AT522548A1 - Kugelrampenaktuator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kugelrampenaktuator (1) mit einer ersten Kugelrampenscheibe (2), einer zweiten Scheibe, und mehreren Kugeln (4), wobei die zweite Scheibe in der Axialrichtung (16) relativ zur ersten Kugelrampenscheibe (2) mittels der Kugeln (4) verstellbar angeordnet ist, wobei weiter die erste Kugelrampenscheibe (2) eine erste Stirnfläche (7) und die zweite Scheibe eine zweite Stirnfläche (8) aufweisen, und die erste Stirnfläche (7) der zweiten Stirnfläche (8) in der Axialrichtung (16) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei in der ersten Stirnfläche (7) mehrere erste vertiefte Kugelrampen (5) zur Aufnahme der Kugeln (4) angeordnet sind. Pro erster vertiefter Kugelrampe (5) sind mehrere Kugeln (4) angeordnet.

Description

mehrere zweite vertiefte Kugelrampen zur Aufnahme der Kugeln angeordnet sind.

Axialverstellvorrichtungen, bei denen eine Drehbewegung in eine translatorische Bewegung umgesetzt wird, sind aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt zum Beispiel die DE 10 2005 053 555 B3 eine Axialverstellvorrichtung in Form einer Kugelrampenanordnung, umfassend zwei auf einer gemeinsamen Achse zentrierte Scheiben, von denen eine axial abgestützt und die andere axial verschiebbar ist und von denen zumindest eine drehend antreibbar ist. Die beiden Scheiben weisen jeweils auf ihren einander zugewandten Stirnflächen eine gleich große Mehrzahl von in Umfangsrichtung verlaufenden Kugelrillen auf; die jeweils in Draufsicht auf die Stirnflächen, ausgehend von einem Bereich größter Rillentiefe, in gleicher Umfangsrichtung eine abnehmende Tiefe haben. In Paaren voneinander gegenüberliegenden Kugelrillen ist jeweils eine Kugel aufgenommen, über die sich die erste und die zweite Scheibe aneinander abstützen; wobei zumindest die Kugelrillen einer der beiden Scheiben, ausgehend von den Bereichen größter Rillentiefe, einen ersten Rillenabschnitt größerer Steigung und einen hieran an-

schließenden zweiten Rillenabschnitt kleinerer Steigung aufweisen, wobei der

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die schnell anspricht und gut regelbar ist.

Zur Vergrößerung des erreichbaren Drehwinkels ist es aus der WO 2016/041788 A1 bekannt, die Kugelbahnen der ersten Kugelrampenscheibe und der zweiten

Kugelrampenscheibe ineinander verlaufend anzuordnen.

Aus der DE 20 2017 106 133 U1 ist ein mehrstufiger Kugelrampenaktuator bekannt, umfassend ein Antriebsrad, einen feststehenden Ring, einen Außenring, der an einer Außenfläche mit dem Antriebsrad in Eingriff steht, wobei der Außenring mindestens eine äußere Ringkerbe und eine äußere Kugel, die zwischen der äußeren Ringkerbe und dem feststehenden Ring angeordnet ist, aufweist; und einen Innenring, der mit einer Innenfläche des Außenrings in Eingriff steht, sodass der Innenring im Verhältnis zu dem Außenring drehbar um eine Mittelachse fixiert ist und im Verhältnis zu dem Außenring auf der Mittelachse axial beweglich ist, wobei der Innenring mindestens eine innere Ringkerbe und eine innere Kugel aufweist, die zwischen der inneren Ringkerbe und dem feststehenden Ring angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, in radialer Richtung mehrere Kugeln in getrennten Kugelrampen anzuordnen, sodass mit nur einem Antrieb zwei Aktuatoren

bedient werden können.

Die DE 10 2009 030 208 A1 beschreibt eine Vorspanneinheit mit einer ersten Rampenscheibe und einer zweiten Rampenscheibe, die beide mehrere Rampenkonturen in einer Seite einer ringförmigen Fläche der Rampenscheiben ausgeformt haben, wobei mehrere Wälzkörper zwischen der ersten und der zweiten Rampenscheibe in einem Käfig drehbar gehaltert sind, so dass in der Vorspanneinheit durch Drehschwenken wenigstens einer der beiden Rampenscheiben relativ zu der anderen Rampenscheibe die Wälzkörper an den Rampenkonturen aufund/oder absteigen. Dabei sind mehrere Wälzkörper in jeweils mehreren Gruppen im Käfig angeordnet und ist der Käfig derart geformt, dass er an die Rampenkonturen der beiden Rampenscheiben angepasst ist. Es wird damit ermöglicht, eine Vorspanneinheit zu schaffen, die eine möglichst hohe Verdrehsteifigkeit aufweist

und dabei ermöglicht, die übertragbaren Belastungen zu erhöhen. Weiter ist mit

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Richtung der Vorspanneinheit erreichbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kugelrampenaktu-

ator für höhere Belastungen mit einem möglichst großen Verstellweg auszubilden.

Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Kugelrampenaktuator dadurch gelöst, dass pro erster vertiefter Kugelrampe, und gegebenenfalls pro zweiter vertiefter Kugelrampe, mehrere Kugeln angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Anzahl der Kugeln an die zu erwartende Last angepasst werden kann, und durch die Anordnung von mehreren Kugeln in jeweils einer vertieften Kugelrampe, die Anzahl der Kugelrampen reduziert werden kann, beispielsweise halbiert werden kann. Damit ist es möglich, die Umfangslänge, über die sich eine vertiefte Kugelrampe erstreckt, zu vergrößern. Dies wiederum erlaubt einen längeren Weg von einem Ende bis zum zweiten Ende der Kugelrampe für die Kugel zur Verfügung zu stellen, womit der Verstellweg an sich bei hoher Belastbarkeit des Kugelrampenaktuators vergrößert werden kann. Umgekehrt ermöglicht der Kugelrampenaktuator aber auch eine Reduzierung der Flächenpressung bei gleichbleibenden Aktuierungswinkel. Durch eine geringere Pressung wird auch eine Reduzierung der elastischen Verformung erreicht. Weiter erlaubt der Kugelrampenaktuator eine geringere Steigung, womit ein geringeres Aktuierungsmoment erreicht

werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Kugelrampenaktuators kann vorgesehen sein, dass sämtliche Kugeln den gleichen Durchmesser aufweisen, womit alle Kugeln gleich belastet werden können. Zudem kann damit der Zusam-

menbau des Kugelrampenaktuators vereinfacht werden.

Es ist aber nach einer anderen Ausführungsvariante des Kugelrampenaktuators auch möglich, dass zumindest zwei Kugeln der Kugeln, die in einer Kugelrampe

angeordnet sind, einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen.

Es kann vorgesehen sein, dass die Kugeln, die in einer Kugelrampe angeordnet

sind, mit zueinander festgelegtem, unveränderlichem Abstand angeordnet sind.

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durchführen. Es kann damit auch ein gleichmäßigeres Tragbild erreicht werden.

Zur einfacheren Positionierung der/sämtlicher Kugeln zueinander kann nach einer Ausführungsvariante des Kugelrampenaktuators vorgesehen sein, dass zwischen der ersten Kugelrampenscheibe und der zweiten Scheibe, insbesondere Kugelrampenscheibe, ein Käfigelement angeordnet ist, in dem die Kugeln aufgenom-

men sind.

Dabei kann vorgesehen sein, dass das Käfigelement zumindest teilweise aus einem Kunststoff besteht. Mit dieser Ausführungsvariante des Kugelrampenaktuators kann nicht nur das Gewicht des Kugelrampenaktuators reduziert werden, sondern kann vielmehr auch erreicht werden, dass sich Kugeln in Axialrichtung relativ

zum Kegelelement bewegbar angeordnet werden können.

Durch die einfache Möglichkeit der in Axialrichtung beweglichen Anordnung von Kugeln ist es weiter möglich, Nebensteigungen im Kugelrampenaktuator auszubilden, indem die Kugeln einer Kugelrampe derart gruppiert sind, dass eine Gruppe eine mittlere Kugel, eine in Umfangsrichtung dazu voreilende und eine in Umfangsrichtung nacheilende Kugel umfasst, wobei die mittlere Kugel in ihrer relativen Lage zum Käfigelement unveränderbar festgehalten ist, die voreilende Kugel in eine erste axiale Richtung verstellbar angeordnet ist und die nacheilende Kugel in die dazu entgegengesetzte axiale Richtung verstellbar angeordnet ist. Es kann damit nach einer weiteren Ausführungsvariante des Kugelrampenaktuators die die Rampensteigung innerhalb einer Kugelrampe mit Verwendung von gleich großen

Kugeln unterschiedlich ausgebildet werden.

Zur Ausbildung von unterschiedlichen Rampensteigungen in den vertieften Kugelrampen kann aber nach einer anderen Ausführungsvariante auch vorgesehen werden, dass die Kugeln einer Kugelrampe derart gruppiert sind, dass die jeweils erste Kugel einer Gruppe von Kugeln in ihrer relativen Lage zum Käfigelement un-

veränderbar festgehalten ist und dass die weitere Kugel oder die weiteren Kugeln

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spannt ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden

Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Kugelrampenaktuator;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Kugelrampenaktuator nach Fig. 1 in Stirnseitenansicht;

Fig. 3 eine Ausführungsvariante des Kugelrampenaktuators in Seitenansicht;

Fig. 4 einen Ausschnitt aus dem Kugelrampenaktuator nach Fig. 1 in Stirnseitenansicht;

Fig. 5 die erste Kugelrampenscheibe des Kugelrampenaktuators nach Fig. 3

in Schrägansicht;

Fig. 6 die zweite Kugelrampenscheibe des Kugelrampenaktuators nach Fig. 3

in Schrägansicht;

Fig. 7 das Käfigelement des Kugelrampenaktuators nach Fig. 3 in Stirnseitenansicht; Fig. 8 einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante des Käfigelements in

Seitenansicht geschnitten;

Fig. 9 einen weiteren Ausschnitt aus der Ausführungsvariante des Käfigele-

ments nach Fig. 8 in Seitenansicht geschnitten;

Fig. 10 einen anderen Ausschnitt aus der Ausführungsvariante des Käfigele-

ments nach Fig. 8 in Seitenansicht geschnitten;

Fig. 11 ein Schema für die Ausbildung einer Hauptsteigung in einer Kugel-

rampe;

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ner Kugelrampe;

Fig. 13 ein Schema für die Ausbildung von Haupt- und Nebensteigungen in ei-

ner Kugelrampe mit Fixierung sämtlicher Kugeln;

Fig. 14 einen Gleitrahmen als Käfigelement für die Kugeln für eine Ausfüh-

rungsvariante des Kugelrampenaktuators in Ansicht von oben; Fig. 15 den Gleitrahmen nach Fig. 14 in Ansicht von unten;

Fig. 16 die erste Kugelrampenscheibe eines Kugelrampenaktuators mit einem

Gleitrahmen nach den Fig. 14 und 15;

Fig. 17 die zweite Kugelrampenscheibe eines Kugelrampenaktuators mit einem

Gleitrahmen nach den Fig. 14 und 15.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lage-

angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

In den Figuren 1 und 2 ist eine erste Ausführungsvariante eines Kugelrampenaktuators 1 in Seitenansicht geschnitten bzw. ausschnittsweise in Stirnseitenansicht

dargestellt.

Bevorzugt wird der Kugelrampenaktuator 1 in Lamellenbremsen oder Lamellenkupplungen als Aktuatoren eingesetzt, um damit eine Drehbewegung in eine axi-

ale Verstellbewegung umzusetzen.

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cke eingesetzt werden, bei denen die axiale Verstellbewegung eine Rolle spielt.

Der Kugelrampenaktuator 1 umfasst bzw. besteht aus einer ersten Kugelrampenscheibe 2, einer zweiten Kugelrampenscheibe 3, und mehreren Kugeln 4. Die Kugeln 4 sind zwischen der ersten und der zweiten Kugelrampenscheibe 2, 3 angeordnet, sodass sich also die zweite Kugelrampenscheibe 3 über die Kugeln 4 auf

der ersten Kugelrampenscheibe abstützt.

Es sei darauf hingewiesen, dass die zweite Kugelrampenscheibe 3 auch als ebene Scheibe ausgebildet sein kann. Die Ausführungen in dieser Beschreibung beziehen sich auf die bevorzugte Ausführungsvariante des Kugelrampenaktuators 1, in der auch die zweite Scheibe als Kugelrampenscheibe 3 ausgeführt ist. Diese Ausführungen können aber auf Kugelrampenaktuatoren 1 mit einer zweiten ebe-

nen Scheibe anstelle der zweiten Kugelrampenscheibe 3 übertragen werden.

Zur Anordnung der Kugeln 4 weisen die erste Kugelrampenscheibe erste Kugelrampen 5 und die zweite Kugelrampenscheibe 3 zweite Kugelrampen 6 auf, in denen die Kugeln 4 teilweise aufgenommen sind. Die Anzahl der ersten Kugelram-

pen 5 entspricht der Anzahl der zweiten Kugelrampen 6.

Zur teilweisen Aufnahme der Kugeln 4 sind die ersten Kugelrampen 5 als Vertiefungen in einer ersten Stirnfläche 7 der ersten Kugelrampenscheibe 2 und die zweiten Kugelrampen 6 als Vertiefungen in einer zweiten Stirnfläche 8 in der zweiten Kugelrampenscheibe 3 ausgebildet. Weiter weisen die ersten und zweiten Kugelrampen 5, 6 rampenförmige Bodenflächen 9, 10 auf, auf denen die Kugeln während der axialen Verstellung der zweiten Kugelrampenscheibe 3 bzw. der Verdrehung der ersten Kugelrampenscheibe 2 abrollt. Da die Bodenflächen 9, 10 rampenförmig sind, wird demgemäß die Tiefe der ersten und zweiten Kugelrampen 5, 6 in einer Umfangsrichtung 11 kleiner. Bedingt dadurch kann auch die Breite der ersten und zweiten Kugelrampen 5, 6 in der Umfangsrichtung 8 kleiner

werden.

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rampenscheibe 2, 3 drei erste bzw. zweite Kugelrampen 5, 6 auf.

Die erste und die zweite Kugelrampenscheibe 2, 3 können weitere einen (zentrisch angeordneten) Durchbruch 12, 13 aufweisen, um sie z.B. auf einem weiteren Element, wie beispielsweise einer Welle (nicht dargestellt), anordnen zu können. Insbesondere sind die erste und die zweite Kugelrampenscheibe 2, 3 konzentrisch

zueinander angeordnet.

Zum Antrieb der ersten Kugelrampenscheibe 2 kann diese, insbesondere an einem äußeren Umfang, eine Stirnverzahnung 14 aufweisen. Die Stirnverzahnung 14 kann sich über den gesamten Umfang erstrecken oder auch nur über einen

Teilbereich des Umfangs, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann die Kugelrampenscheibe 2 (Stellscheibe) eine Mehrzahl an Ausnehmungen, insbesondere an in Axialrichtung durchgehenden Bohrungen, zur Gewichtsersparnis aufweisen. Diese Ausnehmungen können auch zu einem einzigen über einen Teilbereich des Umfangs der Kugelrampenscheibe 2 umlaufenden Durchbruch zusammengefasst werden und in diesem Durchbruch

eine Innenverzahnung angeordnet werden.

Die Stirmverzahnung 14 der ersten Kugelrampenscheibe 2 kann mit einem weiteren Zahnrad 15, das mit einem nicht dargestellten Antriebselement, z.B. einem

(Elektro)motor, verbunden ist, kämmend angeordnet sein.

Die erste und/oder die zweiten Kugelrampenscheibe 2, 3 ist/sind bevorzugt nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt. Derartige Verfahren sind aus dem Stand der Technik bereits bestens bekannt, sodass sich eine ausführliche Erörterung der Grundzüge dieses Verfahrens erübrigt. Es sei dazu nur so viel ausgeführt, dass das Verfahren im Wesentlichen die Schritte Bereitstellen eines metalli-

schen Pulvers, Einfüllen des Pulvers in eine Pulverpresse, Pressen des Pulvers zu

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Verfahrensschritten sei daher auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

Die erste und/oder die zweiten Kugelrampenscheibe 2, 3 können aber auch aus einem Vollmaterial bestehen, beispielsweise als Guss- oder Stanzteil ausgeführt

sein.

Die erste Kugelrampenscheibe 2 kann in der Axialrichtung 16 feststehend angeordnet sein. Damit ermöglicht die Drehbewegung der ersten Kugelrampenscheibe 2 und das dadurch bedingte Abrollen der Kugeln 4 auf den ersten und zweiten Kugelrampen 5, 6 die Verstellung der zweiten Kugelrampenscheibe 3 in der Axialrichtung 16. Bevorzugt ist jedoch die zweite Kugelrampenscheibe 3 und nicht die erste Kugelrampenscheibe 2 in der Axialrichtung 16 feststehend angeordnet. Für die Funktion des Aufbaus einer Axialkraft aus der Drehbewegung (Drehmoment) verfügt eine der beiden Kugelrampenscheibe2, 3 über einen axialen Anschlag. Dieses Wirkprinzip an sich ist bekannt, sodass darauf nicht näher eingegangen

werden muss.

Wie aus Fig 2 zu ersehen ist, ist vorgesehen, dass pro zweiter vertiefter Kugelrampe 6 (und damit auch pro erster Kugelrampe 5) mehrere Kugeln 4 angeordnet sind, wobei im konkreten Ausführungsbeispiel zwei Kugeln pro erster und zweiter Kugelrampe 5, 6 angeordnet sind. Es können aber auch mehr als zwei Kugeln pro erster und zweiter Kugelrampe 5, 6 angeordnet sein, beispielsweise zwischen zwei und sechs Kugeln 4, insbesondere zwischen zwei und vier Kugeln 4, bei-

spielsweise drei Kugeln 4.

Innerhalb der ersten und zweiten vertieften Kugelrampen 5, 6 sind die Kugeln 4 nicht gleich verteilt angeordnet. Vielmehr sind sie gruppiert angeordnet. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die am weitesten zum Zentrum der jeweiligen

ersten bzw. zweiten Kugelrampe 5, 6 angeordnete Kugel 4 auch einen entspre-

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chend langen Weg bis zum Ende der ersten bzw. zweiten Kugelrampe 5, 6 zurücklegen kann, wie dies in Fig. 5 anhand der strichliert dargestellten Kugel 4 ge-

zeigt ist.

Der Abstand zwischen benachbarten Kugeln 4 innerhalb einer ersten bzw. zweiten Kugelrampe 5, 6 kann zwischen 0,25 x und 3 x einem Kugeldurchmesser 17 der

ersten Kugel 4 einer ersten bzw. zweiten Kugelrampe 5, 6 entsprechen.

Die Kugeln 4 können einen Kugeldurchmesser 17 aufweisen, der ausgewählt ist

aus einem Bereich von 3 mm bis 30 mm.

Der Abstand zwischen erster Kugelrampenscheibe 2 und zweiter Kugelrampen-

scheibe 3 in der Axialrichtung 16 kann zwischen 0,5 mm und 25 mm betragen.

Es ist weiter eine Anpassung der Dreh- und Sternwinkel derart möglich, dass die

Lastzonen-Überschneidung angepasst werden kann.

Bevorzugt weisen alle Kugeln 4 des Kugelrampenaktuators 1 den gleichen Kugeldurchmesser 17 auf und sind insbesondere gleich ausgebildet, bestehen bei-

spielsweise aus dem gleichen Werkstoff. Insbesondere bei dieser Ausführungsvariante sind die ersten Kugelrampen 5 gegengleich zu den zweiten Kugelrampen 6

angeordnet, wie dies nachstehen noch näher beschrieben wird.

Gemäß einer Ausführungsvariante des Kugelrampenaktuators 1 kann aber auch vorgesehen sein, dass zumindest zwei Kugeln 4 der Kugeln 4, die in einer der ersten und zweiten Kugelrampe 5, 6 angeordnet sind, einen unterschiedlichen Kugeldurchmesser 17 aufweisen. Die ersten und die zweiten Kugelrampen 5, 6 können bei dieser Ausführungsvariante in gleicher Umfangsrichtung ansteigend ausgebildet sein. In einer Kugelrampenscheibe 2 oder 3 sind die Kugelrampen 5 oder 6 im-

mer in gleicher Umfangsrichtung ansteigend ausgebildet.

Es ist weiter bevorzugt, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Ku-

gelrampenaktuators 1 die Kugeln 4, die jeweils in einer ersten und zweiten Kugel-

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rampe 5, 6 angeordnet sind, mit einem zueinander festgelegtem, unveränderlichem Abstand 18 angeordnet sind. Der Abstand 18 zwischen den Kugeln 4 kann

aus dem voranstehend genannten Bereich dazu ausgewählt sein.

In den Fig. 3 bis 7 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform des Kugelrampenaktuators 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig.1 und 2 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung zu den vorangegangenen Fig. 1 und 2

hingewiesen bzw. Bezug genommen.

Prinzipiell ist es möglich, dass die Kugeln 4 lose eingelegt im Kugelrampenaktua-

tor 1 angeordnet sind. Bei der in den Figuren 3 bis 7 dargestellten Ausführungsvariante ist zum Unterschied dazu in der Axialrichtung 16 zwischen der ersten Kugelrampenscheibe 2 und der zweiten Kugelrampenscheibe 3 ein Käfigelement 19 an-

geordnet, in dem die Kugeln 4 aufgenommen bzw. angeordnet sind.

Wie besser aus Fig. 4 zu ersehen ist, die den Kugelrampenaktuator 1 ohne zweite Kugelrampenscheibe 3 zeigt, ist das Käfigelement 19 kreisringförmig ausgebildet, mit einem Grundkörper 20, der flach, d.h. eben, ausgebildet ist. Im Grundkörper 20 sind Aufnahmen 21 in Form von Durchbrüchen für die Kugeln 4 ausgebildet bzw. angeordnet, wie dies am besten aus Fig. 7 zu ersehen ist. Zumindest teilweise um die Aufnahmen 21 herum können sich stegförmige Erhebungen 22 erstrecken, um damit die Kugeln 4 besser im Käfigelement 19 halten zu können. Die Erhebungen 22 können abwechselnd an der Oberseite und der Unterseite des Grundkörpers 20 des Käfigelements 19 angeordnet über diesen in der Axialrich-

tung 16 vorragen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Kugelrampenaktuators 1 besteht das Käfigelement 19 zumindest teilweise, insbesondere zur Gänze, aus einem Kunststoff. Der Kunststoff kann ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend oder bestehend aus PE, PP, PA, POM, PET, PTFE, PVDC, ECTFE, PFA, FEP, MFA, PEEK, PEI, PES, PSU, PPS.

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Die Fig. 5 und 6 zeigen die erste Kugelrampenscheibe 2 mit den ersten Kugelrampen 5 bzw. die zweite Kugelrampenscheibe 3 mit den zweiten Kugelrampen 6. Wie aus den beiden Figuren zu ersehen ist, werden die Kugelrampen 5, 6 in Umfangsrichtung 11 im Uhrzeigersinn schmäler, sodass die Bodenflächen 9, 10 der ersten und zweiten Kugelrampen 5, 6 in dieser ansteigt. Die erste und zweite Kugelrampenscheibe 2, 3 werden so eingebaut, dass die ersten und zweiten Kugel-

rampen 5, 6 einander zugewandt sind.

Nur der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass die Kugelrampen 5, 6 in Umfangsrichtung 11 auch entgegen dem Uhrzeigersinn ansteigend ausgeführt sein

können.

Gemäß einer anderen Ausführungsvariante des Kugelrampenaktuators 1 kann vorgesehen sein, dass die Kugeln 4 einer Kugelrampe 5 oder 6 derart gruppiert sind, dass eine Gruppe eine mittlere Kugel 4, eine in Umfangsrichtung 11 dazu voreilende und eine in Umfangsrichtung 11 nacheilende Kugel 4 umfasst, wie dies anhand des Beispiels in Fig. 4 dargestellt ist. Dabei wird gemäß dieser Ausführungsvariante die mittlere Kugel 4 in ihrer relativen Lage zum Käfigelement 19 unveränderbar festgehalten, die voreilende Kugel 4 in einer ersten axialen Richtung verstellbar angeordnet und die nacheilende Kugel 4 in der dazu entgegengesetzten axialen Richtung verstellbar angeordnet. Zur Realisierung dieser Ausführungsvariante kann das Käfigelement 19 wie in den Fig. 8 bis 10 dargestellt ausgebildet

sein, die jeweils Ausschnitt aus dem Käfigelement 19 geschnitten darstellen.

Die linke Aufnahme 21 in Fig. 8 zeigt die Aufnahme für die mittlere Kugel 4. Wie anhand der Krümmung der stegförmigen Erhebungen 22 ersehen werden kann,

umschließen diese die Kugeln 4, sodass diese in Position gehalten werden. Die Fig. 9 zeigt diese Aufnahme 21 für die mittlere Kugel 4 ca. mittig.

In Fig. 8 ist weiter anhand der rechten Aufnahme 21 zu ersehen, dass diese nach unten „offen“ ausgebildet ist. Dies entspricht der ersten axialen Richtung für die nacheilende Kugel 4, sodass also die nacheilende Kugel 4 in dieser Richtung be-

weglich gehalten ist.

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In Fig. 10 ist mit der linken Aufnahme 21 die Situation für die voreilende Kugel 4 gezeigt. Die Erhebung 22 ist derart gekrümmt, dass die Aufnahme 21 nach oben „offen“ ist, womit die voreilende Kugel 4 in der zur ersten axialen Richtung entge-

gengesetzten Richtung beweglich gehalten ist.

Fig. 13 zeigt hingegen, dass Nebensteigungen mit drei in Axialrichtung fixierten

Kugeln 4 nicht möglich sind.

Durch eine derartige Ausbildung des Käfigelementes 19 sind auch unterschiedliche Steigungen der Bodenflächen 9 oder 10 innerhalb der ersten bzw. zweiten Ku-

gelrampe 5, 6 realisierbar.

Vorzugsweise ist dabei der berollte Drehwinkel vs der Nebensteigung (bei variab-

len Steigungen) größer als der Sternwinkel 0, wie dies die Fig. 11 zeigt. Wie Fig. 12 zeigt, wird die Axialkraft im Bereich der Nebensteigung durch eine Kugel über-

tragen.

Der Sternwinkel 0 ist jener Winkel, der von zwei benachbarten Kugeln in einer Ku-

gelgruppe eingeschlossen wird.

Die mittlere Kugel 4 der Kugelgruppen stellt damit den Bezug dar und definiert die Höhe und die Steigung des Käfigelements 19, d.h. für die anderen Kugeln 4 ist das Käfigelement 4 offen ausgebildet und damit die Höhe der Kugeln 4 frei wähl-

bar.

Im Bereich der Hauptsteigung befinden sich alle Kugeln 4 relativ zur Käfiglinie 23

auf gleicher Höhe und haben damit eine exakte Position betreffend des Drehwin-

kels ©.

Im Bereich der Nebensteigung können sich die vor- und nacheilende Kugeln 4 in

der Axialrichtung 16 relativ zur Höhe der Käfiglinie 23 bewegen In den Fig. 11 bis 13 stellt die strichlierte Linie die Käfiglinie 23 dar.

Nach einer Ausführungsvariante des Kugelrampenaktuators 1, die in den Fig. 14

bis 17 dargestellt ist, kann vorgesehen sein dass die Kugeln 4 einer Kugelrampe

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5, 6 derart gruppiert sind, dass die jeweils erste Kugel 4 einer Gruppe von Kugeln 4 in ihrer relativen Lage zum Käfigelement 19 unveränderbar festgehalten ist (in den Figuren 14 und 15 die jeweils linke Kugel 4 der Gruppe von Kugeln 4) und dass die weitere Kugel 4 oder die weiteren Kugeln 4 der Gruppe in einem Gleitrahmen 24 angeordnet ist, der in radialer Richtung vorgespannt ist. Wie aus den Figuren 14 und 15 ersichtlich ist, können sich die weiteren Kugeln 4 sowohl in Umfangsrichtung 11 als auch in radialer Richtung im Gleitrahmen 24 innerhalb vorgegebener Grenzen bewegen. Dazu sind Aufnahmen 25, 26 für die weiteren Kugeln 4 in der Umfangsrichtung 11 (Fig. 14) bzw. der radialen Richtung (Fig. 15) ent-

sprechend größer ausgebildet.

Die Fig. 16 zeigt die erste Kugelrampenscheibe 2 und die Fig. 17 die zweite Kugelrampenscheibe 3 für diese Ausführungsvariante mit dem Gleitrahmen 24. Wie aus diesen Fig. 16 und 17 zu ersehen ist, sind die Kugelrampen 5, 6 mit radialen Abzweigungen bzw. radialen Erweiterungen ausgebildet. Es wird dabei möglich, dass bei einer axialen Verstellung der weiteren Kugeln 4 diese vom Gleitrahmen 24 freigegeben werden und in den Aufnahmen 26 in radialer Richtung verstellt werden. Dadurch können die weiteren Kugeln 4 auf eine Teilkugelrampe mit anderer radialer Höhe auf den Kugelrampenscheiben 2, 3 abgelenkt werden bzw. abzweigen, werden die fixierte erste Kugel 4 nach wie vor auf gleicher radialer Höhe weiterläuft. Bei der Rückstellung des Kugelrampenaktuators 1 findet der umgekehrte Bewegungsablauf der Kugeln 4 statt, sodass also die weiteren Kugeln 4 wieder in Eingriff mit dem Gleitrahmen 24 gelangen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der gesamte Gleitrahmen 24 mit den Kugeln auf die andere radiale Höhe verbracht werden, womit ebenfalls der beschriebene Effekt erreicht werden

kann.

Zur Auslenkung des Gleitrahmens kann, wie Fig. 17 zeigt, nach einer Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Außenkontur der zweiten Kugelrampenscheibe 3 einen oder mehrere Nocken aufweist. Mit diesen Nocken kann eine radiale Auslenkung des Gleitrahmens 24 über einen Pin am Gleitrahmen 24 (Fig. 14

und 15) bewirkt werden. Die Rückstellung des Gleitrahmens 24 kann z.B. durch

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die Geometrie der radial erweiterten Teilkugelrampen und eine Feder erreicht wer-

den.

Mit dem Kugelrampenaktuator 1 ist eine Verringerung der Flächenpressung der Kugeln 4 bei gleichzeitiger Erhöhung des Drehwinkels (Aktuierungswinkel) möglich. Beispielsweise kann der Drehwinkel einer Ausführungsvariante mit jeweils drei Kugeln 4 in drei ersten und zweiten vertieften Kugelrampen 5, 6, verglichen mit einer Fünframpenlösung mit jeweils einer Kugel pro Kugelrampe, um ca. 10 % vergrößert werden. Die Flächenpressung kann dabei um ca. ein Drittel gesenkt

werden.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Kugelrampenaktuators 1, wobei auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten

untereinander möglich sind.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Kugelrampenaktuator 1 nicht zwingenderweise maß-

stäblich dargestellt ist.

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Bezugszeichenliste

Kugelrampenaktuator Kugelrampenscheibe Kugelrampenscheibe Kugel

Kugelrampe Kugelrampe Stirnfläche Stirnfläche Bodenfläche Bodenfläche Umfangsrichtung Durchbruch Durchbruch Stirnverzahnung Zahnrad Axialrichtung Kugeldurchmesser Abstand Käfigelement Grundkörper Aufnahme

Erhebung

Käfiglinie Gleitrahmen Aufnahme

Aufnahme

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Claims (9)

Patentansprüche

1. Kugelrampenaktuator (1) mit einer ersten Kugelrampenscheibe (2), einer zweiten Scheibe, die vorzugsweise auch als Kugelrampenscheibe (3) ausgebildet ist, und mehreren Kugeln (4), wobei die zweite Scheibe in der Axialrichtung (16) relativ zur ersten Kugelrampenscheibe (2) mittels der Kugeln (4) verstellbar angeordnet ist, wobei weiter die erste Kugelrampenscheibe (2) eine erste Stirnfläche (7) und die zweite Scheibe eine zweite Stirnfläche (8) aufweisen, und die erste Stirnfläche (7) der zweiten Stirnfläche (8) in der Axialrichtung (16) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei in der ersten Stirnfläche (7) mehrere erste vertiefte Kugelrampen (5) zur Aufnahme der Kugeln (4) angeordnet sind, und vorzugsweise in der zweiten Stirnfläche (8) ebenfalls mehrere zweite vertiefte Kugelrampen (6) zur Aufnahme der Kugeln (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass pro erster vertiefter Kugelrampe (5), und gegebenenfalls pro zweiter vertiefter Kugel-

rampe (6), mehrere Kugeln (4) angeordnet sind.

2. Kugelrampenaktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass sämtliche Kugeln (4) den gleichen Kugeldurchmesser (17) aufweisen.

3. Kugelrampenaktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Kugeln (4) der Kugeln (4), die in einer Kugelrampe (5, 6) an-

geordnet sind, einen unterschiedlichen Kugeldurchmesser (17) aufweisen.

4. Kugelrampenaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (4), die in einer Kugelrampe (5, 6) angeordnet sind, mit zueinander festgelegtem, unveränderlichem Abstand (18) angeordnet

sind.

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5. Kugelrampenaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Kugelrampenscheibe (2) und der zweiten Scheibe, insbesondere Kugelrampenscheibe (3), ein Käfigelement (19) ange-

ordnet ist, in dem die Kugeln (4) aufgenommen sind.

6. Kugelrampenaktuator (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

dass das Käfigelement (19) zumindest teilweise aus einem Kunststoff besteht.

7. Kugelrampenaktuator (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (4) einer Kugelrampe (5, 6) derart gruppiert sind, dass eine Gruppe eine mittlere Kugel (4), eine in Umfangsrichtung (11) dazu voreilende Kugel (4) und eine in Umfangsrichtung (11) nacheilende Kugel (4) umfasst, wobei die mittlere Kugel (4) in ihrer relativen Lage zum Käfigelement (19) unveränderbar festgehalten ist, die voreilende Kugel (4) in eine erste axiale Richtung verstellbar angeordnet ist und die nacheilende Kugel (4) in die dazu entgegengesetzte axiale

Richtung verstellbar angeordnet ist.

8. Kugelrampenaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampensteigung innerhalb einer Kugelrampe (5, 6) un-

terschiedlich ist.

9. Kugelrampenaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (4) einer Kugelrampe (5, 6) derart gruppiert sind, dass die jeweils erste Kugel (4) einer Gruppe von Kugeln (4) in ihrer relativen Lage zum Käfigelement (19) unveränderbar festgehalten ist, und dass die weitere Kugel (4) oder die weiteren Kugeln (4) der Gruppe in einem Gleitrahmen angeord-

net ist, der in radialer Richtung vorgespannt ist.

N2018/29600-AT-00