven Position und einer inaktiven Position verstellt werden, wobei 2 die Reibelemente 18 in einer Zwischenposition zwischen aktiver und inaktiver Position zeigt. In der aktiven Position greifen alle Reibelemente 18 hier und vorzugsweise in zwei Gewindegänge 20 des Spindel-Außengewindes 11 ein und setzen in einer besonderen Ausführungsform auch auf mindestens eine Gewindespitze 21 des Spindel-Außengewindes 11 auf. Indem die Reibelemente 18 in die Gewindegänge 20, deren Querschnitt sich nach außen erweitert und dessen Flanken 22 entsprechend geneigt sind, eingreifen, kann ein vergleichsweise hohes zweites Reibmoment erzeugt werden. Grund hierfür ist, dass aufgrund der geneigten Flanken 22 der Gewindegänge 20 und der hier in korrespondierender Weise geneigten Reibflächen 23 der Reibelemente 18 eine in das jeweilige Reibelement 18 radial eingeleitete Kraft zu orthogonal auf die Flanken 22 wirkenden Normalkräften führt, die in Summe größer als die radial eingeleitete Kraft sind.
Alle Reibelemente 18 erzeugen in ihrer aktiven Position jeweils ein Teilreibmoment, wobei die Summe aller Teilreibmomente, die hier beispielhaft alle denselben Betrag haben, das zweite Reibmoment ergibt.
Jedes der Reibelemente 18 weist hier und vorzugsweise jeweils vier Reibflächen 23 mit einem Reibbelag (nicht dargestellt) auf. Grundsätzlich sind aber auch Reibelemente 18 mit einer anderen Reibflächenanzahl, beispielsweise mit nur zwei Reibflächen 23 denkbar. Jede der Reibflächen 23 verläuft in der aktiven Position des jeweiligen Reibelements 18 parallel zu einer der jeweiligen Reibfläche 23 zugekehrten bzw. zugeordneten Flanke 22 des jeweiligen Gewindegangs 20.
Die Reibelemente 18 sind hier durch ein Federelement 24 in Form einer Schlingfeder 24 in Richtung der Spindel 10 vorgespannt, wobei im Fall der 2 durch Verringern des Durchmessers der Schlingfeder 24 die Vorspannung erhöht und die Reibelemente 18 stärker gegen die Spindel 10 gedrückt werden können (aktive Position). Durch Vergrößern des Durchmessers der Schlingfeder 24 kann die Vorspannung hier dagegen verringert werden, wodurch ein Kraftschluss zwischen Reibelementen 18 und Spindel 10 verringert wird (inaktive Position). Die Schlingfeder 24 ist hier beispielhaft, bezogen auf die radiale Richtung, zwischen Reibelement 18 und Mitnehmer 19 angeordnet, wobei aber im Fall größerer radialer Abmessungen des jeweiligen Reibelements 18 – wenn dieses im Bereich des Federelements 24 radial nach Außen über den Mitnehmer 19 hinausgeht – auch denkbar ist, das jeweilige Federelement 24 bzw. die Schlingfeder 24 radial außerhalb des Mitnehmers 19 anzuordnen.
In 2 sind alle Reibelemente 18 über ein gemeinsames Federelement 24, hier die Schlingfeder 24, vorgespannt, wobei aber auch denkbar ist, einem oder mehreren Reibelementen 18 jeweils ein eigenes Federelement 24 zuzuordnen (3a und b, 4a bis c, 5), über das die mechanische Vorspannung erzeugt wird. Im Fall der 3c und d sind ebenfalls alle Reibelemente 18 über ein gemeinsames Federelement 24 in Form einer Schlingfeder 24 vorgespannt, wobei hier aber durch die Verwendung von axial bewegbaren Keilen 26, die im weiteren noch näher beschrieben werden, der Durchmesser der Schlingfeder 24 vergrößert wird, wobei sich die Vorspannung dann erhöht, oder der Durchmesser der Schlingfeder 24 verringert wird, wobei sich die Vorspannung dann ebenfalls verringert.
Die 3 bis 5 zeigen schematisch weitere Beispiele zur Realisierung einer Verstellbarkeit der Bremseinrichtung 17 bzw. der Reibelemente 18. Das Verstellen des jeweiligen Reibelements 18 zwischen der aktiven und der inaktiven Position erfolgt beispielsweise durch ein Keilgetriebe 25 (3a bis d), bei dem eine erste (äußere) Keilgeometrie 26 mit einer zweiten (inneren) Keilgeometrie 27 derart zusammenwirkt, dass durch axiale Verlagerung der ersten Keilgeometrie 26 die zweite Keilgeometrie 27 radial, beispielsweise in Richtung der Spindel 10, verlagert wird. Die zweite Keilgeometrie 27 wirkt beispielsweise über ein Federelement 24 auf das jeweilige Reibelement 18 (3a und b) oder die zweite Keilgeometrie 27 ist Bestandteil des jeweiligen Reibelements 18, wobei vorzugsweise ein Federelement 24 radial auf die erste Keilgeometrie 26 wirkt (3c und d).
Das Verstellen des jeweiligen Reibelements 18 zwischen der aktiven und der inaktiven Position erfolgt bevorzugt abhängig von einem von der Spindelmutter 12 relativ zur Spindel 10 axial zurückgelegten Weg (4a bis c), wobei sich ein radial auf das Federelement 24 wirkendes Lagerelement 28 an einer sich in Verlaufsrichtung der Spindelachse 7 radial verändernden Kontur 29 bzw. 30 abstützt. Die Kontur kann eine Innenkontur 29 eines Rohres 31 sein, an dem sich die Spindelmutter 12 innenseitig entlangbewegt (4a und b), oder eine Außenkontur 30 der Spindel 10. Dabei kann sich das Lagerelement 28 über einen daran befestigten Schieber 32 oder eine daran befestigte Rolle 33 an der Kontur 29 bzw. 30 abstützen.
5 zeigt schließlich noch eine Möglichkeit der Verstellbarkeit der Bremseinrichtung 17 bzw. der Reibelemente 18 durch Variieren der Querschnittsform der Gewindegänge 20 in Verlaufsrichtung der Spindelachse 7. In diesem Fall ist die Stellung der Reibelemente 18 in radialer Richtung nicht veränderbar, aber durch die sich verändernde Querschnittsform der Gewindegänge 20 variiert auch die Art des Eingriffs des jeweiligen Reibelements 18 in den jeweiligen Gewindegang 20. So berührt das Reibelement 18 in der linken Darstellung in 5 nur die Flanken 22 des Gewindegangs 20, was der aktiven Position entspricht, wohingegen das Reibelement 18 in der rechten Darstellung in 5 nur die Gewindespitzen 21 des Gewindegangs 20 berührt, die Flanken 22 des Gewindegangs 20 aber nicht mehr, was der inaktiven Position entspricht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014117008 A1 [0005]

Claims

Spindeleinheit (1) für ein Verschlusselement (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Spindel-Spindelmuttergetriebe (6) mit geometrischer Spindelachse (7) zur Erzeugung von linearen Bewegungen zwischen zwei Anschlüssen (8, 9) vorgesehen ist, wobei das Spindel-Spindelmuttergetriebe (6) als Getriebepartner (10, 12) eine Spindel (10) mit Spindel-Außengewinde (11) und eine Spindelmutter (12) mit Spindelmutter-Innengewinde (13) aufweist, die miteinander einen Schraubeingriff (14) bilden, wobei zwischen Spindel (10) und Spindelmutter (12) ein erstes Reibmoment erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Bremseinrichtung (17) vorgesehen ist, die eine Bremsung einer Drehung der Spindel (10) gegenüber der Spindelmutter (12) unterstützt, wobei die Bremseinrichtung (17) mindestens ein Reibelement (18) aufweist, das in einer aktiven Position des Reibelements (18) mit einem der Getriebepartner (10, 12) in kraftschlüssigem Kontakt ist, derart, dass ein das erste Reibmoment ergänzendes, zweites Reibmoment erzeugbar ist.
Spindeleinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (18) an der Spindelmutter (12) befestigt ist und in der aktiven Position des mindestens einen Reibelements (18) das zweite Reibmoment zwischen dem mindestens einen Reibelement (18) und der Spindel (10) wirkt, und/oder dass das mindestens eine Reibelement (18) an der Spindel (10) befestigt ist und in der aktiven Position des mindestens einen Reibelements (18) das zweite Reibmoment zwischen dem mindestens einen Reibelement (18) und der Spindelmutter (12) wirkt.
Spindeleinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (18) in der aktiven Position des mindestens einen Reibelements (18) in mindestens einen Gewindegang (20) des Getriebepartners (10, 12), mit dem es in kraftschlüssigem Kontakt ist, insbesondere in mindestens einen Gewindegang (20) des Spindel-Außengewindes (11) oder Spindelmutter-Innengewindes (13), eingreift und/oder auf mindestens eine Gewindespitze (21) des Getriebepartners (10, 12), mit dem es in kraftschlüssigem Kontakt ist, insbesondere auf mindestens eine Gewindespitze (21) des Spindel-Außengewindes (11) oder Spindelmutter-Innengewindes (13), aufsetzt.
Spindeleinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (18) jeweils mindestens eine Reibfläche (23), insbesondere mindestens zwei Reibflächen (23), aufweist, vorzugsweise, dass die jeweilige Reibfläche (23) in der aktiven Position des mindestens einen Reibelements (18) parallel zu einer dieser zugeordneten Flanke (22) des Gewindegangs (20) verläuft, mit der sie in kraftschlüssigem Kontakt ist, weiter vorzugsweise, dass, in einem Schnitt parallel zur Spindelachse (7) und/oder orthogonal zur Spindelachse (7), die jeweilige Reibfläche (23) und die dieser zugeordnete Flanke (22) relativ zur Spindelachse (7) geneigt ist.
Spindeleinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (18) in der aktiven Position des mindestens einen Reibelements (18) unter mechanischer Vorspannung, insbesondere Federvorspannung, an dem Getriebepartner (10, 12), mit dem es in kraftschlüssigem Kontakt ist, insbesondere an der Spindel (10) oder Spindelmutter (12), anliegt.
Spindeleinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (18) relativ zu dem Getriebepartner (10, 12), an dem es befestigt ist, insbesondere der Spindelmutter (12) oder Spindel (10), axial oder radial beweglich ist, vorzugsweise, dass das mindestens eine Reibelement (18) an dem Getriebepartner (10, 12), an dem es befestigt ist, insbesondere der Spindelmutter (12) oder Spindel (10), schwimmend gelagert ist.
Spindeleinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (18) auf einem mit dem Getriebepartner (10, 12), an dem es befestigt ist, insbesondere mit der Spindelmutter (12) oder Spindel (10), verbundenen Mitnehmer (19) gelagert ist.
Spindeleinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (17) mehrere Reibelemente (18) aufweist, die in ihrer aktiven Position jeweils mit einem der Getriebepartner (10, 12) in kraftschlüssigem Kontakt sind, wobei alle Reibelemente (18) in ihrer aktiven Position jeweils ein Teilreibmoment erzeugen, wobei die Summe aller Teilreibmomente das zweite Reibmoment ergibt, vorzugsweise, dass alle Teilreibmomente denselben Betrag haben.
Spindeleinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reibelemente (18) gleichmäßig um die Spindelachse (7) und/oder mehrere Reibelemente (18) in einer Reihe entlang der Spindelachse (7) angeordnet sind.
Spindeleinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem oder mehreren Reibelementen (18) jeweils ein eigenes Federelement (24) zugeordnet ist, über das die mechanische Vorspannung erzeugt wird, und/oder dass mehreren Reibelementen (18), insbesondere paarweise, oder allen Reibelementen (18) ein gemeinsames Federelement (24) zugeordnet ist, über das die mechanische Vorspannung erzeugt wird.
Spindeleinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (18) axial neben dem Getriebepartner (10, 12), an dem es befestigt ist, insbesondere der Spindelmutter (12) oder Spindel (10), angeordnet ist, vorzugsweise, dass das mindestens eine Reibelement (18) von dem Getriebepartner (10, 12), an dem es befestigt ist, insbesondere der Spindelmutter (12) oder Spindel (10), axial beabstandet ist.
Spindeleinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (17) derart ausgebildet ist, dass das mindestens eine Reibelement (18) zwischen der aktiven Position und einer inaktiven Position verstellbar ist, wobei das zweite Reibmoment in der inaktiven Position kleiner als in der aktiven Position oder nicht vorhanden ist.
Spindeleinheit (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Verstellen des mindestens einen Reibelements (18) zwischen der aktiven und inaktiven Position die auf das mindestens eine Reibelement (18) wirkende Vorspannung verändert wird.
Spindeleinheit (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellen des mindestens einen Reibelements (18) zwischen der aktiven und der inaktiven Position abhängig von einem von der Spindelmutter (12) relativ zur Spindel (10) axial zurückgelegten Weg erfolgt.
Spindeleinheit (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellen des mindestens einen Reibelements (18) zwischen der aktiven und der inaktiven Position durch radiale Verlagerung des mindestens einen Reibelements (18) erfolgt, vorzugsweise, dass die radiale Verlagerung durch ein Keilgetriebe (25) und/oder ein Federelement (24) bewirkt wird.
Spindeleinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebseinheit (3) vorgesehen ist und das Spindel-Spindelmuttergetriebe (6) der Antriebseinheit (3) antriebstechnisch nachgeschaltet ist.
Antriebsanordnung (35) für ein Verschlusselement (2) eines Kraftfahrzeugs mit mindestens zwei Spindeleinheiten (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei zumindest eine erste der Spindeleinheiten (1) eine Antriebseinheit (3) aufweist, der das Spindel-Spindelmuttergetriebe (6) antriebstechnisch nachgeschaltet ist.
Antriebsanordnung (35) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite der Spindeleinheiten (1) keine Antriebseinheit aufweist, wobei die zweite der Spindeleinheiten (1) im übrigen vorzugsweise baugleich zur ersten der Spindeleinheiten (1) ist.