Lastdrehmomentsperre und Getriebe-Antriebseinheit mit einer Lastdrehmomentsperre

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Lastdrehmomentsperre nach dem Oberbegriff der beiden unabhängigen Ansprüche. Ferner betrifft die Erfindung eine Getriebe- Antriebseinheit mit einer erfindungsgemäßen Lastdrehmomentsperre.

Eine derartige Lastdrehmomentsperre ist aus der DE 10 2005 012 938 A1 der Anmelderin bekannt. Die bekannte Lastdrehmomentsperre dient in einem Komfortantrieb eines Kraftfahrzeugs, z.B. einem Fensterheber- oder Sitzverstellungsantrieb, zum Sperren abtriebsseitiger Drehmomente. Dadurch wird z.B. bei einem Fensterheberantrieb ein Blockieren der Fensterscheibe entgegen der Öffnungsrichtung bewirkt, wenn vom Antrieb des Fensterheberantriebs keine entsprechende Öffnungskraft auf die Fensterscheibe übertragen wird. Dies dient aus Sicherheitsgründen dazu, dass die Fensterscheibe nicht durch Niederdrücken geöffnet werden kann. Bei der bekannten Lastdrehmomentsperre ist das elastische Element in Form einer Schlingfeder ausgebildet, die in einem Gehäuse einer Getriebe-Antriebseinheit aufgenommen ist. Dabei stützt sich die Schlingfeder im Blockierfall beispielsweise mit ihrem Außenumfang am Innenumfang eines Gehäuseabschnitts ab, wobei im Blockierfall der Umfang der Schlingfeder vergrößert wird, so dass die nötige Anpress- bzw. Anlagekraft erzeugt wird. Zum Übertragen eines Antriebsdrehmoments weist ein mit der Fensterscheibe gekoppeltes Abtriebselement des Fensterheberantriebs Antriebszapfen auf, die in Ausnehmungen eines Antriebselements eingreifen. Hierbei ist zwischen den Antriebszapfen und den Ausnehmungen ein gewisses Drehwinkelspiel ausgebildet. Aus der DE 36 03 307 A1 ist es weiterhin bei einer Lastdrehmomentsperre bekannt, als Sperr- und Übertragungselemente Planreibflächenelemente in Form von Reibscheiben zu verwenden. Die DE 197 53 106 C2 zeigt eine Lastdrehmomentsperre, bei denen eine Sperrwirkung durch Klemmkörper bzw. Wippen erreicht wird, welche durch Zapfen oder Klauen an der Antriebswelle gegenüber einem feststehenden Gehäuse entkantet werden, bzw. durch Zapfen an der Abtriebswelle entsprechend verkantet werden, um eine Sperrwirkung zu erreichen.

Ferner können als Klemmkörper bei einer Lastdrehmomentsperre auch zylindrische oder kugelförmige Bauteile, wie z.B. aus der DE 89 10 857 U oder der EP 1 182 071 A2 bekannt, verwendet werden.

Offenbarung der Erfindung

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lastdrehmomentsperre nach dem Oberbegriff der beiden unabhängigen Ansprüche derart weiterzubilden, dass ein besonders einfacher und kompakter Aufbau ermöglicht wird. Weiterhin kann im Antriebsfall ein Antriebsdrehmoment reibungsfrei übertragen werden und die Lastdrehmomentsperre soll auch für schnelldrehende Antriebswellen geeignet sein. Diese Aufgabe wird bei einer Lastdrehmomentsperre mit den Merkmalen der beiden unabhängi- gen Ansprüche gelöst. Der Erfindung liegt dabei die gemeinsame Idee zugrunde, die Antriebswelle jeweils mit mindestens einem Sperr- und Übertragungselement zu koppeln, das insbesondere am Außenumfang der Antriebswelle befestigt ist und das mit seinem der Antriebswelle abgewandten Ende in Wrkverbindung mit einem ortsfest angeordneten Gehäuseteil steht. Hierbei ist bei der ersten erfin- dungsgemäßen Variante vorgesehen, dass das Sperr- und Übertragungselement mit dem ortsfesten Gehäuseelement eine reibschlüssige Verbindung eingeht, die bei einem Einleiten eines Drehmoments von Seiten des Abtriebselements, insbesondere einer Abtriebswelle, zunächst überwunden werden muss, bevor sich die Antriebswelle dreht. Somit wird zumindest beim Einleiten bis zu einem bestimm- ten Drehmoment von Seiten der Abtriebswelle eine Drehung der Antriebswelle verhindert. Bei einer zweiten erfindungsgemäßen Variante gemäß dem zweiten unabhängigen Anspruch ist hingegen das der Antriebswelle abgewandte Ende des Sperr- und Übertragungselements in einer im ortsfesten Gehäuse ausgebildeten Ausnehmung angeordnet. Auch hier wird das Einleiten eines Drehmoments von der Abtriebswelle in Richtung der Antriebswelle verhindert, da die Abtriebswelle das Sperr- und Übertragungselement derart deformieren müsste, dass dieses mit seinem der Antriebswelle abgewandten Ende außer Eingriff mit der Ausnehmung gelangt. Bei beiden erfindungsgemäßen Varianten erfolgt der Antrieb der Abtriebswelle beim Einleiten eines Drehmoments über die Antriebswelle dadurch, dass das wenigstens eine Sperr- und Übertragungselement elastisch deformiert wird und dabei in Wirkverbindung mit dem Abtriebselement, insbesondere der Abtriebswelle, gelangt und dieses bei einer Drehung der Antriebswelle mitnimmt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lastdrehmomentsperren sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass mehrere Sperr- und Übertragungselemente in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind und, dass jedes der Sperr- und Übertragungselemente mit einer Ausnehmung zusammenwirkt, wobei die Ausnehmungen und die Sperr- und Übertragungselemente zueinander ausgerichtet sind. Dadurch wird ein besonders hohes Sperrmoment erzielt, da das eingeleitete Drehmoment auf die einzelnen Sperr- und Übertragungselemente aufgeteilt wird, so dass von jedem Sperr- und Übertragungselement jeweils nur ein relativ geringes Drehmoment zu sperren ist. Wesentlich hierbei ist, dass durch die Ausrichtung der Ausnehmungen und der Sperr- und Übertragungselemente die Sperr- und Übertragungselemente dabei jeweils gleichzeitig in Eingriff mit den Ausnehmungen sind.

Besonders einfach lässt sich das Sperr- und Übertragungselement ausbilden, wenn dieses als insbesondere aus Federstahl bestehendes, stiftförmiges oder im Querschnitt rechteckförmiges Element ausgebildet ist. Zur Verringerung der Flächenpressung der Sperr- und Übertragungselemente an der Wand des Gehäuses bzw. im Bereich der Ausnehmung und zur Vereinfachung der Herstellung der Sperr- und Übertragungselemente kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass das Sperr- und Übertragungselement in Längsrichtung der Antriebswelle bei einer reibschlüssigen Verbindung mit dem Gehäuse eine linienförmige Anlagefläche aufweist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das Sperr- und Übertragungselement zumindest im Bereich der Anlagefläche, bevorzugt jedoch in seinem gesamten Bereich eine rechteckige Querschnittsfläche aufweist. Dadurch lässt sich das Sperr- und Übertragungselement in einfacher Art und Weise beispielsweise als Abschnitt eines aus Federstahl bestehenden Bandmaterials fertigen.

Um insbesondere beim Einleiten eines Antriebsmoments in beide Drehrichtungen die gleichen zu überwindenden Entsperrmomente zu erzielen, kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass das von der Antriebswelle abgewandte Ende des Sperr- und Übertragungselements in der Ausnehmung in radialem Abstand zum Grund der Ausnehmung angeordnet ist. Dadurch wird dieses in der Ausnehmung ohne ein von außen eingeleitetes Drehmoment nicht deformiert.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zwischen der Antriebswelle und dem Abtriebselement ein Blockierelement angeordnet ist, das beim Überschreiten eines Drehwinkelspiels zwischen dem Abtriebselements und der Antriebswelle die Antriebswelle und das Abtriebselement starr miteinander koppelt. Dadurch wird eine besonders sichere Übertragung des Drehmoments vom Antrieb zum Abtrieb im Antriebsfall ermöglicht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele und anhand der Zeichnung.

Diese zeigt in:

Fig. 1 und 2 jeweils einen Querschnitt durch ein erste erfindungsgemäße

Lastdrehmomentsperre im Blockier- bzw. Antriebsfall, Fig. 3 und 4 jeweils einen Querschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Lastdrehmomentsperre im Blockier- bzw. Antriebsfall,

Fig. 5 eine vereinfachte Seitenansicht auf die Lastdrehmomentsperre entsprechend der Fig. 1 bis 4 und

Fig. 6 einen Schnitt in der Ebene Vl-Vl der Fig. 5.

Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In den Fig. 1 und 2 ist eine erste erfindungsgemäße Lastdrehmomentsperre 10 dargestellt. Die Lastdrehmomentsperre 10 findet dabei insbesondere Verwendung in einer nicht dargestellten Getriebe-Antriebseinheit, insbesondere einem Komfortantrieb in einem Kraftfahrzeug, wie beispielsweise einem Fensterheberantrieb, einem Sitzverstellungsantrieb oder dergleichen.

Die Lastdrehmomentsperre 10 weist eine Antriebswelle 11 auf, die mit ihrem einen Ende in die offene Stirnseite eines im Ausführungsbeispiel ringförmigen, ortsfest angeordneten Gehäuses 13 zumindest hineinragt. Am Außenumfang 14 der Antriebswelle 1 1 ist wenigstens ein, vorzugsweise jedoch mehrere in jeweils gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Sperr- und Übertragungselemente 15 befestigt. Das Sperr- und Übertragungselement 15 ist als elastisches Sperr- und Übertragungselement 15 ausgebildet und besteht bei- spielsweise aus Federstahl oder ähnlichem Material. Seine Querschnittsform kann entweder rund oder oval, bevorzugt jedoch rechteckförmig ausgebildet sein, so dass das Sperr- und Übertragungselement 15 aus einem Abschnitt eines bandförmigen Federstahlbandes hergestellt ist. In dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Sperr- und

Übertragungselemente 15 vorgesehen, die um jeweils 90° versetzt zueinander angeordnet sind. Die Sperr- und Übertragungselemente 15 weisen dabei eine Länge auf, die größer ist als der radiale Abstand zwischen dem Außenumfang 14 der Antriebswelle 1 1 und der Innenwand 16 des Gehäuses 13. Dadurch erfolgt eine in den Fig. 1 und 2 dargestellte, bogenförmige, elastische Deformation der

Sperr- und Übertragungselemente 15. In Folge der Deformation der Sperr- und Übertragungselemente 15 sind die der Antriebswelle 11 abgewandten Endabschnitte 17 der Sperr- und Übertragungselemente 15 in reibschlüssigem Kontakt mit der Innenwand 16 des Gehäuses 13 angeordnet.

Zwischen den Sperr- und Übertragungselementen 15 ist jeweils ein zapfenförmi- ger, im Querschnitt in etwa linsenförmiger Fortsatz 18 eines Abtriebselements, insbesondere einer Abtriebswelle 20, angeordnet. Wie insbesondere anhand der Fig. 5 erkennbar ist, sind das Gehäuse 13, die Antriebswelle 11 und die Abtriebswelle 20 konzentrisch zueinander in einer gemeinsamen Längsachse 21 angeordnet. Die Abtriebswelle 20 ragt mit ihren zapfenförmigen Fortsätzen 18 in die andere, offene Stirnseite des Gehäuses 13 auf der der Antriebswelle 1 1 gegenüberliegenden Seite hinein. Wesentlich dabei ist, dass die zapfenförmigen Fortsätze 18 Kontaktflächen 22, 23 aufweisen, die je nach Drehrichtung der Antriebswelle 1 1 bzw. der Abtriebswelle 20 in Wirkverbindung mit den Sperr- und Übertragungselementen 15 angeordnet sind.

In der Fig. 1 ist der Blockierfall der Lastdrehmomentsperre 10 dargestellt, bei dem über die zapfenförmigen Fortsätze 18 der Abtriebswelle 20 ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn (Pfeil 25) in die Lastdrehmomentsperre 10 eingeleitet wird. Hierbei gelangen die einen Kontaktflächen 22 in Wrkverbindung mit den Sperr- und Übertragungselementen 15. Da die Sperr- und Übertragungselemente 15 reibschlüssig mit der Innenwand 16 des Gehäuses 13 angeordnet sind, ist es zu einer Drehung der Antriebswelle 11 in Richtung des von der Abtriebswelle 20 eingeleiteten Drehmoments erforderlich, dass der Reibschluss zwischen den Sperr- und Übertragungselementen 15 und dem ortsfest angeordneten Gehäuse 13 bzw. der Innenwand 16 des Gehäuses 13 überwunden wird. Dies erfolgt jedoch erst ab einem bestimmten Grenzdrehmoment. Hierbei wird das Grenzdrehmoment noch dadurch zusätzlich erhöht, dass die zapfenförmigen Fortsätze 18, je nach genauer geometrischer Ausbildung wie Querschnittsfläche, Elastizität usw. der Sperr- und Übertragungselemente 15, die in Wrkverbindung mit der Innenwand 16 des Gehäuses 13 stehenden Endabschnitte der Sperr- und Übertragungselemente 15 aus ihrer Lage zunächst aufrichtet und somit mit der Innenwand 16 zusätzlich verkeilt. In der Fig. 2 ist der Antriebsfall der Lastdrehmomentsperre 10 dargestellt. Hierbei wird die Antriebswelle 1 1 im Gegenuhrzeigersinn (Pfeil 26) gedreht. Sobald dabei ein Grenzdrehmoment überschritten wird, das den Reibschluss zwischen den Sperr- und Übertragungselementen 15 und der Innenwand 16 des Gehäuses 13 überwindet, beginnt die Antriebswelle 1 1 sich zu drehen und gelangt dabei in Wirkverbindung mit den Kontaktflächen 23 der zapfenförmigen Fortsätze 18 der Abtriebswelle 20. Dabei werden die Sperr- und Übertragungselemente 15 verformt, wobei deren der Innenwand 16 zugewandten Enden außer Kontakt mit der Innenwand 16 geraten und dabei die Abtriebswelle 20 mitnehmen und in Drehung versetzen. In der Fig. 6 ist ein Querschnitt einer modifizierten Lastdrehmomentsperre 10 im

Bereich der Abtriebswelle 20a dargestellt. Hierbei ist die Antriebswelle 11 a gegenüber der Antriebswelle 1 1 verlängert ausgebildet, so dass diese das Gehäuse 13 vollständig durchdringt und aus der anderen Stirnseite herausragt. Die Abtriebswelle 20a weist eine zentrische Bohrung 28 auf, in der die Antriebswelle 11 a mit radialem Spiel aufgenommen ist. Ferner geht von der Bohrung 28 in

Längsrichtung eine nutsteinförmige Ausnehmung 29 aus, in die ein Fortsatz 30, der am Außenumfang der Antriebswelle 11 a fest angeordnet ist, eingreift. Wesentlich hierbei ist, dass die Dimensionierung des Fortsatzes 30 bzw. der Ausnehmung 29 derart ist, dass die Antriebswelle 1 1a in der Abtriebswelle 20a mit einem gewissen Drehwinkelspiel aufgenommen ist. Dadurch wird bei Übertragung von relativ hohen Drehmomenten im Blockierfall verhindert, dass die Sperr- und Übertragungselemente 15 entlang der Innenwand 16 des Gehäuses 13 mitgenommen werden und somit relativ schnell verschleißen. Vielmehr wird ein direkter Kraftschluss zwischen der Antriebswelle 1 1a und der Abtriebswelle 20a erzeugt.

In den Fig. 3 und 4 ist eine gegenüber der Lastdrehmomentsperre 10 abgewandelte, zweite erfindungsgemäße Lastdrehmomentsperre 50 dargestellt. Hierbei ist wesentlich, dass bei der Lastdrehmomentsperre 50 das Gehäuse 53 der Last- drehmomentsperre 50 an seiner Innenwand 54 ausgebildete Ausnehmungen 55 aufweist, in die die jeweiligen Enden 56 der Sperr- und Übertragungselemente 15a eingreifen. Hierbei weisen die Sperr- und Übertragungselemente 15a eine Länge auf, die größer ist als der radiale Abstand zwischen der Antriebswelle 1 1a und der Innenwand 54, jedoch geringer als der radiale Abstand zwischen dem Außenumfang der Antriebswelle 1 1a und dem Grund 57 der Ausnehmung 55. Beim Einleiten eines Drehmoments von der Abtriebswelle 20a im Gegenuhrzeigersinn entsprechend des Pfeils 58 gelangen die zapfenförmigen Fortsätze 18a in Wirkverbindung mit dem in den Ausnehmungen 55 angeordneten Sperr- und Übertragungselementen 15a. Dabei liegen die dem jeweiligen zapfenförmigen Fortsatz 18a abgewandten Seiten der Sperr- und Übertragungselemente 15a jeweils an der einen, in der Fig. 3 mit der Bezugsziffer 59 versehenen Wand der Ausnehmung 55 an. Durch die Ausbildung der Lastdrehmomentsperre 50 mit den Ausnehmungen 55 lässt sich ein zu sperrendes Drehmoment insofern erhöhen, als dass die Sperr- und Übertragungselemente 15a durch den zusätzlichen Formschluss mit den Ausnehmungen 55 eine höhere Kraft benötigen, um deformiert zu werden.

Beim Einleiten eines Drehmoments über die Antriebswelle 11 a, beispielhaft im Uhrzeigersinn entsprechend der Fig.4, werden die Sperr- und Übertragungselemente 15a deformiert, so dass diese ab einem bestimmten Drehmoment außer Eingriff mit den Ausnehmungen 55 gelangen und dabei durch Anlagekontakt mit den Fortsätzen 18a diese in Drehrichtung mitnehmen. Dabei sind die Enden 56 außer Kontakt mit der Innenwand 54 des Gehäuses 53.

Die soweit beschriebenen Lastdrehmomentsperren 10, 50 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.