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Die Erfindung betrifft eine Axialverstellvorrichtung umfassend
zwei relativ zueinander verdrehbare koaxial zueinander
gelagerte Scheiben, zwischen denen in über dem Umfang
tiefenveränderlichen Paaren von Kugelrillen in den Scheiben Kugeln
geführt sind; von den Scheiben ist eine axial abgestützt und
eine gegen elastische Rückstellkräfte von Federmitteln axial
verschiebbar; zumindest eine der Scheiben ist über einen
Getriebestrang von einem Antriebsmotor antreibbar.
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Hierbei kann eine drehend angetriebene Scheibe zugleich die
sich axial verschiebende sein, was jedoch die Ausnahme
darstellt. Üblicherweise wird die abgestützte Scheibe drehend
angetrieben und die sich ihrerseits über die Kugeln an dieser
abstützende axial verschiebbare Scheibe verdrehfest gehalten.
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Zum Betätigen der Axialverstellvorrichtung wird der
Antriebsmotor in einer ersten Drehrichtung angetrieben, wobei die mit
ihm über Untersetzungsstufen des Getriebestranges gekoppelte
zumindest eine der Scheiben verdreht wird und die sich an der
axial abgestützten Scheibe ihrerseits abstützende axial
verschiebbare Scheibe gegen elastische Rückstellkräfte der
Federmittel axial verschoben wird.
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Die in den Paaren von Kugelrillen an Endanschlägen anliegenden
Kugeln, die dort zugleich in den tiefsten Rillenabschnitten
liegen, laufen durch das relative Verdrehen der Scheiben
gegeneinander zu flacheren Rillenabschnitten, wodurch sich die
Scheiben voneinander wegdrücken.
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Wird der Antriebsmotor in Gegenrichtung angetrieben oder
stromlos gesetzt, so wird durch die elastische Rückstellkraft
der Federmittel auf die verschiebbare Scheibe diese
zurückgeschoben und die zumindest eine drehend antreibbare Scheibe
aktiv vom Antriebsmotor oder durch die Wirkung der Federmittel
vermittels der Kugeln in den Kugelrillen zurückgedreht, bis
die Kugeln in ihren Paaren von Kugelrillen gleichzeitig an den
Endanschlägen anschlagen. Mit diesem Anschlagen der Kugeln an
den Enden der Kugelrillen werden die rotierenden Massen dieses
Systems, nämlich die verdrehbare der Scheiben, die Räder des
Getriebestranges sowie die Motorwelle des Antriebsmotors mit
der Rotormasse abrupt gestoppt.
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Bereits eine elastische Verformung der Motorwelle durch den
Impuls beim abrupten Abstoppen der rotierenden Massen kann zum
Zahnbruch am Ritzel oder am Rädersatz führen, da die
Kraftangriffspunkte in den Verzahnungen durch ein Ausbiegen der
Motorwelle nach außen wandern und somit das Ritzel oder der
Rädersatz über die Auslegung hinaus belastet werden.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Konstruktion bereitzustellen, die den Impuls beim
Abbremsen der zuvor genannten rotierenden Massen beim Anschlagen der
Kugeln schadensfrei aufnehmen kann. Die Lösung hierfür liegt
darin, daß innerhalb des Getriebestranges zwischen dem
Antriebsmotor und der antreibbaren der Scheiben eine
Schaltkupplung eingesetzt ist.
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Dies erlaubt es, daß zumindest die Motorwelle mit der
Rotormasse, gegebenenfalls auch weitere Massenanteile des
Getriebestranges, von der in Anschlag kommenden antreibbaren Scheibe
entkoppelt werden in dem Sinne, daß ein Weiterdrehen des
stromlos gesetzten Motors oder des gegebenenfalls elektrisch
gebremsten Motors ohne mechanische Überlasten möglich ist.
Hierbei ist zu berücksichtigen, daß in der Regel ein äußerst
schneller Rücklauf angestrebt wird, gleich ob dieser aktiv vom
Antriebsmotor bewirkt wird oder bei stromlos gesetztem
Antriebsmotor nur über die Rückstellkraft der Federmittel und
die Rampenwirkung der Kugelrillen verursacht wird.
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In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Schaltkupplung zwischen einer Motorwelle des
Antriebsmotors und einer Kupplungswelle wirksam eingebaut ist; in
einer zweiten Ausführung ist vorgesehen, daß die Schaltkupplung
zwischen zwei Zahnrädern einer Zwischenwelle des
Getriebestranges wirksam eingesetzt ist, von denen eines mit der
Zwischenwelle drehfest verbunden und das andere auf der
Zwischenwelle drehbar gelagert ist.; nach einer dritten
Ausführungsform wird vorgeschlagen, daß die Schaltkupplung zwischen der
antreibbaren der Scheiben und einem zu deren unmittelbaren
Antrieb dienenden Zahnrad oder Zahnsegment eingesetzt ist. Die
Reduzierung der abzubremsenden Massen und damit des Impulses
bei Anschlag der Kugeln an den Rillenenden wird hiermit von
Ausführung zu Ausführung zunehmend wirkungsvoller.
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Nach einer ersten Verfahrensart wird der Antriebsmotor von der
Vorrichtung zum Rückstellen von Beginn an durch die
erfindungsgemäße Schaltkupplung entkoppelt. Hierbei wird die
verdrehbare Scheibe durch die vorher genannte Federmittel- und
Kugelrillenfunktion von der axial verschiebbaren Scheibe
zurückgedreht. Kommt die verdrehbare Scheibe zum Anschlag, so
kann die abgekoppelte Motorwelle mit der Rotormasse frei
weiterdrehen, wobei es unerheblich ist, in welcher Weise die
Motorwelle schließlich abgebremst wird. Die Motorwelle wird vom
Verzögerungsimpuls der drehend antreibbaren Scheibe hierbei
vollkommen freigehalten.
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Nach einer zweiten Verfahrensart ist vorgesehen, die
Vorrichtung durch den Antriebsmotor aktiv zurückzufahren, wobei dann
die axial verschiebbare Scheibe der drehend angetriebenen
Scheibe nur axial nachgeführt wird. Bei Erreichen der
Anschläge und dem Abstoppen der drehend antreibbaren Scheibe kann
dann die Motorwelle mit der Rotormasse und gegebenenfalls
weiteren Drehmassenanteilen des Getriebestrangs zeitgleich durch
die erfindungsgemäße Schaltkupplung abgekoppelt werden.
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Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer
ersten Ausführung mit einer Schaltukupplung auf der
Welle des Antriebsmotors;
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Fig. 2 zeigt den Antriebsmotor mit der Schaltkupplung nach
Fig. 1 als Einzelheit;
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Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer
zweiten Ausführung mit einer Schaltkupplung auf einer
Zwischenwelle;
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Fig. 4 zeigt die Schaltkupplung auf der Zwischenwelle als
Einzelheit;
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Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer
dritten Ausführung mit einer Schaltkupplung im Antrieb der
ersten Rampenscheibe;
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Fig. 6 zeigt den Antrieb der ersten Rampenscheibe als
vergrößerte Einzelheit.
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Die Fig. 1 und 2 werden nachfolgend gemeinsam beschrieben.
Es ist eine erste Axialverstellvorrichtung gemäß der Erfindung
in einer Einbausituation gezeigt. An einem Antriebsmotor 11
ist die Motorwelle 12 und das Motorgehäuse 13 dargestellt, in
dem die Motorwelle 12 zweifach gelagert ist. An das
Motorgehäuse ist ein Kupplungsgehäuse 81 angeschraubt, in dem eine
Kupplungswelle 82 gelagert ist. Eine erste Scheibe 84 einer
elektromagnetischen Schaltkupplung 83 ist mittels Paßfeder 85
auf der Motorwelle 12 festgelegt; eine zweite Scheibe 86 der
elektromagnetischen Schaltkupplung 83 mittels Paßfeder 87 auf
der Kupplungswelle 82. Das Kupplungsgehäuse 81 ist in eine
Zentrierbohrung 51 in einer Gehäusewand 52 eingesetzt. Auf die
Kupplungswelle 82 ist ein Wellenzapfen 14 mittels eines
Stiftes 16 festgesetzt, der ein Antriebsritzel 15 bildet. Das
freie Ende des Wellenzapfens 14 ist mittels eines Nadellagers
21 in einer Gehäusewand 54 gelagert. In eine weitere Bohrung
53 in der Gehäusewand 52 ist ein Lagerzapfen 18 eingesetzt.
Auf dem Lagerzapfen 18 ist ein Hülsenritzel 19 mittels zweier
Nadellager 40, 41 drehbar gelagert. Auf das Hülsenritzel 19
ist ein größeres Zahnrad 20 aufgepreßt; dieses steht mit
seinem Zahnkranz mit dem Ritzel 15 im Eingriff. Das Hülsenritzel
19 seinerseits steht mit einem Zahnsegment 22 im Eingriff, das
mit einer ersten Scheibe 24 der Verstellvorrichtung fest
verbunden ist. Die Scheibe 24 ist über ein Nadellager 23 drehbar
auf einem Ansatz eines Deckels 25 gelagert, auf dem sie sich
mittels eines Axiallagers 26, einer Scheibe 27 und eines
Sicherungsringes 28 axial abstützt. Die Scheibe 24 wirkt mit
einer weiteren Scheibe 29 zusammen, die auf einem Ansatz der
Scheibe 24 gleitend gelagert ist und die sich mittels eines
Axiallagers 30 und einer Scheibe 31 über Druckfedern 33 am
Deckel 25 abstützt. Die Scheibe 31 wirkt auf Druckstifte 32
ein, die in Druckfedern 33 einliegen. Diese Druckstifte bilden
die unmittelbaren Stellglieder der Vorrichtung. In den
einander zugewandten Flächen der Scheiben 24, 29 befinden sich
Paare von über dem Umfang tiefenveränderlichen Rillen 34, 39, in
denen Kugeln 35 laufen, die in einem Kugelkäfig 36 gehalten
sind. Die Scheibe 29 hat einen Radialansatz 37 mit einer
Führungsklaue 38. Die Führungsklaue 38 gleitet längsverschieblich
auf einem Haltestift 40, der in eine Bohrung in einer
Gehäusewand 56 fest eingesetzt ist und der auf diese Weise die axial
verstellbare Scheibe 29 verdrehgesichert festhält.
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Die Fig. 3 und 4 werden nachfolgend gemeinsam beschrieben.
Es ist eine zweite Axialverstellvorrichtung gemäß der
Erfindung in einer Einbausituation gezeigt. An einem Antriebsmotor
11 ist die Motorwelle 12 und das Motorgehäuse 13 dargestellt,
in dem die Motorwelle 12 zweifach gelagert ist. Das
Motorgehäuse 13 ist in eine Zentrierbohrung 51 in einer Gehäusewand
52 eingesetzt. Auf die Kupplungswelle 82 ist ein Wellenzapfen
14 mittels eines Stiftes 16 festgesetzt, der ein
Antriebsritzel 15 bildet. In eine weitere Bohrung 53 in der Gehäusewand
52 ist ein Lagerzapfen 18 eingesetzt. Auf dem Lagerzapfen 18
ist ein Hülsenritzel 19 mittels zweier Nadellager 40, 41
drehbar gelagert. Auf das Hülsenritzel 19 ist ein größeres Zahnrad
20 drehbar aufgesetzt. Weiterhin ist eine elektromagnetische
Schaltkupplung 83 auf das Hülsenritzel aufgesetzt. Eine erste
Scheibe 84 einer elektromagnetischen Schaltkupplung 83 ist
mittels Stiften an dem Zahnrad 20 festgelegt; eine zweite
Scheibe 86 der elektromagnetischen Schaltkupplung 83 mittels
Paßfeder 87 auf dem Hülsenritzel 19. Das Zahnrad 20 steht mit
seinem Zahnkranz mit dem Ritzel 15 im Eingriff. Das
Hülsenritzel 19 seinerseits steht mit einem Zahnsegment 22 im Eingriff,
das mit einer ersten Scheibe 24 der Verstellvorrichtung fest
verbunden ist. Die Scheibe 24 ist über ein Nadellager 23
drehbar auf einem Ansatz eines Deckels 25 gelagert, auf dem sie
sich mittels eines Axiallagers 26, einer Scheibe 27 und eines
Sicherungsringes 28 axial abstützt. Die Scheibe 24 wirkt mit
einer weiteren Scheibe 29 zusammen, die auf einem Ansatz der
Scheibe 24 gleitend gelagert ist und die sich mittels eines
Axiallagers 30 und einer Scheibe 31 über Druckfedern 33 am
Deckel 25 abstützt. Die Scheibe 31 wirkt auf Druckstifte 32
ein, die in Druckfedern 33 einliegen. Diese Druckstifte bilden
die unmittelbaren Stellglieder der Vorrichtung. In den
einander zugewandten Flächen der Scheiben 24, 29 befinden sich
Paare von über dem Umfang tiefenveränderlichen Rillen 34, 39, in
denen Kugeln 35 laufen, die in einem Kugelkäfig 36 gehalten
sind. Die Scheibe 29 hat einen Radialansatz 37 mit einer
Führungsklaue 38. Die Führungsklaue 38 gleitet längsverschieblich
auf einem Haltestift 40, der in eine Bohrung in einer
Gehäusewand 56 fest eingesetzt ist und der auf diese Weise die axial
verstellbare Scheibe 29 verdrehgesichert festhält.
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Die Fig. 5 und 6 werden nachfolgend gemeinsam beschrieben.
Es ist eine dritte Axialverstellvorrichtung gemäß der
Erfindung in einer Einbausituation gezeigt. An einem Antriebsmotor
11 ist die Motorwelle 12 und das Motorgehäuse 13 dargestellt,
in dem die Motorwelle 12 zweifach gelagert ist. Das
Motorgehäuse 13 ist in eine Zentrierbohrung 51 in einer Gehäusewand
52 eingesetzt. Auf die Kupplungswelle 82 ist ein Wellenzapfen
14 mittels eines Stiftes 16 festgesetzt, der ein
Antriebsritzel 15 bildet. In eine weitere Bohrung 53 in der Gehäusewand
52 ist ein Lagerzapfen 18 eingesetzt. Auf dem Lagerzapfen 18
ist ein Hülsenritzel 19 mittels zweier Nadellager 40, 41
drehbar gelagert. Auf das Hülsenritzel 19 ist ein größeres Zahnrad
20 aufgepreßt; dieses steht mit seinem Zahnkranz mit dem
Ritzel 15 im Eingriff. Das Hülsenritzel 19 seinerseits steht mit
einem Zahnrad 22 im Eingriff, das über eine Schaltkupplung 83
mit einer ersten Scheibe 24 der Verstellvorrichtung verbindbar
ist. Eine erste Scheibe 84 der elektromagnetischen
Schaltkupplung 83 ist mit dem Zahnrad 22 fest verbunden; eine zweite
Scheibe 86 der elektromagnetischen Schaltkupplung 83 an die
erste Scheibe 24 angeschweißt. Die erste Scheibe 84 der
Schaltkupplung und die Scheibe 24 sind über ein Nadellager 23,
23' drehbar auf einem Ansatz eines Deckels 25 gelagert, auf
dem sie sich mittels eines Axiallagers 26, einer Scheibe 27
und eines Sicherungsringes 28 axial abstützen. Die Scheibe 24
wirkt mit einer weiteren Scheibe 29 zusammen, die auf einem
Ansatz der Scheibe 24 gleitend gelagert ist und die sich
mittels eines Axiallagers 30 und einer Scheibe 31 über
Druckfedern 33 am Deckel 25 abstützt. Die Scheibe 31 wirkt auf
Druckstifte 32 ein, die in Druckfedern 33 einliegen. Diese
Druckstifte bilden die unmittelbaren Stellglieder der Vorrichtung.
In den einander zugewandten Flächen der Scheiben 24, 29
befinden sich Paare von über dem Umfang tiefenveränderlichen Rillen
34, 39, in denen Kugeln 35 laufen, die in einem Kugelkäfig 36
gehalten sind. Die Scheibe 29 hat einen Radialansatz 37 mit
einer Führungsklaue 38. Die Führungsklaue 38 gleitet
längsverschieblich auf einem Haltestift 40, der in eine Bohrung in
einer Gehäusewand 56 fest eingesetzt ist und der auf diese Weise
die axial verstellbare Scheibe 29 verdrehgesichert festhält.
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Für alle drei Ausführungsformen gilt nachstehendes:
Bei einem Antreiben des Antriebsmotors 11 zur positiven
Verstellung der Vorrichtung wird die elektrische Schaltkupplung
83 bestromt und damit geschlossen. Hiermit bewirkt das
Antreiben des Antriebsmotors 11 ein Verdrehen der ersten Scheibe 24.
Hierbei laufen die Kugeln 35 von tieferen Kugelrillenbereichen
zu flacheren Kugelrillenbereichen in beiden Scheiben mit der
Folge, daß dadurch die zweite Scheibe 29 axial auf dem Ansatz
der Scheibe 24 gegen die Rückstellkraft der Federn 33
verschoben wird. Der Deckel 25 ist regelmäßig Teil des
Kupplungskorbes eines Sperrkupplung, insbesondere einer solchen zur
Sperrung eines Differentialgetriebes. Nach einer ersten Variante
der Rückverstellung der Vorrichtung wird der Antriebsmotor 11
in der entgegengesetzten Drehrichtung angetrieben, so daß die
Scheibe 24 so verdreht wird, daß sich die Kugeln von den
flacheren Kugelrillenbereichen in die tieferen
Kugelrillenbereiche bewegen. Unter dem Einfluß der Druckfedern 33 wird hierbei
die Scheibe 29 axial nachgeführt, bis die Kugeln die
Endanschläge in den Kugelrillenbahnen erreichen, die zugleich die
tiefsten Kugelrillenbereiche bilden. Das hierdurch bewirkte
abrupte Abbremsen der Scheibe 24 und damit auch des Zahnrades
20 kann dadurch vom Einfluß auf den Antriebsmotor 11
freigehalten werden, als zeitgleich die elektrische Schaltkupplung
geöffnet wird und damit die Rotormasse, die den höchsten
Massenanteil darstellt, frei weiterdrehen kann. Nach einer
anderen Variante der Rückverstellung wird gleich anfangs die
elektrische Schaltkupplung 83 geöffnet. Hierbei wird
ausschließlich durch den Einfluß der Druckfedern 33 eine Rückverstellung
der Scheibe 29 bewirkt, durch die dann eine Verdrehung der
Scheibe 24 in der entgegengesetzten Drehrichtung erzwungen
wird, indem die Kugeln von den flacheren Kugelrillenbereichen
in die tieferen Kugelrillenbereiche laufen. Wenn die Kugeln
die Endanschläge in den Kugelrillenbahnen erreichen, die
zugleich die tiefsten Kugelrillenbereiche bilden, ist die
Rotormasse des Elektromotors 11 bereits von den Drehmassen der
Verstellvorrichtung entkoppelt. Der Antriebsmotor ist regelmäßig
ein frequenzmodulierter Elektromotor. Die im Rücklauf frei
weiterdrehende Rotormasse ist in der ersten Ausführungsform im
engeren Sinne zu verstehen, schließt jedoch in der zweiten
Ausführungsform die Massen der Räder 15, 20 und in der dritten
Ausführungsform zusätzlich die Masse des Zahnrades 22 ein.
Bezugszeichenliste
11 Antriebsmotor
12 Motorwelle
13 Motorgehäuse
14 Wellenzapfen
15 Ritzel
16 Stift
17 Außenhülse
18 Lagerzapfen
19 Hülsenritzel
20 Zahnrad
21 Nadellager
22 Zahnsegment
23 Radiallager
24 erste Scheibe
25 Deckel
26 Axiallager
27 Scheibe
28 Sicherungsring
29 zweite Scheibe
30 Axiallager
31 Scheibe
32 Druckstifte
33 Druckfedern
34 Kugelrille
35 Kugel
36 Kugelkäfig
37 Ansatz
38 Führungsklaue
39 Kugelrille
40 Haltestift
41 Nadellager
42 Nadellager
43 Federscheibe
44 Federscheibe
45 Reibscheibe
46 Reibscheibe
47 Sicherungsring
48 Ringnut
49 Innennase
50 Innennase
51 Zentrierbohrung
52 Gehäusewand
53 Zapfenbohrung
54 Gehäusewand
55 Bohrung
56 Gehäusewand
81 Kupplungsgehäuse
82 Kupplungswelle
83 Schaltkupplung
84 Scheibe
85 Paßfeder
86 Scheibe
87 Paßfeder