Elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeug-technische

Anwendungen

Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeug technische Anwendungen, mit einem Elektromotor mit einer im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmigen Abtriebswelle, und mit einem auf der Abtriebswelle montierten Antriebselement vorzugsweise aus Kunststoff beispielsweise als Bestandteil eines Getriebes, wobei die Abtriebswelle in eine Aufnahmebohrung des Antriebselementes unter Definition wenigstens einer Entlüftungsbohrung eingreift.

Solche elektromotorischen Antriebseinheiten für kraftfahrzeug-technische An wendungen werden beispielhaft und nicht einschränkend als Stellantriebe in oder an Kraftfahrzeugschlossern eingesetzt, zur Verstellung von Kraftfahrzeugsitzen, Scheinwerfern, Spiegeln oder auch im Zusammenhang mit Fensterhebern. Folgerichtig wird der Elektromotor der betreffenden elektromotorischen Antriebseinheit typischerweise mit einer Nieder-Gleichspannung von 12 V, 24 V oder auch 48 V betrieben. Um dennoch zum Teil kraftraubende Stellbewegungen realisieren und umsetzen zu können, werden Drehbewegungen der schnelllaufenden Abtriebswelle des Elektromotors mithilfe des meistens vorge sehenen und nachgeschalteten Getriebes übersetzt, zu dem in der Regel das Antriebselement gehört. Bei dem Antriebselement als solchen kann es sich beispielsweise um eine Schnecke handeln, die zusammen mit einem Schneckenrad das angesprochene Getriebe bildet und definiert. Solche Schneckengetriebe sind in Verbindung mit kraftfahrzeug-technischen Anwendungen allgemein bekannt, wozu nur beispielhaft auf die DE 10 2009 036 834 A1 oder auch die DE 103 60 419 A1 hingewiesen sei.

Da mithilfe des Getriebes bzw. des Antriebselementes zum Teil relativ hohe Kräfte übertragen werden, kommt der konstruktiven Verbindung zwischen der Abtriebswelle und der Aufnahmebohrung des Antriebselementes (aus Kunststoff) eine besondere Bedeutung zu. Tatsächlich haben sich hier Abtriebswellen als günstig erwiesen, die im Querschnitt eine D-Form aufweisen. Eine solche Aus gestaltung wird auch als D-Cut bezeichnet, wie unter anderem die DE 10 2013 010 461 A1 erläutert. Tatsächlich ist an dieser Stelle die Abtriebswelle mit zu mindest einer Ausnehmung in Gestalt einer Rille ausgerüstet. In die Rille greift das Antriebselement in Gestalt einer Schnecke bzw. eines Schneckenrades mit einem Vorsprung unter Realisierung einer formschlüssigen Verbindung ein.

Die Rille erstreckt sich dabei parallel zur Drehachse der Abtriebswelle. In der Regel sind sogar drei Rillen in der Abtriebswelle realisiert, die parallel verlaufen. Das Schneckenrad bzw. die Schnecke als Antriebselement aus Kunststoff greift in die fraglichen Rillen mithilfe von drei Vorsprüngen hinein. Auf diese Weise lassen sich insgesamt auch höhere Kräfte übertragen, wenn die Schnecke bzw. das Schneckenrad aus Kunststoff besteht. Außerdem soll hierdurch vermieden werden, dass sich die Abtriebswelle in das Antriebselement bzw. Schneckenrad aus Kunststoff bei einer Betätigung hineinschält.

Beim gattungsbildenden Stand der Technik nach der JP 2005-265169 A wird die elektromotorische Antriebseinheit im Zusammenhang mit einem im Innern eines Kraftfahrzeuges montierten CD-Spieler eingesetzt. Um an dieser Stelle nicht nur eine einwandfreie Verbindung zwischen der metallischen Abtriebswelle und der Schnecke aus Kunststoff zur Verfügung zu stellen, sondern temperaturbedingte Deformationen der Schnecke bzw. des Schneckenrades aufzufangen, ist zusätzlich eine Entlüftungsbohrung realisiert. Auf diese Weise können etwaige Deformationen des Antriebselementes bzw. der Schnecke aus Kunststoff im Eingriffsbereich zuverlässig verhindert werden. Das hat sich grundsätzlich bewährt.

Allerdings lässt der Stand der Technik weitere Verbesserungen zu. So sind die Entlüftungsbohrungen bei der gattungsbildenden Lehre relativ klein, sodass nach wie vor und unverändert Deformationen im Antriebselement bzw. der Schnecke aus Kunststoff im Betrieb möglich sind. Außerdem ist die Kopplung zwischen der Abtriebswelle und dem Antriebselement bei der bekannten Lehre durch einen Presssitz realisiert. Ein solcher Presssitz kann unter Umständen bei hohen Drehmomentbeanspruchungen abscheren bzw. kann es zu dem im Rahmen der DE 102013010461 A1 bereits beschriebenen „Hineinschälen“ der Abtriebswelle in das Antriebselement im Eingriffsbereich kommen. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige elektro motorische Antriebseinheit für kraftfahrzeug-technische Anwendungen so weiterzuentwickeln, dass eine einwandfreie drehfeste Kopplung ohne die Gefahr mechanischer Beschädigungen zur Verfügung gestellt wird und zugleich etwaige im Betrieb auftretende Temperatureffekte einwandfrei beherrscht werden.

Zur Lösung dieser technischen Problemstellung schlägt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen elektromotorischen Antriebseinheit für kraftfahrzeug-tech nische Anwendungen bei einer ersten Variante vor, dass die Abtriebswelle zumindest im Eingriffsbereich der Aufnahmebohrung zwei voneinander beabstandete sowie axial erstreckte sowie im Querschnitt sehnenartig verlaufende Stege aufweist, zwischen die ein Vorsprung des Antriebselementes zur Drehkoppelung eingreift und die außenrandseitig jeweils eine Entlüftungsbohrung beschreiben bzw. begrenzen.

Im Rahmen der Erfindung kommt also eine spezielle Ausgestaltung der Abtriebswelle zumindest im Eingriffsbereich der Aufnahmebohrung des Antriebselementes zum Tragen. Bei dem Antriebselement handelt es sich in der Regel um eine Schnecke bzw. ein Schneckenrad vergleichbar der Ausführungs form, wie sie in der DE 10 2013 010 461 A1 beschrieben und bildlich dargestellt ist. Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungen des Antriebselementes möglich und werden von der Erfindung umfasst. Das Antriebselement ist regelmäßig aus Kunststoff gefertigt, kann aber auch metallisch ausgebildet sein. Entscheidend sind nun jedoch zunächst einmal die zwei voneinander beabstandeten sowie axial erstreckten Stege der Abtriebswelle, die zumindest im Eingriffsbereich der Aufnahmebohrung realisiert sind. Denn diese Stege verlaufen sehnenartig, d. h. entlang einer Kreissehne der im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmigen Abtriebswelle. Dadurch können die beiden entlang einer Kreissehne jeweils verlaufenden Stege voneinander beabstandet werden und bilden zwischen sich eine Aufnahme, in die der Vorsprung des Antriebsele mentes zur Drehkoppelung eingreift. Die beiden Stege können dabei grundsätz lich winklig zueinander verlaufen. In der Regel wird jedoch ein paralleler Verlauf der beiden Stege zueinander beobachtet.

Außerdem hat es sich in diesem Zusammenhang bewährt, wenn die beiden Stege gleich beabstandet zum Mittelpunkt der im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmigen ausgebildeten Abtriebswelle in der Axialrichtung verlaufen. Die sehnenartige Erstreckung der Stege manifestiert sich darüber hinaus darin, dass die Stege kopfseitig an einem Umfang der im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmigen Abtriebswelle enden. Fußseitig können die beiden Stege durch einen Bogen miteinander verbunden sein. Dadurch bilden die beiden Stege zusammen mit dem Bogen einen zusammengesetzten U-Steg.

In diesen U-Steg der Abtriebswelle im Eingriffsbereich der Aufnahmebohrung greift nun der Vorsprung am Antriebselement ein. Das erfolgt in der Regel kraftschlüssig zur Realisierung der Drehverbindung und meistens sogar kraft- und formschlüssig. Dementsprechend verfügt der Vorsprung über eine zum U- Steg bzw. der im Innern gebildeten Aufnahme komplementäre Form in Gestalt eines U-förmigen Vorsprungs. Auf diese Weise wird eine besonders sichere Drehkoppelung zwischen einerseits dem U-förmigen Vorsprung am Antriebselement und andererseits der U-förmigen Gestaltung der Abtriebswelle im Aufnahmebereich zur Verfügung gestellt.

Flinzukommt, dass außenrandseitig der beiden Stege bzw. der U-Schenkeln des U-Steges auf diese Weise und gleichsam zwangsläufig jeweils eine Ent- lüftungsbohrung beschrieben wird. Diese Entlüftungsbohrung stellt sich dabei praktisch automatisch ein, nämlich ausgehend vom äußeren Rand des jeweiligen Steges bis hin zum inneren Rand der die Abtriebswelle bzw. den in Axialrichtung verlaufenden U-Steg aufnehmenden Aufnahmebohrung im Eingriffsbereich. Diese beiden außenrandseitig der Stege gebildeten Entlüftungsbohrungen sind im Allgemeinen im Querschnitt kreissegmentartig ausgebildet. Außerdem verfügen die beiden Entlüftungsbohrungen im Querschnitt meistens über die gleiche Größe. Darüber hinaus sind die Entlüftungsbohrungen regelmäßig spiegelsymmetrisch zu einer durch den Mittelpunkt der im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmigen Abtriebswelle verlaufenden Achse angeordnet.

Dadurch, dass die Entlüftungsbohrungen jeweils vom Rand des U-Steges bzw. seiner beiden U-Schenkel ausgehen, lassen sich etwaige temperaturbedingte Durchmesseränderungen der Aufnahmebohrung problemlos aufnehmen und ausgleichen. Dadurch wird zusätzlich auch möglichen Rissen im Innern des An triebselementes aus Kunststoff vorgebeugt. Ebenfalls wird ein Abscheren und Hineinschälen der Abtriebswelle in die Aufnahmebohrung vermieden. Als Folge hiervon sind lange Standzeiten der erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebseinheit zu erwarten und eine einwandfreie Funktionalität über die gesamte Lebensdauer gesehen auch bei hohen Belastungen.

Vergleichbare Entlüftungsbohrungen werden auch bei einer weiteren zweiten Variante der Erfindung beobachtet. Diese sieht vor, dass bei einer gattungsgemäßen Antriebseinheit die Abtriebswelle zumindest im Eingriffsbereich der Aufnahmebohrung einen D-förmigen Fortsatz mit jeweils außenwandseitigen Entlüftungsbohrungen aufweist. Die Entlüftungsbohrungen können vergleichbar wie zuvor aufgebaut sein und bieten ähnliche Vorteile.

Tatsächlich kommen beispielsweise zur Realisierung des Antriebselementes bzw. der an dieser Stelle meistens eingesetzten Schnecke typischerweise ther moplastische Kunststoffe zum Einsatz, wie z.B. PMMA (Polymethylmethacrylat), PA (Polyamid), PBT (Polybutylenterephthalat), POM (Polyoxymethylen) oder auch PC (Polycarbonat). Solche Kunststoffe lassen sich besonders leicht verarbeiten und verfügen auch über eine ausreichende Härte zur Kraftübertragung im Zusammenhang mit einem hieraus aufgebauten Getriebe bzw. beim Eingriff der meistens realisierten Schnecke in ein zugehöriges Schneckenrad. Ganz besonders bevorzugt hat sich an dieser Stelle der Einsatz von Polyamid (PA) als günstig erwiesen, und zwar PA 66, d. h. ein spezielles Homopolyamid.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kraftfahrzeug-Schloss und insbesondere Kraftfahrzeug-Türschloss, welches mit einer elektromotorischen Antriebseinheit der eingangs beschriebenen Gestaltung vorteilhaft ausgerüstet ist. Die An triebseinheit kann in diesem Zusammenhang dazu genutzt werden, einzelne Funktionsstellungen wie „verriegelt“ oder auch „diebstahlgesichert“ zu realisieren und umzusetzen. Darüber hinaus lassen sich solche elektromotorischen Antriebseinheiten als Zuzieheinrichtungen in Verbindung mit Kraftfahrzeug schlossern verwenden und einsetzen. Außerdem können sie als Ver riegelungsantriebe in Verbindung mit Verriegelungsaktuatoren bei elektrischen Ladevorrichtungen für Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuge genutzt werden und zur Anwendung kommen.

In diesen sämtlichen Fällen wird eine funktionsgerechte Betätigung zur Ver fügung gestellt und lassen sich temperaturbedingte Effekte besonders gut be herrschen. Als Folge hiervon können auch große Kräfte übertragen werden. 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 eine elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeug-technische

Anwendungen nach der Erfindung schematisch und beispielhaft, Fig. 2 das als Schnecke ausgebildete Antriebselement in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Gegenstand nach Fig. 2,

Fig. 4 eine alternative Abtriebswelle des Elektromotors perspektivisch und

Fig. 5 einen Schnitt durch den Gegenstand nach Fig. 4.

In den Figuren ist eine elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeug technische Anwendungen dargestellt. Tatsächlich kommt die elektromotorische Antriebseinheit im Rahmen des Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einem Kraftfahrzeug-Schloss und insbesondere Kraftfahrzeug-Türschloss zum Einsatz. Tatsächlich ist die elektromotorische Antriebseinheit im Rahmen des Ausführungsbeispiels nach der Fig. 1 und nicht einschränkend als Öffnungsantrieb für ein dort schematisch dargestelltes Gesperre 1 , 2 aus Drehfalle 1 und Sperrklinke 2 ausgebildet. Dazu arbeitet die elektromotorische Antriebseinheit auf einen Auslösehebel 3. Zum Öffnen des Gesperres 1 , 2 wird der Auslösehebel 3 mithilfe der elektromotorischen Antriebseinheit derart be aufschlagt, dass der Auslösehebel 3 um seine Achse im Uhrzeigersinn verschwenkt.

Die Uhrzeigersinnbewegung des Auslösehebels 3 hat zur Folge, dass der Aus lösehebel 3 die in Schließstellung des Gesperres 1 , 2 in Eingriff mit der Drehfalle 1 stehende Sperrklinke 2 um ihre Achse im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt. Dadurch kommt die Drehfalle 1 frei und kann ihrerseits um ihre Achse im Uhrzeigersinn aufschwenken und einen zuvor gefangenen und nicht ausdrücklich dargestellten Schließbolzen freigeben. Gleiches gilt für eine den Schließbolzen tragende und nicht ausdrücklich dargestellte Kraftfahrzeug-Tür.

Die elektromotorische Antriebseinheit nach der Erfindung verfügt zu diesem Zweck über einen Elektromotor 4 und eine im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmige Abtriebswelle 5, die ausgangsseitig des Elektromotors 4 vorge sehen ist und mit seiner Hilfe in schnelllaufende Rotationen versetzt wird. Auf der Abtriebswelle 5 ist ein Antriebselement 6 montiert.

Bei dem Antriebselement 6 aus Kunststoff handelt es sich nach dem Aus führungsbeispiel um eine Schnecke 6, wie sie im Detail in der perspektivischen Darstellung nach der Fig. 2 und 4 wiedergegeben ist. Die Schnecke 6 bzw. das Antriebselement 6 aus Kunststoff kämmt mit einem Schneckenrad 7 ebenfalls aus Kunststoff. Das Schneckenrad 7 weist einen Betätigungszapfen 8 auf. Auf diese Weise ist ein an den Elektromotor 4 angeschlossenes Getriebe 6, 7, 8 realisiert.

Anhand der Fig. 1 kann man nachvollziehen, dass eine Gegenuhrzeigersinn bewegung des Schneckenrades 7 dazu führt, dass der Betätigungszapfen 8 den Auslösehebel 3 in dem Sinne beaufschlagt, dass der Auslösehebel 3 die zuvor bereits beschriebene Uhrzeigersinnbewegung um seine Achse vollführt. Dadurch wird die Sperrklinke 2 von ihrem Eingriff mit der Drehfalle 1 abgehoben und die Kraftfahrzeug -Tür im Endeffekt freigegeben. Selbstverständlich kann die nachfolgend noch im Detail zu beschreibende elektromotorische Antriebseinheit auch für andere Zwecke und Anwendungen zum Einsatz kommen, wie sie einleitend bereits beschrieben worden sind.

Anhand der Fig. 2 bis 5 wird deutlich, dass das Antriebselement bzw. die Schnecke 6 aus Kunststoff nicht nur einen Bestandteil des Getriebes 6, 7, 8 darstellt. Sondern das Antriebselement bzw. die Schnecke 6 ist auch auf der Abtriebswelle 5 montiert, nach dem Ausführungsbeispiel auf die Abtriebswelle 5 aufgesteckt und hierauf gegebenenfalls zusätzlich axial gesichert. Das kann beispielsweise durch zusätzlich aufgebrachten Klebstoff oder auf andere Art und Weise erfolgen.

Zu diesem Zweck greift die Abtriebswelle 5 in eine Aufnahmebohrung 9 im Innern des Antriebselementes bzw. der Schnecke 6 ein. Die Aufnahmebohrung 9 ist dabei nach dem Ausführungsbeispiel im Zentrum der zylinderförmig aus gebildeten Schnecke 6 angeordnet und verläuft in Axialrichtung.

Anhand der schematischen Darstellung in der Fig. 2 und 4 erkennt man, dass die Abtriebswelle 5 in die Schnecke 6 über eine gewisse axiale Länge gesehen eingreift, nämlich unter Definition eines Eingriffsbereiches E. Außerdem werden beim Eingriff der Abtriebswelle 5 in die Aufnahmebohrung 9 der Schnecke 6 beidseitige Entlüftungsbohrungen 10 definiert, die man am besten anhand der Darstellung in den Fig. 2 bis 4 nachvollziehen kann.

Tatsächlich ist erfindungsgemäß die Ausbildung der im Querschnitt im wesent lichen kreisförmigen Abtriebswelle 5 im Eingriffsbereich E der Aufnahmebohrung 9 der Schnecke 6 im Wesentlichen so gestaltet und ausgeprägt, dass an dieser Stelle zwei axial erstreckte sowie im Querschnitt sehnenartig verlaufende Stege 11 bei der ersten Variante nach den Fig. 2 und 3 realisiert sind. Das wird insbesondere anhand der Schnittdarstellung gemäß der Fig. 3 deutlich. In dieser Schnittdarstellung erkennt man einen Mittelpunkt M der im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmigen Abtriebswelle 5.

In Bezug auf diesen Mittelpunkt M verlaufen die beiden Stege 11 entlang einer Kreissehne. Dabei enden die beiden Stege 11 jeweils kopfseitig am Umfang der betreffenden Abtriebswelle 5 und sind fußseitig durch einen Bogen 12 miteinander verbunden. Dadurch beschreiben die beiden Stege 11 in Verbindung mit dem Bogen 12 einen zusammengesetzten U-Steg 11 , 12.

Außerdem verlaufen die beiden Stege 11 nach dem Ausführungsbeispiel parallel zueinander und sind gleich beabstandet zum fraglichen Mittelpunkt M angeordnet. Zwischen die beiden Stege 11 greift ein Vorsprung 13 des Antriebselementes 6 ein. Dadurch wird eine Drehkoppelung bzw. Drehverbindung zwischen der Abtriebswelle 5 und dem Antriebselement 6 realisiert und umgesetzt. Außerdem beschreiben die beiden Stege 11 außenrandseitig jeweils eine Entlüftungsbohrung 10. Tatsächlich fungieren die Stege 11 als Begrenzung der jeweiligen Entlüftungsbohrung 10 zusammen mit einer Innenwandung der Aufnahmebohrung 9.

Der Vorsprung 13 greift im Allgemeinen kraft- und formschlüssig in den U-Steg 11 , 12 ein. Tatsächlich ist der Vorsprung 13 komplementär wie der U-Steg 11 , 12 gestaltet, ist folglich als U-förmiger Vorsprung 13 ausgebildet. Die Entlüftungsbohrungen 10 sind im Querschnitt kreissegmentartig ausgebildet. Außerdem verfügen die beiden Entlüftungsbohrungen 10 nach dem Aus führungsbeispiel über einen gleich großen Querschnitt und sind im Übrigen spiegelsymmetrisch zu einer durch den Mittelpunkt M der Abtriebswelle 5 ver laufenden Achse A angeordnet.

Das Antriebselement bzw. die Schnecke 6 (und auch das Schneckenrad 7) ist im Allgemeinen aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Hier haben sich besonders Kunststoffe wie Polyamid und insbesondere Homopolyamide als besonders günstig erwiesen. Demgegenüber ist die Abtriebswelle 5 des Elektromotors 4 in der Regel metallisch ausgeführt. Zur Vereinigung der Schnecke 6 mit der Abtriebswelle 5 wird diese auf die Abtriebswelle 5 derart aufgeschoben, dass in Drehrichtung der Abtriebswelle 5 eine formschlüssige Verbindung vorliegt. Die beiden Stege 11 bzw. der U-Steg 11 , 12 im Eingriffsbereich E der Aufnahmebohrung 9 der Schnecke 6 wird an der Abtriebswelle 5 in der Regel durch Umformen der Abtriebswelle 5 hergestellt.

Vergleichbare Vorteile und Wirkungen werden auch für die zweite Variante nach den Fig. 4 und 5 beobachtet. Hier greift die Abtriebswelle 5 im Eingriffsbereich E mit einem D-förmigen Fortsatz 14 in die Aufnahmebohrung 9. Hierdurch wird erneut eine drehfeste Kopplung zur Schnecke 6 erreicht. Die außenrandseitig des D-förmigen Fortsatzes 14 realisierten Entlüftungsbohrungen 10 sorgen wiederum für eine etwaige Kühlung.

Bezugszeichenliste