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Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung mit einem Innenelement, einem Aussenelement, das mit dem Innenelement einen Ringspalt bildet, sowie mit an der Außenfläche des Innenelements oder der Innenfläche des Außenelements gebildeten Klemmkonturen, paarweise in dem Ringspalt angeordneten Klemmkörpern, elastischen Mitteln, die die Klemmkörper jedes Paares auseinander drücken und sie dadurch in eine an den Klemmkonturen anliegende Position vorspannen, und einem in Bezug auf die Innen- und Außenelemente axial verschiebbaren Löseelement, das mit Keilkörpern in die Zwischenräume zwischen den Paaren der Klemmkörper in dem Ringspalt eingreift.
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Aus
EP 0 662 403 B1 ist eine Kupplungseinrichtung dieser Art bekannt, die insbesondere für Sitzversteller in Kraftfahrzeugen vorgesehen ist und es erlaubt, beispielsweise eine Rückenlehne des Sitzes wahlweise aktiv oder passiv zu verstellen. Das Innenelement ist mit einem Schwenkantrieb für die Rückenlehne verbunden, während das Aussenelement in Bezug auf das Sitzgestell festgelegt ist. Das Löseelement ist mit einem Handrad verbunden. Wenn sich das Handrad und das Löseelement in einer von den Innen- und Außenelementen abgerückten Position befinden, bewirken die Klemmkörper eine Hemmung zwischen Innen- und Außenelement, so dass die Rückenlehne in der jeweils eingestellten Position gehalten wird. Wenn nun das Handrad in der einen oder anderen Richtung gedreht wird, so wird in dieser Richtung die Hemmung aufgehoben, so dass die Rückenlehne aktiv, durch Drehen des Handrades, in ihrer Neigung verstellt werden kann. Wenn dagegen das Handrad axial gegen die Innen- und Außenelemente angedrückt wird, so bewirken die Keilkörper, dass die Hemmung in beiden Richtungen aufgehoben wird, so dass sich die Rückenlehne frei verstellen lässt. Üblicherweise ist die Rückenlehne elastisch in eine nach vorn geneigte Position vorgespannt, so dass der Benutzer die Neigung der Rückenlehne verstellen kann, indem er mit dem Körper mehr oder weniger stark gegen die Rückenlehne drückt. Dieser Verstellmodus wird als passiver Verstellmodus bezeichnet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte und bedienungsfreundliche Kupplungseinrichtung zu schaffen, die insbesondere als passiver Sitzversteller geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Löseelement in Bezug auf dasjenige der Innen- und Außenelemente, an dem die Klemmkonturen gebildet sind, permanent drehfest gehalten ist und dass ein relativ zu dem Löseelement drehbares Betätigungselement zur axialen Verstellung des Löseelements über Rampenflächen mit dem Löseelement zusammenwirkt.
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Wenn der Benutzer die Kupplung lösen möchte, beispielsweise um die Rückenlehne passiv zu verstellen, so verdreht er, beispielsweise mit Hilfe eines Handhebels, das Betätigungselement relativ zu dem Löseelement. Dabei bewirken die Rampenflächen, dass das Löseelement axial gegen die Innen- und Außenelemente angedrückt wird und somit die Keilkörper tiefer in die Zwischenräume zwischen den Paaren der Klemmkörper eindringen und diese in der Position halten, in der die Hemmung aufgehoben ist und folglich die Rückenlehne frei verstellt werden kann. Da mit Hilfe der Rampenflächen die Schwenkbewegung des Handhebels in eine axiale Bewegung des Löseelements umgesetzt werden kann, wird eine bequeme und ergonomische Betätigung der Kupplungseinrichtung ermöglicht. Wenn der Benutzer den Handhebel wieder in die ursprüngliche Position zurückschwenkt oder mit Hilfe einer Rückstellfeder in die ursprüngliche Position zurückkehren lässt, werden die Klemmkörper durch die elastischen Mittel in ihre klemmende Position gedrückt, so dass eine Hemmung zwischen Innenelement und Außenelement herbeigeführt wird und somit das zu verstellende Bauteil, beispielsweise die Rückenlehne, in der eingestellten Position fixiert wird. Da das Löseelement permanent, also auch dann, wenn durch die Klemmkörper keine Hemmung bewirkt wird, drehfest in Bezug auf dasjenige der Innen- und Außenelemente gehalten ist, an dem die Klemmkonturen gebildet sind, bleibt die Winkelstellung der Keilkörper relativ zu den Klemmkonturen auch bei einer relativen Verdrehung von Innen- und Außenelement unverändert, so dass in jedem Zustand eine einwandfreie Funktion der Kupplungseinrichtung gewährleistet ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist axial angrenzend an die Innen- und Außenelemente ein drehfest an dem Löseelement gehaltener Keilring vorgesehen, der mit elastisch auslenkbaren Ausgleichskeilen in die Zwischenräume zwischen den Keilkörpern und den Klemmkörpern eingreift. Die Keilkörper wirken dann jeweils über einen der Ausgleichskeile mittelbar auf die Klemmkörper, und die Neigung der Keilflächen an den Keilkörpern wird durch die dazu komplementäre Neigung der Ausgleichskeile zumindest teilweise wieder ausgeglichen. Dadurch wird auch bei verhältnismäßig steilen Keilflächen eine gleichmäßige Kraftübertragung auf die Klemmkörper erreicht. Die Verwendung von Keilkörpern mit steilen Keilflächen hat den Vorteil, dass bereits ein geringer axialer Hub des Löseelements genügt, die Klemmkörper aus ihrer Klemmposition herauszudrücken. Die Kupplungseinrichtung kann daher in axialer Richtung sehr kompakt gestaltet sein.
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Vorzugsweise ist das Abtriebselement der Kupplung, also das Element, das mit dem zu verstellenden Teil verbunden ist, eine Welle, die starr mit dem Innenelement verbunden ist. Das Außenelement kann dann beispielsweise durch Niete, Stifte oder dergleichen in einem Gehäuse gehalten sein, das auch das Löseelement und das Betätigungselement aufnimmt. Die als Abtriebselement dienende Welle kann stabil in dem Gehäuse gelagert werden und zugleich die Drehachse für das Betätigungselement bilden.
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Eine kostengünstige Herstellung des Innenelements und des Außenelements wird dadurch ermöglicht, dass diese Elemente aus übereinander gestapelten Lamellen gebildet werden, die sich problemlos in der gewünschten Form ausstanzen lassen. Auf diese Weise können insbesondere die Klemmkonturen sowie Konturen, die das Innenelement drehfest mit der Weile verbinden, kostengünstig hergestellt werden. Die Nieten, die das Außenelement im Gehäuse fixieren, dienen zugleich dazu, die einzelnen Lamellen dieses Außenelements zusammenzuhalten und können zudem als axiale Führung für das Löseelement dienen.
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Zwischen dem Innenelement oder dem Keilring einerseits und dem Löseelement anderseits kann ein ringformiges Federelement, beispielsweise eine Wellenfeder eingefügt sein, die das Löseelement axial gegen die Rampenflächen des Betätigungselements vorspannt. In das Betätigungselement kann eine im wesentlichen ringfömige Rückstellfeder integriert sein, die zwischen dem Betätigungselement und dem Gehäuse wirkt und eine selbsttätige Rückstellung des Betätigungselements in seine Neutralposition bewirkt, die dem gehemmten Zustand der Kupplung entspricht.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung;
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2 einen axialen Schnitt durch die Kupplungseinrichtung nach 1;
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3 ein Löseelement der Kupplungseinrichtung in einer Ansicht schräg von oben;
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4 das Löseelement nach 3 in einer Ansicht schräg von unten;
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5 einen Grundriss eines Keilringes in der Kupplungseinrichtung nach 1;
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6 den Keilring nach 5 in einer Ansicht schräg von unten;
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7 einen axialen Schnitt durch die Kupplungseinrichtung, analog zu 2, jedoch für einen anderen Zustand der Kupplung;
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8 einen Schnitt durch ein Innenelement und ein Außenelement der Kupplungseinrichtung nach 8 in gehemmtem Zustand;
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9 eine Schnittdarstellung analog zu 8, zur Illustration eines Mechanismus zum Aufheben der Hemmung; und
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10 einen Grundriss eines Betätigungselements.
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Die in 1 gezeigte Kupplungseinrichtung weist ein Gehäuse 10 auf, das durch eine Grundplatte 12 und einem becherförmigen Deckel 14 gebildet wird. An Befestigungsstellen 16 werden der Deckel 14 und die Grundplatte 12 mit Hilfe nicht gezeigter Nieten oder dergleichen zusammengehalten. In der oberen Stirnseite des Deckels 14 sind drei kreisbogenförmig in Umfangsrichtung verlaufende Langlöcher 18 ausgebildet, die jeweils von einem Schraubdom 20 durchgriffen werden. Die Schraubdome 20 sind Teil eines drehbar im Inneren des Gehäuses 10 angeordneten Betätigungselements 22 und ermöglichen es, dieses Betätigungselement mit einem außerhalb des Gehäuses 10 angeordneten Handhebel 24 zu verbinden, der in 1 nur strichpunktiert angedeutet ist.
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Wie deutlicher in 2 zu erkennen ist, wird das Gehäuse 10 von einer Welle 26 durchsetzt, die mit ihrem oberen Ende im Deckel und mit einem mittleren Teil in der Grundplatte 12 gelagert ist und außerhalb des Gehäuses 10 ein Ritzel 28 bildet. Das Betätigungselement 22 ist drehbar auf der Welle 26 gelagert. Der in 2 unmittelbar oberhalb der Grundplatte 12 liegende Teil der Welle 26 trägt ein Innenelement 30, das drehfest mit der Welle 26 verkeilt ist und durch mehrere übereinander gestapelte Lamellen 32 gebildet wird. Das Innenelement 30 ist von einem ringförmigen Außenelement 34 umgeben, das gleichfalls aus Lamellen 36 aufgebaut ist und mit dem Innenelement 30 einen Ringspalt 38 bildet. Die Lamellen 36 des Außenelements haben Fortsätze, die an den Befestigungsstellen 16 durch die Wand des Deckels 14 greifen, und es erlauben, die Lamellen mit denselben Nieten zu fixieren, die auch den Deckel und die Grundplatte 12 zusammenhalten.
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In dem Ringspalt 38 sind an mehreren auf dem Umfang verteilten Stellen Klemmkörper 40 (Rollen) angeordnet. Die durch die Kanten der Lamellen 32 gebildete äußere Umfangsfläche des Innenelements 30 bildet eine kreisförmige Laufbahn für diese Klemmkörper. Die durch die Kanten der Lamellen 36 gebildete innere Umfangsfläche des Aussenelements 43 bildet eine weitere Laufbahn für die Klemmkörper 40. Diese Laufbahn ist jedoch nicht exakt kreisförmig, sondern bildet Klemmkonturen 42 (8). Zwischen den Klemmkörpern jedes Paares sind gummielastische Federelemente 44 eingefügt, die die beiden Klemmkörper elastisch auseinanderdrücken und damit gegen die Klemmkonturen vorspannen.
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Auf der Oberseite (in 2) des Innenelements 30 und des Außenelements 34 ist ein scheibenförmiger Keilring 46 angeordnet, dessen Aufbau und Funktion später näher erläutert werden wird. Zwischen dem Keilring 46 und dem Betätigungselement 22 ist ein scheibenförmiges Löseelement 48 angeordnet, das in axialer Richtung, also in vertikaler Richtung in 2, beweglich ist und mit Keilkörpern 50 in den Ringspalt 38 eingreift. Die Keilkörper sind jeweils in den Zwischenräumen in den Paaren der Klemmkörper 40 angeordnet.
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Die Grundplatte 12, die Lamellen 36 des Außenelements 34 und der Keilring 46 werden zusätzlich durch Nieten 52 zusammengehalten, die nach oben verlängert sind und damit zugleich Führungsbolzen für das axial bewegliche Löseelement 48 bilden.
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Auf der Oberseite des Löseelements 48 sind mehrere Nocken ausgebildet, die in Umfangsrichtung abwechselnd ansteigende und abfallende Rampenflächen 54 bilden. Das Betätigungselement 22 weist an seiner Unterseite mehrere Nocken 56 auf, die zu den Rampenflächen 54 komplementäre Rampenflächen 58 bilden.
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Zwischen dem Keilring 46 und dem Löseelement 48 sind ein oder mehrere ringförmige Wellenfedern 60 eingefügt, die das Löseelement 48 nach oben vorspannen, so dass die Rampenflächen 54, 58 miteinander in Berührung gehalten werden.
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In 3 ist die Anordnung der Rampenflächen 54 auf der Oberseite des Löseelements 48 zu erkennen. 4 zeigt die Form und Anordnung der Keilkörper 50 an der Unterseite des Löseelements.
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Der Keilring 46 ist in 5 im Grundriss dargestellt (Blick von oben in 2). Der Keilring 46 hat insgesamt die Form einer flachen Scheibe, in der durch Aussparungen 62 mehrere Paare von federnden Armen 64 begrenzt werden. Jeder Arm 64 trägt am freien Ende einen Ausgleichskeil 66, der nach unten in den Ringspalt 38 vorspringt, in 5 also in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene vom Betrachter weg. Die Ausgleichskeile 66 jedes Paares liegen einander gegenüber und bilden Keilflächen, die nach unten zusammenlaufen, wie deutlicher in 6 zu erkennen ist. Die Positionen der Paare der Ausgleichskeile 66 entsprechen den Positionen der Keilkörper 50 des Löseelements 48 (4) und liegen in dem Ringspalt 38 jeweils in den Zwischenräumen zwischen den Paaren der Klemmkörper 40. Die voneinander abgewandten Außenflächen der Keilkörper 66 jedes Paares verlaufen im wesentlichen axial und sind leicht konkav geformt, so dass sie sich satt an die Umfangsflächen der rollenförmigen Klemmkörper 40 anlegen können.
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In dem in 2 gezeigten Zustand der Kupplungseinrichtung befindet sich das Löseelement 48 in seiner höchsten Position, so dass die Keilkörper 50 von den Keilflächen der Ausgleichskeile 66 abgerückt sind. Die Rampenflächen 54 des Löseelements 48 sind in der Form eines flachen V gegeneinander angestellt und liegen an den komplementären, ebenfalls V-förmig angestellten Rampenflächen 58 der Nocken 56 (2) an. Die Scheitel der nach unten vorspringenden Nocken 56 liegen somit jeweils an der tiefsten Stelle des durch die Rampenflächen 54 gebildeten V.
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Wenn nun das Betätigungselement 22 mit Hilfe des Handhebels 24 in der einen oder anderen Richtung gedreht wird, so laufen die Rampenflächen 58 des Betätigungselements auf die Rampenflächen 54 des Löseelements 48 auf und drücken dieses entgegen der Kraft der Wellenfedern 60 gleichmäßig nach unten, wie in 7 gezeigt ist. Die Keilkörper 50 dringen dabei tiefer in den Ringspalt 38 ein und drücken dabei die Ausgleichskeile 66 auseinander.
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8 zeigt einen Schnitt in Höhe des Ringspaltes 38 und lässt die Positionen der Klemmkörper 40 und der Federelemente 44 erkennen. Außerdem sind die Positionen der Ausgleichskeile 66 eines einzelnen Paares in dem Zustand gemäß 2 gezeigt. In diesem Zustand sind die Ausgleichskeile 66 von den zugehörigen Klemmkörpern 40 abgerückt. Entsprechende Ausgleichskeile sind selbstverständlich auch in den Zwischenräumen zwischen den übrigen Paaren der Klemmkörper 40 vorhanden, sind jedoch der Einfachheit halber nicht dargestellt.
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In dem Zustand gemäß 8 werden die Klemmkörper 40 durch die Federelemente 44 auseinandergedrückt, so dass sie klemmend an den Klemmkonturen 42 anliegen. Die Klemmkörper 40 werden jeweils in die Richtung gedrückt, in der sich die Breite des Ringspaltes 38 verengt. Würde man nun versuchen, das Ritzel 28 und damit das Innenelement 30 in der einen oder anderen Richtung zu drehen, so würden die Klemmkörper 40 an der Umfangsfläche des Innenelements 30 abrollen und sich folglich in Umfangsrichtung in dem Klemmspalt bewegen. Dabei müsse sich jedoch ein Klemmkörper jedes Paares in der Richtung bewegen, in der sich der Ringspalt weiter verengt, so dass die Klemmung noch verstärkt würde. Dadurch wird das Innenelement 30 an einer Drehung gehindert. In diesem Zustand ist folglich die Kupplung gehemmt, und das Ritzel 28 lässt sich nicht relativ zu dem Gehäuse 10 verdrehen.
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9 zeigt die Situation, die dem Zustand gemäß 7 entspricht. Die Keilkörper 50 (von denen wieder nur einer gezeigt ist) sind tiefer in die Zwischenräume zwischen den Ausgleichskeilen 66 eingefahren und drücken diese entgegen der Kraft der Federelemente 44 auseinander, also jeweils in die Richtung, in der sich der Ringspalt erweitert. Dadurch wird die Hemmung aufgehoben, so dass sich das Innenelement 30 mit dem Ritzel 28 jetzt frei drehen lässt.
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Wenn sich die Kupplung in dem 2 gezeigten Zustand befindet, kann somit durch leichtes Verschwenken des Handhebels 24 das Löseelement 48 abgesenkt und damit der Zustand gemäß 9 hergestellt werden. Auf diese Weise lässt sich die Kupplung auf einfache Weise aus dem gehemmten Zustand freischalten. Wenn der Handhebel 24 wieder in die Ausgangsposition gemäß 1 und 2 zurückgestellt wird, so wird die Kupplung wieder gehemmt, da die Wellenfedern 60 das Löseelement 48 wieder nach oben drücken und somit die Keilkörper 50 die Ausgleichskeile 66 wieder frei geben (8).
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Zweckmäßigerweise wird die Rückkehrbewegung des Handhebels 24 in seine Ausgangsstellung durch eine Rückstellfeder unterstützt.
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10 zeigt eine Ansicht des Betätigungselements 22 (von unten in 2) für eine Kupplungseinrichtung gemäß einem leicht modifizierten Ausführungsbeispiel. Die Nocken an der Unterseite des Betätigungselements 22 sind bei diesem Ausführungsbeispiel nicht dachförmig gestaltet, sondern keilförmig, wobei ihre Dicke in Uhrzeigerrichtung in 10 zunimmt. Die Rampenflächen 58 haben folglich nur ein Gefälle in einer Richtung. Die Rampenflächen 54 des Löseelements 48 sind komplementär dazu gestaltet. Um die Kupplung zu lösen, muss bei diesem Ausführungsbeispiel das Betätigungselement 22 in einer bestimmten Richtung gedreht werden, nämlich in Gegenuhrzeigerrichtung in 10.
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Die in 10 gezeigte Situation entspricht dem gehemmten Zustand der Kupplung. Am Gehäuse 10 ist ein radial nach innen vorspringender Ansatz 68 ausgebildet, der in eine Ausnehmung 70 am Umfangsrand des Betätigungselements 22 eingreift. Diese Ausnehmung 70 begrenzt den Drehbereich des Betätigungselements 22 und damit den Schwenkbereich des Handhebels 24. Eine Rückstellfeder 72 wird durch eine Blattfeder gebildet, die die Form eines Dreiviertelkreises mit radial nach außen vorspringenden Schenkeln an beiden Enden hat. An das Betätigungselement 22 sind Rippen 74 angeformt, die die Rückstellfeder 72 in einer auf die Welle 26 zentrierten Position halten. Einer der Schenkel der Rückstellfeder 72 liegt an dem Ansatz 68 an, während der andere Schenkel an einem am Betätigungselement 22 gebildeten Anschlag 76 anliegt.
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Wenn nun das Betätigungselement 22 mit Hilfe des Handhebels 24 in Gegenuhrzeigerrichtung in 10 gedreht wird, so nimmt der Anschlag 76 den betreffenden Schenkel der Rückstellfeder 72 mit, während der andere Schenkel am Ansatz 68 blockiert wird. Auf diese Weise wird die Rückstellfeder gespannt. Wenn der Handhebel 24 losgelassen wird, drängt die Rückstellfeder 72 das Betätigungselement wieder in die in 10 gezeigte Position zurück.
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Die hier gezeigte Kupplungseinrichtung kann beispielsweise zur Höhenverstellung eines Kraftfahrzeugsitzes verwendet werden. Das Gehäuse 10 ist dann an der Fahrzeugkarosserie festgelegt. Dazu sind in der Grundplatte 12 Befestigungslöcher 78 vorgesehen (1). Das Ritzel 28 ist über ein nicht gezeigtes Getriebe mit dem Sitz verbunden, so dass eine Höhenverstellung des Sitzes in eine Drehung des Ritzels 28 umgesetzt wird. Wenn der Benutzer die Sitzhöhe verstellen möchte während er auf dem Sitz sitzt, braucht er nur den Handhebel 24 zu erfassen und leicht zu verschwenken (vorzugsweise nach unten), so dass die Kupplung gelöst wird. Der Sitz, der beispielsweise durch eine Feder in seine höchste Position vorgespannt ist, lässt sich dann einfach durch Ändern der Gewichtsbelastung verstellen. Anschließend lässt der Benutzer den Handhebel 24 wieder los, so dass die Kupplung gehemmt wird und damit der Sitz sicher in der eingestellten Position arretiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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