DE102020132508A1

DE102020132508A1 - Antriebsvorrichtung zur Bewegung eines Verschlusselements eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102020132508A1
Application number: DE102020132508.8A
Authority: DE
Inventors: Jonathan Kessler; Martin Neitzert; Christoph Ulrich
Original assignee: Stabilus GmbH
Current assignee: Stabilus GmbH
Priority date: 2020-08-11
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2040-12-08
Also published as: DE102020132508B4; US20220049533A1; CN114075904A; US11598135B2

Abstract

Antriebsvorrichtung (100) zur Bewegung eines Verschlusselements eines Kraftfahrzeugs relativ zu einer Karosserie des Kraftfahrzeugs mit einem Außenrohr (110) mit einer Längsachse (L) zur Kopplung an die Karosserie, einem in dem Außenrohr (110) angeordneten Innenelement (120) zur Kopplung an das Verschlusselement, einer zwischen dem Innenelement (120) und dem Außenrohr (110) angeordneten Schraubendruckfeder (130), und einem zwischen dem Innenelement (120) und der Schraubendruckfeder (130) angeordneten und an dem Innenelement (120) axial fixierten Innenführungselement (122) zur Innenführung eines Innenführungs-Endabschnitts (132) der Schraubendruckfeder (130). Das Innenelement (120) ist entlang der Längsachse (L) aus dem Außenrohr (110) ausziehbar. Die Schraubendruckfeder (130) wird bei einer Ausziehbewegung des Innenelements (120) aus dem Außenrohr (110) heraus gegen eine Federspannung der Schraubendruckfeder (130) komprimiert. Die Antriebsvorrichtung (100) umfasst ein zwischen dem Außenrohr (110) und der Schraubendruckfeder (130) angeordnetes und an dem Außenrohr (110) axial fixiertes Außenführungselement (111) zur Außenführung eines dem Innenführungs-Endabschnitt (132) gegenüberliegenden Außenführungs-Endabschnitts (131) der Schraubendruckfeder (130). Der Außenführungs-Endabschnitt (131) ist in zumindest einem Bewegungszustand des Innenelements (120) relativ zu dem Außenrohr (110) nur durch das Außenführungselement (111) geführt und der Innenführungs-Endabschnitt (132) ist in dem Bewegungszustand nur durch das Innenführungselement (122) geführt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zur Bewegung eines Verschlusselements eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Spindelantriebe nach dem paradoxen Design (zugbelasteter Spindelantrieb, ausgestattet mit einer Schraubendruckfeder) neigen zur Erzeugung von Störgeräuschen im Führungssystem der Feder. Dieser Effekt wird bei der Verwendung von Federn mit höheren Federkräften verstärkt. Zudem ist dieser Effekt abhängig vom Verschleiß.
Das paradoxe Design eines Spindelantriebs, das beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2017 117 993 A1 , DE 10 2018 121 033 A1 , DE 10 2012 100 220 A1 , EP 2 199 513 A1 und WO 2019/007583 A1 bekannt ist, ist wie folgt charakterisiert:
Der Spindelantrieb wird auf Zuglast beansprucht. Das Design umfasst die Verwendung einer Schraubendruckfeder, bei welcher die Wirkrichtung der Federkräfte mithilfe von zwei Kopplungselementen umgekehrt wird. Das äußere Kopplungselement wird als Federgehäuserohr oder Außenrohr bezeichnet und besitzt als Abschluss eine Führungsbuchse, welche unmittelbar mit dem Federgehäuserohr verbunden ist. Die Führungsbuchse dient zur Kraftleitung der Federkräfte auf das Federgehäuserohr.
Das innere Kopplungselement wird als Federführung oder Innenführungselement bezeichnet und wird komplett durch die Schraubendruckfeder hindurchgeführt und überträgt die Federkräfte mittelbar an eine Kugelpfanne zum Anschluss des Spindelantriebs an eine Kraftfahrzeug-Karosserie.
Die Schraubendruckfeder wird je nach Bauform des Spindelantriebs vollständig und ausschließlich von der innenliegenden Federführung oder von der innenliegenden Federführung und dem Federgehäuserohr ( DE 10 2012 221 645 A1 ) geführt.
Im Vergleich zum System eines Spindelantriebs mit Zugfeder (die wie der Spindelantrieb auf Zuglast beansprucht wird) können paradoxe Spindelantriebe mit einem geringeren Außendurchmesser und geringerem Gewicht produziert werden. Allerdings muss dafür eine größere Gesamtlänge des Spindelantriebs hingenommen werden.
Versuchsergebnisse haben gezeigt, dass das paradoxe System anfällig ist für die Erzeugung von Störgeräuschen im Führungssystem der Feder. Mit zunehmenden Federkräften wird dieser Effekt verstärkt.
Auch mithilfe von marktüblichen Optimierungsversuchen (unterschiedliche Schmierfette oder unterschiedliche Oberflächenstruktur der Führungspartner) können die Störgeräusche nicht abgestellt werden.
Technische Aufgabe
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Antriebsvorrichtung zur Bewegung eines Verschlusselements eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, die geräuschärmer und verschleißärmer arbeitet als bekannte Spindelantriebe nach dem paradoxen Design.
Technische Lösung
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt eine Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1 bereit, die die technische Aufgabe löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Beschreibung der Ausführungsarten
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zur Bewegung eines Verschlusselements, insbesondere einer Tür oder einer Gepäckraumklappe, eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personen-Kraftwagens (PKW), relativ zu einer Karosserie des Kraftfahrzeugs.
Die Antriebsvorrichtung umfasst ein Außenrohr mit einer Längsachse zur Kopplung an die Karosserie oder das Verschlusselement und ein zumindest teilweise in dem Außenrohr angeordnetes Innenelement zur Kopplung an das jeweils andere Element aus Karosserie und Verschlusselement. Die Kopplung kann beispielsweise über jeweils eine an dem Außenrohr und dem Innenelement befestigte Kugelpfanne an einen zu der Kugelpfanne komplementären Kugelzapfen an der Karosserie und dem Verschlusselement erfolgen.
Das Außenrohr und/oder das Innenelement kann im Wesentlichen zylindrisch geformt sein. Das Innenelement kann hohl oder gefüllt sein. Das Innenelement ist vorzugsweise koaxial zu der Längsachse angeordnet.
Die Antriebsvorrichtung umfasst eine radial zur Längsachse zwischen dem Innenelement und dem Außenrohr angeordnete Schraubendruckfeder und ein radial zur Längsachse zwischen dem Innenelement und der Schraubendruckfeder angeordnetes und an dem Innenelement axial fixiertes Innenführungselement zur Innenführung eines Innenführungs-Endabschnitts der Schraubendruckfeder entlang der Längsachse.
Zwei Bauteile sind aneinander „axial fixiert“, wenn die Bauteile zumindest gegen eine axiale Verschiebung gegeneinander entlang der Längsachse gesichert sind. Unabhängig davon können die Bauteile gegeneinander um die Längsachse rotierbar sein.
Das Innenelement ist entlang der Längsachse teleskopartig aus dem Außenrohr ausziehbar. Durch diese Verschiebung des Innenelements gegenüber dem Außenrohr kann die Antriebsvorrichtung eine Bewegung des Verschlusselements relativ zu der Karosserie antreiben.
Die Schraubendruckfeder ist so zwischen dem Innenelement und dem Außenrohr eingespannt, dass die Schraubendruckfeder bei einer Ausziehbewegung des Innenelements aus dem Außenrohr heraus gegen eine Federspannung der Schraubendruckfeder komprimiert wird.
Wenn die Antriebsvorrichtung so an die Karosserie und das Verschlusselement gekoppelt ist, dass das Innenelement bei einer Schließbewegung des Verschlusselements aus dem Außenrohr herausgezogen wird, treibt die Federspannung der Schraubendruckfeder somit eine Öffnungsbewegung des Verschlusselements an oder unterstützt diese, beispielsweise gegen eine Gewichtskraft des Verschlusselements.
Die Antriebsvorrichtung kann eine elektromechanische Antriebseinheit zur Verschiebung des Innenelements gegenüber dem Außenrohr entlang der Längsachse umfassen. Die Antriebseinheit kann insbesondere einen Elektromotor und eine davon angetriebene Gewindespindel umfassen. Dann handelt es sich bei der Antriebsvorrichtung um einen Spindelantrieb nach dem zuvor beschriebenen paradoxen Design.
Die Antriebsvorrichtung umfasst ein radial zur Längsachse zwischen dem Außenrohr und der Schraubendruckfeder angeordnetes und an dem Außenrohr axial fixiert Außenführungselement zur Außenführung eines dem Innenführungs-Endabschnitt entlang der Längsachse gegenüberliegenden Außenführungs-Endabschnitts der Schraubendruckfeder entlang der Längsachse.
Die Begriffe „Ende“ und „Endabschnitt“ beziehen sich auf die Enden eines Bauteils entlang der Längsachse.
Der Außenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder stützt sich vorzugsweise entlang der Längsachse, insbesondere über das Außenführungselement, an dem Außenrohr ab. Der Innenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder stützt sich vorzugsweise entlang der Längsachse, insbesondere über das Innenführungselement, an dem Innenelement ab.
Wenn sich die Endabschnitte der Schraubendruckfeder über die Führungselemente an dem Außenrohr und/oder dem Innenelement abstützen, ergibt sich daraus der Vorteil, dass die Führungselemente durch die Federkraft der Schraubendruckfeder axial an dem Außenrohr und/oder dem Innenelement fixiert werden können.
Der Außenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder ist in zumindest einem Bewegungszustand des Innenelements relativ zu dem Außenrohr nur durch das Außenführungselement geführt, und der Innenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder ist in dem Bewegungszustand nur durch das Innenführungselement geführt. Insbesondere ist der Außenführungs-Endabschnitt in dem Bewegungszustand nicht durch das Innenführungselement und der Innenführungs-Endabschnitt nicht durch das Außenführungselement geführt.
Da sich der Außenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder an dem Außenführungselement abstützt, steigt bei einer Bewegung des Innenelements gegenüber dem Außenrohr die Relativgeschwindigkeit der Schraubendruckfeder bezogen auf das Außenführungselement vom Außenführungs-Endabschnitt zum Innenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder hin an. Die geringste Relativgeschwindigkeit zwischen Schraubendruckfeder und Außenführungselement liegt also am Außenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder vor.
Entsprechend steigt bei einer Bewegung des Innenelements gegenüber dem Außenrohr die Relativgeschwindigkeit der Schraubendruckfeder bezogen auf das Innenführungselement vom Innenführungs-Endabschnitt zum Außenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder hin an, weil sich der Innenführungs-Endabschnitt an dem Innenführungselement abstützt. Die geringste Relativgeschwindigkeit zwischen Schraubendruckfeder und Innenführungselement liegt also am Innenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder vor.
Dadurch, dass der Außenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder nur durch das Außenführungselement und der Innenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder nur durch das Innenführungselement geführt ist, wird eine geringere Relativgeschwindigkeit zwischen den Endabschnitten der Schraubendruckfeder und den Führungselementen erreicht, als wenn beide Endabschnitte vom Außenführungselement und/oder beide Endabschnitte vom Innenführungselement geführt wären.
Die verringerte Relativgeschwindigkeit zwischen den Endabschnitten der Schraubendruckfeder und den Führungselementen führt zu einer verringerten Reibleistung und somit zu einer verringerten Geräuschentwicklung und einem verringerten Verschleiß gegenüber vorbekannten Antriebssystemen.
Da sich die von der Schraubendruckfeder auf die Führungselemente übertragene Querkraft proportional zu einer auf die Schraubendruckfeder wirkenden Axialkraft verhält, ist die erfindungsgemäß verringerte Reibleistung insbesondere für Antriebsvorrichtungen, die hohe Axialkräfte aufbringen müssen, beispielsweise um eine schwere Heckklappe eines Oberklasse-PKW anzutreiben, von Vorteil.
Die verringerte Reibleistung der Antriebsvorrichtung kann zudem bei entsprechender Materialauswahl und Ausgestaltung der Führungselemente den Effekt mit sich bringen, dass eine Schmierung der Kontaktflächen von Schraubendruckfeder und Führungselementen mit Fett oder Öl reduziert oder sogar gänzlich darauf verzichtet werden kann.
Dadurch wird ein Austreten von Öl oder Fett aus der Antriebsvorrichtung weniger wahrscheinlich oder sogar vollständig ausgeschlossen. Somit wird eine Verschmutzungsgefahr für eine Umgebung oder einen Benutzer der Antriebsvorrichtung minimiert.
Die um die Schraubendruckfeder herum liegenden Elemente (Außenführungselement und Außenrohr) erfüllen im Gegensatz zum Stand der Technik ihre Funktionen getrennt voneinander. Üblich ist im Stand der Technik entweder eine Kunststoffhülse, die sowohl Führungsaufgaben für die Schraubendruckfeder als auch Stützaufgaben für die Antriebsvorrichtung erfüllt, oder ein Stahlrohr, welches entweder nur Stützaufgaben oder sowohl Führungs- wie auch Stützaufgaben erfüllt.
Durch die erfindungsgemäße Aufteilung in Außenrohr und Außenführungselement können das Außenrohr und das Außenführungselement unabhängig voneinander für unterschiedliche Aufgaben optimiert werden. Beispielsweise kann das Außenrohr für die Stützaufgaben mit einer hohen mechanischen Stabilität ausgestaltet werden. Das Außenführungselement kann für die Führungsaufgaben mit einem geringen Reibkoeffizienten gegenüber der Schraubendruckfeder ausgestaltet werden.
Die Aufteilung in Außenrohr und Außenführungselement ist insbesondere für Antriebsvorrichtungen, die eine hohe Kraft aufbringen müssen, von Vorteil, da dafür mit einem einzigen Material nicht mit vertretbaren Kosten sowohl eine ausreichende mechanische Stabilität als auch ein ausreichend geringer Reibkoeffizient erreicht werden kann.
Eine zusätzliche Komponente verursacht jedoch zusätzliche Kosten, z.B. für Teileherstellung, Spritzgusswerkzeug, Lagerung und Logistik. Eine weitere Schwierigkeit bei einer zusätzlichen Komponente ist bei der Verwendung der Antriebsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug ein zusätzliches Risiko für ein Klappern von Komponenten gegeneinander, beispielsweise während einer Fahrt über ein Kopfsteinpflaster oder eine Schlechtwegstrecke, da neue Kontaktstellen zwischen den Komponenten entstehen.
Der Außenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder ist vorzugsweise in jedem Bewegungszustand des Innenelements relativ zu dem Außenrohr nur durch das Außenführungselement geführt ist. Insbesondere ist der Außenführungs-Endabschnitt in keinem Bewegungszustand durch das Innenführungselement geführt.
Der Innenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder ist vorzugsweise in jedem Bewegungszustand des Innenelements relativ zu dem Außenrohr nur durch das Innenführungselement geführt ist. Insbesondere ist der Innenführungs-Endabschnitt in keinem Bewegungszustand durch das Außenführungselement geführt.
Eine Führungselementlänge des Außenführungselements und/oder des Innenführungselements entlang der Längsachse beträgt vorzugsweise jeweils von 30 % bis 80 %, bevorzugt von 50 % bis 70 %, besonders bevorzugt 50 % oder 60 %, einer Federlänge der Schraubendruckfeder entlang der Längsachse in einem maximal entlang der Längsachse in das Außenrohr eingefahrenen Zustand des Innenelements.
In einem maximal entlang der Längsachse in das Außenrohr eingefahrenen Zustand des Innenelements beträgt eine Abschnittslänge des Außenführungs-Endabschnitts und/oder des Innenführungs-Endabschnitts der Schraubendruckfeder entlang der Längsachse vorzugsweise jeweils von 30 % bis 70 %, bevorzugt von 40 % bis 60 %, besonders bevorzugt 50 %, einer Federlänge der Schraubendruckfeder entlang der Längsachse.
In dem maximal eingefahrenen Zustand des Innenelements erfährt die Schraubendruckfeder eine geringere Druckbelastung entlang der Längsachse als in weiter aus dem Außenrohr ausgefahrenen Zuständen des Innenelements. Insbesondere kann die Schraubendruckfeder im maximal eingefahrenen Zustand des Innenelements im Wesentlichen frei von Zug- oder Druckbelastungen entlang der Längsachse sein, sodass die Länge der Schraubendruckfeder in diesem Zustand einer Ruhelänge der Schraubendruckfeder entspricht.
Versuche haben ergeben, dass die genannten Werte der Führungselementlänge und der Abschnittslänge eine besonders starke Reduzierung der Reibleistung zwischen der Schraubendruckfeder und den Führungselementen bewirken.
Die beiden Führungselemente sind vorzugsweise so ausgeführt, dass der überwiegende Teil der Schraubendruckfeder im maximal eingefahrenen Zustand des Innenelements nur einseitig geführt ist (entweder innen oder außen).
Es hat sich herausgestellt, dass die höchste Belastung zwischen der Schraubendruckfeder und den Führungselementen an beiden Federenden vorliegt. Durch die einseitige Federführung wird die Relativgeschwindigkeit zwischen den Federenden und dem jeweiligen Führungselement verringert. Dies bringt Vorteile für das Anregungsverhalten der Feder, sodass eine Geräuschentwicklung sinkt, und reduziert den Verschleiß der Antriebsvorrichtung.
Daher sind die beiden Führungselemente vorzugsweise so ausgeführt, dass die Federenden auch im vollständig komprimierten Zustand der Schraubendruckfeder, wenn das Innenelement maximal aus dem Außenrohr ausgefahren ist, ausschließlich von einer Seite (entweder innen oder außen) geführt werden.
Das Innenelement ist vorzugsweise in dem zumindest einen Bewegungszustand, bevorzugt in jedem Bewegungszustand, des Innenelements relativ zu dem Außenrohr von dem Außenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder radial zur Längsachse mit einem Innen-Abstand beabstandet.
Das Außenrohr ist vorzugsweise in dem zumindest einen Bewegungszustand, bevorzugt in jedem Bewegungszustand, des Innenelements relativ zu dem Außenrohr von dem Innenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder radial zur Längsachse mit einem Außen-Abstand beabstandet.
Der Innen-Abstand und/oder Außen-Abstand stellt sicher, dass die Endabschnitte der Schraubendruckfeder nicht in Kontakt mit dem Innenelement und/oder dem Außenrohr kommen, wodurch erhöhte Reibung, erhöhter Verschleiß und erhöhe Geräuschentwicklung bewirkt werden könnten.
Der Außenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder weist vorzugsweise in dem zumindest einen Bewegungszustand, bevorzugt in jedem Bewegungszustand, des Innenelements relativ zu dem Außenrohr radial zur Längsachse ein Außen-Führungsspiel zu dem Außenführungselement auf.
Der Innendurchmesser des Außenführungselements ist vorzugsweise so gewählt, dass auch bei ungünstigster Lage, insbesondere wenn die Schraubendruckfeder bei maximal aus dem Außenrohr ausgezogenem Innenelement maximal vorgespannt ist, wodurch sich die Schraubendruckfeder im Außendurchmesser etwas aufweitet, ein geringes Führungsspiel vorliegt.
Der Innenführungs-Endabschnitt der Schraubendruckfeder weist vorzugsweise in dem zumindest einen Bewegungszustand, bevorzugt in jedem Bewegungszustand, des Innenelements relativ zu dem Außenrohr radial zur Längsachse ein Innen-Führungsspiel zu dem Innenführungselement auf.
Der Außendurchmesser des Innenführungselements ist vorzugsweise so gewählt, dass auch bei ungünstigster Lage, insbesondere wenn die Schraubendruckfeder bei maximal in das Außenrohr eingeschobenem Innenelement entspannt ist, ein geringes Führungsspiel vorliegt.
Das Innen-Führungsspiel und/oder Außen-Führungsspiel verringert die Reibleistung zwischen der Schraubendruckfehler und den Führungselementen und verringert die Gefahr eines Verklemmens der Schraubendruckfeder mit den Führungselementen.
Das Außenführungselement umfasst vorzugsweise an einer dem Außenrohr zugewandten Seite eine Anzahl von elastischen Ausgleichselementen, bevorzugt Rippen, zur Vorspannung an das Außenrohr und/oder zum Toleranzausgleich zum Außenrohr.
Das Innenführungselement umfasst vorzugsweise an einer dem Innenelement zugewandten Seite eine Anzahl von elastischen Ausgleichselementen, bevorzugt Rippen, zur Vorspannung an das Innenelement und/oder zum Toleranzausgleich zum Innenelement.
Die Ausgleichselemente erlauben eine kraftschlüssige Fixierung der Führungselemente, insbesondere gegen eine Verschiebung entlang der Längsachse, sodass die Führungselemente am für die gewünschte Führung der Schraubendruckfeder notwendigen Ort verbleiben. Außerdem verringern die Ausgleichselemente die erforderliche Fertigungsgenauigkeit der Führungselemente, sodass diese schneller und/oder kostengünstiger produziert werden können.
Das Innenführungselement ist beispielsweise im Wesentlichen zylindrisch geformt und/oder koaxial zur Längsachse angeordnet. Das Innenführungselement kann hohl oder ausgefüllt sein.
Das Innenführungselement umfasst vorzugsweise ein Stützelement, bevorzugt einen Vorsprung radial von der Längsachse weg, zur Abstützung des Innenführungs-Endabschnitts der Schraubendruckfeder entlang der Längsachse. Über das Stützelement kann sich die Schraubendruckfeder sicher an dem Innenführungselement abstützen, ohne dass dazu ein zusätzliches Bauteil notwendig wäre.
Das Außenführungselement ist beispielsweise im Wesentlichen hohlzylindrisch geformt und/oder koaxial zur Längsachse angeordnet.
Das Außenführungselement umfasst vorzugsweise ein Zentrierelement, bevorzugt ein Verjüngung radial zur Längsachse hin, zur Zentrierung des Innenelements in dem Außenführungselement. Das Zentrierelement vereinfacht den Zusammenbau der Antriebsvorrichtung. Weiterhin kann das Zentrierelement als Stützelement zur Abstützung des Außenführung-Endabschnitts der Schraubendruckfeder entlang der Längsachse dienen. Über das Zentrierelement kann sich die Schraubendruckfeder somit sicher an dem Außenführungselement abstützen, ohne dass dazu ein zusätzliches Bauteil notwendig wäre.
Das Außenführungselement kann eine Anzahl von elastischen Spannelementen, insbesondere eine Anzahl von zur Längsachse hin gerichteten, elastischen Armen, zur Einspannung des Innenelements in dem Außenführungselement umfassen.
Das Außenführungselement und/oder das Innenführungselement umfasst vorzugsweise zumindest einen Kunststoff, bevorzugt einen reibungsarmen und/oder selbstschmierenden Kunststoff, besonders bevorzugt ein Polyamid, ein Polyoxymethylen, ein Polycarbonat, oder ein Polytetrafluorethylen, oder besteht daraus. Ein Führungselement aus einem Kunststoff ist kostengünstig und leicht und besitzt gute Eigenschmierungs- und Notlauf-Eigenschaften.
Das Außenführungselement und/oder das Innenführungselement weist bevorzugt an einer der Schraubendruckfeder zugewandten Seite eine für die Schraubendruckfeder anregungsarme Oberfläche auf.
Das Außenrohr und/oder das Innenelement umfasst vorzugsweise ein Metall, bevorzugt einen Stahl, oder besteht daraus. Aus einem Metall lässt sich das Außenrohr oder Innenelement kostengünstig mit hoher mechanischen Stabilität herstellen.
Die Schraubendruckfeder umfasst vorzugsweise ein Metall, bevorzugt einen Stahl, besonders bevorzugt einen Federstahl, oder besteht daraus. Aus einem Metall lässt sich die Schraubendruckfeder kostengünstig mit hoher mechanischen Stabilität herstellen. Vorzugsweise umfasst die Schraubendruckfeder einen Korrosionsschutz.
Die Schraubendruckfeder umfasst bevorzugt eine Kunststoff-Beflockung zur Reduzierung von Reibungskräften an dem Außenführungselement und/oder dem Innenführungselement. Die Kunststoff-Beflockung verringert außerdem den Verschleiß und die Geräuschentwicklung der Antriebsvorrichtung.
Die Kunststoff-Beflockung ist besonders bevorzugt mit einem Trockenschmiermittel imprägniert. Das Trockenschmiermittel verringert die Reibungskraft zwischen der Schraubendruckfeder und den Führungselementen.
Das Außenführungselement und/oder das Innenführungselement weist vorzugsweise eine Anzahl von Vertiefungen, insbesondere Durchbrechungen, radial zur Längsachse auf. Die Vertiefungen können den Materialbedarf und das Gewicht der Führungselemente verringern, ohne die Führungswirkung wesentlich zu beeinträchtigen. Weiterhin können die Vertiefungen als Reservoir zur Aufnahme eines Schmiermittels zur Reibungsreduzierung zwischen der Schraubendruckfeder und dem Außenführungselement und/oder Innenführungselement dienen.
Das Außenführungselement und/oder das Innenführungselement ist beispielsweise als Gitter ausgestaltet. Ein Gitter kann bei besonders geringem Materialbedarf eine ausreichende mechanische Stabilität und Führungswirkung bereitstellen, ist jedoch beispielsweise durch Spritzguss nur mit hohem Aufwand herstellbar.
Figurenliste
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung und anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen beispielhaft erfindungsgemäße Gegenstände dargestellt sind. Merkmale, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Merkmale nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.

1 zeigt einen schematischen Längsschnitt entlang der Längsachse einer Antriebsvorrichtung aus dem Stand der Technik.
2 zeigt einen schematischen Längsschnitt entlang der Längsachse einer erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung.

Fig.1
1 zeigt einen schematischen Längsschnitt entlang der Längsachse L einer Antriebsvorrichtung 100 aus dem Stand der Technik.
Die Antriebsvorrichtung 100 ist zur Bewegung eines Verschlusselements eines Kraftfahrzeugs relativ zu einer Karosserie des Kraftfahrzeugs ausgelegt. Die Antriebsvorrichtung 100 umfasst ein Außenrohr 110 mit einer Längsachse L zur Kopplung an die Karosserie und ein teilweise in dem Außenrohr 110 angeordnetes Innenelement 120 zur Kopplung an das Verschlusselement, beispielsweise über ein an einem Ende des Innenelements 120 befestigtes Innen-Anschlusselement 128, insbesondere eine Kugelpfanne.
Das Außenrohr 110 und das Innenelement 120 sind beispielsweise jeweils im Wesentlichen hohlzylindrisch geformt. Das Außenrohr 110 und das Innenelement 120 sind zum Beispiel koaxial zur Längsachse L angeordnet.
Die Antriebsvorrichtung 100 umfasst eine radial zur Längsachse L zwischen dem Innenelement 120 und dem Außenrohr 110 angeordnete Schraubendruckfeder 130, und ein radial zur Längsachse L zwischen dem Innenelement 120 und der Schraubendruckfeder 130 angeordnetes und an dem Innenelement 120 axial fixiertes Innenführungselement 122 zur Innenführung entlang der Längsachse L der Schraubendruckfeder 130.
Das Innenelement 120 ist entlang der Längsachse L teleskopartig aus dem Außenrohr 110 ausziehbar, sodass das an das Innenelement 120 gekoppelte Verschlusselement relativ zu der an das Außenrohr gekoppelten Karosserie beweglich ist.
Die Schraubendruckfeder 130 ist so zwischen dem Innenführungselement 122 und dem Außenrohr 120 eingespannt, dass die Schraubendruckfeder 130 bei einer Ausziehbewegung des Innenelements 120 aus dem Außenrohr 110 heraus gegen eine Federspannung der Schraubendruckfeder 130 komprimiert wird.
Das Innenführungselement 122 umfasst ein Stützelement 126, beispielsweise einen Vorsprung radial von der Längsachse L weg, zur Abstützung der Schraubendruckfeder 130 entlang der Längsachse L.
Die Antriebsvorrichtung 100 umfasst beispielsweise eine elektromechanische Antriebseinheit 140 zur Verschiebung des Innenelements 120 gegenüber dem Außenrohr 110 entlang der Längsachse. Die Antriebseinheit 140 kann insbesondere einen Elektromotor und eine davon angetriebene Gewindespindel umfassen, sodass es sich bei der Antriebsvorrichtung 100 um einen Spindelantrieb nach dem paradoxen Design handelt.
Die Antriebseinheit 140 kann beispielsweise an dem dem Innen-Anschlusselement 128 gegenüberliegenden Ende des Außenrohrs 110 an dem Außenrohr 110 befestigt und über ein Außen-Anschlusselement 118, beispielsweise eine weitere Kugelpfanne, an die Karosserie gekoppelt sein.
Der Graph über der Antriebsvorrichtung 100 zeigt einen schematischen Verlauf einer Geschwindigkeit v der Schraubendruckfeder 130 relativ zu dem Innenführungselement 122 als Funktion eines Abstands x entlang der Längsachse L von dem dem Innen-Kopplungselement 128 zugewandten Ende der Schraubendruckfeder 130, wenn das Innenelement 120 mit einer Ausziehgeschwindigkeit v₁ aus dem Außenrohr 120 ausgezogen wird.
Am dem Kopplungselement 128 zugewandten Ende der Schraubendruckfeder 130 (bei x = 0) entspricht die Geschwindigkeit v der Schraubendruckfeder 130 der Ausziehgeschwindigkeit v₁. Mit zunehmendem Abstand x nimmt die Geschwindigkeit v linear ab bis auf 0 am anderen Ende der Schraubendruckfeder 130, an dem sich die Schraubendruckfeder 130 auf dem Stützelement 126 des Innenführungselements 122 abstützt.
Fig.2
2 zeigt einen schematischen Längsschnitt entlang der Längsachse L einer erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 100.
Im Gegensatz zum in 1 gezeigten Stand der Technik ist das Innenführungselement 122 nur zur Innenführung eines Innenführungs-Endabschnitts 132 der Schraubendruckfeder 130 ausgelegt.
Die in 2 dargestellte Antriebsvorrichtung 100 umfasst ein radial zur Längsachse L zwischen dem Außenrohr 110 und der Schraubendruckfeder 130 angeordnetes und an dem Außenrohr 110 axial fixiertes Außenführungselement 111 zur Außenführung entlang der Längsachse L eines dem Innenführungs-Endabschnitt 132 entlang der Längsachse L gegenüberliegenden Außenführungs-Endabschnitts 131 der Schraubendruckfeder 130.
Die Schraubendruckfeder 130 ist so zwischen dem Innenführungselement 122 und dem Außenführungselement 111 eingespannt, dass die Schraubendruckfeder 130 bei einer Ausziehbewegung des Innenelements 120 aus dem Außenrohr 110 heraus gegen eine Federspannung der Schraubendruckfeder 130 komprimiert wird.
Der Außenführungs-Endabschnitt 131 der Schraubendruckfeder 130 stützt sich entlang der Längsachse L an dem Außenführungselement 111, insbesondere an einem Zentrierelement 117 des Außenführungselements 111, ab.
Der Innenführungs-Endabschnitt 132 der Schraubendruckfeder 130 stützt sich entlang der Längsachse L an dem Innenführungselement 122, insbesondere an einem Stützelement 126 des Innenführungselements 122, ab.
Der Außenführungs-Endabschnitt 131 der Schraubendruckfeder 130 ist in zumindest einem Bewegungszustand des Innenelements 120 relativ zu dem Außenrohr 110 nur durch das Außenführungselement 111 geführt, und der Innenführungs-Endabschnitt 132 der Schraubendruckfeder 130 ist in dem Bewegungszustand nur durch das Innenführungselement 122 geführt.
Eine Führungselementlänge des Außenführungselements 111 und des Innenführungselements 122 entlang der Längsachse L beträgt beispielsweise jeweils 50 % bis 60 % einer Federlänge der Schraubendruckfeder 130 entlang der Längsachse L in einem in 2 gezeigten maximal entlang der Längsachse L in das Außenrohr 110 eingefahrenen Zustand des Innenelements 120 beträgt.
Daraus ergibt sich, dass der Außenführungs-Endabschnitt 131 und der Innenführungs-Endabschnitt 132 der Schraubendruckfeder 130 jeweils nur einseitig (entweder innen oder außen) geführt sind. Ein Mittelabschnitt 133 der Schraubendruckfeder 130 zwischen den beiden Endabschnitten 131, 132 kann beidseitig (außen und innen) geführt sein.
Der Graph über der Antriebsvorrichtung 100 zeigt einen schematischen Verlauf einer Geschwindigkeit v der Schraubendruckfeder 130 relativ zu dem Innenführungselement 122 und Außenführungselement 111 als Funktion eines Abstands x entlang der Längsachse L von dem dem Innen-Kopplungselement 128 zugewandten Ende der Schraubendruckfeder 130, wenn das Innenelement 120 mit einer Ausziehgeschwindigkeit v₁ aus dem Außenrohr 120 ausgezogen wird.
Die Geschwindigkeit v ist in Bereichen des Abstands x, in denen das jeweilige Führungselement 111, 122 die Schraubendruckfeder 130 führt als durchgezogene Linie und in Bereichen, in denen das jeweilige Führungselement 111, 122 die Schraubendruckfeder 130 nicht führt als gestrichelte Linie dargestellt.
Am dem Kopplungselement 128 zugewandten Außenführungs-Endabschnitt 131 der Schraubendruckfeder 130 führt nur das Außenführungselement 111 die Schraubendruckfeder 130. Die Geschwindigkeit v ist am dem Kopplungselement 128 zugewandten Ende der Schraubendruckfeder 130 (bei x = 0), an dem sich die Schraubendruckfeder 130 auf dem Zentrierelement 117 des Innenführungselements 122 abstützt, 0 und nimmt zunehmendem Abstand x bis in den Mittelabschnitt 133 linear zu.
Im mit zunehmendem Abstand x an den Mittelabschnitt 133 anschließenden Innenführungs-Endabschnitt 132 der Schraubendruckfeder 130 ist die Schraubendruckfeder 130 nicht vom Außenführungselement 111, sondern vom Innenführungselement 122 geführt. Ein weiterer Anstieg der Geschwindigkeit v (gestrichelte Linie) gegenüber dem Außenführungselement 111 mit weiter zunehmendem Abstand x ist daher für die Funktion der Antriebsvorrichtung 100 irrelevant.
Die im Innenführungs-Endabschnitt 132 der Schraubendruckfeder 130 relevante Geschwindigkeit v (durchgezogene Linie) der Schraubendruckfeder 130 relativ zum Innenführungselement 122 nimmt wie in 1 mit zunehmendem Abstand x linear ab bis auf 0 am Ende der Schraubendruckfeder 130, an dem sich die Schraubendruckfeder 130 auf dem Stützelement 126 des Innenführungselements 122 abstützt.
Die für die Funktion der Antriebsvorrichtung 100 relevante Geschwindigkeit v (durchgezogene Linien) der Schraubendruckfeder 130 relativ u dem jeweils führenden Führungselement 111, 122 ist somit entlang der gesamten Schraubendruckfeder 130 wesentlich geringer als die Ausziehgeschwindigkeit v₁.
Die gegenüber dem Stand der Technik geringere Geschwindigkeit v führt zu einem verringerten Verschleiß und einer verringerten Geräuschentwicklung.
Bezugszeichenliste

100: Antriebsvorrichtung
110: Außenrohr
111: Außenführungselement
117: Zentrierelement
118: Außen-Anschlusselement
120: Innenelement
122: Innenführungselement
126: Stützelement
128: Innen-Anschlusselement
130: Schraubendruckfeder
131: Außenführungs-Endabschnitt
132: Innenführungs-Endabschnitt
133: Mittelabschnitt
140: Antriebseinheit
L: Längsachse
v: Geschwindigkeit
v1: Ausziehgeschwindigkeit
x: Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017117993 A1 [0003]
DE 102018121033 A1 [0003]
DE 102012100220 A1 [0003]
EP 2199513 A1 [0003]
WO 2019/007583 A1 [0003]
DE 102012221645 A1 [0006]

Claims

Antriebsvorrichtung (100) zur Bewegung eines Verschlusselements, insbesondere einer Tür oder einer Gepäckraumklappe, eines Kraftfahrzeugs relativ zu einer Karosserie des Kraftfahrzeugs mit a. einem Außenrohr (110) mit einer Längsachse (L) zur Kopplung an die Karosserie oder das Verschlusselement, b. einem zumindest teilweise in dem Außenrohr (110) angeordneten Innenelement (120) zur Kopplung an das jeweils andere Element aus Karosserie und Verschlusselement, c. einer radial zur Längsachse (L) zwischen dem Innenelement (120) und dem Außenrohr (110) angeordneten Schraubendruckfeder (130), und d. einem radial zur Längsachse (L) zwischen dem Innenelement (120) und der Schraubendruckfeder (130) angeordneten und an dem Innenelement (120) axial fixierten Innenführungselement (122) zur Innenführung entlang der Längsachse (L) eines Innenführungs-Endabschnitts (132) der Schraubendruckfeder (130), e. wobei das Innenelement (120) entlang der Längsachse (L) teleskopartig aus dem Außenrohr (110) ausziehbar ist, und f. wobei die Schraubendruckfeder (130) so zwischen dem Innenelement (120) und dem Außenrohr (110) eingespannt ist, dass die Schraubendruckfeder (130) bei einer Ausziehbewegung des Innenelements (120) aus dem Außenrohr (110) heraus gegen eine Federspannung der Schraubendruckfeder (130) komprimiert wird, gekennzeichnet durch g. ein radial zur Längsachse (L) zwischen dem Außenrohr (110) und der Schraubendruckfeder (130) angeordnetes und an dem Außenrohr (110) axial fixiertes Außenführungselement (111) zur Außenführung entlang der Längsachse (L) eines dem Innenführungs-Endabschnitt (132) entlang der Längsachse (L) gegenüberliegenden Außenführungs-Endabschnitts (131) der Schraubendruckfeder (130), h. wobei der Außenführungs-Endabschnitt (131) der Schraubendruckfeder (130) in zumindest einem Bewegungszustand des Innenelements (120) relativ zu dem Außenrohr (110) nur durch das Außenführungselement (111) geführt ist, und i. wobei der Innenführungs-Endabschnitt (132) der Schraubendruckfeder (130) in dem Bewegungszustand nur durch das Innenführungselement (122) geführt ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Außenführungs-Endabschnitt (131) der Schraubendruckfeder (130) in jedem Bewegungszustand des Innenelements (120) relativ zu dem Außenrohr (110) nur durch das Außenführungselement (111) geführt ist, und/oder b. der Innenführungs-Endabschnitt (132) der Schraubendruckfeder (130) in jedem Bewegungszustand des Innenelements (120) relativ zu dem Außenrohr (110) nur durch das Innenführungselement (122) geführt ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungselementlänge des Außenführungselements (111) und/oder des Innenführungselements (122) entlang der Längsachse (L) jeweils von 40 % bis 80 %, bevorzugt von 50 % bis 70 %, besonders bevorzugt 50 % oder 60 %, einer Federlänge der Schraubendruckfeder (130) entlang der Längsachse (L) in einem maximal entlang der Längsachse (L) in das Außenrohr (110) eingefahrenen Zustand des Innenelements (120) beträgt.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem maximal entlang der Längsachse (L) in das Außenrohr (120) eingefahrenen Zustand des Innenelements (110) eine Abschnittslänge des Außenführungs-Endabschnitts (131) und/oder des Innenführungs-Endabschnitts (132) der Schraubendruckfeder (130) entlang der Längsachse (L) jeweils von 30 % bis 70 %, bevorzugt von 40 % bis 60 %, besonders bevorzugt 50 %, einer Federlänge der Schraubendruckfeder (130) entlang der Längsachse (L) beträgt.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Innenelement (120) in dem zumindest einen Bewegungszustand, bevorzugt in jedem Bewegungszustand, des Innenelements (120) relativ zu dem Außenrohr (110) von dem Außenführungs-Endabschnitt (131) der Schraubendruckfeder (130) radial zur Längsachse (L) mit einem Innen-Abstand beabstandet ist, und/oder b. das Außenrohr (110) in dem zumindest einen Bewegungszustand, bevorzugt in jedem Bewegungszustand, des Innenelements (120) relativ zu dem Außenrohr (110) von dem Innenführungs-Endabschnitt (132) der Schraubendruckfeder (130) radial zur Längsachse (L) mit einem Außen-Abstand beabstandet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Außenführungs-Endabschnitt (131) der Schraubendruckfeder (130) in dem zumindest einen Bewegungszustand, bevorzugt in jedem Bewegungszustand, des Innenelements (120) relativ zu dem Außenrohr (110) radial zur Längsachse (L) ein Außen-Führungsspiel zu dem Außenführungselement (111) aufweist, und/oder b. der Innenführungs-Endabschnitt (132) der Schraubendruckfeder (130) in dem zumindest einen Bewegungszustand, bevorzugt in jedem Bewegungszustand, des Innenelements (120) relativ zu dem Außenrohr (110) radial zur Längsachse (L) ein Innen-Führungsspiel zu dem Innenführungselement (122) aufweist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Außenführungselement (111) an einer dem Außenrohr (110) zugewandten Seite eine Anzahl von elastischen Ausgleichselementen, bevorzugt Rippen, zur Vorspannung an das Außenrohr (110) und/oder zum Toleranzausgleich zum Außenrohr (110) umfasst, und/oder b. das Innenführungselement (122) an einer dem Innenelement (120) zugewandten Seite eine Anzahl von elastischen Ausgleichselementen, bevorzugt Rippen, zur Vorspannung an das Innenelement (120) und/oder zum Toleranzausgleich zum Innenelement (120) umfasst.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Innenführungselement (122) im Wesentlichen zylindrisch geformt und/oder koaxial zur Längsachse (L) angeordnet ist, b. wobei das Innenführungselement (122) ein Stützelement (126), bevorzugt einen Vorsprung radial von der Längsachse (L) weg, zur Abstützung des Innenführungs-Endabschnitts (132) der Schraubendruckfeder (130) entlang der Längsachse (L) umfasst.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Außenführungselement (111) im Wesentlichen hohlzylindrisch geformt und/oder koaxial zur Längsachse (L) angeordnet ist, b. wobei das Außenführungselement (111) ein Zentrierelement (117), bevorzugt ein Verjüngung radial zur Längsachse (L) hin, zur Zentrierung des Innenelements (120) in dem Außenführungselement (111) umfasst.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Außenführungselement (111) und/oder das Innenführungselement (122) einen reibungsarmen und/oder selbstschmierenden Kunststoff, bevorzugt ein Polyamid, ein Polyoxymethylen, ein Polycarbonat, oder ein Polytetrafluorethylen, umfasst oder daraus besteht, b. wobei das Außenführungselement (111) und/oder das Innenführungselement (122) bevorzugt an einer der Schraubendruckfeder (130) zugewandten Seite eine für die Schraubendruckfeder (130) anregungsarme Oberfläche aufweist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (110) und/oder das Innenelement (120) ein Metall, bevorzugt einen Stahl, umfasst oder daraus besteht.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Schraubendruckfeder (130) ein Metall, bevorzugt einen Federstahl, umfasst oder daraus besteht, b. wobei die Schraubendruckfeder (130) bevorzugt eine Kunststoff-Beflockung zur Reduzierung von Reibungskräften an dem Außenführungselement (111) und/oder dem Innenführungselement (122) aufweist, c. wobei die Kunststoff-Beflockung besonders bevorzugt mit einem Trockenschmiermittel imprägniert ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenführungselement (111) und/oder das Innenführungselement (122) eine Anzahl von Vertiefungen, bevorzugt Durchbrechungen, radial zur Längsachse (L) aufweist.