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Die Erfindung betrifft eine Aktuatorvorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus. Die Höhenverstellung von Fahrzeugaufbauten dient zur Erhöhung der Bodenfreiheit von Kraftfahrzeugen sowie zu deren Tieferlegung bei ebenen Fahrbahnen. Dazu ist beispielsweise in den Federbeinen der Kraftfahrzeuge eine Höhenverstellungsvorrichtung vorgesehen, die eine Aktuatorvorrichtung umfasst, wobei mittels der Aktuatorvorrichtung die Höhenverstellungsvorrichtung betrieben wird.
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Beispielsweise geht aus der
DE 10 2014 209 939 A1 eine Ausgestaltung für eine Getriebeanordnung bzw. eine Aktuatorvorrichtung mit einer Sperrfunktion hervor. Die Getriebeanordnung weist ein Antriebsrad auf, welches drehbar um eine Antriebsachse angeordnet ist und welches in Umlaufrichtung einen Antriebsverzahnungsabschnitt aufweist. Ferner weist die Getriebeanordnung ein Abtriebsrad auf, welches drehbar um eine Abtriebsachse angeordnet ist und welches in Umlaufrichtung einen Abtriebsverzahnungsabschnitt aufweist, wobei der Antriebsverzahnungsabschnitt und der Abtriebsverzahnungsabschnitt durch eine Drehung des Antriebsrads miteinander in Eingriff bringbar sind, so dass die Getriebeanordnung in einem Antriebszustand ist. Das Antriebsrad weist dabei einen Antriebssperrabschnitt auf und das Abtriebsrad weist einen Abtriebssperrabschnitt auf. Der Antriebssperrabschnitt und der Abtriebssperrabschnitt sind durch eine weitere Drehung des Antriebsrads aus dem Antriebszustand miteinander in Eingriff bringbar, so dass die Getriebeanordnung in einem Sperrzustand ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ausgestaltung für eine Aktuatorvorrichtung mit einer Sperrfunktion vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch eine Aktuatorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Die erfindungsgemäße Aktuatorvorrichtung, die insbesondere zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus dient, umfasst ein drehbares Antriebsritzel, das zumindest mittelbar mit einem drehbaren Abtriebsrad verbunden ist, wobei das Abtriebsrad mit einem Sonnenrad drehfest verbunden ist, und wobei das Antriebsritzel zumindest mittelbar mit einer Sperreinheit verbunden ist, wobei die Sperreinheit einen drehbaren Sperrarm aufweist, der dazu vorgesehen ist, in das Sonnenrad einzugreifen, um das Abtriebsrad gegen eine Drehbewegung zu sperren.
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Unter dem in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Begriff der „mittelbaren” Verbindung zwischen dem Antriebsritzel und dem Abtriebsrad sowie zwischen dem Antriebsritzel und der Sperreinheit ist zu verstehen, dass das Antriebsritzel nicht direkt, also unmittelbar mit dem Abtriebsrad und der Sperreinheit verbunden ist sondern über eine weitere Einheit oder ein weiteres Element mit dem Abtriebsrad und der Sperreinheit verbunden ist. Die jeweilige Verbindung zwischen dem Antriebsritzel und dem Abtriebsrad sowie zwischen dem Antriebsritzel und der Sperreinheit ist im Wesentlichen dazu vorgesehen, ein Drehmoment und eine Drehzahl von dem Antriebsritzel auf das Abtriebsrad und die Sperreinheit zu übertragen.
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Vorzugsweise ist das Abtriebsrad zumindest mittelbar mit einem rotierbaren Bauteil einer Höhenverstellungsvorrichtung für ein Fahrzeug verbunden. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Aktuatorvorrichtung Teil einer Vorrichtung zur Höhenverstellung des Fahrzeugaufbaus, wobei die Aktuatorvorrichtung entweder zwischen dem Fahrzeugaufbau und einer Fahrwerksfeder oder zwischen der Fahrwerksfeder und einem Radträger angeordnet ist. Im ersten Fall kann die erfindungsgemäße Aktuatorvorrichtung am oberen Federteller der Fahrwerksfeder angeordnet sein. Im zweiten Fall kann die erfindungsgemäße Aktuatorvorrichtung am unteren Federteller der Fahrwerksfeder angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Höhenverstellungsvorrichtung durch einen Gewindetrieb gebildet, der eine entlang einer Hubachse angeordnete, ein erstes Hubteil bildende Gewindespindel sowie eine ein zweites Hubteil bildende Spindelmutter aufweist. Der Gewindetrieb ist insbesondere durch einen Kugelgewindetrieb gebildet, dessen Kugeln an schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Kugelrillen der Spindelmutter und der Gewindespindel abwälzen. Mit derartigen Kugelgewindetrieben können zuverlässige Stellbewegungen der Aktuatorvorrichtung durchgeführt werden. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Aktuatorvorrichtung Teil eines Getriebes mit einer internen Sperrvorrichtung ist.
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Das Abtriebsrad und das Sonnenrad sind drehfest miteinander verbunden, sodass eine Drehbewegung des Abtriebsrads zu einer identischen Drehbewegung des Sonnenrades führt. Mithin rotieren das Sonnenrad und das Abtriebsrad mit gleicher Drehzahl in die gleiche Drehrichtung. Eine Sperrung der Drehbewegung am Sonnenrad geht mit einer Sperrung der Drehbewegung am Abtriebsrad einher. Vorzugsweise ist das Sonnenrad stirnseitig an dem Abtriebsrad angeordnet und formschlüssig mit dem Abtriebsrad verbunden. Insbesondere greift eine Kontur am Sonnenrad in eine komplementär dazu ausgebildete Kontur am Abtriebsrad ein.
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Die Sperreinheit umfasst einen drehbaren Sperrarm, der mittelbar über das Antriebsritzel verdrehbar ist. Insbesondere ist das Antriebsritzel von einem Antriebsmotor, vorzugsweise einem Elektromotor in eine erste und eine zweite Drehrichtung betreibbar, wobei die zweite Drehrichtung entgegengesetzt zur ersten Drehrichtung ist. Mithin werden eine Drehbewegung und ein Drehmoment von dem Antriebsmotor über das Antriebsritzel auf den Sperrarm übertragen, um den Sperrarm zu bewegen. Somit ist der Sperrarm in Abhängigkeit vom Antriebsmotor in zwei Drehrichtungen drehbar.
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Vorzugsweise kommt der Sperrarm bei einem Betrieb des Antriebsritzels in die erste Drehrichtung an einer Umfangsfläche des Sonnenrads zur Anlage, um in das Sonnenrad einzugreifen und dadurch das Abtriebsrad gegen eine Drehbewegung zu sperren. Insbesondere weist das Sonnenrad dabei an einer Umfangsfläche mehrere Eingriffsabschnitte zur zumindest tangentialen Aufnahme des Sperrarms auf. Bevorzugt sind die Eingriffsabschnitte hakenförmig ausgebildet, um den Sperrarm auch radial abzustützen.
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Des Weiteren bevorzugt wird der Sperrarm bei einem Betrieb des Antriebsritzels in die zweite Drehrichtung radial vom Sonnenrad beabstandet und kommt an einem Gehäuse zur Anlage. Mit anderen Worten führt ein Drehrichtungswechsel des Antriebsritzels dazu, dass der Sperrarm von dem Sonnenrad weg gedreht wird. Um zu verhindern, dass der Sperrarm nach einer Umdrehung wieder an dem Sonnenrad zur Anlage kommt, ist ein Gehäuse bzw. ein stationäres Bauteil vorgesehen, an dem der Sperrarm zur Anlage kommen kann.
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Vorzugsweise ist das Antriebsritzel über eine Getriebeeinheit mit dem Abtriebsrad verbunden. Insbesondere weist die Getriebeeinheit zumindest ein erstes und ein zweites Zahnrad auf, wobei die beiden Zahnräder drehbar auf einer gemeinsamen Welle gelagert und drehfest miteinander verbunden sind. Insbesondere weisen die beiden Zahnräder unterschiedliche Durchmesser und unterschiedliche Zähnezahlen auf. Mit anderen Worten steht das Antriebsritzel mit dem ersten Zahnrad im Zahneingriff und überträgt darüber ein Drehmoment und eine Drehzahl. Von dem ersten Zahnrad auf das zweite Zahnrad erfolgt eine Übersetzung, wobei das Drehmoment zunimmt und die Drehzahl abnimmt. Das zweite Zahnrad steht mit dem Abtriebsrad im Zahneingriff, um das Drehmoment und die Drehzahl von dem zweiten Zahnrad auf das Abtriebsrad zu übertragen.
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Bevorzugt ist das Antriebsritzel über einen Riemen mit der Sperreinheit verbunden. Eine Riemenspannung ist dabei derart eingestellt, dass der Sperrarm hinreichend Druck gegen das Sonnenrad erfährt, jedoch kein unnötig hohes Reibmoment am Antriebsritzel entsteht. Ein Durchdrehen des Riemens am Antriebsritzel oder an der Sperreinheit ist nicht vorgesehen. Alternativ ist es auch denkbar, dass der Sperrarm mittels eines Hubmagneten oder ähnlichen Elementen angetrieben wird.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Sperreinheit eine Gleitbuchse mit einem Mitnehmer aufweist, wobei die Gleitbuchse drehfest mit dem Riemen verbunden ist, und wobei der Sperrarm über eine Ausformung mit dem Mitnehmer zusammenwirkt. Der Riemen kommt schlupffrei an einer Außenumfangsfläche der Gleitbuchse zur Anlage. Die Gleitbuchse und der Sperrarm bilden eine Verzögerungseinheit, durch welche eine Rotation des Sperrarms zum Antriebsritzel verzögert erfolgt. Diese mechanische Verzögerung ermöglicht eine Drehung des Sperrarms vorzugsweise nach einer ¾ Drehung der Gleitbuchse. Mithin wird bei einem Drehrichtungswechsel des Antriebsritzels zunächst nur die Gleitbuchse rotiert, wobei erst beim Anliegen der Ausformung der Gleitbuchse am Mitnehmer des Sperrarms das Drehmoment und die Drehzahl von der Gleitbuchse auf den Sperrarm übertragen werden.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der sechs Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine schematische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung,
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2 eine schematische Perspektivdarstellung der erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung gemäß 1,
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3 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung gemäß 2,
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4a eine schematische Draufsicht der nur teilweise dargestellten erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung gemäß 2, wobei sich ein Sperrarm in einer ersten Position befindet,
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4b eine schematische Draufsicht der nur teilweise dargestellten erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung gemäß 2, wobei sich der Sperrarm in einer zweiten Position befindet, und
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5 eine schematische Detaildarstellung des Sperrarms in der ersten Position gemäß 4a.
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Gemäß 1 umfasst eine erfindungsgemäße Aktuatorvorrichtung ein drehbares Antriebsritzel 1, das über ein – hier nur stark vereinfacht dargestellten – Antriebsmotor 6 verbunden ist. Das Antriebsritzel 1 weist eine Verzahnung auf, die mit einer Verzahnung an einem ersten Zahnrad 9a einer Getriebeeinheit 8 im Zahneingriff steht. Das erste Zahnrad 9a ist mit einem zweiten Zahnrad 9b der Getriebeeinheit 8 verbunden. Die beiden Zahnräder 9a, 9b sind dabei drehbar auf einer gemeinsamen Welle 10 gelagert und miteinander verbunden. Zwischen dem ersten Zahnrad 9a und der gemeinsamen Welle 10 sind zwei Gleitbuchsen 15a, 15b angeordnet. Das zweite Zahnrad 9b weist eine Verzahnung auf, die mit einer Verzahnung an einem Abtriebsrad 2 im Zahneingriff steht, wobei das Abtriebsrad 2 mit einem Sonnenrad 3 drehfest verbunden ist. Das Sonnenrad 3 ist stirnseitig an dem Abtriebsrad 2 angeordnet und formschlüssig mit dem Abtriebsrad 2 verbunden. Ferner weist das Sonnenrad 3 an einer Umfangsfläche mehrere Eingriffsabschnitte 17 auf.
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Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Aktuatorvorrichtung auch eine Sperreinheit 4, wobei die Sperreinheit 4 einen drehbaren Sperrarm 5 aufweist. Der Sperrarm 5 ist dazu vorgesehen, in das Sonnenrad 3 einzugreifen, um das Abtriebsrad 2 gegen eine Drehbewegung zu sperren. Dazu blockiert der Sperrarm 5 durch einen zumindest tangentialen Eingriff in einen der vielen Eingriffsabschnitte 17 des Sonnenrads 3 die Rotation des Sonnenrads 3 und somit auch die Rotation des Abtriebsrads 2. Die Sperreinheit 4 weist ferner eine Gleitbuchse 12 mit einem Mitnehmer 13 auf, wobei die Gleitbuchse 12 drehfest mit einem Riemen 11 verbunden ist. Mithin verbindet der Riemen 11 das Abtriebsritzel 1 mit der Sperreinheit 4, insbesondere mit der Gleitbuchse 12. Der Sperrarm 5 ist über eine Ausformung 14 mit dem Mitnehmer 13 drehbeweglich verbindbar. Ferner ist der Sperrarm 5 an einer Welle 16 drehbar gelagert, wobei die Gleitbuchse an dem Sperrarm 5 drehbar gelagert ist. Dadurch wird eine Rutschkupplung realisiert.
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Gemäß 2 wird das Antriebsritzel 1 durch den Antriebsmotor 6 angetrieben, wobei ein Drehmoment und einer Drehzahl übertragen werden. Das Antriebsritzel 1 treibt über die Getriebeeinheit 8 das Abtriebsrad 2 an, wodurch ein Anheben oder Senken eines Fahrzeugniveaus, beispielsweise mittels eines – hier nicht dargestellten – Gewindetriebes realisiert wird. Ferner treibt das Antriebsritzel 1 gleichzeitig über den Riemen 11 die Sperreinheit 4, insbesondere die Gleitbuchse 12 und über den Mitnehmer 13 und die damit zusammenwirkende Ausformung 14 den Sperrarm 5 an, sodass der Sperrarm 5 im Eingriffsabschnitt 17 am Sonnenrad 3 einhackt.
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3 dient insbesondere zur Darstellung der Getriebeeinheit 8. Aus 3 geht hervor, dass das zweite Zahnrad 9b radial und axial am ersten Zahnrad 9a angeordnet ist. Das erste Zahnrad 9a ist über die beiden Gleitbuchsen 15a, 15b drehbar an der als Hohlwelle ausgebildeten Welle 10 gelagert. Das zweite Zahnrad 9b steht im Zahneingriff mit dem Abtriebsrad 2.
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Gemäß den 4a und 4b ist das Antriebsritzel 1 vom Antriebsmotor 6 in eine erste und eine zweite Drehrichtung A, B betreibbar. Zur Vereinfachung wurde in den 4a und 4b bewusst auf die Darstellung des Abtriebsrads 2 sowie der Getriebeeinheit 8 und des Antriebsmotors 6 verzichtet.
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In 4a wird das Antriebsritzels 1 in die erste Drehrichtung A betrieben, wobei der Sperrarm 5 an eine Umfangsfläche des Sonnenrads 3 zur Anlage kommt. Mit anderen Worten wird das Antriebsritzel 1 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wobei der Sperrarm 5 gegen das Sonnenrad 3 gedrückt wird. Nach einem Anschlagen des Sperrarms 5 am Sonnenrad 3 rutscht die Gleitbuchse 12 durch. Das Sonnenrad 3 dreht ebenfalls gegen den Uhrzeigersinn.
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Wenn das Antriebsritzel 1 – wie in 4b dargestellt – hingegen in die zweite Drehrichtung B, nämlich im Uhrzeigersinn dreht, wird der Sperrarm 5 vom Sonnenrad 3 weggeschwenkt, bis der Sperrarm 5 gegen ein Gehäuse 7 anschlägt. Nach einem Anschlagen des Sperrarms 5 am Gehäuse 7 rutscht die Gleitbuchse 12 durch. Auf diese Weise ist es möglich das Sonnenrad 3 und somit auch das Abtriebsrad 2 im Uhrzeigersinn zu drehen ohne das der Sperrarm 5 in die Eingriffsabschnitte 17 des Sonnenrads 3 eingreift und dadurch das Abtriebsrad 2 gegen eine Drehbewegung im Uhrzeigersinn sperrt.
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In 5 ist ein Sperrvorgang der erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung dargestellt. Dabei stellen die schwarz ausgefüllten Kreise eine Bewegung des Sperrarms 5 am Umfang des Abtriebsrads 2 während einer Drehbewegung des Antriebsritzels 1, und somit auch des Sonnenrads 3 gegen den Uhrzeigersinn dar. Demgegenüber stellen die nicht ausgefüllten Kreise eine Bewegung des Sperrarms 5 am Umfang des Abtriebsrads 2 während einer Drehbewegung des Antriebsritzels 1 und somit auch des Sonnenrads 3 im Uhrzeigersinn dar.
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Zunächst treibt der Antriebsmotor 6 das Abtriebsrad 2 und somit auch das Sonnenrad 3 gegen den Uhrzeigersinn an, wobei gleichzeitig der Sperrarm 5 gegen das Sonnenrad 3 gedrückt wird. Sobald die Drehrichtung des Antriebsmotors 6 umgekehrt wird, treibt der Antriebsmotor 6 das Abtriebsrad 2 und somit auch das Sonnenrad 3 im Uhrzeigersinn an, wobei der Sperrarm 5 zeitlich verzögert von dem Sonnenrad 3 weggeschwenkt wird. Diese Verzögerung wird durch den Mitnehmer 13 an der Gleitbuchse 12 und der Ausformung 14 am Sperrarm 5 realisiert.
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Aufgrund der Verzögerung wird bei der Drehrichtungsumkehr des Antriebsritzels 1 zum einen das Einrasten des Sperrarms 5 am hakenförmigen Eingriffsabschnitt 17 des Sonnenrads 3 und zum anderen das ebenso ablaufende Lösen des Sperrarms 5 vom hakenförmigen Eingriffsabschnitt 17 des Sonnenrads 3 realisiert. Ein nicht verzögerter Sperrarm 5 kann sich zwar aus der eingerasteten Position am hakenförmigen Eingriffsabschnitt 17 lösen, kommt dann jedoch nicht mehr in die eingerastete Position am hakenförmigen Eingriffsabschnitt 17 zur Anlage.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsritzel
- 2
- Abtriebsrad
- 3
- Sonnenrad
- 4
- Sperreinheit
- 5
- Sperrarm
- 6
- Antriebsmotor
- 7
- Gehäuse
- 8
- Getriebeeinheit
- 9a, 9b
- Zahnrad
- 10
- Welle
- 11
- Riemen
- 12
- Gleitbuchse
- 13
- Mitnehmer
- 14
- Ausformung
- 15a, 15b
- Gleitbuchse
- 16
- Welle
- 17
- Eingriffsabschnitt
- A
- erste Drehrichtung
- B
- zweite Drehrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014209939 A1 [0002]
