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Die
Erfindung betrifft ein Antriebssystem zur automatischen Betätigung
eines Verschließteils eines Kraftfahrzeuges. Unter Verschließteil
wird hierbei ein Karosserieteil verstanden, das zwischen einer Öffnungsposition
und einer Schließposition entlang eines Verstellweges verstellbar
ist. Ein derartiges Verschließteil ist insbesondere ein
Heckdeckel oder eine Heckklappe, beispielsweise aber auch eine Seitentür,
ein Sitz, ein Motorraumdeckel oder ein Cabriodach, eines Kraftfahrzeuges.
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Ein
derartiges Antriebssystem umfasst primär einen Elektromotor,
dessen Drehmoment, insbesondere über ein nachgeschaltetes Übersetzungsgetriebe,
derart bemessen ist, dass das Verschließteil infolge eines
Steuerbefehls zwischen einer Schließposition entlang eines
Verstellweges in eine Öffnungsposition verstellbar ist.
Um das Verschließteil in praktisch beliebiger Position
entlang des Verstellweges auch bei ausgeschaltetem Elektromotor
in der jeweils angefahrenen Position zu halten, sind zumindest bei
einem nicht selbsthemmenden Antrieb bzw. Getriebe ein einzelnes
oder mehrere Federelemente vorgesehen, deren Federkraft oder Federkonstante auf
die Rückstellkraft des Verschließteils, insbesondere
auf dessen Gewichtskraft, eingestellt ist.
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Erkanntermaßen ändert
sich, insbesondere bei einem Heckdeckel oder einer Heckklappe eines Kraftfahrzeuges,
die Länge des Hebelarmes, an der die Gewichts oder Rückstellkraft
des Verschließteils angreift, entlang des Verstellweges.
Um sich diesen ändernden Kräfteverhältnissen
in Abhängigkeit vom Öffnungs- bzw. Schließwinkel
des Verschließteils zumindest annähernd anzupassen,
ist es beispielsweise aus der
DE 20 2005 007 155 U1 und aus der
DE 20 2005 003 466
U1 bekannt, in ein solches Verstell- oder Antriebssystem
eine Anzahl von Federelementen in Reihen- und/oder Parallelschaltung
einzusetzen. Eine bei dem bekannten Verstellsystem zwischen dem
Elektromotor und einem Getriebe eingesetzte Bremse ermöglicht
dabei, dass die Bremswirkung sowohl durch eine ma nuelle Krafteinwirkung auf
die dortige Heckklappe als auch durch elektromotorische Kraft des
Elektromotors aufhebbar ist. Hierdurch soll gewährleistet
sein, dass das Verschließteil aus jeder beliebigen Position
entlang des Verstellweges auch bei ausgeschaltetem Elektromotor
manuell zumindest in die Schließposition verstellt werden kann.
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Aus
der
WO 2007/014686
A1 (
PCT/EP2006/007391 )
ist es bekannt, bei einer Verstelleinrichtung für ein Kraftfahrzeug
ein antriebsseitig mit einem Antrieb und abtriebsseitig mit einem Verstellelement
gekoppeltes, als Bremse oder Kupplung wirksames Kupplungssystem
mit einem nach Art einer Spreiz- oder Schlingfeder wirksamen Reibschlusselement
vorzusehen. Infolge eines abtriebsseitig wirksamen Verstellmomentes
kann eine Blockierung des gegen eine rotationssymmetrische Berührungs-
oder Reibfläche verspannten Reibschlusselementes gelöst
werden, so dass das entsprechende Verstellelement manuell betätigt
werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Verschließteil
eines Kraftfahrzeuges ein möglichst kompaktes Antriebssystem
anzugeben, welches einerseits das automatisch betätigbare
Verschließteil auch bei ausgeschaltetem elektrischem Antrieb
(Elektromotor) in praktisch beliebiger Position entlang dessen Verstellweges
zuverlässig hält und andererseits auf einfache
Art dessen manuelle Betätigung ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen
und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Hierzu
umfasst das Antriebssystem zur automatischen Betätigung
eines Verschließteils, insbesondere einer Heckklappe oder
eines Heckdeckels, eines Kraftfahrzeuges ein antriebsseitig mit
einem Elektromotor und abtriebsseitig mit dem Verschließteil
gekoppeltes Kupplungssystem. Dieses umfasst ein erstes Reibschlusselement
und ein zweites Reibschlusselement, die vorzugsweise jeweils nach
Art einer Spreiz- oder Schlingfeder wirksam sind. Das erste Reibschlussele ment
ist gegen eine korrespondierende Berührungs- oder Reibfläche
eines feststehenden Bauteils des Antriebssystems verspannbar. Das
zweite Reibschlusssystem koppelt ein Antriebselement mit einem Abtriebselement.
Dabei sind das Antriebselement, vorzugsweise über ein Getriebe, mit
dem Elektromotor und das Abtriebselement mit dem Verschließteil
gekoppelt. Das zweite Reibschlusselement ist gegen eine korrespondierende Berührungs-
bzw. Reibfläche eines Übertragungselementes verspannbar.
Dieses Übertragungselement ist wiederum mit dem ersten
Reibschlusselement gekoppelt.
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Die
mit dem ersten Reibschlusselement zusammenwirkende Berührungsfläche
ist geeigneterweise die Innenfläche eines zylindrischen
Gehäuses, das seinerseits ortsfest gehalten ist. Analog
ist auch die mit dem zweiten Reibschlusselement zusammenwirkende
Berührungsfläche die Innenoberfläche
eines zylindrischen Bauteils, das innerhalb des feststehenden Gehäuses
drehbeweglich angeordnet ist. Dieses Bauteil trägt zur
Erfüllung der Funktion als Übertragungselement
außenseitig klauenartige Funktionselemente, die an den
Enden des ersten Reibschusselementes angreifen. Bei einem als Schlingfeder
ausgeführten ersten Reibschlusselement wirken diese Funktionselemente
mit einander beabstandet gegenüberstehenden und nach innen abgewinkelten
Federenden der Schlingfeder vorzugsweise außenseitig zusammen
und nehmen diese somit quasi zwischen sich beabstandet mit einem gewissen
Spiel oder Spalt auf.
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Die
Bauteile der Kupplungsvorrichtung sind geeigneterweise konzentrisch
angeordnet. Dabei sind zweckmäßigerweise das Abtriebselement
vom Antriebselement und dieses vom zweiten Reibschlusselement umgeben.
Das Übertragungselement ist zwischen den beiden Reibschlusselementen angeordnet,
wobei das erste Reibschlusselement vom feststehenden Bauteil umgeben
ist. Dieses, geeigneterweise hülsenartig Bauteil stellt
mit dessen zylindrischer Innenwandung die mit dem ersten Reibschlusselement
zusammenwirkende Berührungsfläche zur Verfügung.
Das zweckmäßigerweise ebenfalls hohlzylindrische Überlragungselerent
bildet mit dessen Innenwandung die mit dem zweiten Reibschlusselement
zusammenwirkende Berührungsfläch. Geeigneterweise
außenwandseitig angeformte und zueinander beabstandete
klauenartige Vorsprünge mit einander zuge wandten Anschlägen
greifen an gegenüberliegenden Seiten der Federenden des
ersten Reibschlusselementes an.
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Das
Abtriebselement und das Antriebselement umfassen zylindrische, ineinander
geführte Schäfte, die nach Art einer Nut-Feder-Verbindung wirksame
Fügeelemente aufweisen. In dieser Koppelverbindung liegen
die Federende des zweiten Reibschlusselementes mit definiertem Spiel
ein, wobei geeigneterweise Anschläge des Abtriebselement und
des Antriebselement an gegenüberliegenden Seiten der Federenden
des zweiten Reibschlusselementes angreifen.
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Die
Kupplungsvorrichtung weist eine definierte Reibung auf, die einerseits
auf die Gewichtskraft des Verschließsystems ausgelegt und
andererseits überwindbar ist. Dies betrifft insbesondere
die Reibung zwischen dem ersten Reibschlusselement und dem feststehenden
Gehäuse. Die Reibung zwischen dem zweiten Reibschlusselement
und dem Übertragungselement ist bei elektromotorischem
Antrieb und somit antriebsseitigem Drehmoment vergleichsweise klein,
während diese Reibung bei manueller Betätigung
oder Betriebsstop, d. h. bei in beliebiger Position entlang des
Verstellweges verharrendem Verschließteil vergleichsweise
groß ist.
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Bei
manueller Betätigung des Verschließteils erfolgt
daher infolge eines Lösens des ersten Reibschlusselementes
und unter Überwindung der Haftreibung ein Übergang
in die vergleichsweise geringe Gleitreibung zwischen dem feststehenden
Bauteil und dem ersten Reibschlusselement, so dass dieses zusammen
mit den hiermit gekoppelten Elementen, nämlich dem Abtriebs-,
Antriebs- und Übertragungselement einschließlich
des zweiten Reibschlusselementes an der zugeordneten Berührungsfläche
des feststehenden Bauteils entlang gleiten und gegenüber
diesem somit quasi durchrutscht.
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Während
bei einem abtriebsseitig wirksamen Drehmoment das zweite Reibschlusselement
gegen die zugeordnete Berührungsfläche des Übertragungselementes
verspannt ist und die Blockierung des ersten Reibschlusselement
gelöst wird, wird bei elektromotorischem Antrieb das antriebsseitig
erzeugte Drehmo ment vom Antriebselement auf das Abtriebselement über
das zweite Reibschlusselement übertragen, indem dessen
Blockierung gelöst wird. Hierbei stützt sich das Übertragungselement über
das dann blockierte erste Reibschlusselement am feststehenden Bauteil
ab.
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Da
die Reibung zwischen dem feststehenden Bauteil und dem ersten Reibschlusselement
bei einer manuellen Betätigung kleiner ist als zwischen dem
zweiten Reibschlusselement und dem Übertragungselement
ist sichergestellt, dass ein infolge einer manuellen Betätigung
abtriebsseitig wirksames Drehmoment vom Abtriebselement über
das dann in Blockierrichtung verspannte zweite Reibschlusselement
auf das Übertragungselement und von diesem auf das erste
Reibschlusselement übertragen wird, um dieses von der zugeordneten
Berührungsfläche des feststehenden Bauteiles zu
lösen. Hierzu greift das Abtriebselement drehrichtungsabhängig
an dem entsprechenden Federende des zweiten Reibschlusselementes
in Blockierrichtung an, während das Übertragungselement
an dem jeweiligen Federende des ersten Reibschlusselementes in Löserichtung angreift.
Demgegenüber wird bei antriebsseitig erzeugtem Drehmoment
das innenliegende zweite Reibschlusselement drehrichtungsabhängig
durch entsprechende Einwirkung auf dessen Federende mittels des
Antriebselementes in Löserichtung betätigt, so
dass nach Überwindung der Haftreibung zwischen dem zweiten
Reibschlusselement und dem Übertragungselement ein Übergang
in die Gleitreibung erfolgt und das antriebsseitige Drehmoment unter
Wirkung lediglich der vergleichsweise geringen Gleitreibung auf
das Abtriebselement übertragen wird.
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In
besonders zweckmäßiger Ausgestaltung ist ein zwischen
den Enden bzw. Federenden des ersten Reibschlusselementes Federelement
angeordnet. Mittels dieses, zweckmäßigerweise
als Druckfeder wirksamen Federelementes wird das erste Reibschlusselementes
gegen die zugeordnete Berührungsfläche zusätzlich
verspannt. Da die Federkraft bzw. Federkonstante des Federelementes
in weiten Bereichen wählbar ist, kann in vorteilhafter Weise
die Kupplungsvorrichtung bei ansonsten gleichen Bauteilen für
unterschiedliche Verschließteile mit verschiedenen Gewichtskräften
eingesetzt werdender, indem lediglich Federelemente mit unterschiedlichen
Federkonstanten bereitgestellt und bedarfsweise eingesetzt werden
müssen.
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Bevorzugt
sind sowohl das das erste Reibschlusselement als auch das zweite
Reibschlusselement als eine Schlingfeder mit einer Anzahl von Windungen
ausgebildet, deren Federenden zueinander beabstandet und zweckmäßigerweise
nach innen abgewinkelten sind. Anstelle des ersten Reibschlusselementes
kann auch eine andersartige oder andersartig wirksame Rutschkupplung
vorgesehen sein, die dann als Übelastschutz wirksam ist.
Eine Kombination aus einer solchen Rutschkupplung mit einer ansonsten
im Wesentlichen gleichartigen Kupplungsvorrichtung in deren Wirkung
als Sperrelement mit dem zweiten Reibschlusselement in Form einer Schlingfeder
zwischen Antriebs- und Abtriebselement stellt eine eigenständige
Erfindung dar.
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Das
Antriebssystem weist in zweckmäßiger Ausgestaltung
zwei teleskopartig ineinander greifende Gehäusehülsen
zur Aufnahme des Elektromotors, des Getriebes, der Kupplungsvorrichtung,
einer Spindel mit Spindelmutter zur relativen Längsverstellung der
beiden Gehäusehülsen sowie einer Anzahl von in Reihe
und/oder parallel geschalteten und in Gehäuselängsrichtung
wirksamen Federn auf. Dabei ist die Kupplungsvorrichtung vorteilhafterweise
dem mit dem Elektromotor gekoppelten Getriebe nachgeschaltet. Für
eine antriebsseitigen Motor- bzw. Getriebeanbindung sind an das
Antriebselement klauenartige Koppel- oder Kuppelelemente angeformt. Analog
weist das Abtriebselement entsprechende Kuppelelemente für
eine abtriebsseitige Spindelanbindung auf.
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Vorzugsweise
ist ein sich aus der Reibung (den Reibungsverhältnissen)
der Kupplungsvorrichtung und der Federkraft (Federkonstante) der
oder jeder Feder zusammensetzender Kraftverlauf (reibungs- und federkraftbedingter
Kraftverlauf) derart eingestellt, ausgelegt oder abgestimmt, dass
die wirksame Rückstellkraft des Verschließteils
entlang des Verstellweges positionsunabhängig, d. h. auch unabhängig
von der Neigung des Kraftfahrzeugs an einer Steigung oder einem
Gefälle kompensiert ist. Bei automatischer Betätigung
des Verschließteils und einem hierdurch bedingten, sich
in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel ändernden Kraftverlauf überschreitet
der reibungs- und federkraftbedingte Kraftverlauf den eine Öffnungsbewegung
des Verschließteils repräsentierender Motorkraftverlauf
und unterschreitet den eine Schließbewegung repräsentierenden
Motorkraftverlauf. Insbesondere bei einem heckdeckelartigen Verschließteil
steigt erkanntermaßen die Kraft (Rückstellkraftverlauf)
als Funktion des Öffnungswinkels des Verschließteils
bis zu einem Sättigungsbereich an, während bei
einem heckklappenartigen Verschließteil die Kraft zunächst
bis zu einem Maximum ansteigend und anschließend abnimmt.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass das Antriebssystem auf Grund dessen definierter Reibung (Reibungsverhältnisse)
innerhalb der Kupplungsvorrichtung ein zuverlässiges Halten
des Verschließteils gegen eine unerwünschte Schließbewegung
und/oder eine selbstständige Öffnungsbewegung
bei gleichzeitig besonders hohem Wirkungsgrad im Automatikbetrieb
des Verschließteils, insbesondere in dessen Öffnungsposition,
erreicht ist. Zudem sind bei einer manuellen Betätigung
des Verschließteils, insbesondere bei ausgeschaltetem elektromotorischem
Antrieb, nur geringe manuelle Verstellkräfte aufzuwendenden.
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Die
Dynamik der Kupplungsvorrichtung bzw. des Antriebssystems ist besonders
groß. So sind einerseits bei einer elektromotorischen Betätigung
des Verschließteils die Reibungsverluste innerhalb der Kupplungsvorrichtung
besonders gering. Andererseits ist bei ausgeschalteten elektromotorischen
Antrieb die von der Kupplungsvorrichtung erzeugte Haltekraft entlang
des gesamten Verstellweges des Verschließteils auch bei
sehr großen Verschließteilgewichten sowohl ausreichend
als auch derart definiert bemessen, dass eine zur manuellen Betätigung
des Verschließteils notwendige Verstellkraft eine besonders
komfortable Handhabung gewährleistet. Auf Grund dieses
Dynamikbereiches der Kupplungsvorrichtung in Folge der definierten
Reibung können bei gleichzeitig besonders kompakter Bauweise
Verschließteilgewichte, insbesondere Heckklappengewichte,
von bis zu 80 kg auch bei einer Neigung des an einer Steigung oder
an einem Gefälle positionierten Kraftfahrzeugs von bis
zu 40° zuverlässig beherrscht werden. Der Dynamikbereich
liegt dabei zwischen kleiner 0,1 Nm beim elektromotorischen Betrieb bis
zu 2 Nm, insbesondere 0,5 Nm bis 1,5 Nm, im Ruhezustand bei im dynamischen
Gleichgewicht befindlichem Verschließteil und abgeschaltetem
Automatikbetrieb.
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Auf
Grund dieser besonders vorteilhaften Dynamik- und Reibungsverhältnisse
der Kupplungsvorrichtung kann die Motorleistung des Elektromotors
und/oder die Federkraft bzw. Federkonstante der zusätzlichen
Federn entsprechend gering bemessen werden. So ist bereits eine
einzelne zusätzliche Feder ausreichend, obwohl insbesondere
bei einem in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel des
Verschließteils zunächst bis zu einer Maximum
ansteigenden und von hier aus wieder abnehmenden Moment bzw. einer
entsprechenden Rückstellkraft des Verschließteils
entlang des Verstellweges eine Reihen- und/oder Parallelschaltung
mehrerer Federn eine vergleichsweise gute Annäherung an
den vom Verstellweg- oder Öffnungswinkel abhängigen
Momentenverlauf ermöglicht.
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Da
jedoch auch bei Einsatz mehrerer Federn deren kommulierte Federkraft
entlang des Verstellweges des Verschließteils stets vom
tatsächlichen Momenten- oder Kräfteverlauf der
Rückstellkraft des Verschließteils zumindest stellenweise
abweicht und hierbei von der Rückstellkraft des Verschließteils über-
oder unterschritten wird, können diese Federkräfte
den tatsächlichen Kraftverlauf über den gesamten
Verstellweg- bzw. Öffnungswinkelbereich nur unvollständig
abbilden. In Verbindung mit der Kupplungsvorrichtung des erfindungsgemäßen
Antriebssystems kann demgegenüber der gesamte Kräfteverlauf
zuverlässig für alle Betriebssituationen bei automatischem
Antrieb drehrichtungsunabhängig sowie bei Betriebsstopp
und manueller Betätigung über den gesamten Winkelbereich
des Verschließteils zuverlässig, d. h. praktisch
ohne Über- bzw. Unterschreitung abgedeckt werden. Die dabei
von den Federelementen nicht abgedeckten Bereiche dieses Kräfteverlaufes
werden dann von der Reibung der Kupplungsvorrichtung des Antriebssystems übernommen.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer
Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in
einem teilweisen Längsschnitt ein erfindungsgemäßes
Antriebssystem für ein Verschließteil eines Kraftfahrzeugs,
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2 einem
vergrößerten Ausschnitt des Antriebssystems gemäß 1 im
Bereich einer Kupplungsvorrichtung,
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3 die
Kupplungsvorrichtung schematisch in einem Querschnitt,
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4 die
Kupplungsvorrichtung in einer Explosionsdarstellung,
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5 in
einem Kraft-/Winkeldiagramm mehrere Kräfteverläufe
des Antriebssystems bei betätigem Verschließteil
in Form einer Heckklappe, und
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6 in
perspektivischer Ansicht eine mittels zwei Antriebssystemen automatisch
betätigbare Heckklappe eines Kraftfahrzeugs in geöffneter
Position.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Das
in den 1 und 2 dargestellte Antriebssystem 1 dient
zur automatischen Betätigung eines Verschließteils
in Form beispielsweise einer Heckklappe 2 eines in 6 in
dreidimensionaler Teilansicht gezeigten Kraftfahrzeugs 3.
In der Darstellung sind zwei derartige Antriebssystems 1 gezeigt,
die gemeinsam eine Verstellung der Heckklappe 2 zwischen
einer geschlossenen Position (Schließposition) und einer
geöffneten Position (Öffnungsposition) bewirken.
Anstelle der dargestellten Heckklappe 2 kann das Antriebssystem 1 auch
zur Verstellung eines Kofferraumdeckels, einer Schiebe- oder Schwenktür,
einer Motorhaube oder anderer Verstellelemente eines Kraftfahrzeuges 3 vorgesehen
sein, um eine Öffnung 4 einer Kraftfahrzeugkarosserie 5 zu
verschließen. Das Antriebssystem 1 weist beidendseitig
beispielsweise kugelpfannen- oder ösenartige Lagerungs-
und Befestigungselemente 6, 7 auf, mittels denen
das Antriebssystem 1 an der Fahrzeugkaroserie 6 bzw.
an dem Verschließteil 2 schwenkbeweglich befestigt
ist.
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Das
Antriebssystem 1 umfasst zwei beispielsweise teleskopartig
ineinander verschiebbare und somit in Längsrichtung 8 gegeneinander
verstellbare Gehäusehülsen 9, 10 zur
Aufnahme einer Elektromotors 11, eines diesem nachgeschalte tem
Getriebes 12, beispielsweise in Form eines zweistufigen Planetengetriebes,
einer mit dem Getriebe 12 gekoppelten Kupplungsvorrichtung 13 und
eines mit dieser wiederum gekoppelten Spindelantriebs mit einer
zentralen, insbesondere mehrgängigen Spindel 14 und einer
auf dieser drehend gelagerten Spindelmutter 15 auf. Über
ein Versorgungs- und Steuerkabel 16, das aus dem Gehäuse 9, 10 des
Antriebssystems 1 herausgeführt ist, ist der Elektromotor 11 in
beiden Drehrichtungen bestrom- bzw. ansteuerbar. Wird der Elektromotor 11 gesteuert
bestromt, so wird das von diesem erzeugte Drehmoment über
das Getriebe 12 übersetzt und das dadurch erhöhte
Drehmoment über die Kupplungsvorrichtung 13 an
die Spindel 14 abgegeben, so dass sich diese in Abhängigkeit
von der Bestromungsrichtung des Elektromotors 11 in der einen
oder anderen Drehrichtung dreht. In Folge der Drehung der Spindel 14 wird
die Spindelmutter 15 in Längsrichtung 8 axial
verstellt. Dabei ist die Spindelmutter 15 mit der dieser
zugeordneten Gehäusehülse 9, 10 derart
wirkverbunden, dass dieses gleichsinnig mit der Spindelmutter 15 verstellt
wird. in Folge dieser Verstellung wird das mit dem Antriebssystem 1 gekoppelte
Verschließteil 2 in Abhängigkeit von
der Drehrichtung in die Öffnungsposition oder in die Schließposition
automatisch verstellt.
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Diese
Verstellung wird kräftemäßig überlagert
durch im Ausführungsbeispiel eine einzelne Feder
17,
die die Spindel
14 koaxial umgibt und in Längsrichtung
8 wirkt,
um das Öffnen des Verschließteils
2 gegen
dessen Gewichtskraft zu unterstützen. Auch können
mehrere Federn
17 in Reihen- und/oder Parallelschaltung
vorgesehen sein, wie dies in den eingangs genannten deutschen Gebrauchsmustern
DE 20 2005 003 466
U1 und
DE
20 2005 007 155 U1 gezeigt und beschrieben ist.
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Wie
aus den 2 bis 4 vergleichsweise
deutlich ersichtlich ist, umfasst die Kupplungsvorrichtung 13 ein
Antriebselement 20, ein Übertragungselement 21,
ein erstes Reibschlusselement in Form einer Schlingfeder 22,
ein zweites Reibschlusselement in Form einer Schlingfeder 23,
ein im Montagezustand feststehendes, nachfolgend als Gehäuseteil
bezeichnetes Bauteil 24 und ein Abtriebselement 25.
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Das
zweckmäßigerweise zentrale Abtriebselement 25 ist
im Montagezustand der Kupplungsvorrichtung 13 vom Antriebselement 20 umgeben.
Hierzu weisen das Abtriebselement 25 einen zylindrischen
Schaft 26 und das Antriebselement einen zylindrischen Schaft 27 auf.
Das Antriebselement 20 bzw. dessen Schaft 27 wiederum
ist umgeben von der zweiten Schlingfeder 23, die ihrerseits
umgeben ist von dem Übertragungselement 21. Dieses
wiederum ist umgeben von der ersten Schlingfeder 22, die ihrerseits
umgeben ist von dem Gehäuseteil 24.
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Für
eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem feststehenden
Gehäuseteil 24 und der ersten, außen
liegenden Schlingfeder 22 stellt die zylinderförmige
Innenwand des feststehenden Gehäuseteils 24 die
korrespondierende Reib- oder Berührungsfläche 28 da.
Analog stellt die ebenfalls vorzugsweise zylinderförmige
Innenwandung des im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Übertragungselementes 21 die
korrespondierende Reib- bzw. Berührungsfläche 29 für
die zweite, innenliegende Schlingfeder 23 dar. Außenwandseitig
ist das Übertragungselement mit zumindest zwei klauenartigen
Vorsprüngen 30a und 30b versehen, die
zweckmäßigerweise zueinander beabstandet und am
Umfang des Übertragungselementes 21 an dieses
angeformt sind. Diese Klauen oder Vorsprünge 30a, 30b bilden
zueinander beabstandete und einander gegenüberliegende
Anschläge 31a bzw. 31b, die an korrespondierenden
Federenden 22a bzw. 22b der ersten Schlingfeder 22 in
Anlage gebracht werden können. Die Federenden 22a, 22b der
Schlingfeder 22 sind wiederum zueinander beabstandet und
nach innen zur zentralen Mittelachse 32 der Kupplungsvorrichtung 13 hin
gerichtet abgewinkelt.
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Analog
weist die zweite Schlingfeder 23 zueinander beabstandete
und ebenfalls nach innen abgewinkelte Federenden 23a und 23b auf.
An diese greift außenseitig das Antriebselement 20 mit
dessen Schaft 27 und dort mit an einer Ausnehmung 33 gebildeten
Anschlägen 34a bzw. 34b an.
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Das
Abtriebselement 25 bzw. dessen Schaft 26 trägt
umfangsseitig einen angeformten noppen- oder klauenartigen Vorsprung 35,
der Anschläge 35a und 35b bildet. Der
Vorsprung 35 ragt in die Ausnehmung 33 des Antriebselementes 20 nach
Art einer Nut-Feder-Verbindung ein. Ein zwischen den beiden einander
ge genüberliegenden Anschlägen 34a, 34b des
Antriebselementes 20 und dem Vorsprung 35 bzw.
dessen Anschlägen 35a, 35b gebildeter
Abstand oder Spalt ist derart bemessen, dass die Federenden 23a und 23b beidseitig
des Vorsprungs 35 sowie zwischen diesem und den Anschlägen 34a bzw. 34b in
die Ausnehmung 33 mit einem gewissen Spiel hineinragen.
Das Spiel bzw. der Abstand zwischen den Federenden 23a, 23b und
dem Vorsprung 35 sowie den Anschlägen 34a bzw. 34b des
Antriebselementes 20 ist dabei derart bemessen, dass bei einer
Drehbewegung des Abtriebselementes 25 in oder entgegen
dem Uhrzeigersinn stets der Vorsprung 25 das jeweilige
Federende 23a, 23b erreicht, bevor dieses den
gegenüberliegenden Anschlag 34a bzw. 34b des
Antriebselementes berührt.
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Entscheidend
bei dieser Bemessung oder Auslegung ist, dass das in Folge eines
abtriebsseitigen Drehmomentes betätigte Abtriebselement 25 mit dessen
Vorsprung 35 die zweite Schlingfeder 23 in Blockkierrichtung
gegen das Übertragungselement 21 wirksam verspannt,
ohne dass hierbei in der entsprechenden Drehrichtung das Antriebselement 20 ebenfalls
betätigt wird und am gegenüberliegenden Federende 23b bzw. 23a angreift
und ein Lösen der Schlingfeder 23 bewirkt. Analog
sind die Abstands- bzw. Spaltverhältnisse zwischen den
Schlingfederenden 22a, 22b der ersten Schlingfeder 22 und
den Klauen 30a bzw. 30b des Übertragungselementes 21 geeignet
dimensioniert.
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Wie
aus 4 ersichtlich ist, ist zwischen den Federenden 22a und 22b der
ersten Schlingfeder 22 ein vorzugsweise als Druckfeder
ausgeführtes Federelement 36 angeordnet. Dieses
Federelement 36 ist gegen entsprechende Federelemente mit
unterschiedlichen Federkräften oder Federkonstanten austauschbar.
Hierdurch ist bei ansonsten gleichen Bauteilen der Kupplungsvorrichtung 13 eine
Vor- oder Verspannkraft der ersten Schlingfeder 22 gegen das
feststehende Gehäuseteil 24 einstellbar. Dies wiederum
ermöglicht auf besonders einfache Art und Weise eine Anpassung
der Kupplungsvorrichtung 13 an unterschiedliche Gewichtskräfte
des zu betätigenden Verschließteils 2.
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Wie 3 vergleichsweise
deutlich zeigt, sind an das Antriebselement 20 für
dessen antriebsseitige Anbindung an das oder Kupplung mit dem Getriebe 12 klau enartige
Koppelelemente 37 angeformt. Analog weist das Abtriebselement 25 entsprechende Koppelelemente 38 für
eine abtriebsseitige Anbindung an die bzw. Kupplung mit der Spindel 14 auf.
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Bei
elektromotorischem und somit automatischem Betrieb des Antriebssystems 1 wird
das erzeugte und gegebenenfalls über das Getriebe 12 übersetzte
Drehmoment vom Antriebselement 20 auf das Abtriebselement 25 übertragen.
Dabei sind das Antriebselement 20 und das Abtriebselement 25 über die
zweite Schlingfeder 23 gekoppelt, indem diese drehrichtungsunabhängig
vom Antriebselement 20 in Löserichtung betätigt
und nach Überwindung der Haftreibung wird und ein Übergang
in die Gleitreibung relativ zum Übertragungselement 21 erfolgt. Beim
elektromotorischen Antrieb ist die Reibung zwischen der innenliegenden
zweiten Schlingfeder 23 und dem Übertragungselement 21 vergleichsweise gering,
während die Reibung zwischen der außenliegenden
ersten Schlingfeder 22 und dem feststehenden Gehäuseteil 24 vergleichsweise
groß ist. Demzufolge stützt sich das Übertragungselement 21 bei der Übertragung
des elektromotorisch erzeugten Drehmomentes vom Antriebselement 20 über
die innenliegende Schlingfeder 23 an das Abtriebselement 25 an
der außenliegenden Schlingfeder 22 und über diese
am feststehenden Gehäuseteil 24 ab.
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Auf
Grund dieser definierten Reibungsverhältnisse innerhalb
der Kupplungsvorrichtung 13 sind die Reibungsverluste beim
Automatikbetrieb des Antriebssystems 1 mit elektromotorischem
Antrieb des Verschließteils 2 besonders gering
und können beispielsweise weniger als 0,1 Nm betragen.
Demzufolge kann die Motorleistung des Elektromotors 12 und/oder
die Federkraft der zusätzlichen Feder 17 des Antriebssystems 1 entsprechend
gering dimensioniert werden.
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Bei
abgeschaltetem Automatikbetrieb und demnach unbestromtem Elektromotor 11 wird
in Folge der definierten Reibungsverhältnisse innerhalb der
Kupplungsvorrichtung 13 und der im Zusammenwirkung mit
der Feder 17 vom Antriebssystem 1 erzeugten Kraft
(Moment) das Verschließteil 2 in praktisch jeder
beliebigen Position entlang dessen Verstellweges zwischen der Offenposition
und der Schließposition gehalten. Die Haltekraft ist dabei nicht
nur genügend groß, um die in Folge der Gewichtskraft
des Verschließteils 2 erzeugte Rückstellkraft über
den gesamten Winkelbereich des Öffnungswinkels des Verschließteils 2 zu
kompensieren. Vielmehr ist diese Haltekraft darüber hinaus
ausreichend, um auch bei besonders großen Gewichtskräften
des Verschließteils 2 von beispielsweise 60 kg
bis 80 kg dieses in jeder Position entlang des Verstellweges auch
bei geneigtem Kraftfahrzeug an einer Steigung oder einem Gefälle
bis zu einem Steigungswinkel von 30° bis 40° zuverlässig
zu halten. Dennoch ist sichergestellt, dass in all diesen Betriebssituationen
und -positionen des Verschließteils 2 dieses manuell
in die Schließ- oder Öffnungsposition bestätigt
werden kann, ohne dass eine als unerwünscht oder unangenehm
angesehene manuelle Kraft aufzuwenden ist.
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Zur
Realisierung dieser Funktionalität sind wiederum die definierten
Reibungsverhältnisse des Kupplungssystems 13 und
des Abtriebssystems 1 maßgeblich. So wird bei
ausgeschaltetem Elektromotor 11 ein abtriebsseitig wirksames
Drehmoment vom Abtriebselement 25 über die dann
in Blockierrichtung gegen das Übertragungselement verspannte
zweite Schlingfeder 23 vom Übertragungselement 21 auf
die äußere erste Schlingfeder 22 übertragen. Die
Haftreibung zwischen dieser äußeren Schlingfeder 22 und
dem feststehenden Gehäuseteil 24 ist dabei derart
eingestellt bzw. bemessen, dass die Rückstellkraft des
Verschließteils 2 sowohl positionsunabhängig
als auch unabhängig von der Lage des Kraftfahrzeuges über
die äußere Schlingfeder 22 in das feststehende
Gehäuse 24 eingeleitet wird, ohne den Reibschluss
zwischen der Schlingfeder 22 und dem feststehenden Gehäuseteil 24 zu
lösen. Sobald dieser im Wesentlichen gewichtskraftbedingten
Rückstellkraft des Verschließteils 2 eine
manuelle Betätigungskraft hinzutritt, wird die äußere
Schlingfeder 22 mittels des Übertragungselementes 21 drehrichtungsunabhängig
in Löserichtung betätigt und somit der Reibschluss
bzw. die Blockierung gelöst. Nach Überwindung
der Haftreibung bei manueller Betätigung des Verschließteils 2 erfolgt
ein Übergang in die vergleichsweise geringe Gleitreibung.
Somit können sich die miteinander gekoppelten Elemente,
d. h. das Antriebselement 25, die innerer Schlingfeder 23,
das Antriebselement 20, das Übertragungselement 21 und
die äußere Schlingfeder 22 gegenüber
dem feststehenden Gehäuse 24 unter Aufrechterhaltung
der definierten Gleitreibung in die jeweilige Drehrichtung bewegen
und somit gegenüber dem Gehäuseteil 24 quasi
durchrutschen. Das Ant riebselement 20 ist dabei mit dem
Abtriebselement 25 gekoppelt und gegenüber dem
feststehenden Gehäuseteil 24 relativ beweglich,
d. h. von diesem praktisch entkoppelt.
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Zur
Veranschaulichung der Kräfteverhältnisse zeigt 5 in
einem Kraft-/Winkel-Diagramm eine Anzahl von Kraft- oder Momentverläufen
Fn (mit n = 1 bis 8) in Abhängigkeit
vom Öffnungswinkel α des Verschließteils 2.
Dabei stellen die mit F1 und F2 bezeichneten
Kraftverläufe die Gesamtfederkraft des Antriebssystems 1 zuzüglich
bzw. abzüglich der schlingfeder- und somit kupplungsbedingten
Systemreibung dar. Der mit F3 bezeichnete
Kraftverlauf stellt die Motorkraft inklusive der Federkraft in einer
Drehrichtung dar, während der mit F4 bezeichnete
Motorkraftverlauf die entgegengesetzte Drehrichtung zeigt. Der im Wesentlichen
zentrale Kraftverlauf F5 veranschaulicht
die Gesamtfederkraft ohne Reibung. Der Funktionsverlauf F6 repräsentiert das Gewicht bzw.
die Gewichtskraft des Verschließteils 2, während
die Kräfteverläufe F7 und
F8 das Verschließteilgewicht bei
einem an einem Gefälle bzw. an einer Steigung befindlichen
Kraftfahrzeug 1 veranschaulichen.
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Ersichtlich
ist, dass die beiden Verläufe F1 und
F2 über den gesamten Bereich des Öffnungswinkels α alle übrigen
Kräfteverläufe F3 bis
F8 praktisch vollständig einschließen.
Dies bedeutet, dass insbesondere die federkraftunterstützte
Motorkraft F5 des Elektromotors 11 bei
einer elektromotorischen Verstellung des Verschließteils 2 in
die Offenstellung praktisch entlang des gesamten Bereiches des Öffnungswinkels α den
durch die Federkraft inklusive der systembedingten Reibung erzeugten
Kraftverlauf F2 verlässig überschreitet.
Bei einer elektromotorischen Betätigung des Verschließteils 2 in
die Schließposition unterschreitet der die Federkraft abzüglich
der systembedingt, vorteilhafterweise besonders geringen Verlustreibung
repräsentierende Kraftverlauf F1 über
zumindest annähernd den gesamten Öffnungswinkelbereich
zuverlässig den Motorkraftverlauf F4.
Dies erfolgt darüber hinaus bei einer angepassten und dabei
wünschenswerterweise besonders geringen Motorleistung.
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In
den in 5 veranschaulichten Kräfteverhältnissen
spiegelt sich die besonders vorteilhafte definierte Reibung des
Systems, insbesondere die Reibungsverhältnisse der Kupplungsvorrichtung 13, wieder.
So sind einerseits bei elektromotorischem Antrieb des Verschließteils 2 die
Reibungsverluste innerhalb der Kopplung zwischen dem Antriebselement 20 und
dem Abtriebselement 25 auf Grund der geringen Gleitreibung
der inneren zweiten Schlingfeder 23 und dem Übertragungselement 21 besonders gering.
Andererseits ist die Reibung innerhalb der Kopplung zwischen Abtriebselement 25,
Schlingfeder 23 und Übertragungselement 21 bei
ausgeschaltetem Elektromotor 12 vergleichsweise groß und
insbesondere größer als die Reibung (Haftreibung)
des Reibschlusses zwischen der äußeren Schlingfeder 22 und
dem feststehenden Gehäuseteil 24. Dennoch ist
die Reibung zwischen der äußeren Schlingfeder 22 und
dem feststehenden Gehäuse 24 derart ausgelegt,
dass der entsprechende Kräfteverlauf F2 entlang
des gesamten Bereiches des Öffnungswins α des
Verschließteils 2 nur geringfügig oberhalb
des Funktionsverlaufs der Motorkraft F3 liegt,
der die Kräfteverhältnisse bei einer elektromotorischen
Betätigung des Verschließteils 2 in eine
Offenposition entlang des Verstellweges repräsentiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202005007155
U1 [0003, 0033]
- - DE 202005003466 U1 [0003, 0033]
- - WO 2007/014686 A1 [0004]
- - EP 2006/007391 [0004]