DE4120617C2 - Sperrkupplung mit einem abtriebsseitigen und einem antriebsseitigen Kupplungsabschnitt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sperrkupplung mit einem abtriebsseitigen und einem antriebsseitigen Kupplungsab­ schnitt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Drehantrieben ist es häufig erwünscht, bei antriebssei­ tiger Momentenbelastung eine gute Gängigkeit zu gewährlei­ sten, aber bei abtriebsseitiger Momentenbelastung eine Drehbewegung zumindest in einer Richtung zu verhindern. In diesen Fällen werden Schlingfeder-Reibgesperre oder Klemm­ körper-Gesperre eingesetzt.

Aus der DE-AS 16 25 720 ist ein in beiden Drehrichtungen wirksames Rücklaufgesperre mit einem Gehäuse mit zylindri­ scher Bremsfläche bekannt, in dem zwei gleich ausgebildete Bremsbacken symmetrisch zur Symmetrieachse des Gehäuses angeordnet sind. An den Bremsbacken vorgesehene Abflachun­ gen stehen in Eingriff mit Antriebsstiften, die außermittig in einem Antriebsteil angeordnet sind. An den Begrenzungs­ flächen der Bremsbacken sind Ausnehmungen vorgesehen, in die zwei Abtriebsstifte eingreifen, die mit einem Abtriebs­ teil verbunden sind.

Die federelastisch gegeneinander abgestützten Bremsbacken kommen mit ihren Reibflächen in kraftschlüssige Berührung mit der zylindrischen Bremsfläche des Gehäuses, wenn ab­ triebsseitig ein Drehmoment auf die Abtriebsstifte ausgeübt wird, da dieses Drehmoment zu einem Auseinanderspreizen der Bremsbacken führt, bevor die Drehbewegung übertragen werden kann. Demgegenüber führt die Ausübung eines Drehmoments auf die Antriebsstifte und damit auf die äußeren Abflachungen der Bremsbacken zu einem Zusammendrücken der Bremsbacken, so daß die Reibflächen der Bremsbacken von der zylindri­ schen Bremsfläche abgehoben werden und somit eine Drehbewe­ gung zulassen.

Aufgrund der symmetrischen Anordnung der Bremsbacken, An­ triebsstifte des Antriebteils und Abtriebsstifte des Ab­ triebteils wird eine abtriebsseitige Sperrwirkung in beide Drehrichtungen erzielt, während bei antriebsseitiger Drehmo­ mentenbelastung keine Bevorzugung einer Drehrichtung auf­ tritt. Bei Ausübung eines antriebsseitigen Drehmoments bei gleichzeitigem Abtriebsmoment werden die Kräfte auch über die Bremsbacken auf die Abtriebsstifte und damit auf das Abtriebsteil übertragen.

Bei dem bekannten Rücklaufgesperre kann die Sperrwirkung aber aufgehoben werden, wenn das Abtriebsmoment noch nicht überwunden ist. Herrscht Gleichgewicht zwischen dem An­ triebsmoment und dem Abtriebsmoment, so muß zur Drehung des Rücklaufgesperres in der zugelassenen Drehrichtung das An­ triebsmoment vergrößert werden, was wiederum erhöhte Rei­ bungsverluste zur Folge hat. Damit ist die Funktionssicher­ heit des bekannten Rücklaufgesperres nicht bei allen an­ triebsseitigen und abtriebsseitigen Momentenverhältnissen gewährleistet.

Aus der DE-PS 33 42 497 ist ein Schlingfeder-Reibgesperre bekannt, das zwei konzentrisch angeordnete Spiralfedern aufweist, deren äußere sich an der Innenwand eines zylindri­ schen Gehäuses abstützt, während die innere Spiralfeder eine innere Gehäusewand umschlingt. Die umgebogenen Enden der Spiralfedern stehen mit Mitnehmern des An- und Abtrie­ bes derart in Eingriff, daß bei einer antriebsseitigen Drehbewegung der Anlagedruck zwischen Federn und Gehäuse­ wand und damit die Reibung herabgesetzt werden. Bei ab­ triebsseitiger Momentenbelastung wird der Anlagedruck verstärkt und die Reibung erhöht.

Schlingfedern weisen den Nachteil auf, daß große Reibungs­ verluste verursacht werden, die vom Antrieb kompensiert werden müssen. Der Einsatz von Schlingfedern bei elektri­ schen Fensterhebern kann stärkere Motoren erforderlich machen. Für den manuellen Betrieb stellt der erhöhte Kraf­ taufwand immer einen Komfortverlust dar.

Darüber hinaus ist die systembedingte, federnde Wirkungswei­ se der Schlingfedern von Nachteil. Bei Fensterhebern verur­ sachen diese Schlingfedern ein leichtes Absenken der Schei­ be. Die Endlage des Fensters kann durch Schlingfedern nicht gehalten werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Sperrwirkung von Schlingfedern nur von deren Dimensio­ nierung und dem Reibwert der Materialien bestimmt werden. Äußere Einflüsse, wie Schmutz, Fette, Eis und andere können die Sperrwirkung auf einen Bruchteil des Ausgangswertes herabsetzen. Bei Fensterhebern können sich die Scheiben durch Vibrationen oder durch gewaltsames Herunterdrücken absenken. Dies bedeutet aber den Funktionsausfall der Sperre und somit des Fensterhebers.

Aus der DE-OS 37 34 363 ist eine Klemmkörpersperre bekannt, bei der es sich um ein aktiv wirkendes Sperrsystem handelt, das aus einem inneren und einem äußeren Käfig besteht, zwi­ schen denen vorgespannte Klemmkörper, wie Walzen oder Kugeln gelagert sind. Beim Verdrehen der Käfige in die Sper­ richtung kommt es zum Verklemmen der Klemmkörper, zwischen den spitzwinklig zueinander verlaufenden Oberflächen der Kä­ fige.

Die Linien- bzw. Punktberührungen der Klemmkörper führen zu sehr hohen flächenspezifischen Belastungen, die große Anforderungen an das Material und die Oberflächenbearbei­ tung stellen. Bei derartigen Sperren wird deshalb eine große Anzahl Klemmkörper verwendet, die verdoppelt werden muß, wenn eine Klemmwirkung in beiden Drehrichtungen erfor­ derlich ist. Darüber hinaus muß der Klemmwinkel sehr genau auf den Reibwert abgestimmt werden und dies stellt hohe Anforderungen an die Präzision der Einzelteile. Es müssen gehärtete und geschliffene Buchsen und Klemmkörper verwen­ det werden. Diese Aufwendungen erhöhen ganz erheblich die Kosten. Dennoch sind beispielsweise alterungsbedingte Änderungen des Reibwertes nicht auszuschließen, was zum Ausfall des Systems führen kann.

Ein systembedingter Nachteil von Klemmkörpersperren besteht darin, daß beim Lösen der Sperre in Momentenrichtung ein "Losreißeffekt" auftreten kann, der mit einem plötzlichen Kraftanstieg und mit Geräuschen verbunden ist. Diese Nach­ teile sind insbesondere bei den Sperren unerwünscht, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sperrkupp­ lung zu schaffen, die bei einem Abtriebsdrehmoment, das größer oder gleich dem Antriebsdrehmoment ist, sicher sperrt und bei einem Antriebsdrehmoment, das größer als das Abtriebsdrehmoment ist, unverzüglich freigegeben wird, d. h. ohne Reibungsverluste die Drehbewegung überträgt und unab­ hängig von Bemessungstoleranzen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die technische Lehre des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung stellt sicher, daß nur bei einem Antriebsmoment, das größer als das Abtriebsmoment ist, eine unverzügliche Übertragung der Drehbewegung ohne jegliche zusätzliche Reibungsverluste erfolgt. Da das Antriebsmoment direkt auf den Abtrieb wirkt bei einem entgegen dem Abtriebsmoment wirkenden Antriebsmoment, und das Antriebsmoment keinen Einfluß auf die Sperrwirkung hat, wird die Sperrwirkung erst dann aufgehoben, wenn das Ab­ triebsmoment vollständig überwunden ist. Die Funktionstüch­ tigkeit bleibt bei allen Momentenzuständen unabhängig von Toleranzen der Bemessung der Sperrkupplung stets erhalten und das Schleifmoment der Bremsbacken wird nicht durch An­ triebseinflüsse verändert, sondern hängt nur und ausschließ­ lich von der relativ geringen Vorspannkraft der verwendeten Federelemente ab.

Wird unter bestimmten Betriebsbedingungen abtriebsseitig ein größeres Drehmoment als antriebsseitig aufgebracht, so kann wahlweise eine Sperrung in beiden Drehrichtungen oder einer Sperrung in der einen oder anderen Drehrichtung erfolgen, während die Drehung in der entsprechenden Gegen­ richtung freigegeben ist.

Insbesondere bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung in mechanischen oder elektrischen Fensterhebern und Sitzver­ stellungen von Kraftfahrzeugen lassen sich bei einseitig wirkender Sperre einer Drehrichtung bei abtriebsseitiger Drehmomentenbelastung das Spiel zwischen abtriebsseitigen und antriebsseitigen Kupplungsabschnitt stark verringern, so daß nur noch sehr kleine Schwingungsamplituden der Massen möglich sind, was wiederum die Gefahr von Funktions­ störungen erheblich herabsetzt. Beispielsweise wird das Vibrationsverhalten beim manuellen oder motorischen Herab­ lassen einer Fensterscheibe stark verringert bzw. beseitigt (in diesem Falle übt das Gewicht der Fensterscheibe eine starke abtriebsseitige Drehmomentenbelastung auf die Kupp­ lung aus und ist bestrebt, dem manuellen oder motorischen Herablassen der Fensterscheibe "vorzueilen") sowie eine deutliche Verringerung der Leerbetätigung bei manuellen Fensterhebemechanismen.

Auf diese Weise läßt sich bei manuellen Fensterhebemechanis­ men eine deutliche Vergleichmäßigung der Kraftwirkung beim Öffnen und Schließen erzielen, während bei elektrischen Fen­ sterhebemechanismen vergleichmäßigte Laufzeiten beim Öffnen und Schließen erreicht werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei antriebsseitiger Drehmomentenbelastung in der anderen Drehrichtung die Kraftübertragung über die andere Stufe des antriebsseitigen Kupplungsabschnitts und des abtriebsseitigen Kupplungsab­ schnitts unter Zwischenschaltung der Klemmelemente erfolgt.

Grundsätzlich können ein oder mehrere Klemmelemente zwi­ schen dem antriebsseitigen und dem abtriebsseitigen Kupp­ lungsabschnitt vorgesehen werden. Die Dimensionierung des an der zylindrischen Innenwand des Kupplungsgehäuses anlie­ genden Teils der Außenflächen des bzw. der Klemmelemente bestimmt in Verbindung mit den Materialeigenschaften und den Hebelverhältnissen zwischen abtriebsseitigem Kupplungs­ abschnitt und dem bzw. den Klemmelementen die ein- oder zweiseitige Sperrwirkung bei abtriebsseitiger Drehmomenten­ belastung. Durch eine entsprechende Gestaltung der geometri­ schen Verhältnisse läßt sich somit die gewünschte Sperrwir­ kung an die gegebenen Verhältnisse anpassen, ohne daß eine prinzipielle Veränderung der Einzelteile der Verbindungsvor­ richtung erforderlich ist.

Dabei gilt als Dimensionierungsregel, daß der Spreizwinkel α, der sich ausgehend von der Drehachse zwischen den Mittel­ punkten der Berührungsflächen der Klemmelemente mit der Innenwand des Kupplungsgehäuses aufspannt, kleiner als 180° und mindestens 90°, vorzugsweise 170° bis 120° beträgt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemä­ ßen Lösung greift der abtriebsseitige Kupplungsabschnitt mit Drehwinkelspiel zwischen innenliegende Spreizflanken der Klemmelemente ein und der Abstand R1 kommt in den Punkten P1, P2 zur Anlage. Die Größe dieses Drehwinkelspie­ les bestimmt den Einsatz der Sperrwirkung bei einer von der Abtriebsseite ausgehenden Drehmomentenbelastung und kann wahlweise in einer Richtung auf Null eingestellt werden.

Um die auf einer Sehne des Kupplungsgehäuse-Querschnitts­ kreises einander gegenüberliegenden Endbereiche der Klemm­ elemente elastisch gegen die Innenwand des Kupplungsgehäu­ ses vorzuspannen, sind zwischen den Endbereichen der Klemm­ elemente elastische Elemente angeordnet oder die Endberei­ che selbst federelastisch und miteinander in Verbindung stehend ausgebildet.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die antriebs­ seitigen und die abtriebsseitigen Kupplungsabschnitte im Mittenbereich federelastisch sich gegeneinander abstützend ausgebildet sein.

Um bei einer von der Abtriebsseite ausgehenden Drehmomen­ tenbelastung lediglich eine in einer Drehrichtung wirkende Sperrung zu erreichen, können nach einer weiteren vorteil­ haften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung zwischen den ersten Stufen des abtriebseitigen Kupplungsabschnitts und den Endbereichen der Klemmelemente in gleicher Drehrich­ tung wirkende elastische Elemente angeordnet werden.

Da die elastischen Elemente in großem radialen Abstand zum Drehmittelpunkt angeordnet sind, bewirken sie aufgrund ihres großen Hebelarmes eine Drehung der Klemmelemente an der Innenwand des Kupplungsgehäuses entlang bis die Klemm­ elemente mit ihren innenliegenden Spreizflanken auf der anderen Seite der Quersymmetrielinie wiederum am abtriebs­ seitigen Kupplungsabschnitt anliegen. Die Klemmelemente werden durch diese Kräfte nicht nur gegen den abtriebsseiti­ gen Kupplungsabschnitt gespannt, sondern auch gegen die In­ nenwand des Kupplungsgehäuses gedrückt. Dies hat zur Folge, daß bei einer von dem abtriebsseitigen Kupplungsabschnitt ausgehenden Drehmoment in Sperrichtung der Abtrieb sofort spielfrei sperrt, während andererseits bei Drehung des ab­ triebsseitigen Kupplungsabschnittes entgegen der Momentenbe­ lastung die Klemmelemente sofort mitgeführt werden, aber jederzeit sperrbereit sind, wenn sich die Drehmomentrich­ tung umkehrt und eine entgegengesetzt gerichtete Drehung bewirkt wird.

Die antriebsseitigen und abtriebsseitigen Kupplungsabschnit­ te weisen mehrere Eingriffsstufen auf, so daß eine unmittel­ bare, formschlüssige Verbindung zwischen antriebsseitigem Kupplungsabschnitt und abtriebsseitigem Kupplungsabschnitt oder eine Verbindung über das bzw. die Klemmelemente ge­ schaffen wird. Vorzugsweise sind zweite Stufen des antriebs­ seitigen Kupplungsabschnittes als zylindermantelförmige Klauen ausgebildet, die bei antriebsseitiger Momentenbela­ stung in Richtung des Abtriebsmoments an radiale Anschlag­ flächen der Klemmelemente anschlagen, während die ersten Stufen des abtriebseitigen Kupplungsabschnittes klauenarti­ ge Fortsätze aufweisen, die in Aussparungen des antriebsei­ tigen Kupplungsabschnittes eingreifen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Lösung sind federelastische Verspanneinrichtun­ gen zwischen den klauenartigen Fortsätzen der ersten Stufen des abtriebseitigen Kupplungsabschnittes und den ersten Stufen des antriebseitigen Kupplungsabschnittes angeordnet, die das Spiel des Antriebshebels elastisch ausschalten und das Betätigungsmoment des Antriebshebels in Richtung des Abtriebsmoments erhöhen. Wird der Antrieb entgegen dem momentan wirkenden Abtriebsdrehmoment gedreht, so bewegt sich das aus Antrieb, Abtrieb und Klemmelementen bestehende Gesamtsystem sofort ohne Spiel, da sowohl der Antrieb und der Abtrieb als auch der Abtrieb und die Klemm­ elemente elastisch gegeneinander vorgespannt sind.

Die federelastischen Verspanneinrichtungen zwischen den Klauen des abtriebsseitigen Kupplungsabschnittes und dem antriebsseitigen Kupplungsabschnitt können einstückig mit den elastischen Elementen ausgebildet sein, die zwischen den Klemmelementen und dem abtriebsseitigen Kupplungsab­ schnitt angeordnet sind.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spielen soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Explosionsdarstellung einer Verbindungsvorrichtung mit zweistufigen antriebs­ seitigen und abtriebsseitigen Kupplungsabschnit­ ten sowie zwei Klemmelementen;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die zusammenge­ baute Verbindungsvorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 u. 4 schematische, perspektivische Darstellungen der Verbindungsvorrichtung mit unterschiedlicher Sperrwirkung bei abtriebsseitiger Drehmomentenbe­ lastung;

Fig. 5 eine Variante der Verbindungsvorrichtung gemäß den vorstehenden Figuren mit zusätzlicher feder­ elastischer Verspannung zwischen antriebsseiti­ gem und abtriebsseitigem Kupplungsabschnitt;

Fig. 6 eine Variante einer Verbindungsvorrichtung zum Sperren einer Drehrichtung bei antriebsseitiger Drehmomentsbelastung und

Fig. 7 eine schematische Draufsicht auf eine Verbin­ dungsvorrichtung mit Sperrichtung in beiden Drehrichtungen bei abtriebsseitiger Drehmomenten­ belastung.

Die in Fig. 1 als Explosionsdarstellung perspektivisch und in Fig. 2 als schematisch dargestellte Draufsicht im zusammengebauten Zustand gezeigte Sperrkupplung weist ein Kupplungsgehäuse 1 mit als Bremsfläche dienender zylindrischer Innenwand 10 auf, in dessen Innenraum ein antriebsseitiger Kupplungsabschnitt 4 sowie ein abtriebsseitiger Kupplungs­ abschnitt 5 angeordnet sind. Der antriebsseitige Kupplungs­ abschnitt 4 ist mit einer Antriebswelle 2 verbunden, die über eine entsprechende Zahnradverbindung mit einem Antrieb verbunden ist, der bei einem Fensterhebelsystem für Kraft­ fahrzeuge aus einer manuell betätigbaren Kurbel oder einem Elektromotor für elektrisch verstellbare Fensterhebelsyste­ me bestehen kann.

Der abtriebsseitige Kupplungsabschnitt 5 ist mit einer Abtriebswelle bzw. einem Abtriebszahnrad verbunden, das in eine Getriebevorrichtung zum Verstellen einer Fensterschei­ be oder bei Sitzverstellungen für Kraftfahrzeuge in eine Zahnstange eingreift. In der Darstellung gemäß den Fig. 1 und 2 ist die Abtriebswelle koaxial zur Antriebswelle 2 diese umgebend angeordnet.

Der antriebsseitige Kupplungsabschnitt 4 weist zwei Ein­ griffsstufen auf, die eine unterschiedliche Form der Kraft- bzw. Drehmomentenübertragung auf den abtriebsseitigen Kupplungsabschnitt 5 ermöglichen.

Die eine Stufe des antriebsseitigen Kupplungsabschnittes 4 besteht aus zylindermantelförmigen Klauen 41, während die andere Stufe des antriebsseitigen Kupplungsabschnittes 4 aus den Anlagekanten 8 von Aussparungen 43 in einer Kupplungsscheibe 42 des antriebsseitigen Kupplungsabschnit­ tes 4 besteht.

Der abtriebsseitige Kupplungsabschnitt 5 ist ebenfalls zweistufig aufgebaut, wobei die eine Stufe des abtriebssei­ tigen Kupplungsabschnittes 5 aus klauenartigen Fortsätzen 52 besteht, während die andere Stufe durch ein die klauenartigen Fortsätze 52 verbindendes Spreizelement 51 gebildet wird.

Auf der Kupplungsscheibe 42 des antriebsseitigen Kupplungs­ abschnittes 4 sind zwischen den zylindermantelförmigen Klauen 41 und dem abtriebsseitigen Kupplungsabschnitt 5 zwei gleichförmig ausgebildete Klemmelemente 61, 62 eines Klemmelements 6 angeordnet. Die Klemmelemente 61, 62 weisen innenliegende, das heißt den Außenflächen des abtriebsseiti­ gen Kupplungsabschnittes 5 benachbarte Spreizflanken 14 sowie in ihren Endbereichen 60 Aufnahmen für elastische Elemente 7 auf. An ihrer Außenfläche sind die Klemmelemente 61, 62 mit radialen Anschlagflächen 12 versehen, die mit Anschlagflächen 9 der zylindermantelförmigen Klauen 41 der antriebsseitigen Kupplungsabschnitte 4 zusammenwirken.

Bei einer Spreizung der Klemmelemente 61, 62 kommen Berüh­ rungsflächen 11 der Klemmelemente 61, 62 in Anlage zur Innenwand 10 des Kupplungsgehäuses 1, so daß bei Wirkung eines abtriebsseitigen Drehmoments entgegen einer vorgebba­ ren Drehrichtung die Berührungsflächen 11 der Klemmelemente 61, 62 fest an der Innenwand 10 des Kupplungsgehäuses 1 anliegen und eine Drehung in dieser Drehrichtung verhin­ dern. Der Spreizwinkel α der sich ausgehend von der Drehach­ se zwischen den Mittelpunkten 110 der Berührungsflächen 11 der Klemmelemente 61, 62 mit der Innenwand 10 des Kupplungs­ gehäuses aufspannt ist kleiner 180° und mindestens 90°, vorzugsweise aber 170° bis 120°.

Die in die Aufnahmen in den Endbereichen 60 der Klemmelemen­ te 61, 62 angeordneten elastischen Elemente 7 befinden sich im zusammengebauten Zustand der Verbindungsvorrichtung zwischen dem betreffenden Endbereich des einen oder anderen Klemmelementes 61, 62 und der einen oder anderen Seite der klauenartigen Fortsätze 52 des abtriebsseitigen Kupplungsabschnittes 5. Wie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, kann durch entsprechende Anordnung der elastischen Elemente 7 in ihrer jeweils gleichen Drehrichtung auf der einen oder anderen Seite der klauenartigen Fortsätze 52 des antriebsseitigen Kupplungsabschnitts 5 die eine oder andere Drehrichtung bei abtriebsseitiger Drehmomentbelastung gesperrt werden.

In diesem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt also eine Sperrung der Drehmomentübertragung bei abtriebsseitig größerem Drehmoment als auf der Antriebssei­ te in der einen oder anderen Drehrichtung, je nach Anord­ nung der elastischen Elemente 7. Diese Funktionsweise soll nachstehend anhand der schematischen Draufsicht gemäß Fig. 2 näher erläutert werden, wobei die hier dargestellte Anordnung der perspektivisch dargestellten Anordnung gemäß Fig. 3 entspricht.

Wird gemäß Fig. 3 die Antriebswelle 2 entgegen dem Uhrzei­ gersinn gedreht, so dreht sich die Kupplungsscheibe 42 so lange bis eine der Anschlagflächen 8 der Aussparung 43 in Anlage zu den klauenartigen Fortsätzen 52 des abtriebsseitigen Kupplungsab­ schnittes 5 kommt und damit das Spiel zwischen diesen beiden Kupplungsabschnitten überwunden ist.

Wird mit dem wirkenden Antriebsmoment das entgegengerichtete Abtriebsmoment überwunden, so sind die Anlagefläche 13 des abtriebsseitigen Kupplungsabschnittes 5 bestrebt, von den entsprechenden innenliegenden Spreizflanken der Klemmelemen­ te 61, 62 abzuheben. Dadurch wirken abtriebsseitig nur noch die elastischen Kräfte auf die Klemmelemente 61, 62, die mit ihren großen Hebelarmen eine Drehung der Klemmelemente bewirken, bis diese wieder an den Anlageflächen 13 des ab­ triebsseitigen Kupplungsabschnittes 5 anliegen. In der Praxis heben die Klemmelemente 61, 62 nicht vom abtriebssei­ tigen Kupplungsabschnitt 5 ab, sondern machen jede Bewegung des abtriebsseitigen Kupplungsabschnittes 5 spontan mit.

Erfolgt eine antriebsseitige Drehung im Uhrzeigersinn, so wird gezielt eine größere Reibkraft aufgebracht, da diese Drehrichtung der Wirkungsrichtung des abtriebsseitigen Drehmoments entspricht, was bei nicht vorhandener oder nur geringer Reibkraft zur Folge hätte, daß eine ungewollte Beschleunigung des abtriebsseitigen Kupplungsabschnittes 5 auftritt. Derartige Verhältnisse sind beispielsweise dann gegeben, wenn die Fensterscheibe eines Kraftfahrzeuges herabgelassen werden soll, so daß abtriebsseitig die Ge­ wichtskraft der Fensterscheibe als Drehmomentbelastung auf den abtriebsseitigen Kupplungsabschnitt 5 einwirkt. In diesem Falle erfolgt keine Anlage der Anlagefläche 8 der Ausspa­ rung 43 der Kupplungsscheibe 42 an die klauenartigen Fortsätze 52 des ab­ triebsseitigen Kupplungsabschnittes 5, sondern die Anlage der zylindermantelförmigen Klauen 41 des antriebsseitigen Kupplungsabschnittes 4 an die radialen Anschlagflächen 12 der Klemmelemente 61, 62, so daß die Kraftübertragung auf den abtriebsseitigen Kupplungsabschnitt 5 über die elasti­ schen Elemente 7 erfolgt, die gleichzeitig ein Andrücken der Berührungsflächen 11 der Klemmelemente 61, 62 an die Innenwand 10 des Kupplungsgehäuses 1 bewirken, wodurch die Reibkraft erhöht wird, eine Drehung im Uhrzeigersinn somit mit erhöhtem Drehmoment möglich ist.

Wird abtriebsseitig ein größeres Drehmoment aufgebracht als antriebsseitig, so entscheidet die Drehrichtung bei ab­ triebsseitiger Belastung darüber, ob eine Drehung möglich ist oder eine Sperrung der Verbindungsvorrichtung erfolgt.

Gemäß Fig. 3 ist eine Drehung bei abtriebsseitigem Drehmo­ ment nur entgegen dem Uhrzeigersinn möglich, während bei einem im Uhrzeigersinn wirkenden abtriebsseitigen Drehmo­ ment eine Sperrung erfolgt. In dieser Drehrichtung liegen die innenliegenden Spreizflanken 14 der Klemmelemente 61, 62 an den Außenflächen 13 des abtriebsseitigen Kupplungsab­ schnittes 5 an Punkten an, die einen relativ geringen Abstand R1 von der Quersymmetrieachse Q der Klemmelemente 61, 62 auf­ weisen. Bei einer derartigen Belastung seitens des abtriebs­ seitigen Kupplungsabschnittes 5 erfolgt ein sofortiges Spreizen der Klemmelemente 61, 62 und damit eine feste Anlage der Berührungsflächen 11 der Klemmelemente 61, 62 an der Innenwand 10 des Kupplungsgehäuses 1, so daß die Kraftwir­ kung des abtriebsseitigen Kupplungsabschnittes 5 vollstän­ dig in das Kupplungsgehäuse 1 eingeleitet wird und damit die Verbindungsvorrichtung sperrt.

Wird ein abtriebsseitiges Drehmoment in der Gegenrichtung, das heißt, in der in Fig. 3 eingetragenen Pfeilrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn ausgeübt, so hebt sich die äußere Anlagefläche 13 des abtriebsseitigen Kupplungsab­ schnittes 5 von der innenliegenden Spreizflanke 14 der Klemmelemente 61, 62 ab und greift mit den radial außenlie­ genden klauenartigen Fortsätzen 52 über die elastischen Elemente 7 an die Endbereiche 60 der Klemmelemente 61, 62 an, so daß diese über die radialen Anschlagflächen 12 an die Anschlagflä­ chen 9 des antriebsseitigen Kupplungsabschnittes 4 angrei­ fen, und damit eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn ermöglichen. Damit wird in einer Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn die andere Stufe des abtriebsseitigen Kupp­ lungsabschnittes 5 aktiviert, die in einem größeren Abstand zur Quersymmetrieachse Q auf die Endbereiche 60 der Klemm­ elemente 61, 62 einwirken und die Klemmelemente 61, 62 in Umfangsrichtung mitführen.

Für die Wahrung der Funktionstüchtigkeit der Verbindungsvor­ richtung ist die folgende Beziehung einzuhalten:

bzw.

mit dem Radius R zur inneren Gehäusewandung und dem Reibwin­ kel ρ = arc tan µ bezogen auf den Kontaktbereich der Klemm­ elemente 61, 62 und der Innenwand 10. Der Winkel β spannt sich auf zwischen der Symmetrieebene, die zwischen den beiden Klemmelementen 61, 62 hindurchgeht und der Geraden durch den resultierenden Kraftangriffspunkt der Klemmele­ mente 61, 62 und dem Kupplungsgehäuse 1, die beide durch die Achse 2 gehen. R1 bezeichnet den radialen Abstand zu den Anlagepunk­ ten P1 und P2 zwischen den Klemmelementen 61, 62 und dem ab­ triebseitigen Kupplungsabschnitt 5. Der in Fig. 2 dargestell­ te Winkel α bezeichnet den Komplementärwinkel zum Winkel β, d. h. 2 β + α ergeben 180°.

Gemäß der obengenannten mathematischen Beziehung haben die Variablen auf die Eigenschaften der Verbindungsvorrichtung folgenden Einfluß:

Der Reibwert zwischen den Klemmelementen 61, 62 und der Innenwand 10 ist von den verwendeten Materialien und den Umwelteinflüssen abhängig. Zur Gewährleistung der Funk­ tionssicherheit über eine große Zahl von Betätigungszyklen, das heißt über einen längsten Zeitraum, sind die Klemmele­ mente vorzugsweise geschmiert, um einen erhöhten Abrieb zu vermeiden. Selbstverständlich können z. B. auch oberflächen­ behandelte (gehärtete, beschichtete) Elemente ohne Schmie­ rung eingesetzt werden.

Die Auslegung der Vorrichtung muß sich am kleinstmöglichen Reibwert, der hier auftreten kann, orientieren. Er kann bei Schmierung und durch im Gebrauch geglätteten Oberflächen sehr kleine Werte erreichen.

Somit ist es erforderlich, daß

ist. Darauf folgt, daß die Sperrsicherheit wächst mit

• 1. Zunehmender Nähe der Anlagepunkte zwischen dem Klemm­ element 6 und dem abtriebsseitigen Kupplungsabschnitt 5 und der Querachse des den Kupplungsabschnitt bilden­ den Spreizhebels und
• 2. mit zunehmenden Gehäuseradius und
• 3. mit abnehmendem Winkel zwischen den Geraden durch den mittleren Kraftangriffspunkt zwischen dem Klemmele­ ment 6 und dem Gehäuse 10 und der Drehachse sowie der Symmetrieachse zwischen den Klemmelementen.

In der in Fig. 5 dargestellten Variante der erfindungsgemä­ ßen Lösung sind gleiche Bauteile wie in den vorangehend beschriebenen Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen. Sie entsprechen in ihrer Konstruktion und Funktion den vorstehend beschriebenen Teilen mit folgendem Unterschei­ dungsmerkmal.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 5 befinden sich zwei federelastische Verspanneinrichtungen 22 zwischen den klauenartigen Fortsätzen 52 des abtriebsseiti­ gen Kupplungsabschnittes 5 und den Anschlagflächen 8 der Ausnehmung 43 der Kupplungsscheibe 42 des antriebsseitigen Kupplungsabschnittes 4. Mit diesen beiden federelastischen Verspanneinrichtungen 22 wird das Spiel des Antriebshebels elastisch ausgeschaltet und das Betätigungsmoment des Antriebshebels in Richtung des Abtriebsmoments erhöht, was beispielsweise bei einer Bewegung einer Fensterscheibe eines Kraftfahrzeuges nach unten entspricht.

Erfolgt die Drehrichtung des Antriebsmoments entgegen der Wirkung des Abtriebsmomentes, das heißt in der Darstellung gemäß Fig. 5 entgegen dem Uhrzeigersinn, so bewegt sich das aus antriebsseitigen und abtriebsseitigen Kupplungsab­ schnitten und den Klemmelementen zusammensetzende System sofort, ohne ein Spiel zu überwinden, da sowohl der an­ triebsseitige Kupplungsabschnitt 4 und der abtriebsseitige Kupplungsabschnitt 5 einerseits als auch der abtriebsseiti­ ge Kupplungsabschnitt 5 und die Klemmelemente 61, 62 ande­ rerseits elastisch gegeneinander vorgespannt sind.

Wirkt das Antriebsdrehmoment in Richtung der Wirkung des Abtriebsmomentes, das heißt in der Zeichnung gemäß Fig. 5 in Uhrzeigersinn, was einer Bewegung einer Kraftfahrzeug­ scheibe nach unten entspricht, so muß vor einer Bewegung des Antriebs das Vorspannmoment der federelastischen Verspanneinrichtungen 22 über­ wunden werden. Erst danach dreht sich der Antrieb gegen das Moment der federelastischen Verspanneinrichtungen 22 bis die Anschlag­ fläche 9 des antriebsseitigen Kupplungsabschnittes 4 an die radialen Anschlagflächen 12 der Klemmelemente 61, 62 anschlägt. Erst jetzt können die Klemmelemente 61, 62 und damit das gesamte System gedreht werden, allerdings mit einem größeren Brems­ moment als ohne die federelastischen Verspanneinrichtungen 22, da diese die Außenflanken 13 des abtriebsseitigen Kupplungsabschnittes 5 stärker gegen die innenliegenden Spreizflanken 14 der Klemmelemente 61, 62 drücken und damit das Reibmoment der Klemmelemente 61, 62 beim Drehen im Uhrzeigersinn, das heißt in gleicher Wir­ kungsrichtung wie die Wirkung des Abtriebsmoments, vergrö­ ßert wird.

Bei einer Drehung des antriebsseitigen Kupplungsabschnittes 4 gegen die Wirkung des Abtriebsmoments haben diese zusätz­ lichen federelastischen Verspanneinrichtungen 22 keinen Einfluß auf das Drehmoment, da sich die Kräfte zwischen Antrieb und Abtrieb aufheben.

Dadurch wird unter Bezugnahme auf ein Fensterhebersystem in einem Kraftfahrzeug ein Angleichen der Kurbelmomente zwi­ schen Hoch- und Herunterkurbeln einer Scheibe erreicht und das subjektiv spürbare Spiel der Antriebskurbel, das sich in einem Klappern äußert, eliminiert. Durch die Dimensio­ nierbarkeit der federelastischen Verspanneinrichtungen 22 kann auf die zusätzliche Reibkraft beim Herunterkurbeln der Kraftfahrzeugscheibe ohne konstruktive Veränderungen und ohne eine Vergrößerung des aufwärtswirkenden Kurbelmoments gezielt Einfluß genom­ men werden.

Die federelastischen Verspanneinrichtungen 22 können getrennt von einem elastischen Element 21, das dem elastischen Element 7 gemäß den Fig. 1 bis 4 entspricht, angeordnet werden oder an das elastische Element 21 angeformt werden, so daß ein entsprechendes einstückiges elastisches Element vorliegt.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Kupplungsklauen 18 an einer mit der Antriebswelle 2 verbun­ denen Scheibe ausgebildet und befinden sich zwischen den Endbereichen 60 der Klemmelemente 61, 62. Die Klauen 20 des abtriebsseitigen Kupplungsabschnittes 5 greifen in Ausspa­ rungen der Kupplungsscheibe 42 mit den Anschlagflächen 8 ein. Zur elastischen Ausschaltung des Spiels zwischen Abtriebsseite und den Klemmelementen 61, 62 sind Federele­ mente 25 vorgesehen, die zwischen den Klauen 20 des ab­ triebsseitigen Kupplungsabschnittes 5 und den Endbereichen 60 der Klemmelemente 61, 62 angeordnet sind.

Die weiteren Bauelemente dieser Ausführungsform entsprechen den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen und sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, so daß zur Beschrei­ bung dieser Bauteile auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem bei Ausübung eines abtriebsseitigen Drehmoments eine Sperrung der Verbin­ dungsvorrichtung in beide Drehrichtungen erfolgt.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind wiederum gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern wie in den voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen be­ zeichnet, so daß zur näheren Erläuterung dieser Bauteile auch auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird.

Der antriebsseitige Kupplungsabschnitt 4 besteht in dieser Ausführungsform aus einer Kupplungsscheibe 44 und einer an der Unterseite der Kupplungsscheibe 44 vorspringenden Kante 46, die in Sehnenrichtung parallel zueinander verlaufend Klauen bilden, die als Formpaarungselemente an entsprechen­ den vorspringenden Kanten 63 der Klemmelemente 61, 62 anliegen. Die Kupplungsscheibe 44 weist an dieser Innensei­ te eine Ausnehmung 47 auf, in die ein Federelement 15 einsetzbar ist, das sich an dem abtriebsseitigen Kupplungs­ abschnitt 5 abstützt.

Die Klemmelemente 61, 62 weisen analog den vorstehend be­ schriebenen Ausführungsbeispielen radiale Berührungsflächen 11 auf, die an der Innenwand 10 des Kupplungsgehäuses 1 anlie­ gen. Auf ihrer Oberseite weisen die Klemmelemente 61, 62 vorspringende Kanten 63 auf, die das Formpaarungselement für eine Kupplung mit dem antriebsseitigen Kupplungsab­ schnitt 4 bildet.

Der abtriebsseitige Kupplungsabschnitt 5 ist auch in dieser Ausführungsform als zweiseitiger Spreizhebel ausgebildet und weist äußere Anlageflächen 13 auf, die als Kanten zwischen den Anlageflächen 8 mit Spiel eingreifen, die an der Kupplungsscheibe 44 des antriebsseitigen Kupplungsab­ schnittes 4 ausgebildet sind. Darüber hinaus greifen die Anlageflächen 13 des abtriebsseitigen Kupplungsabschnittes 5 nach Art eines Spreizhebels zwischen die innenliegenden Spreizflanken 14 der Klemmelemente 61, 62 ein.

Zwischen den Endbereichen 60 der beiden Klemmelemente 61, 62 sind spreizende Federelemente angeordnet, durch die die Berührungsflächen 11 der Klemmelemente 61, 62 gegen die Innenwand 10 des Kupplungsgehäuses 1 mit einer gewünschten Kraft angedrückt werden, welche die Leichtgängigkeit oder Schwergängigkeit der Verbindungsvorrichtung bei Ausübung eines antriebsseitigen Drehmoments bestimmt.

Die in die Ausnehmungen 47 der Kupplungsscheiben 44 einge­ setzten Pufferfedern verhindern ein Klappern der Verbin­ dungsvorrichtung.

Wenn auf die Antriebswelle und damit auf den antriebsseiti­ gen Kupplungsabschnitt 4 ein Antriebsdrehmoment entgegen dem Abtriebsmoment in die eine oder andere Richtung ausge­ übt wird, so wird das Spiel zwischen den Anlageflächen 8 der Kupplungsscheibe 44 und den äußeren Anlageflächen 13 des abtriebsseitigen Kupplungsabschnittes 5 aufgeholt und es kann eine Drehmomentübertragung sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung erfolgen. Danach erfolgt auch eine Spielaufholung zwischen den Kanten 46, 63 des antriebs­ seitigen Kupplungsabschnittes 4 einerseits und der Klemmele­ mente 61, 62 andererseits, so daß die Klemmelemente 61, 62 mitgeschleift werden. Bei einem Antriebsmoment in Richtung des Abtriebsmoments erfolgt der Kraftfluß - wie schon beschrieben - über die Zwischenschaltung der Klemmelemente 61, 62.

Wird ein Drehmoment auf den abtriebsseitigen Kupplungsab­ schnitt 5 in der einen oder anderen Drehrichtung ausgeübt, das größer ist als das antriebsseitige Drehmoment, so erfolgt eine Spielaufholung in den innenliegenden Spreiz­ flanken Klemmelemente 61, 62 und dem als zweiseitigen Hebel ausgebildeten abtriebsseitigen Kupplungsabschnitt 5, so daß bei der Anlage der Außenflächen 13 des abtriebsseitigen Kupplungsabschnittes 5 an die innenliegenden Spreizflanken 14 der Klemmelemente 61, 62 ein sofortiges Sperren in der einen oder anderen Richtung durch Andrücken der Berührungsflächen 11 der Klemmelemente 61, 62 an die Innenwand 10 des Kupplungsgehäuses 1 erfolgt, so daß die gesamte Kraft in das Kupplungsgehäuse eingeleitet wird.

Claims (10)

1. Sperrkupplung mit einem abtriebsseitigen und einem antriebsseitigen Kupplungsabschnitt, die mit Drehwinkel­ spiel ineinandergreifend in einem Kupplungsgehäuse mit einer zylindrischen Bremsfläche angeordnet sind und zwi­ schen denen Klemmelemente vorgesehen sind, die mit einem Teil ihrer Außenflächen an der zylindrischen Bremsfläche elastisch vorgespannt anliegen und bei abtriebseitiger Drehmomentenbelastung zumindest in einer Drehrichtung, die Kraft vollständig in das Kupplungsgehäuse einleiten, so daß die Sperrkupplung sperrt, insbesondere für Fensterheber und Sitzverstellungen von Kraftfahrzeugen, gekennzeichnet durch eine zweistufige Ausbildung der Kupplungsabschnitte (4, 5), derart, daß bei antriebseitiger Drehmomentenbelastung entgegen der zu sperrenden Drehrichtung die erste Stufe des antriebseitigen Kupplungsabschnittes (4) und des abtriebsei­ tigen Kupplungsabschnitts (5) direkt miteinander in Ein­ griff kommen und daß bei abtriebseitiger Drehmomentenbela­ stung in die zu sperrende Drehrichtung eine zweite Stufe des abtriebseitigen Kupplungselements in einem relativ geringen Abstand zur Quersymmetrieachse (Q) der Klemmele­ mente (6, 61, 62) auf die Klemmelemente (6, 61, 62) einwirkt und daß bei antriebseitiger Belastung in diese Drehrichtung die Kraft­ übertragung über die zweite Stufe des antriebseitigen Kupplungselements (4) und die erste Stufe des abtriebseiti­ gen Kupplungselements (5) in einem relativ großen Abstand zur Quersymmetrieachse (Q) der Klemmelemente (6, 61, 62) unter Zwischenschaltung der Klemmelemente (6, 61, 62) erfolgt.

2. Sperrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spreizwinkel (α), der sich ausgehend von der Drehach­ se zwischen den Mittelpunkten (110) der Berührungsflächen (11) der Klemmelemente (6, 61, 62) mit der Innenwand (10) des Kupplungsgehäuses (1) aufspannt, kleiner 180° und mindestens 90° ist, vorzugsweise 170° bis 120° beträgt.

3. Sperrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abtriebseitige Kupplungsabschnitt (5) mit Drehwinkelspiel zwischen innenliegende Spreizflanken (14) der Klemmelemente (61, 62) eingreift und in den Punkten (P1, P2) der Abstand (R1) zur Anlage kommt.

4. Sperrkupplung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den Endbereichen (60) der Klemmele­ mente (61, 62) elastische Elemente (24) angeordnet oder die Endbereiche (60) selbst federelastisch ausgebildet sind und miteinander in Verbindung stehen.

5. Sperrkupplung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die abtriebseitigen und die abtriebseiti­ gen Kupplungsabschnitte (4, 5) im Mittenbereich federela­ stisch gegeneinander abstützen.

6. Sperrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ersten Stufen des abtriebseitigen Kupp­ lungsabschnitts (5) und den Endbereichen (60) der Klemmele­ mente (61, 62) in gleicher Drehrichtung wirkende elastische Elemente (7, 22) angeordnet sind.

7. Sperrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Stufen des antriebsseitigen Kupplungsab­ schnitts (4) als zylindermantelförmige Klauen (41) ausgebil­ det sind, die bei antriebseitiger Momentenbelastung in Richtung des Abtriebsmoments an radiale Anschlagflächen (12) der Klemmelemente (61, 62) anschlagen.

8. Sperrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Stufen des abtriebseitigen Kupplungsabschnit­ tes (5) klauenartige Fortsätze (52) aufweisen, die in Aussparungen (43) des antriebseitigen Kupplungsabschnittes (4) eingreifen.

9. Sperrkupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch federelastische Verspanneinrichtungen (22) zwischen den klauenartigen Fortsätzen (52) der ersten Stufen des abtrieb­ seitigen Kupplungsabschnittes (5) und den ersten Stufen des antriebseitigen Kupplungsabschnittes (4).

10. Sperrkupplung nach den Ansprüchen 6 und 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elastischen Elemente (21, 22) einstückig ausgebildet sind.