DE10153889A1

DE10153889A1 - Kugelrampensteller für einen Verriegelungsmechanismus

Info

Publication number: DE10153889A1
Application number: DE10153889A
Authority: DE
Inventors: Michael C Brauer; Michael A Ignaffo
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2002-08-14
Also published as: US20020083784A1; GB2370314B; GB0126272D0; GB2370314A; JP2002195292A; BR0105006A

Abstract

Zwei Nockenplatten (22, 24) haben jeweils wenigstens eine Nut (26, 28), welche eine nicht umfangsmäßig verlaufende Kugelrampe bildet. Die Kugelrampe der zweiten Nockenplatte (24) schneidet sich, gesehen in axialer Richtung, mit der Kugelrampe der ersten Nockenplatte (22). Wenigstens eine Kugel (30) ist zwischen der ersten und der zweiten Nockenplatte (22, 24) in den Nuten (26, 28) der ersten und zweiten Nockenplatten (22, 24) positioniert. Die Kugel (30) ist radial vorgespannt, um sicherzustellen, daß die Kugel (30) den nicht umfangsmäßig verlaufenden Kugelrampen beider Nockenplatten (22, 24) in Reaktion auf eine Relativdrehung der beiden Nockenplatten (22, 24) zueinander folgt.

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen Kugelnocken und im besonderen Kugelnocken, die in Schließvorrichtungen verwendet werden.

Kugelrampen oder Kugelnocken mit umfangsmäßig ausgerichteten, mit Rampen versehenen Kugelbahnen werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt von Bremsen bis zu Übertragungseinrichtungen. Solche Konstruktionen sind beispielsweise in den US-Patenten Nr. 6,082,504; 3,991,859; 5,528,950 und 5,910,061 dargestellt. Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Nockenplatte 10 mit umfangsmäßig verlaufenden Nuten 12, die rampenartige Kugelbahnen entsprechend dem Stand der Technik bilden.

Verglichen mit einfachen Nockenschlössern mit gleitenden Flächen reduziert der Rollkontakt der durch Kugelnockenmechanismen geschaffen ist, die Reibung und den Bedienungs aufwand, während gleichzeitig eine bedeutend größere Klemmkraft bewirkt wird. Einige dieser Kugelnockenmechanismen sind so konstruiert, daß ein Betätigungshebel die Rollele mente antreibt, wodurch die Position jedes Rollelementes in Relation zu einer bekannten verriegelten oder unverriegelten Hebelposition sichergestellt ist.

Kugelnockenmechanismen gemäß dem Stand der Technik sind für eine Verwendung als Verriegelungsmechanismus für die Positionsfeststellung einer Lenksäule nicht geeignet. Falls solche mit Rampen versehenen Kugelbahnmechanismen in diesem Fall eingesetzt würden, wären die verriegelnden Klemmlasten nicht ausreichend, da die Kugeln nicht exakt genug laufen würden, um sicherzustellen, daß jedes Mal eine Verriegelung stattfinden würde, jedes Mal wenn die Lenksäulenposition eingestellt würde, ohne ein Gleiten.

Das zuvor Gesagte erläutert die Beschränkungen, die in vorliegenden Vorrichtungen und Verfahren bekannt sind. So ist es einleuchtend, daß es von Vorteil wäre, eine Alternative zu schaffen, um einen oder mehrere der zuvor genannten Nachteile zu überwinden. Dem entsprechend wird eine zweckmäßige Alternative vorgeschlagen, deren Einzelheiten im folgenden vollständig offenbart werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In einem Aspekt der Erfindung wird dies erreicht durch Schaffen einer ersten Nockenplatte mit wenigstens einer Nut, die eine nicht umfangsmäßig ausgerichtete Kugelrampe bildet und einer zweiten Nockenplatte, die gegenüber der ersten Nockenplatte drehbar ist und wenigstens eine Nut aufweist, die eine nicht umfangsmäßige Kugelrampe bildet. Die Kugelrampe der zweiten Nockenplatte schneidet sich, gesehen in axialer Richtung, mit der Kugelrampe der ersten Nockenplatte. Eine Kugel ist zwischen der ersten und der zweiten Nockenplatte in den Nuten der ersten und zweiten Nockenplatte angeordnet. Eine Vorspannungseinrichtung spannt die Kugel radial vor, um sicherzustellen, daß die Kugel den nicht umfangsmäßig ausge richteten Kugelrampen beider Nockenplatten in Reaktion auf eine relative Drehung der zwei Nockenplatten zueinander folgt.

Das Vorhergehende und weitere Aspekte ergeben sich aus der folgenden detaillierten Be schreibung der Erfindung unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Nockenplatte, die einen Ku gelrampensteller gemäß dem Stand der Technik zeigt.

Fig. 2 ist eine Axialansicht der Kugelplatte gemäß Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Axialansicht eines Kugelrampenstellers mit inneren Kugelbah nen, angedeutet durch gepunktete Linien, der ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 4 bis 7 sind Axialansichten verschiedener Kugelhalter, die in alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können.

Fig. 8 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Kugelhalters von Fig. 5, wie durch die Linie 8-8 von Fig. 5 angegeben ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine nicht umfangsmäßige Orientierung der Kugelbahnen eines Kugelrampenstellers auf. Vorteilhafterweise können zwei identische Platten verwendet werden, die zueinander zeigen, um (in axialer Richtung gesehen) eine sich schneidende Konfiguration zu erreichen, die eine exakte Plazierung einer Kugel während ihrer Bewegung entlang der Rampen der entsprechenden Kugelbahnen nach oben und/oder nach unten definiert. Dies vermindert das Gleiten der Kugel in Bezug auf jede Platte und erhöht die Zuverlässigkeit einer Verriegelung, die durch den Betätigungsmechanismus erreicht wird.

Fig. 3 ist eine axiale Ansicht eines Kugelrampenstellers 20 mit zwei identischen Nocken platten 22 und 24 mit nicht umfangsmäßig ausgerichteten Kugelbahnen, mit Nuten 26 und 28, die zueinander zeigen, mit drei dazwischen angeordneten Kugeln 30, wodurch die vorliegende Erfindung dargestellt ist. Wenn die Nockenplatten 22 und 24 gegeneinander gedreht werden, werden die Kugeln 30 radial bewegt, während sie in den sich schneidenden gegenüberliegen den Kugelbahnen bleiben, wodurch ihre exakte Plazierung sichergestellt ist, wenn sie sich auf den Rampen der Nuten 26 und 28 ohne Gleiten nach oben und nach unten bewegen.

Der Kugelrampensteller 20 kann beispielsweise an einer Steuersäule montiert werden, um Bauteile voneinander zu entfernen oder zusammenzudrücken, um die Lenksäule nach der Einstellung der Neigung oder der Länge zu verriegeln. Bei einer derartigen Anwendung kann eine Nockenplatte 22 gegen Rotation fixiert werden, und die andere Nockenplatte 24 kann durch einen Hebelarm drehbar sein, um einer Bedienungsperson zu ermöglichen, ein Verrie geln und Entriegeln der Position der Steuersäule zu bewirken. Andere vorgesehene Anwen dungsfälle können ähnlich sein.

Diese Konstruktion, Verwendung eines nicht konzentrischen Kugelrampenweges, erteilt den Kugeln 26 eine Radialbewegung (entweder radial nach innen oder radial nach außen), wenn der Kugelrampensteller 20 in die verriegelte oder entriegelte Position bewegt wird. Wenn ein Hebelarm in eine verriegelte oder eine entriegelte Position gedreht wird, bewegen sich die Kugeln 30 radial nach innen oder radial nach außen, abhängig von der Konfiguration der Rampen. Die Rampen können die Kugeln 30 axial nach innen oder nach außen ausrichten, wenn die Kugeln sich in Reaktion auf eine Bewegung des Hebelarms radial bewegen.

Außerdem kann die Form der nicht konzentrischen Rampen verändert werden, um die Arbeitsweise des Stellers so zu ändern, daß man den Aufwand bei Spitzenlast minimiert, oder um den Aufwand zum Verriegeln gegen den Aufwand zum Entriegeln auszutauschen.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Nockenplatten 22 und 24 gemäß der Erfin dung besteht darin, die Rampenformen schrittweise aus einem Metallstreifen zu formen. Ein Antidrehungs(oder Stopp)-Merkmal kann in demselben Moment geformt werden, in dem die Rampe geformt wird. Andere Herstellungsverfahren der Nockenplatten können CNC-Fräsen direkt vom Einsatzmaterial oder Pulvermetallformen sein. Wenn die erforderlichen Lasten ausreichend gering sind, können die Nockenplatten 22 und 24 wirtschaftlich aus einem Polymer durch Spritzgießen geformt werden.

Wenn eine oder mehrere Kugeln 30 in einer entriegelten Position verbleiben, obwohl der Rest des Mechanismus sich in eine verriegelte Position bewegt, kann diese Nichtverbindung oder Teilverbindung der Kugeln zu unzuverlässigen Klemmbelastungen und außergewöhnlichem Verschleiß führen. Das Risiko dieses Zustands ist am größten, wenn auf den Hebel eines Betätigungsmechanismus ein Moment ausgeübt wird, das die Nockenplatten 22 und 24 in nicht parallele Stellung zueinander drängt.

Um jedes Risiko einer Nichtverbindung oder Teilverbindung der Kugeln zu reduzieren oder zu eliminieren, kann ein mit integrierter Feder arbeitender Rückhalter oder eine andere Vorspannungseinrichtung vorgesehen werden, um eine kleine Vorspannlast auf die Kugeln zu geben, um sicherzustellen, daß die Kugeln mit den Rampen während des Verriegelns und Entriegelns in Kontakt bleiben. Die Sicherstellung dieses Kontakts verhindert, daß die Kugeln in einer entriegelten Position verbleiben, wenn der Mechanismus in eine verriegelte Position bewegt wird.

Die Fig. 4 bis 7 zeigen mögliche Kugelhalter 32, 34, 36 und 38, die sich elastisch verformen, um das Vorspannen der Kugeln 30, wie eben beschrieben, zu bewerkstelligen. Jeder Kugelhalter kann aus Nylon oder einem anderen zweckmäßigen flexiblen Polymer geformt werden oder kann aus Metall bestehen. Diese Konfigurationen können die Kugeln 30 entweder radial nach außen oder alternativ radial nach innen vorspannen. Wie dargestellt ist, kann die Zahl der Kugeln 30 erhöht werden, um die Lastkapazität des Kugelrampenstellers zu erhöhen.

Die Kugelhalter 32, 36 und 38 der Fig. 4, 6 und 7 haben runde Taschen für die Kugeln 30. Der Kugelhalter 34 von Fig. 5 hat flexible Arme, die es ermöglichen, daß die Kugeln 30 entlang der Arme auf und ab wandern können. Die Arme können, wie in Fig. 5 gezeigt ist. überlappen, um das Risiko des "Setzens" eines Federarms zu reduzieren. Diese Konfiguration hält auch eine relativ gleichmäßige Federkraft durch alle Kugelpositionen hindurch aufrecht.

Fig. 8 zeigt, daß die Arme des Kugelhalters 34 von Fig. 5 eine konkave Oberfläche in Kontakt mit den Kugeln 30 haben können, so daß die Arme in Bezug auf die Kugeln 30 zentriert bleiben.

Dieses Merkmal ist besonders zweckmäßig, da sich die beiden Nockenplatten 22 und 24 axial voneinander weg und aufeinander zu bewegen, um verriegelt und entriegelt zu werden, wodurch ein Halter erforderlich ist, der unter den Kugeln nicht verkeilt werden kann, wo durch deren Bewegung die Kugelrampe hinauf oder hinunter eingeschränkt werden würden.

Claims

1. Kugelrampensteller (20) zur Verwendung als Verriegelungsmechanismus, wobei der Kugelrampensteller (20) folgende Bauteile umfaßt:
eine erste Nockenplatte (22) mit wenigstens einer ersten Nut (26) mit einer nicht umfangsmäßig verlaufenden Kugelrampe,
eine zweite Nockenplatte (24), die zu der ersten Nockenplatte (22) drehbar angeordnet ist und wenigstens eine Nut (28) hat, die eine nicht umfangsmäßig verlaufende Ku gelrampe aufweist, wobei die Kugelrampe der zweiten Nockenplatte (24) sich mit der Kugelrampe der ersten Nockenplatte (22), in axialer Richtung gesehen, schneidet, eine Kugel, die zwischen der ersten und der zweiten Nockenplatte (22, 24) in den Nuten (26, 28) der ersten und der zweiten Nockenplatte (22, 24) angeordnet ist und
eine Vorspanneinrichtung zum radialen Vorspannen der Kugeln (30), um sicherzustel len, daß die Kugeln (30) den nicht umfangsmäßig angeordneten Kugelrampen beider Nockenplatten (22, 24) in Reaktion auf eine Relativdrehung der beiden Nockenplatten (22, 24) zueinander folgen.

2. Kugerampensteller nach Anspruch 1, bei dem die Nuten (26, 28) weniger tief werden, wenn sie sich radial nach außen erstrecken, so daß eine radial nach außen gerichtete Bewegung der Kugel (30), die Nockenplatten (22, 24) voneinander spreizt.

3. Kugelrampensteller nach Anspruch 1, bei dem die Vorspanneinrichtung einen Kugelhal ter (32, 34, 36, 38) in Kontakt mit den Kugeln (30) aufweist und elastisch verformbare Abschnitte aufweist, die als integrierte Federn dienen.

4. Kugelrampensteller nach Anspruch 1, bei dem die Vorspanneinrichtung einen Kugelhal ter mit einer darin angeordneten Tasche aufweist, in der die Kugel (30) angeordnet ist.

5. Kugelrampensteller nach Anspruch 1, bei dem die Vorspanneinrichtung einen Kugelhal ter mit einem flexiblen Arm in Kontakt mit der Kugel (30) aufweist.

6. Kugelrampensteller nach Anspruch 1, bei dem die Vorspanneinrichtung einen Kugelhal ter mit einer konkaven Oberfläche in Kontakt mit der Kugel (30) aufweist, derart, daß die Kugel (30) in Bezug auf den Kugelhalter zentriert ist.

7. Kugelrampensteller nach Anspruch 1, bei dem die Vorspanneinrichtung einen Kugelhal ter aufweist, der aus elastischem verformbarem Polymer hergestellt ist.

8. Kugelrampensteller nach Anspruch 1, bei dem die Anzahl der Kugeln (30) drei ist.

9. Kugelrampensteller nach Anspruch 1, bei dem die Anzahl der Kugeln (30) höher als drei ist.

10. Kugelrampensteller nach Anspruch 1, bei dem die Nuten (26, 28) wenigstens eine kugelförmige Ausnehmung aufweisen, um eine Verriegelung zum Festhalten der Kugel (30) in einer verriegelten oder entriegelten Position festzuhalten.