DE102007013790A1

DE102007013790A1 - Spindelbaugruppe mit einer Spindel und einem Adapter

Info

Publication number: DE102007013790A1
Application number: DE102007013790A
Authority: DE
Inventors: Dirk Burkhart; Lászlo Dr. Mán; Gerd Ahnert; Andre Speck; Joachim Hirt
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-04-12
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2007-10-18

Abstract

Spindelbaugruppe mit einer Spindel und einem Adapter. Der Adapter ist mit der Spindel verpresst, wobei die Spindel in einem Befestigungsbereich einen ersten Abschnitt mit einem Gewinde mit einer ersten Steigung sowie einen zweiten Abschnitt mit einem Gewinde mit einer zweiten Steigung aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spindelbaugruppe mit einer Spindel und einem Adapter. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Aktor mit einer erfindungsgemäßen Spindelbaugruppe sowie eine Kupplungsausrückvorrichtung mit einem Aktor mit einer erfindungsgemäßen Spindelbaugruppe.
Um Wellen, Achsen oder Zapfen mit Naben von Laufrädern, Zahnrädern, Seilrollen oder ähnlichen Bauteilen zu verbinden, gibt es zahlreiche und vielgestaltige Verbindungen. Zu den formschlüssigen Verbindungen zählen Pass- und Scheibenfederverbindungen zur Übertragung einseitig wirkender Drehmomente, Keil- und Zahnwellenverbindungen zur Übertragung von größeren wechselnden und stoßartigen Drehmomente, Polygonverbindungen zur Übertragung stoßartiger Drehmomente, Stirnzahnverbindungen, die ein Drehmoment und eine einseitig wirkende Kraft übertragen können sowie Stiftverbindungen, die sowohl kleinere Drehmomente als auch beidseitig axial wirkende Kräfte übertragen können. Des Weiteren gibt es formschlüssige Verbindungen in Kombination mit einem Reibschluss, die ebenfalls Momente und Axialkräfte übertragen können. Eine Vorrichtung, in der eine gattungsgemäße Spindelbaugruppe verwendet werden kann ist aus der DE 10 2004 009832 bekannt. Derartige Hebelsysteme übertragen einen Weg eines Aktors auf einen Weg einer Kupplung. Die Spindel weist ein Gewinde auf und dient der Verschiebung einer Spindelmutter zur Erzeugung einer Axialbewegung des Aktors. Der Adapter dient der Verbindung der Spindel mit einer Antriebswelle zum Beispiel eines Getriebes oder eines Elektromotors.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungen sind entweder aufgrund zu hoher Kosten, zusätzlichen Bauraumes der Verbindung oder eingeschränkter Funktionalität für die Verbindung einer Spindel mit einem Adapter nachteilig.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Spindelbaugruppe bereitzustellen, die eine Verbindung zwischen Spindel und Adapter aufweist, die sowohl axiale Kräfte als auch ein Drehmoment übertragen kann und sowohl eine kostengünstige Herstellung ermöglicht als auch ein geringen Bauraumbedarf hat.
Dieses Problem wird gelöst durch eine Spindelbaugruppe mit einer Spindel und einem Adapter, wobei der Adapter mit der Spindel verpresst ist und wobei die Spindel in einem Befestigungsbereich einen ersten Abschnitt mit einem Gewinde mit einer ersten Steigung sowie einen zweiten Abschnitt mit einem Gewinde mit einer zweiten Steigung aufweist. Alternativ zu einer Pressverbindung zwischen Spindel und Adapter kann hier zum Beispiel auch die Spindel direkt mit dem Adapter vergossen sein oder mit einem anderen Umformverfahren oder einem Fügeverfahren, wie zum Beispiel Kleben oder Schweißen, verbunden sein. Der erste Abschnitt weist vorzugsweise ein Gewinde auf, das identisch mit dem Gewinde des Arbeitsbereichs der Spindel ist. Die Steigung des zweiten Abschnittes ist vorzugsweise gleich null, wobei der zweite Abschnitt vorzugsweise mindestens eine Nut umfasst. Die Nut ist vorzugsweise eine Ringnut, wobei diese vorzugsweise einen teilkreisförmigen Querschnitt hat. Das Gewinde der Spindel ist vorzugsweise ein Rundgewinde, wobei der Radius des Gewindes und der Radius der Ringnut unterschiedlich sind. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Material des Adapters im Befestigungsbereich des Adapters weicher ist als das Material der Spindel in deren Befestigungsbereich. Mit weicher ist hier gemeint, dass sich dieses bei geringerem Druck plastisch verformen lässt. Bei der Herstellung einer Pressverbindung verformt sich so hauptsächlich oder einzig und allein der Befestigungsbereich des Adapters, der Befestigungsbereich der Spindel bleibt im Wesentlichen unverformt.
Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch einen Aktor umfassend eine erfindungsgemäße Spindelbaugruppe sowie eine Kupplungsausrückvorrichtung umfassend einen Aktor mit einer erfindungsgemäßen Spindelbaugruppe sowie die Verwendung einer erfindungsgemäßen Spindelbaugruppe in einem Aktor einer Kupplungsausrückvorrichtung.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Spindelbaugruppe;
2 eine Explosionsdarstellung mit Teilschnitt der Spindelbaugruppe gemäß 1;
3 die Ringnut in 2 in vergrößerter Darstellung.
4 einen schematischen Aufbau einer Kupplung mit einer Ausrückvorrichtung;
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Spindelbaugruppe 1 umfassend eine Spindel 2 sowie einen Adapter 3. Die Spindel 2 umfasst ein Gewinde 4, mit dem die Spindelbaugruppe 1 mit einer nicht dargestellten Mutter z.B. eines Axialantriebes eines Aktors zusammenwirkt. Die Spindel weist einen Arbeitsbereich 11 auf, mit dem diese mit der nicht dargestellten Mutter mit einem zu dem Gewinde 4 korrespondierenden Innengewinde zusammenwirkt. Die Spindel 2 umfasst einen Befestigungsbereich 5, mit dem diese in einem korrespondierenden Befestigungsbereich 6 des Adapters 3, wie nachfolgend dargestellt wird, befestigt wird. Der Adapter 3 umfasst eine Aufnahmebohrung 7, die der Verbindung des Adapters 3 mit einer Antriebswelle beispielsweise eines Getriebes oder eines Elektromotors dient. Die Aufnahmebohrung 7 kann dazu beispielsweise eine hier nicht dargestellte Verzahnung aufweisen oder kann beispielsweise einen quadratischen oder dreieckigen oder polygonalen Querschnitt zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen dem Getriebe bzw. Elektromotor und dem Adapter 3 aufweisen. Alternativ kann der Adapter 3 auch zum Beispiel durch Kleben, Löten, Schweißen oder dergleichen mit der Antriebswelle eines Getriebes bzw. Elektromotors verbunden werden. Der Adapter 3 kann beispielsweise aus einem Metall, wie beispielsweise Stahl, Aluminium, Zinklegierungen oder dergleichen, gefertigt sein. Entsprechend kann die Spindel 2 aus einem Metall wie zum Beispiel Stahl, Aluminium, Zinklegierungen oder dergleichen gefertigt sein. Sowohl Spindel 2 als auch Adapter 3 können ebenso aus Kunststoff gefertigt sein. Im Befestigungsbereich 5 der Spindel 2 ist eine Ringnut 8 angeordnet. 3 zeigt den Bereich der Ringnut in vergrößerter Darstellung. Das Gewinde 4 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Rundgewinde, zwischen einzelnen Gewindegängen 9 hat das Gewinde 4 also ein teilkreisförmiges Profil, dies ist in 3 durch einen Radius r1 angedeutet. Die Ringnut 8 hat im Axialschnitt ebenfalls ein teilkreisförmiges Profil, dies ist in 3 durch einen Radius r2 angedeutet. Der Radius r1 des Gewindes 4 und der Radius r2 der Ringnut 8 sind unterschiedlich groß, r1 ≠ r2. Die Spindel 2 weist einen ersten Abschnitt 2.1 mit einem Gewinde 4.1 mit einer ersten Steigung sowie einen zweiten Abschnitt 2.2 mit einem Gewinde mit einer zweiten Steigung auf. Der zweite Abschnitt ist hier die Ringnut 8, deren Steigung gleich null ist. Statt der Ringnut könnte hier auch ein Gewinde mit einer von der Steigung S1 des Gewindes 4.1 abweichenden Steigung angeordnet sein.
Das auf der dem Adapter 3 zugewandten Seite der Ringnut 8 angeordnete Gewinde 4.1 hat das gleiche Gewindeprofil wie das auf der dem Adapter 3 abgewandten Seite der Ringnut 8 angeordnete Gewinde 4.2. Alternativ können hier auch unterschiedliche Gewinde, sowohl Durchmesser als auch Steigung betreffend, vorgesehen sein. Vorteilhaft ist, wenn die Gewinde 4.1 und 4.2 identisch sind, in diesem Fall kann die Spindel 2 aus einem Gewindestab durch Ablängen hergestellt werden, wobei während oder nach dem Ablängen die Ringnut 8 zum Beispiel durch Spanen, wie zum Beispiel Drehen, oder Umformen, wie zum Beispiel Schmieden, hergestellt werden kann.
Das Gewinde 4 bzw. 4.1, 4.2 weist einen Außendurchmesser D auf. Der Adapter 3 weist als Halbzeug vor der Verbindung mit der Spindel 2 eine Befestigungsbohrung 10 auf, deren Innendurchmesser d größer ist als der Außendurchmesser D der Spindel 2. Der Befestigungsbereich 5 der Spindel 2 lässt sich daher in die Befestigungsbohrung 10 des Befestigungsbereichs 6 des Adapters 3 einführen. Zur Verbindung der Spindel 2 mit dem Adapter 3 wird der Befestigungsbereich 6 des Adapters in radialer Richtung so verformt, dass das Material des Befestigungsbereichs 6 des Adapters 3 in die Ringnut 8 sowie die die Ringnut 8 umgebenden Gewindegänge des Gewindes 4 bzw. 4.1 und 4.2 fließt. Dies kann beispielsweise durch Rollen (Walzen) des Befestigungsbereichs 6 des Adapters 3 geschehen. Nach der Verbindung der Spindel 2 mit dem Adapter 3 liegt eine formschlüssige Verbindung zwischen beiden vor, wie dies im Schnitt in 1 dargestellt ist. Die nicht durch Material der Spindel 2 ausgefüllten Bereiche der Befestigungsbohrung 10 sind dann mit plastisch verformtem Material des Befestigungsbereiches 6 des Adapters 3 ausgefüllt. Der Gewindeabschnitt 4.1 weist eine Steigung S1 auf, der Gewindeabschnitt 4.2 weist eine Steigung S2 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind beide Steigungen identisch. Der Gewindeabschnitt 4.1 bildet zusammen mit der Ringnut 8 und einem kleinen Teil des daran anschließenden Gewindebereichs 4.2 den Befestigungsbereich 5 der Spindel. Der Gewindebereich 4.1 bildet dabei einen ersten Abschnitt des Befestigungsbereiches 5. Die Ringnut 8, die eine Steigung S0 = 0 hat, bildet dabei einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Steigung. Im vorliegenden Beispiel ist die zweite Steigung, mithin die Steigung der Ringnut 8, gleich null. Alternativ kann hier aber auch ein Gewindeabschnitt mit einer gegenüber dem Gewindeabschnitt 4.1 unterschiedlichen Steigung angeordnet sein.
Statt einer Ringnut 8 kann auch eine einzelne Nut 8.1 von einer Seite in die Spindel 2 eingebracht sein oder zwei Nuten 8.1 und 8.2 zum Beispiel auf gegenüberliegenden Seiten der Spindel 2 eingebracht sein.
Die Ringnut 8 behindert eine axiale Schraubenbewegung der Spindel 2 gegenüber dem Adapter 3, da hier bei montierter Spindelbaugruppe 1 eine ringförmige Wulst an verformtem Material des Adapters 3 in die Ringnut 8 eingreift. Dadurch wird aber auch gleichzeitig eine Drehung der Spindel 2 gegenüber dem Adapter 3 verhindert, da dazu das Außengewinde der Spindel 2 und das durch die plastische Verformung des Adapters 3 erzeugte Innengewinde bei einer Verdrehung von Spindel 2 gegenüber Adapter 3 eine Axialbewegung beider gegeneinander zulassen müssten. Diese Axialbewegung wird durch die Ringnut 8 in Verbindung mit dem in die Ringnut 8 gedrückten Material des Adapters 3 behindert. Die Ringnut 8 hat einen teilkreisförmigen Querschnitt, in einem Schnitt gemäß der Darstellung der 3 ist also ein kreissegmentartiger Ausschnitt aus der Spindel 2 herausgeschnitten. Die Ringnut 8 ist in Umfangsrichtung umlaufend ausgeführt und entspricht einer Schraubenwindung mit der Steigung 0. Die Verbindung zwischen Spindel 2 und Adapter 3 ist eine formschlüssige Verbindung. An der Spindel 2 ist im Befestigungsbereich 5 ein Gewindeprofil oder ein ähnliches Profil spanend oder nicht spanend eingearbeitet. An der Spindel 2 ist des Weiteren eine radial umlaufende Ringnut 8 spanend oder nicht spanend eingearbeitet. Die Ringnut 8 kann vorzugsweise beim Ablängen des Gewindestangenmaterials, aus dem die Spindel 2 gefertigt ist, hinzugefügt werden. Die Ringnut 8 und das Gewinde 4 bzw. 4.1 und 4.2 haben unterschiedliche Flankenwinkel, mithin unterschiedliche Steigungen. Die Ringnut 8 ist vorzugsweise in der entsprechenden axialen Belastung und der zulässigen Pressungswerte der Materialpaarung der Verbindung zwischen Spindel 2 und Adapter 3 dimensioniert. Die Innen- und Außenabmessungen des Adapters 3 werden vorzugsweise gemäß der Abmessungen der Spindel 2, der gewählten Profilgeometrie des Gewindes 4 bzw. 4.1 und 4.2 der Spindel 2, der Mindestwanddicke des Adapters 3, der gewählten Materialpaarung, der notwendigen Koaxialität der Achsen und der Fügegenauigkeit der Verbindung beider Teile bei Montage in einer Vorrichtung festgelegt. Die Spindel 2 und der Adapter 3 werden vorzugsweise zur Montage in einer Vorrichtung zentriert zueinander eingespannt und verbunden. Die Verbindung zwischen beiden wird vorzugsweise durch ein Umformverfahren, zum Beispiel durch Walzen, gefügt. Das Material des Adapters 3 ist im Bereich der Fügestelle zwischen Adapter 3 und Spindel 2 vorzugsweise weicher als das Material der Spindel. Das Material des Adapters 3 lässt sich plastisch umformen. Das Material des Adapters 3 fließt beim Umformen in die Ringnut und in die Profilgänge des Gewindes 4 bzw. 4.1, 4.2 im Befestigungsbereich 5 der Spindel 2. Durch unterschiedliche Flankenwinkel (Steigungen) der Ringnut 8 und des Gewindes 4 sowie durch die angefüllte Ringnut und die angefüllten Profilgänge des Gewindes 4 wird eine beidseitige Kraft und Momentenübertragung erreicht. Das Moment wird dabei hauptsächlich über die angefüllten Profilflanken des Gewindes 4 übertragen, die axiale Kraftübertragung bzw. axiale Sicherung der Verbindung erfolgt hauptsächlich durch das angefüllte Material in der Ringnut 8.
4 zeigt ein Beispiel der Anwendung einer erfindungsgemäßen Spindelbaugruppe 1. 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Ausrückvorrichtung. Obwohl die meisten der Einzelteile bzw. Baugruppen rotationssymmetrisch zu einer Drehachse R einer hier nicht näher dargestellten Kurbelwelle bzw. Getriebeeingangswelle sind, wurde auf diese Darstellung der Über sichtlichkeit halber bewusst verzichtet, in 4 ist lediglich die Rotationsachse R als Symmetrieachse angedeutet.
Eine Kupplung 12 umfasst im Wesentlichen eine Druckplatte 13, eine Gegendruckplatte 16 sowie eine zwischen Druckplatte 13 und Gegendruckplatte 16 angeordnete Kupplungsscheibe 15. Die Kupplungsscheibe 15 ist mit der hier nicht dargestellten Getriebeeingangswelle drehfest verbunden, die Gegendruckplatte 16 ist mit der hier nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden und die Druckplatte 13 ist mit der Gegendruckplatte 16 axial in Richtung der Drehachse verschiebbar, jedoch gegenüber der Gegendruckplatte 16 drehfest, gelagert. Durch Aufdrücken der Druckplatte 13 auf die Gegendruckplatte 16 wird die Kupplungsscheibe 15 zwischen beiden eingeklemmt, so dass durch die auftretende (trockene) Reibung ein Drehmoment zwischen Gegendruckplatte 16 und Kupplungsscheibe 15 übertragen werden kann.
An der Gegendruckplatte 16 ist ein Kupplungsdeckel1 4 angeordnet, welcher eine radial nach innen gerichtete Andruckscheibe 21 aufweist. An dieser stützt sich eine Tellerfeder 20 ab, die sich des Weiteren an einem Druckring 22 der Druckplatte 13 abstützt. Wird der radial innere Bereich der Tellerfeder 20 zum Beispiel mit einem hier schematisch dargestellten Ausrücklager 24, in der Darstellung der 4, nach links gedrückt, so wird die Druckplatte 13 gegen die Gegendruckplatte 16 gedrückt, so dass die Kupplung geschlossen wird und ein Drehmoment zwischen Gegendruckplatte 16 und Kupplungsscheibe 15 übertragen werden kann.
Im Folgenden soll die Wirkungsweise der eigentlichen Ausrückvorrichtung beschrieben werden. Diese dient dazu, mittels eines Ausrücklagers 24 die Tellerfeder 20 zwischen einer ausgekuppelten Stellung und einer eingekuppelten Stellung zu bewegen. Die Betätigung des Ausrücklagers 24 erfolgt im Wesentlichen mit einem Hebel 17, der mit einer Feder 19 um einen Drehpunkt B betätigt wird. Der Hebel 17 stützt sich an einem Innenlager C an dem Ausrücklager 24 ab und an einem Außenlager A an der Feder 19. Beide Lagerstellen sind hier nur schematisch angedeutet, es handelt sich hier um Lager, die den Hebel in radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung festlegen. Die Tellerfeder 20 übt auf das Ausrücklager 24 eine in der Darstellung der 4 nach rechts gerichtete Kraft aus, die Feder 19 übt auf das Außenlager A ebenfalls eine nach rechts gerichtete Kraft aus. Um an dem Innenlager C eine in der Darstellung der 4 nach links gerichtete Kraft auf das Ausrücklager 24 auszuüben, ist nun ein Gegenlager B zwischen dem Innenlager C und dem Außenlager A angeordnet, so dass der Hebel 17 nach Art einer Wippe betätigt werden kann. Das Gegenlager B ist radial verschiebbar angeordnet. Das Gegenlager B wird gebildet von einer Rolle 23, die sich auf dem Hebel 17 abstützt. Die Rolle 23 wiederum ist an einem Lagerbock 25 gelagert, der sich mit zwei Stützrollen 26 an einer Kupplungs- bzw. getriebegehäusefest angeordneten Abstützung 27 abstützt. Der Lagerbock 25 umfasst eine Gewindebohrung, in die die Spindelbaugruppe 1, die durch einen Elektromotor 29 gedreht werden kann, eingreift und so einen Aktor zur Betätigung der Kupplung bildet. Durch Drehen der Spindelbaugruppe 1 kann der Lagerbock 25 in Richtung des Doppelpfeils 18 verschoben werden. Die Spindelbaugruppe 1 ist mittels des Adapters 3 mit der Antriebswelle des Elektromotors 29 verbunden.
Der Gesamtabstand zwischen innerer Lagerstelle C und äußerer Lagerstelle A wird durch die Stellung des Gegenlagers B aufgeteilt in einen der Feder 19 zugeordneten Hebelarm b und einen dem Ausrücklager 24 zugeordneten Hebelarm a. Das Verhältnis der auf das Ausrücklager 24 ausgeübten Kraft zu der Federkraft 19 entspricht dem Verhältnis der beiden Hebelarme b gegenüber b nach bekannten Hebelgesetzen. Je weiter der Gegenlagerpunkt B von dem Außenlager A verrückt wird, desto geringer wird die auf das Ausrücklager 24 ausgeübte Kraft. Ein Anschlag 30 begrenzt den axialen Weg der äußeren Lagerstelle A.

1: Spindelbaugruppe
2: Spindel
2.1: Erster Abschnitt
2.2: Zweiter Abschnitt
3: Adapter
4, 4.1, 4.2: Gewinde
5: Befestigungsbereich Spindel
6: Befestigungsbereich Adapter
7: Aufnahmebohrung
8: Ringnut
9: Gewindegang
10: Befestigungsbohrung
11: Arbeitsbereich
12: Kupplung
13: Druckplatte
14: Kupplungsdeckel
15: Kupplungsscheibe
16: Gegendruckplatte
17: Hebel
18: Doppelpfeil
19: Feder
20: Tellerfeder
21: Andruckscheibe
22: Druckring
22: Rolle
24: Ausrücklager
25: Lagerbock
26: Stützrollen
27: Abstützung
28: Spindel
29: Elektromotor
30: Anschlag

Claims

Spindelbaugruppe (4) mit einer Spindel (2) und einem Adapter (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (3) mit der Spindel (2) verpresst ist, wobei die Spindel (2) in einem Befestigungsbereich (5) einen ersten Abschnitt (2.1) mit einem Gewinde (4.1) mit einer ersten Steigung (S1) sowie einen zweiten Abschnitt (2.2) mit einem Gewinde mit einer zweiten Steigung aufweist.
Spindelbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt ein Gewinde (4.1) aufweist, das identisch mit dem Gewinde (4) eines Arbeitsbereiches (11) der Spindel (2) ist.
Spindelbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung des zweiten Abschnittes gleich null ist.
Spindelbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt mindestens eine Nut (8, 8.1, 8.2) umfasst.
Spindelbaugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut eine Ringnut (8) ist.
Spindelbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (8) einen teilkreisförmigen Querschnitt hat.
Spindelbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde ein Rundgewinde ist, wobei der Radius (r1) des Gewindes (4, 4.1, 4.2) und der Radius (r2) der Ringnut (8) unterschiedlich sind.
Spindelbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das Material des Adapters im Befestigungsbereich des Adapters weicher ist als das Material der Spindel in deren Befestigungsbereich.
Aktor umfassend eine Spindelbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kupplungsausrückvorrichtung umfassend einen Aktor nach Anspruch 9.
Verwendung einer Spindelbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Aktor einer Kupplungsausrückvorrichtung.