DE102007035789A1 - Sperrvorrichtung sowie Getriebe-Antriebs-Einheit - Google Patents

Sperrvorrichtung sowie Getriebe-Antriebs-Einheit Download PDF

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Torsten Gmuend
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Mathias Latt
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sperrvorrichtung (1) zum Sperren einer Drehbewegung einer Welle, mit einem Gehäuse (29) und mit einem ersten, drehfest mit der Welle verbindbaren Sperrelement (9) und einem zweiten Sperrelement (7), das mittels mindestens eines Elektromagneten (4) in axialer Richtung relativ zu dem ersten Sperrelement (9) verstellbar ist, wobei die beiden Sperrelemente (7, 9) in einer Sperrposition in axialer Richtung formschlüssig ineinander greifen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das zweite Sperrelement (7) zur Übertragung eines Sperrmomentes auf das Gehäuse (29) durch mindestens eine formschlüssige Verbindung (27, 28) drehfest und mittelbar an dem Gehäuse (29) festgelegt ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Getriebe-Antriebseinheit.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Sperrvorrichtung zum Sperren einer Drehbewegung einer Welle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Getriebe-Antriebs-Einheit, insbesondere zur Betätigung eines Sperrdifferenzials in einem Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 13.
  • Aus der DE 10 2004 058 096 A1 ist eine modulartig aufgebaute Sperrvorrichtung bekannt. Die bekannte Sperrvorrichtung umfasst zwei Sperrelemente, von denen ein erstes Sperrelement drehfest mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Welle verbunden ist. Das zweite Sperrelement ist mittels eines Elektromagneten in axialer Richtung relativ zum dem ersten Sperrelement zwischen einer Sperrposition und einer Freigabeposition verstellbar. In der Sperrposition greifen die jeweils eine Verzahnung aufweisenden Sperrelemente mit ihren Verzahnungen in axialer Richtung ineinander. Dabei wird ein Sperrmoment von dem ersten, drehfest mit der Welle verbundenen Sperrelement über den Verzahnungseingriff an das zweite, axial verstellbare Sperrelement weitergeleitet. Von dem zweiten Sperrelement erfolgt die Übertragung des Drehmomentes an einen Spulenkörper des Elektromagneten über drei in axialer Richtung verlaufende, an dem Spulenkörper angeordnete Kunststoffzapfen, mit denen das zweite Sperrelement axial verschiebbar an dem Spulenkörper gehalten ist. Die Drehmomenteinleitung in das Gehäuse der Sperrvorrichtung erfolgt über einen Zapfen im Bodenbereich des Spulenkörpers.
  • Das Gehäuse der Sperrvorrichtung besteht aus einer Vielzahl von miteinander gefügten Bauteilen. Es ist zusammengesetzt aus einem zylindrischen Außengehäuse, einem Boden, einem Innenpol, einer Zentralbuchse zur axialen und radialen Führung des zweiten Sperrelementes sowie aus einem Deckel. Nachteilig bei der bekannten Sperrvorrichtung ist zum einen, dass die Kopplung zwischen dem zweiten Sperrelement und dem Spulenkörper vergleichsweise weich ist, da sich die in axialer Richtung erstreckenden Zapfen bei einer Drehmomentbelastung verformen. Darüber hinaus wirken sich innerhalb der üblichen Toleranzen schwankende Spritzgussparameter bei der Herstellung des Spulenkörpers mit den drei Zapfen erheblich auf das Drehmomentabstützverhalten der Sperrvorrichtung aus. Ferner ist die Drehmomentweitergabe ungleichmäßig über die einzelnen Bauteile der Sperrvorrichtung verteilt. Dabei wirkt sich die lange Toleranzkette negativ aus. Zudem ist das im Stand der Technik gerollte Außengehäuse sehr instabil und verformt sich bei einer Belastung, wie etwa durch Fügekräfte bei der Montage und/oder Spannungen, die durch Wärmedehnung unter Temperatureinfluss entstehen können. Ferner ist der ein Teil des Gehäuses bildende Innenpol lediglich aufwändig als Drehteil fertigbar. Die unvermeidbaren Luftspalten an den Fügestellen der das Gehäuse bildenden Bauteile wirken sich negativ auf den magnetischen Fluss zur Verstellung des zweiten Sperrelementes in axialer Richtung aus. Als Konsequenz der genannten Nachteile, insbesondere aufgrund der langen Toleranzkette bei der Drehmomentweitergabe, ist es notwendig, die Sperrvorrichtung sowohl linksdrehend als auch rechtsdrehend in jeweils vierzig unterschiedlichen Eingriffspositionen zu prüfen, was insgesamt zu einer langen Herstellungsdauer und damit zu hohen Kosten führt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Technische Aufgabe
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sperrvorrichtung vorzuschlagen, beider das Sperrmomentübertragungsverhalten weniger großen Schwankungen unterliegt. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine entsprechend verbesserte Getriebe-Antriebs-Einheit vorzuschlagen.
  • Technische Lösung
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Sperrvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Getriebe-Antriebs-Einheit mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Toleranzkette zur Sperrmomentübertragung (Drehmomentübertragung) zu verkürzen. Bei einer, insbesondere als eigenständiges Modul nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Sperrvorrichtung erfolgt die Übertragung des Sperrmomentes auf das Gehäuse der Sperrvorrichtung nicht indirekt zunächst über Zapfen auf den Spulenkörper und von diesem dann auf ein Gehäuseteil, sondern unmittelbar von dem zweiten Sperrelement (Ankerplatte) auf das Gehäuse, wozu das zweite Sperrelement zwar axial verschiebbar, jedoch formschlüssig drehfest unmittelbar mit dem Gehäuse der Sperrvorrichtung verbunden ist. Durch die unmittelbare drehfeste Kopplung zwischen dem zweiten Sperrelement und dem Gehäuse der Sperrvorrichtung wirken sich fertigungstoleranzbedingte Abmessungsschwankungen anderer Bauteile, wie des Spulenkörpers, nicht auf das Sperrmomentübertragungsverhalten (Abstützverhalten oder Sperrverhalten) der Sperrvorrichtung aus. In der Folge kann die Prüfung der Sperrvorrichtung auf ein Mindestmaß beschränkt werden.
  • Bei dem zweiten Sperrelement handelt es sich bevorzugt um eine Platte aus einem ferromagnetischen Material, insbesondere Stahl, die zumindest im Verzahnungsbereich oder vollständig von einer Kunststoffschicht umgeben ist. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Verzahnung des zweiten Sperrelementes als Spritzgussteil ausgebildet ist und beispielsweise durch Umspritzen an einer ferromagnetischen Platte mit zentraler Durchgangsöffnung für die zu sperrende Welle festgelegt ist.
  • Mit Vorteil ist die Sperrvorrichtung derart ausgebildet, dass der Elektromagnet bei Bestromung das zweite Sperrelement in axialer Richtung von dem ersten Sperrelement weg in die Freigabestellung verstellt und dort hält. Wird die Bestromung unterbrochen, wird das zweite Sperrelement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mittels mindestens eines Rückstellfederelementes zurück in axialer Richtung gegen das erste Sperrelement in die Sperrposition verstellt. Diese Ausführungsform ermöglicht es, den Elektromotor einer Getriebe-Antriebs-Einheit gleichzeitig mit der Sperrvorrichtung zu bestromen und dadurch eine Entsperrung der Welle zeitgleich mit dem Antrieb der Welle mittels des Elektromotors zu koppeln.
  • Insbesondere wird durch die direkte formschlüssige Kopplung zwischen dem zweiten Sperrelement und dem Gehäuse ein steifes Drehmomentübertragungsverhalten realisiert.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass mindestens eine formschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Sperrelement und dem Gehäuse der Sperrvorrichtung bzw. einem Gehäuseteil von einem in axialer Richtung weisenden Fortsatz an einem der Bauteile (Sperrelement oder Gehäuseteil) und einer den Fortsatz formschlüssig aufnehmenden Ausnehmung an dem jeweils anderen Bauteil ausgebildet ist. Um zu ermöglichen, dass bisher zum Einsatz kommende Spulenkörper zum axialen Verstellen des zweiten Sperrelementes eingesetzt werden können, ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der der Fortsatz am zweiten Sperrelement radial außerhalb der sich auf einer Stirnseite in Umfangsrichtung erstreckenden Verzahnung und die Ausnehmung an einem Gehäuseteil des Gehäuses der Sperrvorrichtung angeordnet ist.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass nicht lediglich eine einzige formschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Sperrelement und einem Gehäuseteil der Sperrvorrichtung vorgesehen ist, sondern dass mehrere, insbesondere drei, gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte, formschlüssige Verbindungen zwischen dem zweiten Sperrelement und dem Gehäuse vorgesehen sind. Bevorzugt ist es dabei, wenn sämtliche Verbindungen identisch ausgebildet sind, also bevorzugt aus einem in radialer Richtung weisenden Fortsatz in Kombination mit einer diesen formschlüssig aufnehmenden Ausnehmung, ausgebildet sind.
  • Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Ausnehmung zur Aufnahme des Fortsatzes als sich in axialer Richtung, parallel zur Längserstreckung der Welle erstreckende Axialnut ausgebildet ist, die vorzugsweise bis zu einem axialen Ende eines die Ausnehmung aufweisenden Gehäuseteils reicht, um eine erleichterte Montage sowie eine axiale Verstellbarkeit des zweiten Sperrelementes relativ zu dem Gehäuseteil zu ermöglichen.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Fortsätze der formschlüssigen Verbindungen zwischen dem zweiten Sperrelement und dem Gehäuse der Sperrvorrichtung derart ausgebildet und angeordnet sind, dass ein Verkanten des zweiten Sperrelementes beim axialen Verschieben relativ zu dem Gehäuse der Sperrvorrichtung in der Ausnehmung vermieden wird. Insbesondere sind die Fortsätze hierzu gerundet, oval oder sich konisch verjüngend ausgebildet. Bevorzugt weisen die Fortsätze, zumindest in den in die zugehörige Ausnehmung eingreifenden Abschnitt, keine ein Verkanten fördernde Seitenkanten auf.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine formschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Sperrelement und dem Gehäuse der Sperrvorrichtung eine Kunststoff-Metall-Paarung aufweist. Die Kunststoff-Metall-Paarung reduziert die Geräuschentwicklung maßgeblich. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Fortsatz aus Kunststoff ausgebildet ist oder zumindest eine Kunststoffoberfläche aufweist und das Gehäuse der Sperrvorrichtung und damit die Kontaktfläche zu dem Fortsatz aus Metall, insbesondere aus einem Stahl oder einer Aluminiumlegierung, ausgebildet ist. Bevorzugt ist es dabei, wenn die Fortsätze einstückig mit der Verzahnung als ringförmiges Spritzgussteil ausgebildet sind, wobei das Spritzgussteil an einer Metallplatte festgelegt ist.
  • Von besonderem Vorteil ist es, wenn ein Gehäuseteil des Gehäuses als Tiefziehteil aus Metall ausgebildet ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem als Tiefziehteil ausgebildeten Gehäuseteil um ein mit einem Gehäusedeckel zusammenwirkendes Gehäuseteil, das mehrere Funktionsabschnitte aufweist. Bevorzugt umfasst das als Tiefziehteil aus Metall ausgebildete Gehäuseteil einen sich in axialer Richtung erstreckenden Polkörper für den Elektromagneten, der als Durchzug zum Durchführen der Welle ausgebildet ist. Zudem umfasst das Gehäuseteil mit Vorteil einen ringförmigen, sich in radialer Richtung von dem Durchzug nach außen erstreckenden Boden sowie eine, insbesondere zylinderförmige, sich in axialer Richtung an den Boden anschließende, bevorzugt in Umfangsrichtung geschlossene, Außenwand zum Umschließen der beiden Sperrelemente. Mit Vorteil sind in der Außenwand dieses Gehäuseteils gleichmäßig in Umfangsrichtung beabstandete Ausnehmungen zur formschlüssigen Aufnahme von Fortsätzen des zweiten Sperrelementes vorgesehen. Bevorzugt erstrecken sich die als Axialnuten ausgebildeten Ausnehmungen bis zu dem von dem Boden abgewandten freien Ende der Außenwand des Gehäuseteils. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das beschriebene, als Tiefziehteil ausgebildete Gehäuseteil auf der dem Boden gegenüberliegenden Seite von einem Gehäusedeckel verschließbar ist, welcher bevorzugt mittels eines Sicherungsrings in axialer Richtung fixierbar ist. Durch einen formschlüssigen Eingriff zwischen Gehäuseteil und Gehäusedeckel wird eine drehfeste Anordnung realisiert. Durch die Ausbildung des Gehäuseteils als Tiefziehteil wird ein im Vergleich zu vielteiligen Gehäusen mit einer gerollten Außenwand formstabiles, steifes Gehäuse erhalten. Gleichzeitig wird die Toleranzkette auf ein Minimum reduziert. Zusätzlich kann auf eine im Stand der Technik notwendige Zentralbuchse aufgrund der direkten Abstützung des zweiten Sperrelementes an dem Gehäuseteil verzichtet werden. Zudem entfällt die aufwändige, separate Fertigung des Innenpols als Drehteil.
  • Zur Verbesserung des magnetischen Flusses im Innenpolbereich, also im Durchzug des Gehäuseteils für die Welle, ist es von Vorteil, wenn die Materialstärke des Durchzugs vergleichsweise groß ist. Dies kann mit Vorteil dadurch realisiert werden, dass der Durchzug durch Faltung gebildet ist, insbesondere derart, dass zwei unmittelbar aneinanderliegende, koaxial zueinander angeordnete Durchzugswände gebildet sind.
  • Zur weiteren Optimierung des magnetischen Flusses ist es von Vorteil, wenn der Durchzug in seinem axial äußeren, den Boden des tiefgezogenen Gehäuseteils axial überragenden Bereich aufgeweitet ist, um magnetische Flussprobleme im gekrümmten Übergangsbereich zwischen Durchzug und Boden zu minimieren.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn es sich bei dem Gehäuse um ein geschlossenes Gehäuse handelt, das im wesentlichen nur zwei gegenüberliegende stirnseitige Öffnungen zum Durchführen der zu sperrenden Welle aufweist. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das als Tiefziehteil ausgebildete Gehäuseteil mit einem Deckel verschließbar ist. Das Gehäuse der Sperrvorrichtung besteht dann in der Folge lediglich aus dem tiefgezogenen Gehäuseteil und dem Gehäusedeckel, bei dem es sich bevorzugt um ein scheibenförmiges Bauteil handelt.
  • Wie eingangs erwähnt, ist die Sperrvorrichtung bevorzugt als eigenständiges Modul ausgebildet. Bevorzugt sind an dem Gehäuse der Sperrvorrichtung Mittel zum Festlegen an einem Gehäuse der Getriebe-Antriebs-Einheit vorgesehen. Dabei ist es denkbar, am Gehäuse radial nach außen weisende Fortsätze vorzusehen, mit denen das Gehäuse der Sperrvorrichtung innerhalb des Gehäuses der Getriebe-Antriebs-Einheit verkrallbar ist oder mittels denen das Gehäuse der Sperrvorrichtung in entsprechenden Ausnehmungen am Gehäuse der Getriebe-Antriebs-Einheit formschlüssig aufnehmbar ist.
  • Die Erfindung führt auch auf eine Getriebe-Antriebs-Einheit, insbesondere zur Betätigung eines Sperrdifferenzials in einem Kraftfahrzeug. Da bei dieser Anwendung der Getriebe-Antriebs-Einheit von der Sperrvorrichtung in der Sperrstellung der Sperrelemente vergleichsweise große Sperrmomente abgestützt werden müssen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Getriebe-Antriebs-Einheit mit einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Sperrvorrichtung auszustatten, wobei die vorzugsweise modulartig, als eigenständiges Bauteil ausgebildete Sperrvorrichtung lediglich durch Durchschieben der zu sperrenden Welle und elektrisches Kontaktieren des Elektromotors montierbar ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
  • 1: eine Explosionsdarstellung einer Sperrvorrichtung,
  • 2: eine geschnitten-perspektivische Darstellung einer montierten Sperrvorrichtung und
  • 3: eine geschnittene Darstellung eines tiefgezogenen Gehäuseteils des Gehäuses der Sperrvorrichtung gemäß den 1 und 2.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion und mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • In 1 ist eine Sperrvorrichtung 1 in einer Explosionsdarstellung dargestellt. Die Sperrvorrichtung 1 dient zum Sperren einer nicht gezeigten Welle einer Getriebe-Antriebs-Einheit, wobei die Welle von einem ebenfalls nicht dargestellten Elektromotor der Getriebe-Antriebs-Einheit verstellbar ist. Im montierten Zustand der Sperrvorrichtung an der Getriebe-Antriebs-Einheit durchsetzt die zu sperrende Welle die Sperrvorrichtung 1 in axialer Richtung und trägt endseitig eine mit einem Schneckenrad kämmende Getriebeschnecke.
  • Wie aus 1 zu erkennen ist, umfasst die Sperrvorrichtung 1 von in der Zeichnungsebene links her betrachtet ein als Tiefziehteil ausgebildetes Gehäuseteil 2 aus Metall zur Aufnahme eines Spulenkörpers 3 eines ringförmigen Elektromagneten 4, wobei der Spulenkörper 3 über eine an diesem radial außen angeordnete, sich in axialer Richtung erstreckende Buchse 5 elektrisch kontaktierbar ist. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist in dem tiefgezogenen Gehäuseteil 2 auf der in der Zeichnungsebene oberen Seite des Gehäuseteils 2 eine seitlich offene Ausnehmung zur Aufnahme der Buchse 5 vorgesehen. Axial benachbart zu dem Spulenkörper 3 befindet sich ein Rückstellfederelement 6, das sich mit der in der Zeichnungsebene linken Stirnseite an dem Spulenkörper 3 und mit der in der Zeichnungsebene rechten Stirnseite an einem zweiten Sperrelement 7 (Ankerplatte) abstützt. Das zweite Sperrelement 7 ist mit einer zweiten Verzahnung 8 ausgebildet, die sich auf einer einem ersten Sperrelement 9 (Zahnflansch) zugewandten zweiten Stirnseite 10 des zweiten Sperrelementes 7 befindet und drei in Umfangsrichtung beabstandete Gruppen 11, 12, 13 von in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Zähnen 14 umfasst, wobei sich die einzelnen Zähne 14 in radialer Richtung erstrecken. Die zweite Verzahnung 8 ist als Spritzgussteil ausgebildet, das auf einer Metallplatte 39 durch Umspritzen festgelegt ist. Dabei ist das Spritzgussteil ringförmig ausgebildet und radial außen an der zweiten Stirnseite 10 der Metallplatte 39 angeordnet. Das zweite Sperrelement 7 ist mit Hilfe des Elektromagneten 4 in axialer Richtung von dem ersten Sperrelement 9, das mittels einer Innenverzahnung 15 drehfest an der Welle festlegbar ist, verstellbar. Wird die Bestromung des Elektromagneten 4 unterbrochen, verstellt das Rückstellfederelement 6 das zweite Sperrelement 7 in Richtung des ersten Sperrelementes 9, so dass die zweite Verzahnung 8 des zweiten Sperrelementes 7 in axialen, formschlüssigen Eingriff mit einer ersten Verzahnung 16 des ersten Sperrelementes 9 kommt. Der Verstellweg in axialer Richtung beträgt dabei etwa 1,5 mm. Die erste Verzahnung 16 des ersten Sperrelementes 9 ist auf einer ersten, der zweiten Stirnseite 10 des zweiten Sperrelementes 7 zugewandten ersten Stirnseite 17 des ersten Sperrelementes 9 angeordnet und besteht aus 42 von in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Zähnen 18, wobei die einzelnen Zähne 18 sich in radialer Richtung erstrecken und in einem radial äußeren, ringförmigen Bereich des scheibenförmigen ersten, als Spritzgussteil ausgebildeten Sperrelementes 9 angeordnet sind.
  • Axial benachbart zu dem drehfest mit einem auf der nicht gezeigten Welle sitzenden Mitnehmer koppelbaren ersten Sperrelement 9 befindet sich ein erster Gleitring 19 zur Minimierung der Reibung zwischen dem sich bei bestromtem Elektromotor drehenden ersten Sperrelement 9 und einem Gehäusedeckel 20 der Sperrvorrichtung 1 aus Metall. Der Gehäusedeckel 20 bildet zusammen mit dem tiefgezogenen Gehäuseteil 2 das zweiteilige metallische Gehäuse 29 der Sperrvorrichtung 1.
  • Auf der in der Zeichnungsebene rechten Stirnseite des Gehäusedeckels 20 ist ein zweiter Gleitring 21 angeordnet. Dieser dient zur Minimierung der Reibung zwischen dem feststehenden Gehäusedeckel 20 und einem Sicherungsring 22, der in einer Umfangsnut 40 einer Nabe 36 des ersten Sperrelementes 9 festlegbar ist und somit einen Axialanschlag für den Gehäusedeckel 20 bildet.
  • Wie sich aus 1 ergibt, weist das scheibenförmige zweite Sperrelement 7 drei um jeweils 120° zueinander versetzte Fortsätze 23, 24 auf, die einstückig mit dem die zweite Verzahnung 8 tragenden Spritzgussteil ausgebildet sind. Jeder Fortsatz 23, 24 bildet mit einer zugehörigen, als Axialnut ausgebildeten Ausnehmung 25, 26 am Gehäuseteil 2 eine formschlüssige Verbindung 27, 28, die derart ausgebildet ist, dass das zweite Sperrelement 7 zwar in axialer Richtung relativ zu dem ersten Sperrelement 9 verstellbar, jedoch drehfest mit dem Gehäuseteil 2 verbunden ist. Die als Axialnuten ausgebildeten Ausnehmungen 25, 26 erstrecken sich bis zu der in der Zeichnungsebene rechten Endseite des Gehäuseteils 2, so dass das zweite Sperrelement 7 bei der Montage der Sperrvorrichtung 1 von außen in das Gehäuseteil 2 einschiebbar ist und die Fortsätze 23, 24 in den Ausnehmungen 25, 26 in axialer Richtung in ihre Funktionsposition gleiten.
  • In 2 ist die Sperrvorrichtung 1 in einem montierten Zustand gezeigt. Zu erkennen ist das äußere, geschlossene, aus dem Gehäuseteil 2 und dem Gehäusedeckel 20 gebildete Gehäuse 29. Das tiefgezogene Gehäuseteil 2 weist einen gefalteten Durchzug 30 auf, der radial innen angeordnet ist und zur Durchführung der nicht gezeigten Welle dient. Der Durchzug 30 ist aus zwei einstückig ausgebildeten, parallel zueinander verlaufenden, durch Umbiegen aneinander anliegend angeordneten Wandabschnitten 31, 32, gebildet. Die Faltkante 33 (Biegekante) befindet sich an einem von einem ringförmigen Boden 34 des Gehäuseteils 2 abgewandten Ende des Durchzugs 30. Dabei überragt der radial innere Wandabschnitt 31 den Boden 34 in axialer Richtung.
  • Der ringförmige, sich in radialer Richtung erstreckende Boden 34 geht an seinem radial äußeren Ende über in eine koaxiale Außenwand 35, die die Bauteile der Sperrvorrichtung 1 radial außen umschließt. Auf das Gehäuseteil 2 ist der Gehäusedeckel 20 aufgeschoben und mit dem Sicherungsring 22 an einer Nabe 36 mit der Innenverzahnung 15 des ersten Sperrelementes 9 gehalten.
  • Durch den Tiefziehprozess kann der Boden 34 in der gewünschten Materialstärke hergestellt werden, wobei die Außenwand 35 (Mantel) durch Abstrecken verjüngbar ist.
  • Zu erkennen ist, dass sich die Materialstärke des Durchzugs 30 durch die gefaltete Bauweise, also die aneinander anliegenden, koaxial zueinander verlaufenden Wandabschnitte 31, 32 verdoppelt wird, wodurch der magnetische Fluss optimiert wird. Der Durchzug 30 dient gleichzeitig als Polkörper 37 für den Elektromagneten 4.
  • Das radiale Spiel des zweiten Sperrelementes 7 kann sowohl über die Fortsätze 23, 24 als auch über Anlageflächen an der Innenwand, jeweils in Umfangsrichtung gesehen rechts und links der Fortsätze 23, 24 eingestellt werden.
  • In 2 befindet sich das zweite Sperrelement 7 in der Sperrposition, so dass die aus 1 ersichtlichen Verzahnungen 8, 10 in axialer Richtung ineinander greifen. Zur Herstellung des Sperrzustandes wird die Bestromung des Elektromagneten 4 unterbrochen, so dass das zweite Sperrelement 7 von dem Rückstellfederelement 6 in Richtung des ortsfesten, aber drehbar mit der nicht gezeigten Welle über die Innenverzahnung 15 verbundenen ersten Sperrelementes 9 verstellt wird. Ein von der Welle auf die Innenverzahnung 15 des ersten Sperrelementes 9 übertragenes Drehmoment wird von dem ersten Sperrelement über die erste Verzahnung 16 an die zweite Verzahnung 8 des zweiten Sperrelementes 10 übertragen und von diesem über die Fortsätze 23, 24 unmittelbar an das tiefgezogene Gehäuseteil 2 des zweiteiligen, metallischen Gehäuses 29 der Sperrvorrichtung.
  • In 3 ist eine alternative Ausgestaltung des tiefgezogenen Gehäuseteils 2 gezeigt. Zu erkennen ist die radial äußere Außenwand 35 mit ihren in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmungen 25, 26 zur Herstellung von formschlüssigen Verbindungen mit dem axial verstellbaren zweiten Sperrelement 7. Die Außenwand 35 geht an ihrem von dem in der Zeichnungsebene rechten freien beabstandeten Ende in den in radialer Richtung verlaufenden, ringförmigen Boden 34 über, der wiederum radial innen in einen koaxial zu der Außenwand 35 angeordneten Wandabschnitt 32 eines einen Polkörper 37 bildenden Durchzugs 30 übergeht. Koaxial zu dem Wandabschnitt 32 verläuft ein weiterer Wandabschnitt 31 des Durchzugs 30, der durch Falten erzeugt wurde. Zu erkennen ist die innerhalb des Gehäuseteils 2, also radial innerhalb der Außenwand 35 liegende, ringförmige Faltkante 33.
  • Zur Optimierung des magnetischen Flusses ist der Durchzug 30, genauer der radial innere Wandabschnitt 31 im Bereich seines außerhalb der Umfangswand 35 liegenden freien Endes in radialer Richtung gegenüber dem Durchmesser des Durchzugs 30 radial innerhalb der Außenwand 35 aufgeweitet, derart, dass ein größerer Durchmesser des inneren Wandabschnitts 31 in einem außerhalb der Außenwand 35 liegenden Bereich erhalten wird. Durch die Aufweitung in dem axial äußeren Abschnitt des Durchzugs 30 wird der magnetische Fluss innerhalb des radial inneren Bodenabschnittes 38 genauer im Übergang zwischen dem Bodenabsatz 38 und dem Durchzug 30 optimiert, wodurch größere Verstellkräfte realisiert werden können.
  • Bei den mit dem Bezugszeichen H gekennzeichneten Höhenmaß handelt es sich um ein werkzeuggebundenes, d. h. werkzeugabhängiges Maß, das nicht, wie im Stand der Technik, durch eine große Toleranzkette beeinflusst ist, da der Durchzug 30 einstückig mit der Außenwand 35 und dem Boden 34 als tiefgezogenes Gehäuseteil 2 ausgebildet ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102004058096 A1 [0002]

Claims (13)

  1. Sperrvorrichtung zum Sperren einer Drehbewegung einer Welle, mit einem Gehäuse (29) und mit einem ersten, drehfest mit der Welle verbindbaren Sperrelement (9) und mit einem zweiten Sperrelement (7), das mittels mindestens eines Elektromagneten (4) in axialer Richtung relativ zu dem ersten Sperrelement (9) zwischen einer Sperrposition und einer Freigabeposition verstellbar ist, wobei die beiden Sperrelemente (7, 9) in der Sperrposition in axialer Richtung formschlüssig ineinander greifen, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sperrelement (7) zur Übertragung eines Sperrmomentes auf das Gehäuse (29) durch mindestens eine formschlüssige Verbindung (27, 28) drehfest und unmittelbar an dem Gehäuse (29) festgelegt ist.
  2. Sperrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung (27, 28) aus mindestens einem von dem zweiten Sperrelement (7) in radialer Richtung nach außen weisenden Fortsatz (23, 24) und einer den Fortsatz (23, 24) aufnehmenden Ausnehmung (25, 26) am Gehäuse (29) gebildet ist.
  3. Sperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, insbesondere drei, gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte formschlüssige Verbindungen (27, 28) zwischen dem zweiten Sperrelement (7) und dem Gehäuse (29) vorgesehen sind.
  4. Sperrvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (25, 26) als in axialer Richtung, sich insbesondere bis zu einem axialen Ende eines Gehäuseteils (2) erstreckende, Nut ausgebildet ist.
  5. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (23, 24) eine ein Verkanten beim axialen Verstellen verhindernde konische oder ballige oder ovale Ausformung aufweist.
  6. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung eine Kunststoff-Metall-Material-Paarung aufweist.
  7. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuseteil (2) des Gehäuses (29) als Tiefziehteil aus elektromagnetisch flussleitendem Material, insbesondere Metall, vorzugsweise aus Stahl, ausgebildet ist.
  8. Sperrvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (2) einen von der Welle axial durchsetzbaren, sich in axialer Richtung erstreckenden, einen Polkörper (37) für den Elektromagneten (4) bildenden Durchzug (30), und/oder einen ringförmigen, sich in radialer Richtung erstreckenden Boden (34) und/oder eine sich in axialer Richtung erstreckende Außenwand (35) aufweist.
  9. Sperrvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (2) im Bereich des radial innerhalb eines Spulenkörpers (3) angeordneten, von der Welle durchsetzbaren Durchzug (30) gefaltet ist.
  10. Sperrvorrichtung nach einem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchzug (30) in seinem axial äußeren Bereich nach radial außen aufgeweitet ist.
  11. Sperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gehäuseteil (2) ein Gehäusedeckel (20) zugeordnet ist, der von der Welle durchsetzbar ist.
  12. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum drehfesten Festlegen des Gehäuses (29) innerhalb eines Gehäuses einer Getriebe-Antriebs-Einheit vorgesehen sind.
  13. Getriebe-Antriebs-Einheit, insbesondere zur Betätigung von Sperrdifferentialen in einem Kraftfahrzeug, mit einer von einem Elektromotor antreibbaren Welle, deren Drehbewegung mit einer Sperrvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sperrbar ist, und mit einem von der Welle angetriebenen Getriebe.
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