Исполнительный механизм для автотехнического применения

Исполнительный механизм для автотехнического применения

Реферат

Настоящее изобретение касается исполнительного механизма для автотехнических применений, в частности для замков автомобильных дверей, с приводом и исполнительным элементом, приводимым в действие приводом.

Такие исполнительные механизмы для автотехнического применения, а в данном случае, в частности для замков автомобильных дверей, известны из практики и широко описаны в литературе. В качестве примера можно привести родственный патент DE 102005044458 B4. В нем описывается запирающий механизм с доводчиком для двери, откидной двери или крыши автомобиля. Для этого может использоваться коленчатый рычажный механизм, перемещаемый между открытым и затянутым положением. Коленчатый рычажный механизм может приводиться в действие при помощи исполнительного привода для перемещения запорного элемента в затянутое положение.

Наряду с этим, существуют подобные исполнительные механизмы в сиденьях, зеркалах, подголовниках и т.п. с электроприводом. В целом они хорошо себя зарекомендовали, однако в большинстве случаев они имеют выступающую и массивную конструкцию. Это связано с тем, что рассматриваемые исполнительные механизмы передают существенные усилия и вращающие моменты. Поскольку все большую роль в автомобилестроении играют вопросы веса, в том числе в связи с экологическими аспектами критично рассматривают дополнительные конструкции в целом, в том числе и исполнительные механизмы, хотя они в значительной мере способствуют повышению комфорта. Решению этой задачи служит настоящее изобретение.

Задачей изобретения является техническое усовершенствование подобного рода исполнительного механизма для автотехнических применений так, чтобы при компактной конструкции добиться низкого веса.

Для решения этой технической задачи типовой исполнительный механизм в рамках изобретения отличается тем, что исполнительный элемент изготавливается полностью или частично из пластмассы. В качестве пластмассы используется полностью или частично самоусиленный полимерный материал. Фактически предпочтительно применять жидкокристаллический полимер (по меньшей мере, частично). Подобные жидкокристаллические полимеры на английском языке называются LCP (liquid crystal polymer) и в целом известны из описания к патенту EP 0217563 B1.

Подобные пластмассы отличаются тем, что в них можно отказаться от армирования волокном, и при всем при этом они обладают подобной прочностью, как и усиленные волокном пластмассы. Фактически жидкокристаллические полимеры отличаются палочковидной формой молекулы. При этом такие молекулы малоэластичны. Одновременно палочковидная форма молекул или тот факт, что пластмасса состоит из палочковидных молекул, дает в результате необычные механические и химические свойства.

Таким образом жидкокристаллические полимеры параллельно оси молекул обладают чрезвычайно высокой прочностью при растяжении и высоким модулем упругости. Жидкокристаллическим полимером может быть полностью ароматический сложный полиэфир.

В любом случае используемая по настоящему изобретению пластмасса полностью или частично обладает самоусилением, которое объясняется палочковидными молекулами используемого в данном случае жидкокристаллического материала. При этом, естественно, в качестве пластмассы может также использоваться полимерный композиционный материал, который может состоять, например, из термопластичного основного полимера и уже упомянутого полимера на жидких кристаллах, или жидкокристаллического полимера.

Так особенно легко изготавливается или может быть изготовлен исполнительный элемент по настоящему изобретению, потому что подобные пластмассы, как правило, имеют плотность в любом случае порядка 1-2 г/см³, в отличие от обычно применяемой стали плотностью более 7 г/см³. Подобное использование возможно, потому что наблюдаются показатели прочности, как в армированных волокном пластмассах, а модуль упругости превышает 3000 Н/м², предпочтительно даже 4000 Н/м².

При применении этих пластмасс достигается сравнимый с металлическим исполнением коэффициент полезного действия. Преимуществом по сравнению с армированными стекловолокном пластмассами является меньший коэффициент трения, а значит и меньший износ.

Исполнительным элементом, как правило, является линейный исполнительный элемент. При этом предпочтительно, если линейным исполнительным элементом является винтовой привод, в большинстве случае используется резьбовой винтовой привод. Для этого выполняют шпиндель и установленную на шпинделе ходовую гайку.

Особенно предпочтительным является вариант, при котором ходовая гайка неподвижно установлена в корпусе. Таким образом, ходовая гайка и внешнее зубчатое колесо на ходовой гайке по предпочтительному варианту осуществления образуют комбинированный червячный/ходовой привод. При этом червячный/ходовой привод может быть изготовлен в виде одного конструктивного элемента, в частности пластмассового конструктивного элемента.

Как правило, как комбинированный червячный/ходовой привод, так и шпиндель как таковой изготавливаются соответственно из самоусиленного полимера или композиционного материала, который в основном имеет рассматриваемый и самоусиленный полимерный материал. Это означает, что доля жидкокристаллического полимера в указанном композиционном материале составляет в большинстве случае более 50 мас.%. Разумеется, в рамках изобретения, нужно только изготовить перемещаемый по отношению к ходовому винту шпиндель из рассматриваемой специальной пластмассы или указанного композиционного материала, а комбинированную червячную/ходовую передачу, напротив, - из традиционной (термопластичной) пластмассы. Тем не менее, поскольку самоусиленные полимерные материалы, или соответственно изготавливаемые на этой основе композиционные материалы так же, как и обычные термопласты без труда могут обрабатываться путем формования под давлением или экструзии, рекомендуется оба конструктивных элемента изготавливать из пластмассы по настоящему изобретению. Фактически как червячная/ходовая передача, так и шпиндель могут быть (цельными) отлитыми под давлением пластмассовыми конструктивными элементами.

При этом конструкция в большинстве случаев выбирается так, что самоусиленный полимерный материл, или жидкокристаллический полимер, имеет такое расположение своих палочковидных молекул, что они, главным образом, ориентируются вдоль линейного исполнительного элемента. Это означает, что палочковидные молекулы жидкокристаллического полимера, как правило, ориентируются вдоль шпинделя, чтобы придать шпинделю необходимую прочность и описанный высокий модуль упругости в продольном направлении. А вот поперек этого направления наблюдаются существенно меньшие значения прочности при растяжении модуля упругости. Это объясняется сильно анизотропной геометрией таких жидкокристаллических полимеров. Кроме того, жидкокристаллические полимеры отличаются высокой температурной стойкостью, что обеспечивает возможность применения при температурах более 100°C (см. EP 0217563 B1). Следовательно, рассматриваемые пластмассовые материалы предназначены для использования в автомобилях с температурами до 80°C.

Так как шпиндель обычно используемого линейного исполнительного элемента, как правило, изготавливают из пластмассы, это дает возможность соединить шпиндель с примыкающим к нему соединительным элементом. Через такой соединительный элемент можно передавать рабочие линейные перемещения шпинделя, например, на примыкающий и, следовательно, находящийся под его воздействием замок автомобильной двери. При этом соединительный элемент можно связать со шпинделем при помощи соединительной детали. Фактически шпиндель или вообще исполнительный элемент предпочтительно соединяется в головной части с соответствующей соединительной деталью для соединительного элемента разъемно или неразъемно. При этом соединительная деталь и шпиндель могут быть выполнены как одно целое.

Кроме того, шпиндель или вообще исполнительный элемент имеет, как правило, примыкающую деталь для запуска датчика. Таким датчиком может быть механический переключатель. В этом случае деталь и шпиндель также могут быть изготовлены как одно целое, чтобы, в конечном итоге, шпиндель вместе с деталью и соединительной деталью мог быть изготовлен в рамках одного производственного процесса с минимальными затратами. Это же, наконец, касается и нарезки резьбы, предусмотренной на внешней краевой поверхности шпинделя. Нарезка резьбы, как и все изготовление шпинделя, может быть выполнено в рамках одного технологического процесса. Если в таком случае шпиндель выполняется в виде отливаемой под давлением пластмассовой детали, можно за один ход технологического процесса изготовить шпиндель, резьбу, конструктивный элемент и, наконец, соединительную деталь. Естественно, конструктивный элемент может также прикручиваться к шпинделю или же иначе, например, разъемно соединяться с ним.

Конструктивный элемент для запуска датчика одновременно действует как защита от скручивания шпинделя.

Резьба может иметь прерывистую форму. Резьба на внешней краевой поверхности шпинделя вкручивается на непрерывную внутреннюю резьбу ходовой гайки. В результате, вращательные движения неподвижно установленной в корпусе ходовой гайки передаются непосредственно на шпиндель, перемещающийся по оси напротив нее взад-вперед.

Результатом является создание исполнительного механизма для автотехнических применений, который может передавать сравнимые усилия или вращательные моменты, как традиционный исполнительный механизм. Все это происходит при существенно сниженном весе, потому что используемый здесь исполнительный элемент, или линейный исполнительный элемент, полностью или частично изготавливаются из пластмассы. В большинстве случаев исполнительный элемент полностью изготавливается из пластмассы. При этом используется не обычная пластмасса, а такая, которая полностью или частично содержит самоусиленный полимерный материал. В большинстве случаев доля самоусиленного полимерного материала составляет более 50 мас.%. В таком случае пластмассой является композиционный материал. Таким образом, дополнительное армирование волокном не требуется.

Кроме того, такая пластмасса может быть изготовлена точно согласно требованиям. Это связано с тем, что под пластмассой в большинстве случаев подразумевается жидкокристаллический полимер, обладающий особыми свойствами за счет палочковидных молекул. Поскольку эти палочковидные молекулы ориентированы, главным образом, в продольном направлении линейного исполнительного элемента, или используемого в данном случае шпинделя, рассматриваемый шпиндель, или линейный исполнительный элемент в целом, обладает требуемой прочностью, особенно в определяемом шпинделем осевом направлении исполнительного элемента. Фактически шпиндель перемещается в линейном направлении взад-вперед. Это обеспечивается установленной на шпинделе ходовой гайкой.

Чтобы здесь еще больше снизить вес, указанная ходовая гайка вместе с червячной передачей образует комбинированную червячную/ходовую передачу. Предпочтительно, если она выполняется в виде цельного конструктивного элемента, в частности пластмассового конструктивного элемента. Это позволяет упростить не только изготовление, но и монтаж. Это связано с тем, что обычно выполняемый в виде электродвигателя привод требует установки червячного колеса только на его выходном валу, которое входит в зацепление с зубчатым колесом комбинированной червячной/ходовой передачи для линейного перемещения шпинделя. Это дает существенные преимущества.

Ниже изобретение описывается со ссылкой на приведенное только в качестве примера изображение. На единственной фигуре показано перспективное изображение исполнительного механизма по настоящему изобретению в разобранном виде.

На фигуре 1 представлен исполнительный механизм для автотехнических применений. Фактически исполнительный механизм предназначен для воздействия на замок автомобильной двери 1, а в данном случае (без ограничения объема изобретения) на доводчик. При помощи такого доводчика можно перевести храповой механизм замка автомобильной двери 1 в полностью закрытое положение, как это детально описано в уже упомянутом ранее патенте DE 102005044548 B4.

Исполнительный механизм имеет привод 2, которым является электродвигатель 2. Привод 2 воздействует на исполнительный элемент 3, 4, который в рамках примера и без ограничения объема изобретения выполняется в виде линейного исполнительного элемента 3, 4. Для этого выходной вал 5 привода, или электродвигателя 2, входит в зацепление с неподвижно установленной ходовой гайкой 4 линейного исполнительного элемента 3, 4, которая перемещает соответствующий шпиндель в продольном направлении последовательно L вперед-назад, как показано стрелкой.

В рамках примера и без ограничения объема изобретения линейный исполнительный элемент 3, 4 полностью изготовлен из пластмассы. При этом используется пластмасса, которая, главным образом, содержит самоусиленный полимерный материал. Таким образом, рассматриваемым полимером является композиционный материал, содержащий жидкокристаллический полимер с весовой долей более 50 масс.%. Как ходовой винт 4, так и шпиндель 3 изготавливаются вместе и соответственно в виде отливаемой под давлением пластмассовой детали за один рабочий ход. При этом используется такое конструктивное исполнение, что палочковидные молекулы жидкокристаллического полимера, по меньшей мере, в шпинделе 3 ориентированы в продольном направлении L. В результате шпиндель 3 способен передавать большие усилия в этом продольном направлении L на примыкающий соединительный элемент 6, который дальше передает рабочие перемещения шпинделя 3 на замок автомобильной двери 1, на который при этом оказывается воздействие.

Линейным исполнительным элементом 3, 4, как уже объяснялось, является винтовой привод, в примере осуществления - резьбовой винтовой привод. Неподвижно установленная в корпусе 14 ходовая гайка 4 имеет внешнее зубчатое колесо 7. Таким образом, ходовая гайка 4 и зубчатое колесо 7 образуют цельный конструктивный элемент 4, 7, выполненный в виде комбинированного червячного/ходового привода 4, 7. Фактически, в зацепление с внешним зубчатым колесом 7 входит расположенное на выходном валу 5 и только условно обозначенное червячное колесо 8 для вращения ходовой гайки 4. Как следствие, находящийся в зацеплении с ходовой гайкой 4 шпиндель 3 перемещается в продольном направлении L, т.е. вправо или влево на фигуре, в зависимости от того, в каком направлении вращается выходной вал 5 электродвигателя 2.

При их линейном перемещении шпиндель 3 с примыкающим конструктивным элементом 9 проходят через датчик 10, который в примере является механическим переключателем 10. При помощи переключателя 10 можно проверить перемещение исполнительного элемента, или линейного исполнительного элемента 3, 4, и, например, остановить при достижении определенного положения. Конструктивный элемент 9 сформирован на шпинделе 3 или образует с ним цельный конструктивный элемент 3, 9. Это же касается представленного в примере и предусмотренной в головной части шпинделя 3 соединительной детали 11, для соединительного элемента 6. Иными словами, шпиндель 3, носик 9 и соединительная деталь 11 образуют вместе один конструктивный узел 3, 9, 11 или цельную отлитую под давлением пластмассовую деталь 3, 9, 11, которая связана с соединительным элементом 6.

На внешней краевой поверхности шпинделя 3 имеется резьба 12. В рамках примера и без ограничения объема изобретения эта резьба 12 выполнена прерывистой, т.е. не имеет непрерывного хода резьбы. Тем не менее, прерывистая резьба 12 непрерывно входит в прямо не показанную внутреннюю резьбу ходовой гайки 4, так что вращения ходовой гайки 4 вызывают желаемые рабочие перемещения шпинделя 3 в продольном направлении L.

Привод, или электродвигатель 2, ходовой привод 3, 4 и частично соединительный элемент 6 размещены вместе в корпусе из двух частей 13, 14. Корпус 13, 14 состоит из крышечной части 13 и связанной с ней верхней части 14 для электродвигателя 2. Для установки ходовой гайки 4 или комбинированного червячного/ходового привода 4, 7 в корпусе 13, 14 предусмотрено кольцо подшипника 15, которое надевается на выступ ходовой гайки 4. Кольцом подшипника 15 в качестве примера и без ограничения объема изобретения может быть кольцо шарикоподшипника.

В крышечной части 13 корпуса 13, 14 можно заметить также упор 17, выполняющий роль контрупора для привода или соответственно электродвигателя 2. Таким образом, электродвигатель, или привод 2, может опираться на крышечную часть 13. Разумеется, что в рамках изобретения конструктивный элемент 9 может быть выполнен не в виде одного цельного элемента с резьбовым шпинделем 3, а наоборот соединяться со шпинделем 3 при помощи резьбового или другого, например, разъемного соединения.

1. Исполнительный механизм для замков автомобильных дверей, оснащенный приводом и исполнительным элементом, приводимым в действие приводом, при этом исполнительный элемент полностью или частично выполнен из пластмассы, которая полностью или частично содержит самоусиленный полимерный материал, отличающийся тем, что исполнительный элемент выполнен в виде линейного исполнительного элемента - ходового привода, имеющего шпиндель и неподвижно установленную в корпусе ходовую гайку, при этом ходовая гайка вместе с внешним зубчатым колесом образует комбинированный червячный/ходовой привод, выполненный в виде цельного пластмассового конструктивного элемента.

2. Исполнительный механизм по п.1, отличающийся тем, что исполнительный элемент имеет примыкающий конструктивный элемент для запуска датчика, выполненного в виде переключателя.

3. Исполнительный механизм по п.1, отличающийся тем, что исполнительный элемент имеет примыкающий соединительный элемент для воздействия на замок автомобильной двери.

4. Исполнительный механизм по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что на внешней краевой поверхности шпинделя имеется прерывистая резьба, которая входит в непрерывную внутреннюю резьбу ходовой гайки.