ANTRIEBSEINHEIT FÜR KRAFTFAHRZEUGTECHNISCHE ANWENDUNGEN

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für kraftfahrzeug-technische Anwendungen, mit einem elektromotorischen Antrieb mit Elektromotor und Antriebsrad, und mit einem vom Antriebsrad beaufschlagten Stellelement, wobei zwischen einem Ritzel auf einer Abtriebswelle des Elektromotors und dem Antriebsrad eine Kronenrad-Getriebestufe realisiert ist.

Antriebseinheiten für kraftfahrzeug-technische Anwendungen werden typischerweise mit Niedervolt-Gleichspannung von beispielsweise 12 V, 24 V oder auch 48 V betrieben. Gängige Anwendungsgebiete solcher Antriebseinheiten sind darin zu sehen, dass mit ihrer Hilfe Spiegel, Fensterscheiben aber auch Türflügel, Heckklappen etc. bewegt und betätigt werden können. Ferner lassen sich mit ihrer Hilfe Sitze verstellen, Scheinwerfer einstellen oder auch Klappen für elektrische Anschlussvorrichtungen verriegeln.

Darüber hinaus kommen solche Antriebseinheiten besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit Kraftfahrzeug-Schlössern zum Einsatz. Tatsächlich findet sich in einem solchen Fall die betreffende Antriebseinheit im Innern eines Gehäuses respektive Schlossgehäuses. Mit ihrer Hilfe können unterschiedliche Funktionen angesteuert werden, wie beispielsweise „verriegelt/entriegelt“, „diebstahlgesichert/diebstahlentsichert" sowie „kinderentsichert/kindergesichert“. Außerdem werden solche Antriebseinheiten vorteilhaft zum sogenannten „elektrischen Öffnen“ eingesetzt. In diesem Fall arbeitet das von dem Antriebsrad beaufschlagte Stellelement mittelbar oder unmittelbar auf eine Sperrklinke bei einem geschlossenen Gesperre und sorgt dafür, dass die Sperrklinke von ihrem rastenden Eingriff mit der Drehfalle abgehoben wird. Als Folge hiervon geht das Gesperre und mithin das Kraftfahrzeug-Schloss in seinen geöffneten Zustand über. Derartige Antriebseinheiten arbeiten oftmals mit einem hohen Übersetzungsverhältnis bzw. Untersetzungsverhältnis, um auch große Kräfte übertragen zu können, beispielsweise im Zusammenhang mit einem Fensterheber. Darüber hinaus wird ganz generell ein kompakter Aufbau gefordert, weil die Einbauverhältnisse typischerweise beengt sind. Aus diesem Grund schlägt der gattungsbildende Stand der Technik nach der DE 10 2020 102 362 A1 bereits eine Antriebseinheit für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen vor, bei dem der Antriebsstrang zumindest eine Kronenradstufe aufweist. Dazu sind das Ritzel auf der Abtriebswelle des Elektromotors und das Antriebsrad winklig und insbesondere rechtwinklig zueinander angeordnet, sodass auf diese Weise die Kronenrad-Getriebestufe realisiert wird.

Eine vergleichbare Antriebseinheit für kraftfahrzeug-technische Anwendungen wird in der DE 10 2017 211 803 A1 verfolgt. Hier geht es um ein als Kronenradgetriebe ausgebildetes Winkelgetriebe. Das Abtriebsrad kann als Kunststoffspritzgussteil ausgeführt sein, um neben einem hohen Wirkungsgrad zugleich eine besonders einfache und kostengünstige Fertigung zu realisieren.

Der Stand der Technik hat sich grundsätzlich bewährt, bietet allerdings noch Raum für weitere Verbesserungen. So ist beispielsweise der Bauraum im Innern eines Schlossgehäuses zur Aufnahme eines Kraftfahrzeug-Schlosses äußerst begrenzt. Zugleich werden hohe Kräfte ausgangsseitig des Stellelementes benötigt, wenn beispielsweise ein Gesperre aus Drehfalle und Sperrklinke elektromotorisch geöffnet werden soll. Die an dieser Stelle im Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen haben sich zwar bewährt, bieten allerdings noch Raum für weitere Verbesserungen.

Demzufolge liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine derartige Antriebseinheit für kraftfahrzeug-technische Anwendungen so weiterzuentwickeln, dass unter Berücksichtigung eines kompakten und kostengünstigen Aufbaus eine möglichst hohe Übersetzung bzw. Untersetzung realisiert werden kann.

Zur Lösung dieser technischen Problemstellung schlägt die Erfindung ausgehend von einer gattungsgemäßen Antriebseinheit im Rahmen einer ersten Variante der Erfindung vor, dass das Antriebsrad eine Wendeikontur zur Beaufschlagung des Stellelementes aufweist. Bei einer zweiten Variante der Erfindung ist im Zusammenhang mit einer gattungsgemäßen Antriebseinheit anstelle der Wendeikontur eine Zahnradkontur zur Beaufschlagung des Stellenelementes vorgesehen. Grundsätzlich können die Wendeikontur und die Zahnradkontur auch miteinander kombiniert werden.

Die Wendeikontur findet sich dabei vorteilhaft auf einer einer Kronenverzahnung gegenüberliegenden Oberfläche des Antriebsrades. Demgegenüber ist die Zahnradkontur meistens auf der mit der Kronenverzahnung ausgerüsteten Oberfläche des Antriebsrades angeordnet. Das heißt, das Antriebsrad ist zunächst einmal und erfindungsgemäß auf seiner einen Oberfläche mit der Kronenverzahnung ausgerüstet, in welche das Ritzel auf der Abtriebswelle des Elektromotors eingreift. Auf der gegenüberliegenden Oberfläche oder auf der gleichen Oberfläche des meistens scheibenförmigen bzw. kreisscheibenförmigen Antriebsrades ist dagegen die Wendeikontur bzw. Zahnradkontur vorgesehen. Bei der Wendeikontur handelt es sich um eine wendeiförmige Spiralfläche, welche um eine Achse bzw. Drehachse des Antriebsrades herum gewunden ist und von einem Tiefpunkt als Ausgangspunkt der Wendeikontur bis hin zu einem Hochpunkt der Wendeikontur reicht. Demgegenüber ist die Zahnradkontur in der Regel zentral im Vergleich zum Antriebsrad platziert, das heißt beide Drehachsen fallen zusammen. Das gilt im Endeffekt auch im Falle der Wendeikontur, bei welcher die Wendelachse mit der Achse bzw. Drehachse des Antriebsrades zusammenfällt.

Bei dem Stellelement handelt es sich im Allgemeinen um einen um eine Achse drehbar gelagerten Schwenkhebel. Die Achse wird dabei in der Regel durch einen größtenteils senkrecht auf einem Gehäusedeckel aufstehenden Lagerdorn für den Schwenkhebel definiert. Dabei kann die Auslegung so getroffen sein, dass die Achse des Antriebsrades und die Achse des Schwenkhebels größtenteils senkrecht zueinander angeordnet sind. Eine solche Ausführungsform wird meistens im Zusammenhang mit der Wendeikontur realisiert. Ist jedoch eine Zahnradkontur vorgesehen, welche typischerweise mit einer zugehörigen Zahnradkontur am Schwenkhebel bzw. Stellelement wechselwirkt, so wird alternativ so vorgegangen, dass die Achse des Antriebsrades und die Achse des Schwenkhebels bzw. Stellelementes größtenteils parallel zueinander verlaufen. Im Falle der realisierten Wendeikontur kann in weiterer Ausgestaltung so vorgegangen werden, dass der Schwenkhebel mit einem kopfseitigen Anschlag an der Wendeikontur anliegt. Dabei wird ferner so vorgegangen, dass die Wendeikontur in einer unausgelenkten Endstellung den Schwenkhebel zumindest teilweise übergreift. Diese unausgelenkte Endstellung des Schwenkhebels korrespondiert dazu, dass der kopfseitige Anschlag des Schwenkhebels am Tiefpunkt der Wendeikontur anliegt. Da in dieser unausgelenkten Endstellung die Wendeikontur zugleich den Schwenkhebel zumindest teilweise übergreift, wird auf diese Weise ein Anschlag bzw. Endanschlag definiert. Ein zusätzlicher Anschlag in dieser unausgelenkten Endstellung des Schwenkhebels ist also ausdrücklich nicht erforderlich, was den Aufwand reduziert und die Kompaktheit der erfindungsgemäßen Lösung steigert.

Im Falle der Variante mit der Zahnradkontur ist die Auslegung vorteilhaft so getroffen, dass die Zahnradkontur als Zentralritzel am Antriebsrad vorgesehen ist. Dieses Zentralritzel greift dabei meistens in einen Zahnradbogen am Stellelement bzw. Schwenkhebel ein. Dadurch kann eine gewünschte Übersetzung zwischen einerseits dem Zentralritzel und andererseits dem Zahnradbogen realisiert und umgesetzt werden. Außerdem kann ein solcher Zahnradbogen unschwer an dem meistens aus Kunststoff hergestellten Stellelement bzw. Schwenkhebel realisiert und umgesetzt werden. Schließlich ist der Zahnradbogen endseitig meistens noch mit einem Anschlag ausgerüstet, um eine Schwenkbewegung des Stellelementes bzw. Schwenkhebels bedarfsweise zu begrenzen. Beide geschilderten Varianten zeichnen sich durch ihren besonders kompakten Aufbau aus. Das lässt sich darauf zurückführen, dass der Schwenkhebel bzw. das Stellelement zumindest teilweise das Antriebsrad übergreift.

Darüber hinaus wird meistens so vorgegangen, dass der Elektromotor mit seiner Abtriebswelle und dem dortigen Ritzel einen überwiegend rechten Eingriffswinkel zum Antriebsrad mit der Kronenverzahnung beschreibt. Dabei können ganz generell sowohl das Ritzel als auch die Kronenverzahnung als jeweils Geradverzahnung ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn an dieser Stelle jeweils eine Schrägverzahnung zum Einsatz kommt. Außerdem kann vorteilhaft eine Evoloidverzahnung realisiert werden, um besonders hohe Übersetzungsverhältnisse zur Verfügung zu stellen. Ferner ist die Auslegung vorteilhaft so getroffen, dass der Elektromotor mit seiner Abtriebswelle eine Längserstreckung aufweist, die einen spitzen Winkel mit der Achse des Schwenkhebels einschließt, sofern die Variante mit der Wendeikontur betrachtet wird. Im Zusammenhang mit der auf die Zahnradkontur zurückgreifenden Variante ist die Auslegung typischerweise so getroffen, dass der Elektromotor mit seiner Abtriebswelle eine Längserstreckung aufweist, die überwiegend tangential im Vergleich zum Zahnradbogen am Stellelement bzw. Schwenkhebel orientiert ist. Außerdem zeichnen sich beide Varianten dadurch aus, dass der Elektromotor mit seiner Abtriebswelle und der hierdurch festgelegten Längserstreckung in Richtung auf die Achse bzw. das Zentrum des scheibenartigen Antriebsrades hin orientiert ist. Schließlich hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn zumindest das Antriebsrad und das Stellelement jeweils als Kunststoffspritzgussteile ausgebildet bzw. ausgerichtet sind.

Im Ergebnis wird eine Antriebseinheit für kraftfahrzeug-technische Anwendungen im Rahmen der Erfindung zur Verfügung gestellt, die über einen besonders kompakten Aufbau verfügt und zugleich hohe Übersetzungsverhältnisse bzw. Untersetzungsverhältnisse anbietet. Das Ganze wird zugleich mit einer kostengünstigen Herstellung verbunden. Da darüber hinaus die Kronenrad- Getriebestufe zwischen dem Ritzel auf der Abtriebswelle des Elektromotors und dem Antriebsrad zur Beaufschlagung des Stellelementes ein gewisses Axialspiel zulässt, sind darüber hinaus der Einbau erleichtert und wird die dauerhafte Funktionssicherheit gewährleistet. Denn die hierdurch realisierte axiale Freiheit macht die Kronenrad-Getriebestufe gegenüber Fertigungs- und Montagefehlem sowie etwaigen Gehäuseverformungen unempfindlich.

Dabei sorgt die Kronenrad-Getriebestufe in Verbindung mit der an dieser Stelle meistens realisierten jeweiligen Schrägverzahnung sowohl des Ritzels als auch der Kronenverzahnung am Antriebsrad für die Umsetzung einer hohen Übersetzung zur Beaufschlagung des Stellelementes. Dies gilt besonders dann, wenn es sich bei der Kronenrad-Getriebestufe um die einzige Getriebestufe der erfindungsgemäßen Antriebseinheit handelt. Hier macht sich die Erfindung zusätzlich zunutze, dass durch die Wendeikontur am Antriebsrad grundsätzlich nicht nur eine Schwenkbewegung des Stellelementes bzw. Schwenkhebels realisiert werden kann. Sondern es ist in diesem Zusammenhang ergänzend und vorteilhaft denkbar, dass die Wendeikontur eine unterschiedliche Steigung und folglich einen über ihren Verlauf gesehen variierenden Winkel mit der Achse des Antriebsrades einschließt. Im Regelfall arbeitet die Wendeikontur jedoch mit einer gleichbleibenden Steigung, sodass mit ihrer Hilfe insgesamt die Drehbewegung des Antriebsrades in eine Drehbewegung des Schwenkhebels um eine demgegenüber senkrechte Achse umgewandelt wird. Dadurch wird der kompakte Aufbau begünstigt und zugleich der Endanschlag in der unausgelenkten Endstellung des Schwenkhebels zur Verfügung gestellt.

Vergleichbare Vorteile und Wirkungen werden bei der Variante mit der Zahnradkontur beobachtet. Auch in diesem Fall wird die Drehbewegung des Antriebsrades in eine Drehbewegung des Schwenkhebels mit praktisch variabler oder gleichbleibender Übersetzung umgewandelt. Durch die an dieser Stelle beobachtete Überlappung zwischen dem Stellelement bzw. Schwenkhebel einerseits und dem Antriebsrad andererseits wird ebenfalls ein kompakter Aufbau begünstigt. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Antriebseinheit in Verbindung mit einem Kraftfahrzeug-Schloss zum elektrischen Öffnen eines Gesperres,

Fig. 2 die Antriebseinheit in einer jeweils perspektivischen Frontansicht und Rückansicht sowie

Fig. 3 eine Variante der erfindungsgemäßen Antriebseinheit.

In den Figuren ist eine Antriebseinheit für kraftfahrzeug-technische Anwendungen dargestellt. Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 kommt die Antriebseinheit im Zusammenhang mit einem dort dargestellten Kraftfahrzeug- Schloss 1 zum Einsatz. D. h., das Kraftfahrzeugschloss 1 ist mit der betreffenden Antriebseinheit ausgerüstet. Zu diesem Zweck verfügt das Kraftfahrzeug-Schloss 1 über ein Gesperre 2, 3 aus Drehfalle 2 und Sperrklinke 3, die jeweils an einem Schlosskasten 1 drehbar gelagert sind. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels nach der Fig. 1 wird die Achse für die Sperrklinke 3 von einem Lagerdorn 4 definiert, der zu diesem Zweck senkrecht auf dem Schlosskasten 1 respektive allgemein einem Gehäusedeckel 1 aufsteht. Achsgleich zu der Sperrklinke 3 ist ein Auslösehebel 5 ebenfalls auf dem Lagerdom 4 gelagert.

Bei dem Auslösehebel 5 handelt es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung um ein speziell ausgebildetes Stellelement 5, welches im Rahmen der Darstellungen als um die durch den Lagerdorn 4 definierte Achse drehbar gelagerter Schwenkhebel 5 und konkret als Auslösehebel 5 bei der Variante nach der Fig. 1 ausgebildet ist. Zum grundsätzlichen Aufbau der Antriebseinheit gehört ein elektromotorischer Antrieb 6, 7, 8.

Der elektromotorische Antrieb 6, 7, 8 ist seinerseits mit einem Elektromotor 6 und einem Antriebsrad 8 ausgerüstet. Außerdem ist ein Ritzel 7 auf einer Abtriebswelle des Elektromotors 6 realisiert. Zwischen dem Ritzel 7 auf der Abtriebswelle des Elektromotors 6 und dem Antriebsrad 8 ist eine Kronenrad- Getriebestufe vorgesehen, die man am besten anhand der rechten Darstellung in der Fig. 2 nachvollziehen kann. Tatsächlich kommt an dieser Stelle jeweils eine Schrägverzahnung bzw. Evoloidverzahnung an einerseits dem Ritzel 7 und andererseits dem Antriebsrad 8 bzw. einer Kronenverzahnung 8a an dem Antriebsrad 8 zum Einsatz.

Das Antriebsrad 8 ist darüber hinaus und bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 auf seiner der Kronenverzahnung 8a gegenüberliegenden Oberfläche mit einer Wendeikontur 9 ausgerüstet. Die Wendeikontur 9 dient zur Beaufschlagung des Stellelementes 5. Im Rahmen der Variante nach der Figur 1 ist das Stellelement 5 - wie bereits erläutert - als Schwenkhebel bzw. Auslösehebel 5 ausgebildet. Dadurch führt eine in der Fig. 1 angedeutete Drehbewegung des Antriebsrades 8 um seine Achse 10 im Gegenuhrzeigersinn dazu, dass der dortige Auslösehebel 5 ebenfalls eine Schwenkbewegung im Gegenuhrzeigersinn um seine durch den Lagerdom 4 definierte Achse absolviert. Die Gegenuhrzeigersinndrehung des Auslösehebels 5 hat zur Folge, dass die drehfest mit dem Auslösehebel 5 gekoppelte Sperrklinke 3 im Beispielfall ebenfalls im Gegenuhrzeigersinn um den gemeinsamen Lagerdorn 4 verschwenkt wird und hierdurch ihre Raststellung mit der Drehfalle 2 verlässt. Dadurch kann die Drehfalle 2 federunterstützt aufschwenken und einen zuvor gefangenen und nicht dargestellten Schließbolzen freigeben. Die zugehörige Kraftfahrzeug-Tür und das Gesperre 2, 3 werden folglich elektromotorisch geöffnet.

Man erkennt anhand einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2, dass der Schwenkhebel 5 mit einem kopfseitigen Anschlag 5a an der Wendeikontur 9 anliegt. Nach dem Ausführungsbeispiel verfügt die Wendeikontur 9 über eine gleichbleibende Steigung im Vergleich zur Achse 10 des Antriebsrades 8. Grundsätzlich kann hier auch mit einer anwachsenden oder abfallenden Steigung gearbeitet werden, je nachdem welcher ausgangsseitige Kraftverlauf gewünscht wird.

Die Kronenrad-Getriebestufe zwischen dem Ritzel 7 und dem Antriebsrad 8 bzw. der dortigen Kronenverzahnung 8a stellt nach dem Ausführungsbeispiel die einzige Getriebestufe dar, sodass ein besonders kompakter Aufbau beobachtet wird. Hierzu trägt auch der Umstand bei, dass die Achse 10 des Antriebsrades 8 und die durch den Lagerdom 4 gebildete Achse des Schwenkhebels 5 größtenteils senkrecht zueinander angeordnet sind. Ferner ist die Auslegung so getroffen, dass der Elektromotor s zusammen mit seiner Abtriebswelle und dem dortigen Ritzel 7 einen überwiegend rechten Eingriffswinkel im Vergleich zum Antriebsrad 8 mit der Kronenverzahnung 8a beschreibt. Außerdem verfügt der Elektromotor 6 zusammen mit seiner Abtriebswelle und dem fraglichen Ritzel 7 über eine Längserstreckung, die einen spitzen Winkel a mit der Achse des Schwenkhebels 5 bzw. dem die Achse definierenden Lagerdorn 4 einschließt. Das kann man am besten anhand der rechten Darstellung in der Fig. 2 nachvollziehen. Der Winkel a mag dabei Werte von 10° bis 40° annehmen.

Man erkennt, dass die Wendeikontur 9 in einer unausgelenkten Endstellung des Schwenkhebels 5 zumindest teilweise den Schwenkhebel 5 übergreift. Das ist in der Fig. 1 dargestellt. Tatsächlich korrespondiert die fragliche Endstellung des Schwenkhebels 5 dazu, dass der Schwenkhebel 5 in diesem Fall mit seinem kopfseitigen Anschlag 5a an einem Tiefpunkt der Wendeikontur 9 anliegt. Demgegenüber übergreift die Wendeikontur 9 mit ihrem Hochpunkt den Schwenkhebel 5. In dieser unausgelenkten Endstellung des Schwenkhebels 5 wird hierdurch automatisch ein Anschlag für den elektromotorischen Antrieb 6, 7, 8 zur Verfügung gestellt.

Um eine besonders kostengünstige Fertigung zu erreichen und umzusetzen, sind nach dem Ausführungsbeispiel zumindest das Antriebsrad 8 und das Stellelement bzw. der Schwenkhebel 5 jeweils als Kunststoffspritzgussteile ausgebildet. Grundsätzlich kann auch das Ritzel 7 auf der Abtriebswelle des Elektromotors 6 als Kunststoffspritzgussteil ausgelegt sein. Dadurch wird nicht nur eine kostengünstige Fertigung erreicht, sondern auch ein insgesamt geringes Gewicht beobachtet. Außerdem liegen geringe Reibungskräfte vor.

Vergleichbare Vorteile und Wirkungen werden bei der Variante nach der Figur 3 beobachtet. Anstelle der dortigen Wendeikontur 9 ist eine Zahnradkontur 11 am Antriebsrad 8 vorgesehen, um das Stellelement 5 bzw. den Schwenkhebel respektive den Auslösehebel 5 entsprechend der Darstellung in der Figur 1 beaufschlagen zu können. Tatsächlich kann mithilfe des Stellelementes bzw. Schwenkhebels 5 das Gesperre 2, 3 vergleichbar wie bei der zuvor beschriebenen Variante geöffnet werden. Man erkennt, dass zu diesem Zweck im Rahmen des Ausführungsbeispiels nach der Figur 3 zusätzlich noch ein Übertragungshebel 14 realisiert ist, der grundsätzlich auch entbehrlich ist.

Die Zahnradkontur 11 ist bei der Variante nach der Figur 3 konkret als Zentralritzel 11 ausgebildet, welches an der gleichen Seite bzw. Oberfläche wie das Kronenrad 8a des Antriebsrades 8 vorgesehen ist. Mit dem Zentralritzel 11 kämmt ein Zahnradbogen 12 am Stellelement bzw. Schwenkhebel 5. Dadurch wird der Schwenkhebel bzw. das Stellelement 5 zu Schwenkbewegungen veranlasst, die mithilfe eines Anschlages 13 am Stellelement 5 bedarfsweise begrenzt werden. Die Schwenkbewegungen des Stellelementes 5 werden dann seinerseits auf den Übertragungshebel 14 übertragen bzw. beaufschlagen diesen.

Man erkennt, dass der Elektromotor 6 inklusive Ritzel 7 in seiner hierdurch definierten Längserstreckung so gegenüber dem Antriebsrad 8 und der Kronenverzahnung 8a angeordnet ist, dass die betreffende Längserstreckung auf das Zentrum des Antriebsrades 8 gerichtet ist. Das gilt für sämtliche Varianten. Außerdem ist die fragliche Längserstreckung bei der Variante nach der Figur 3 überwiegend tangential im Vergleich zum Zahnradbogen 12 orientiert.

Bezuqszeichenliste

1 Kraftfahrzeug-Schloss

2 Drehfalle 3 Sperrklinke

4 Lagerdom

5 Stellelement

6 Elektromotor

7 Ritzel 8 Antriebsrad

8a Kronenverzahnung

9 Wendeikontur

10 Achse

11 Zahnradkontur 12 Zahnradbogen

13 Anschlag

14 Übertragungshebel