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Die Erfindung betrifft ein Klemmgesperre mit einem drehfesten Teil und einer diesem gegenüber drehbaren Abtriebswelle sowie Klemmelementen, die angefedert zwischen einer Klemmbahn des drehfesten Teils und Klemmrampen an der Abtriebswelle in einer Klemmposition lösbar verklemmbar sind, mit einer Antriebswelle zum Drehen der Abtriebswelle, und mit einer Einrichtung zum Verlagern der Klemmelemente aus der Klemmposition in eine Freigangposition, wobei ein drehfest mit der Abtriebswelle verbundener Schieber mit einer Eingriffsgeometrie vorgesehen ist, mit der er in der Klemmposition in eine am drehfesten Teil vorgesehene Gegeneingriffsgeometrie formschlüssig eingreift und die in der Freigangposition aus der Gegeneingriffsgeometrie gelöst ist.
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Ein derartiges Klemmgesperre, mitunter auch schaltbare Kupplung genannt, ist beispielsweise aus
DE 198 45 365 A1 bekannt. Ein Klemmgesperre dieser Art wird beispielsweise bei Sitzhöhenverstellungen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Ein drehfestes Teil, z.B. ein Gehäuse oder ein Ring, weist eine zylindrische Ausnehmung auf, deren Zylinderwand eine Klemmbahn bildete. Koaxial zu der zylindrischen Ausnehmung ist ein Abtriebselement vorgesehen, das mit seiner der Klemmbahn zugewandten Mantelfläche mit mehreren über den Umfang verteil angeordneten Klemmrampen versehen ist. Zwischen den Klemmrampen und der Klemmbahn sind Klemmrollen gefedert angeordnet, wobei die Klemmrolle zwischen der Klemmfläche und dem Abtriebselement lösbar verklemmbar sind. Das Abtriebselement ist üblicherweise als Welle ausgeführt, die sich in der Klemmstellung gegenüber dem drehfesten Teil, also dem Gehäuse, nicht drehen kann, weil die beiden Drehrichtungen über die Klemmrollen gesperrt sind, da diese in die Zwischenräume zwischen der Klemmfläche und den Klemmrampen einrollen und so eine Klemmverbindung zwischen dem drehfesten Teil und der Abtriebswelle aufrechterhalten. Die Klemmsperre kann gelöst werden, indem über das Antriebselement eine Verlagerung der Klemmelemente möglich ist, in dem das die Klemmrampen aufweisende Bauteil der Abtriebswelle, üblicherweise Innenstern genannt, entsprechend verdreht werden kann, so dass die Klemmrollen außer Klemmeingriff gebracht werden, so dass eine entsprechende Übertragung eines Drehmoments auf die Abtriebswelle möglich ist. Zur Betätigung ist üblicherweise ein Stellring vorgesehen, über den die Antriebswelle gedreht werden kann.
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Bei dem aus
DE 198 45 365 A1 bekannten Klemmgesperre ist des Weiteren ein drehfest mit der Abtriebswelle verbundener Schieber mit einer Eingriffsgeometrie vorgesehen, mit der er in der Klemmposition in eine am drehfesten Teil, dort einem entsprechenden, positionsfesten Ring, der in das Gehäuse eingesetzt ist, ausgebildete Gegeneingriffsgeometrie formschlüssig eingreifen kann. Über diesen Schieber respektive diesen formschlüssigen Eingriff ist es möglich, das Klemmgesperre nicht nur gegen statische Drehmomente, sondern auch gegen schwingende, dynamische Belastungen mit wechselnden Drehmomenten zu sichern. Wird das Klemmgesperre beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zur Sitzverstellung eingesetzt, so können derartige Belastungen durch Vibrationen des Verbrennungsmotors oder der Fahrbahn hervorgerufen werden. Bei einer derartigen Wechselbeanspruchung wird beispielsweise bei dem Klemmgesperre die Klemmkraft, welche von dem inneren Element, also dem die Klemmrampen aufweisenden Innenstern respektive der Abtriebswelle, über die eingeklemmten Klemmrollen auf das drehfeste Teil übertragen wird, zunächst abgebaut. Hierüber wird folglich die Klemmwirkung reduziert, so dass es zu einer Relativverschiebung zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite kommen kann.
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Um dem entgegenzuwirken ist bei dem Gesperre gemäß
DE 198 45 365 A1 der Schieber vorgesehen, der im Klemmzustand mit seiner Eingriffsgeometrie in die Gegeneingriffsgeometrie am drehfesten Teil formschlüssig eingreift. Erst wenn er aktiv aus dieser Eingriffsposition gelöst wird, ist ein Verstellen des Klemmgesperres möglich.
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Bei dem aus
DE 198 45 365 A1 bekannten Schieber ist als Eingriffsgeometrie eine keilförmige Verzahnung am Schieberende vorgesehen, die in eine entsprechende, formkompatible keilförmige Gegenverzahnung am drehfesten Teil, also dem Innenring, eingreift. Zwar kann über eine derartige Schiebersperre eine Arretierung des Klemmgesperres in den allermeisten Situationen erreicht werden, gleichwohl ergeben sich trotz allem insbesondere bei einwirkenden Vibrationen oder Schwingungen Situationen, in denen der Schieber aus seinem Eingriff gelöst wird, so dass es zu einer ungewollten Verstellung kommt.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Klemmgesperre anzugeben, das demgegenüber verbessert ist.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Klemmgesperre der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Eingriffsgeometrie wenigstens einen Radialvorsprung mit zwei parallel zueinander verlaufenden Seitenkanten aufweist und die Gegeneingriffsgeometrie als umlaufender Kranz aus mehreren radial verlaufenden Vertiefungen mit jeweils ebenfalls parallelen Seitenkanten ausgeführt ist.
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Beim erfindungsgemäßen Klemmgesperre ist eine neuartige Arretierungsgeometrie im Bereich des Schiebers und des drehfesten Bauteils, also beispielsweise des Innenrings, vorgesehen. Der Schieber weist einen Radialvorsprung mit zwei parallel zueinander verlaufenden Seitenkanten auf, die Eingriffsgeometrie weist eine Vielzahl radialer Vertiefungen mit ebenfalls parallelen Seitenkanten auf. Es sind also beidseits parallele Halte- oder Eingriffsflächen vorgesehen. Dies führt dazu, dass sich, nachdem der Schieber radial bewegbar relativ zur gemeinsamen Drehachse ist, die Drehmomentsumme um den Drehpunkt Null ist, wodurch ein selbsttätiges Aussteuern, also Lösen des Schiebers aus dem formschlüssigen Eingriff bei Einwirken von Schwingungen oder Vibrationen verhindert wird. Es hat sich nämlich im Rahmen von Versuchen herausgestellt, dass ein selbsttätiges Aussteuern bei der aus
DE 198 45 365 A1 bekannten keilförmigen Verzahnungsgeometrie möglich ist, da dort bei anliegenden Vibrationen aufgrund der Verzahnungsgeometrie Radialkomponenten entstehen, die dazu führen, dass der Schieber gegen sein rückstellendes Federelement über die schrägen, aufeinander ablaufenden Verzahnungsflanken bewegt wird, so dass das Rückhaltemoment gering ist und letztlich lediglich durch die Anfederkraft bestimmt ist. Durch die erfindungsgemäße formschlüssige Arretiergeometrie wird ein solches selbsttätiges Aussteuern jedoch vorteilhaft verhindert, da die parallel zueinander verlaufenden Halte- oder Eingriffsflächen eine Radialbewegung respektive ein rampenartiges Abgleiten, wie im Stand der Technik möglich, ausschließen.
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Der Radialvorsprung und die Vertiefungen sind zweckmäßigerweise in Umfangsrichtung breiter als in Radialrichtung lang. Dies bewirkt zum einen, dass nur ein relativ kurzer Hub erforderlich ist, um den Schieber aus seinem sperrenden Eingriff zu bringen, also die Arretierung für eine bewusste Verstellung aufzuheben. Zum anderen wird durch die entsprechende Breite eine hinreichende Stabilität realisiert, so dass der Schieber auch bei größeren Wechsellasten stabil in Eingriff bleibt.
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Das erfindungsgemäße Klemmgesperre ermöglicht es also, ein Ablaufen des Schiebers, also ein selbsttätiges Lösen aus dem formschlüssigen Eingriff auch bei höheren anliegenden Wechselmomenten, insbesondere bis mindestens 20 Nm, wirkungsvoll zu verhindern.
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Um den Schieber für einen Verstellvorgang aktiv aus dem Eingriff auszurücken, ist erfindungsgemäß ein mit dem Schieber gekoppeltes Stellelement zum radialen Verschieben des Schiebers aus der Eingriffsposition in eine Löseposition vorgesehen. Dieses Stellelement ist ein schwenkbarer Stift, der in eine über seitliche Rampen begrenzte Ausnehmung des Schiebers eingreift. Wird also dieser Stift, der an einem dem Antrieb dienenden Stellring, der relativ zum Schieber verdrehbar ist, angeordnet, in Umfangrichtung durch Verdrehen des Stellrings bewegt, so läuft er auf eine benachbarte seitliche Rampe auf, was dazu führt, dass der Schieber, resultierend aus dieser Kulissenführung, radial nach innen geschoben wird und gegen sein rückstellendes Federelement bewegt wird. Hierbei kommt der Radialvorsprung außer Eingriff mit der jeweiligen Vertiefung. Gleichzeitig wird hierüber auch das rückstellende Federelement gespannt, das den Schieber permanent in Richtung des drehfesten Teils, respektive des Rings drückt. Nach Beendigung des Verstellvorgangs, wenn also der Stellring wieder entlastet wird, kehrt demzufolge auch das Stellelement wieder in eine Neutralposition zurück, es läuft auf der Rampe wieder ab und der Schieber kann über sein Federelement radial nach außen gegen die Gegeneingriffsgeometrie gedrückt werden. Hierbei wird er zunächst auf den Innenumfang am die Gegeneingriffsgeometrie aufweisenden drehfesten Teil, also beispielsweise dem Außenring, laufen, nachdem die Endposition nicht zwingend derart ist, dass der Radialvorsprung exakt einer Vertiefung gegenüber liegt. Eine minimale, aufgrund der fehlenden Arretierung noch mögliche Drehbewegung verändert diese Relativstellung zueinander, so dass, resultierend aus der Rückstellung über das Federelement, der Schieber mit seinem Radialvorsprung in die unmittelbar benachbarte Vertiefung einrückt und das Gesperre endgültig arretiert ist.
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Der Schieber selbst ist wie ausgeführt radial beweglich. Um eine definierte radiale Beweglichkeit zu ermöglichen, ist der Schieber zweckmäßigerweise in einer Radialführung, die mit der Abtriebswelle verbunden ist, geführt und gegen die Rückstellkraft eines Federelements, wie bereits beschrieben, aus der Eingriffsposition in die Löseposition bewegbar. Diese Radialführung ist zweckmäßigerweise als Führungsnut ausgeführt, deren Breite entsprechend der Breite des Schiebers bemessen ist. Bevorzugt ist die Radialführung an einem Innenstern ausgebildet, der Teil der Abtriebswelle ist, und der die radialen Klemmrampen aufweist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Klemmgesperre mit einem in Eingriffsposition befindlichem Schieber,
- 2 eine Aufsicht auf die Anordnung nach 1, als Schnittdarstellung entlang der Linie II-II in 1,
- 3 eine Schnittansicht entsprechend 1 mit durch Verdrehen des Stellrings ausgerücktem Schieber,
- 4 eine Aufsicht auf die Anordnung aus 3, als Schnittansicht entlang der Linie III-III,
- 5 eine Ansicht gemäß 3 mit um ein Winkelinkrement verdrehtem Antrieb in der Drehentstellung und rückgestelltem Schieber, und
- 6 eine Aufsicht auf die Anordnung aus 5, als Schnittansicht entlang der Linie V-V.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Klemmgesperre 1 mit einem positionsfesten Gehäuse 2 und einem darin aufgenommenen, ebenfalls positionsfesten Außenring 3. Vorgesehen sind ferner mehrere Klemmrollen 4, die auf einem Innenstern 5 und dort ausgebildeten Klemmrampen 6 laufen und je nach Position des Innensterns 5 respektive der Klemmrampen 6 in und aus der Klemmanlage an eine zylindrische Klemmfläche 7 des Außenrings 3 gebracht werden können.
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Über ein Antriebselement 8 kann ein Stellring 9 gedreht werden, der mit einem Schieber 10 über einen am Stellring 9 befestigten Stift 11 gekoppelt ist. Der Stift 11 greift in eine Öffnung 12 am Schieber 10 ein, welche Öffnung über zwei Rampen 13 seitlich begrenzt ist.
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Der Schieber 10 selbst ist gegen eine Rückstellfeder 14 radial beweglich. Erweist an seinem einen Ende einen Radialvorsprung 15 auf, der gemäß 2 zur Arretierung der eingestellten Position in eine Vertiefung 16, die am Außenring 3 ausgebildet ist, also positionsfest ist, formschlüssig eingreift.
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Wie insbesondere 2 zeigt weist der Schieber 10 zwei parallele Seitenkanten 17 auf. Ebenso weist die Vertiefung 16, von der ersichtlich eine Vielzahl kranzartig um den Umfang des Außenrings 3 angeordnet sind, zwei parallele Seitenkanten 18 auf, so dass sich folglich im Eingriff jeweils zwei flächige, parallele Kanten gegenüberliegen. Diese Eingriffsgeometrie führt dazu, dass auch bei Anliegen einer Last ein selbsttätiges Ausrücken des Schiebers 10, also ein selbsttätiges Lösen dieses Eingriffs, ausgeschlossen ist.
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Während die 1 und 2 das Klemmgesperre 1 in der Arretierposition, wenn also keine Verdrehung erfolgt, zeigen, zeigen die 3 und 4 das Klemmgesperre 1 bei Beginn eines Entriegelungs- und damit Verstellvorgangs. Der Stellring 9 wird über das Antriebselement 8 etwas verdreht, was dazu führt, dass der Stift 11 gegen die in den 2 und 4 gezeigte untere Rampe 13 läuft, was dazu führt, dass der Schieber 10, wie durch den Pfeil P dargestellt ist, radial gegen seine Rückstellfeder 14 bewegt wird, die hierbei komprimiert wird, siehe 3. Es kommt dazu, dass der Radialvorsprung 15 aus der Vertiefung 16 bewegt wird, das heißt, dass der formschlüssige Eingriff aufgehoben ist, wie 4 zeigt. Nun kann durch fortgesetzte Verstellbewegung über das Antriebselement 8 eine aktive Verstellung erfolgen, nachdem gleichzeitig auch die Verklemmung der Klemmrollen 4 gelöst wird, indem diese auf den entsprechenden Rampen 6 des Innensterns abrollen und außer Klemmanlage an der Klemmfläche 7 des Außenrings 3 gebracht werden.
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Ist der Verstellschritt abgeschlossen, so befindet sich das System in der in den 5 und 6 gezeigten Position. Das Antriebselement 8 wird zurückgedreht, was über ein entsprechendes, nicht näher gezeigtes Rückstellfederelement erfolgt. Dies führt dazu, dass der Stift 11 sich von der entsprechenden Rampe 13 entfernt, siehe 6, und wieder in die mittige Neutralstellung läuft. Dies ermöglicht es, dass die komprimierte Rückstellfeder 14 den Schieber 10 wieder radial nach außen schiebt. Hierbei läuft der Radialvorsprung 15 gegen die Innenwandung 19 des Außenrings 3, nachdem der Radialvorsprung 15 nicht exakt einer entsprechenden Vertiefung 16 gegenüberliegt. Beginnt nun der Innenstern 5 durch Nachlassen der Klemmung der Klemmrollen 4 eine minimale Drehung, so wird der Schieber 10 automatisch vom Innenstern 5 mitgenommen. Dies deshalb, da der Schieber 10 in einer Radialführung 20 am Innenstern 5 aufgenommen ist. Hierzu weist der Innenstern 5 eine entsprechende radiale Führungsnut auf, in der der Schieber 10 aufgenommen ist, und in der er radial beweglich geführt ist. Aufgrund der geringen Verdrehung des Innensterns 5 und der Zwangsmitnahme des Schiebers 10 wird demzufolge auch der Schieber 10 geringfügig verdreht, so dass der Radialvorsprung 15 gegenüber einer benachbarten Vertiefung 16 zu liegen kommt. Aufgrund der Rückstellwirkung der Rückstellfeder 14 schnappt der Radialvorsprung 15 automatisch in die Vertiefung 16 ein, die formschlüssige Arretierung über die formschlüssig aneinander liegenden Seitenkanten 17, 18 ist wieder gegeben und ein weiteres Ablaufen verhindert.
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Für einen neuen, schrittweisen Verstellvorgang beginnt das Prozedere wieder mit einer Ausgangssituation, wie in den 1 und 2 beschrieben.
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Abschließend ist festzuhalten, dass die Verstellbewegung natürlich auch in die entgegengesetzte Richtung laufen kann, nachdem das Klemmgesperre 1 respektive der Freilauf in beide Richtungen schaltbar ist. In diesem Fall würde der Stellring in die entgegengesetzte Richtung gedreht und damit auch der Stift 11 gegen die andere Rampe 13 laufen, die Radialverschiebung des Schiebers 10 wäre jedoch die gleiche. Lediglich die Drehrichtung würde, bezogen auf 6, entgegengesetzt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Klemmgesperre
- 2
- Gehäuse
- 3
- Außenring
- 4
- Klemmrolle
- 5
- Innenstern
- 6
- Klemmrampe
- 7
- Klemmfläche
- 8
- Antriebselement
- 9
- Stellring
- 10
- Schieber
- 11
- Stift
- 12
- Öffnung
- 13
- Rampe
- 14
- Rückstellfeder
- 15
- Radialvorsprung
- 16
- Vertiefung
- 17
- Seitenkante
- 18
- Seitenkante
- 19
- Innenwandung
- 20
- Radialführung
