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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelrampenmechanismus, insbesondere zur Aktuierung einer Reibkupplung, insbesondere in einem Verteilergetriebe.
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Stand der Technik
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Die Verwendung von Kugelrampenmechanismen in Getriebebauteilen von Kraftfahrzeugen ist bekannt. So können Kugelrampenmechanismen beispielsweise zur Aktuierung einer Reibkupplung des Kraftfahrzeuges eingesetzt werden, beispielsweise in einem Verteilergetriebe.
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Ein Kugelrampenmechanismus kann dazu eingesetzt werden, eine rotatorische Bewegung über Kugeln, die in Kugelrampen geführt sind, in eine axiale Bewegung umzuwandeln. Durch die resultierende axiale Verschiebung einer Hälfte eines Kugelrampenmechanismus kann beispielsweise über eine Druckplatte eine axiale Betätigungskraft auf ein Lamellenpaket Ausgeübt werden.
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Ein Kugelrampenmechanismus kann im Wesentlichen aus zwei Scheiben bestehen, welche mit entsprechenden Nuten, als Kugelrampen, versehen sind. Innerhalb dieser Nuten können sich die Kugeln bewegen. Durch Verdrehung einer Scheibe und aufgrund einer Steigung in den Nuten, kann ein axialer Vorschub realisiert werden.
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Aus der
DE 10 2014 203 590 A1 ist ein Kugelrampenmechanismus bekannt mit eine erste Scheibe mit einer ersten Nut und einer der ersten Scheibe axial gegenüberliegende zweite Scheibe mit einer zweiten Nut, so dass die erste Nut der zweiten Nut axial gegenüberliegt, wobei zumindest ein Wälzkörper, in der ersten Nut und der zweiten Nut angeordnet und geführt ist, so dass es bei einer Verdrehung der beiden Scheiben gegeneinander, über die Bewegung des Wälzkörpers in den beiden Nuten, zu einer axialen Bewegung der ersten Scheibe in Bezug auf die zweite Scheibe kommt, wobei die erste Nut in Bezug auf die zweite Nut radial beabstandet ist.
Aus der
DE 10 2017 216 426 A1 ist ebenfalls ein Kugelrampenmechanismus bekannt.
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Es hat sich herausgestellt, dass es beim Betrieb einer über einen solchen Kugelrampenmechanismus aktuierten Komponente, beispielsweise einer Reibkupplung in einem Verteilergetriebe, zur Ausbildung unerwünschter Geräusche und Ruckel-Effekte kommen kann. Die Geräusche und Ruckel-Effekte stehen im Zusammenhang mit Drehmomentschwankungen in den betreffenden aktuierten Komponenten von Verteilergetrieben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Kugelrampenmechanismus anzugeben, der geringere Drehmomentschwankungen und weniger unerwünschte Geräusche und Ruckel-Effekte beim Betrieb einer über den Kugelrampenmechanismus aktuierten Komponente, wie einer Reibkupplung eines Verteilergetriebes, ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Kugelrampenmechanismus, umfassend eine erste Scheibe mit einer ersten Nut und eine der ersten Scheibe axial gegenüberliegende zweite Scheibe mit einer zweiten Nut, so dass die erste Nut im Wesentlichen der zweiten Nut axial gegenüberliegt, wobei zumindest ein Wälzkörper, insbesondere eine Kugel, in der ersten Nut und der zweiten Nut angeordnet und geführt ist, so dass es bei einer Verdrehung der beiden Scheiben gegeneinander, über die Bewegung des Wälzkörpers in den beiden Nuten, zu einer axialen Bewegung der ersten Scheibe in Bezug auf die zweite Scheibe kommt, wobei die erste Nut in Bezug auf die zweite Nut radial voneinander beabstandet ist.
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Der Kugelrampenmechanismus verwendet somit zwei Scheiben, die in gewohnter Weise einander gegenüberliegend im Wesentlichen parallel angeordnet sind und bevorzugt koaxial zueinander angeordnet sind, also um eine gemeinsame Achse rotierbar oder schwenkbar sind.
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Erfindungsgemäß besteht eine radiale Abweichung, also radialer Abstand, zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Nuten, also Rampen, der Scheiben, in welchen ein Wälzkörper, üblicherweise eine Kugel, des Kugelrampenmechanismus geführt ist. Der radiale Abstand besteht jeweils an zumindest einer, bevorzugt aber an allen Positionen in Umfangsrichtung der Nuten, an welchen sich die beiden Nuten gegenüberliegen, so dass sie durch den Wälzkörper mittelbar miteinander verbunden werden können. Der radiale Abstand besteht somit in Umfangsrichtung zumindest abschnittsweise entlang der ersten und zweiten Nut, bevorzugt jedoch entlang der gesamten ersten und zweiten Nut, zumindest so weit der Wälzkörper darin geführt ist.
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Durch diese radiale Beabstandung der beiden Nuten bzw. Kugelrampen wird eine kleinräumige Bewegungsmöglichkeit, nämlich Verkippmöglichkeit, in den Kugelrampenmechanismus eingebracht, mit der Planlaufabweichungen der aktuierten Komponenten, z. B. der Kupplungskomponenten, dynamisch ausgeglichen werden. Durch die Verkippmöglichkeit und damit ermöglichte radiale Bewegungen wird eine Pendelbewegung ermöglicht, die zu einem Abbau von Momentenschwankungen führt. Durch diese hinzugefügte Funktionalität werden beispielsweise Stellgenauigkeit und Stabilität von Kupplungsdruck und Momentenübertragung signifikant verbessert.
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Beispielsweise sind die Baugruppen von Kupplungseinheit und Aktuatorik mit Planlaufabweichungen behaftet. Bei rotierender Kupplungseinheit führen solche Abweichungen zu Schwankungen des Kupplungsdrucks. Folglich schwankt auch das übertragbare Drehmoment in der Kupplung, was bei stärker ausgeprägten Planlaufabweichungen Nachteile mit sich bringt, wie zum Beispiel dass in bestimmten Betriebssituationen im Fahrzeug unakzeptable Geräusche und Ruckel-Effekte auftreten, Kupplungs-Kalibrierungen im täglichen Fahrbetrieb ungenaue, stark streuende Kalibrierwerte liefern, eine Erstkalibrierung nach einer Montage zu ungenauen Ergebnissen führt und eine erwünschte Drehmoment-Stellgenauigkeit nicht erreicht werden kann.
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Somit werden auch die aus Planlaufabweichungen resultierenden Drehmomentenschwankungen, Geräusch- und Ruckel-Effekte signifikant verringert und die Stellgenauigkeit verbessert.
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Ein erfindungsgemäßer Kugelrampenmechanismus kann zur Drehmoment-Stabilisierung in regelbaren Reibkupplungen dienen. Es können sich Vorteile im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeuges ergeben, wie eine Minimierung von Momentenschwankungen im Antriebsstrang, die Verhinderung von NVH-Problemen (Geräusche, Ruckel-Effekte), eine erhöhte Stell- und Regelgenauigkeit, somit zuverlässigere Einhaltung eines gewünschten Momentenkorridors.
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Auch in der Fertigung, Montage, Kalibrierung und Lebensdauer eines Kraftfahrzeuges ergeben sich Vorteile, wie treffsicherere Kalibrierung, Verringerung verbleibender Schwankungen und Abweichungen, Mechanik, Bauraumbedarf und Schmierungskonzept bleibt im Wesentlichen gleich, es finden nur sehr kleine maßliche Änderungen statt, manche Kupplungs- und Aktuatorikteile, speziell Axialnadellager und Kupplungslamellen werden gleichmäßiger belastet, wodurch Lebensdauer und Verschleißfestigkeit gesteigert werden.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
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Vorzugsweise sind an zumindest zwei, bevorzugt zumindest drei, umfänglich auf der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe verteilten Positionen Wälzkörper in jeweiligen einander im Wesentlichen axial gegenüberliegenden ersten Nuten der ersten Scheibe und zweiten Nuten der zweiten Scheibe so angeordnet, dass die erste Nuten jeweils in Bezug auf die gegenüberliegenden zweiten Nuten radial voneinander beabstandet sind.
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Bevorzugt sind alle ersten Nuten radial weiter vom Mittelpunkt der ersten Scheibe entfernt, als alle zweiten Nuten vom Mittelpunkt der zweiten Scheibe oder alle ersten Nuten radial weniger weit vom Mittelpunkt der ersten Scheibe entfernt, als alle zweiten Nuten vom Mittelpunkt der zweiten Scheibe. Alle ersten Nuten liegen somit bevorzugt radial außerhalb der zweiten Nuten oder radial innerhalb der zweiten Nuten, bevorzugt an allen umfänglichen Positionen der ersten und zweiten Nuten.
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Vorzugsweise ist die erste Nut in Bezug auf die zweite Nut radial voneinander um 0,2% bis 10% des Durchmessers des Wälzkörpers beabstandet, besonders bevorzugt um 0,5% bis 3% des Durchmessers des Wälzkörpers.
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Bevorzugt verläuft die erste und zweite Nut umfänglich an der ersten bzw. zweiten Scheibe im Wesentlichen entlang zumindest eines Segments einer Kreisbahn oder Spiralbahn.
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Die erste Scheibe und die zweite Scheibe sind vorzugsweise Aktuatorringe. Bevorzugt weist die erste Scheibe oder die zweite Scheibe eine Antriebsverzahnung auf oder ist beispielsweise durch eine Welle, ein Gestänge, einen Hebel oder einen Mitnehmer angetrieben.
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Bevorzugt ist die erste Scheibe radial festgelegt und die zweite Scheibe kann radiale Ausgleichsbewegungen und damit einhergehende Pendelbewegungen durchführen, oder umgekehrt, also die zweite Scheibe radial festgelegt und die erste Scheibe kann radiale Ausgleichsbewegungen und damit einhergehende Pendelbewegungen durchführen. Alternativ können auch beide Scheiben so montiert sein, dass sie radiale Ausgleichsbewegungen und damit einhergehende Pendelbewegungen durchführen können.
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Bevorzugt ist diejenige Scheibe radial festgelegt, welche die Antriebsverzahnung aufweist, und die andere Scheibe kann radiale Ausgleichsbewegungen und Pendelbewegungen durchführen.
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Die radial innen liegende Flanke, also Seitenwand, der ersten Nut, und/oder der zweiten Nut, kann symmetrisch zur radial außen liegenden Flanke der selben ersten Nut, und/oder der selben zweiten Nut, ausgebildet sein. Die gegenüberliegenden Flanken einer Nut können auch asymmetrisch ausgebildet sein.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
- 1a,b sind dreidimensionale Darstellungen der beiden Seiten einer ersten Scheibe eines erfindungsgemäßen Kugelrampenmechanismus.
- 1c, d sind dreidimensionale Darstellungen der beiden Seiten einer zweiten Scheibe eines erfindungsgemäßen Kugelrampenmechanismus.
- 2 ist eine dreidimensionale Darstellung von Bauteilen eines erfindungsgemäßen Kugelrampenmechanismus im nicht-montierten Zustand.
- 3 ist eine Schnittdarstellung eines herkömmlichen, nicht erfindungsgemäßen Kugelrampenmechanismus mit den auftretenden Kontaktpunkten und Kraftrichtungen.
- 4a,b ist eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Kugelrampenmechanismus mit den auftretenden Kontaktpunkten, Kraftrichtungen und Bewegungsrichtungen in einem ersten, unausgelenkten Zustand (4a) und in einem zweiten, ausgelenkten Zustand (4b).
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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1a und 1b zeigen die beiden Seiten einer ersten Scheibe 1 eines erfindungsgemäßen Kugelrampenmechanismus. 1c und 1d zeigen die beiden Seiten einer zweiten Scheibe 3 eines erfindungsgemäßen Kugelrampenmechanismus.
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Ein erfindungsgemäßer Kugelrampenmechanismus umfasst die erste Scheibe 1 mit der ersten Nut 2 oder mehreren ersten Nuten 2 - im dargestellten Ausführungsbeispiel sind es drei umfänglich verteilte erste Nuten 2. Zudem umfasst der Kugelrampenmechanismus eine der ersten Scheibe 1 axial gegenüberliegende zweite Scheibe 2 mit der zweiten Nut 4. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind es wieder drei umfänglich verteilte zweite Nuten 4.
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Die ersten Nuten 2 und die zweiten Nuten 4 bilden jeweils Kreissegmente, die in Umfangsrichtung ausgerichtet sind.
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Im zusammengebauten Zustand (siehe 3 und 4a, 4b) liegt die erste Nut 2 der zweiten Nut 4 axial gegenüber, wobei zumindest ein Wälzkörper 5, insbesondere eine Kugel, in der ersten Nut 2 und der zweiten Nut 4 angeordnet und geführt ist (siehe 2), so dass es bei einer Verdrehung der beiden Scheiben 1, 2 gegeneinander, über die Bewegung des Wälzkörpers 5 in den beiden Nuten 2, 4, zu einer axialen Bewegung der ersten Scheibe 1 in Bezug auf die zweite Scheibe 3 kommt.
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Die erste Scheibe 1 ist rotatorisch angetrieben über eine Antriebsverzahnung 6, die zumindest abschnittsweise am Außenumfang der ersten Scheibe 1 ausgebildet ist.
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Die zweite Scheibe 2 weist stattdessen einen Fortsatz am Außenumfang als Verdrehsicherung 7 auf, so dass die zweite Scheibe 2 drehfest an einem außen liegenden Bauteil, zum Beispiel Gehäuse, festgelegt ist.
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Beispielsweise liegen daher die Nuten 2 der ersten Scheibe 1 jeweils weiter außen als die Nuten 4 der zweiten Scheibe 3.
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Erfindungsgemäß ist die erste Nut 2 in Bezug auf die zweite Nut 4 radial beabstandet, wie in 4a und b näher dargestellt.
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2 zeigt die beiden Bauteile 1, 3 gemäß den 1a bis d, mit drei in den ersten Nuten 2 eingelegten Kugeln als Wälzkörper 5. Die ersten Nuten 2 und/oder die zweiten Nuten 4 sind entlang ihres Verlaufs in Umfangrichtung schräg, also mit unterschiedlicher Höhe, ausgebildet, so dass es bei Ablaufen des Wälzkörpers 5 in einer Nut zu einer axialen Bewegung des Wälzkörpers in Bezug auf eine Achse der ersten bzw. zweiten Scheibe 1, 3 kommt.
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3 ist eine Darstellung eines herkömmlichen, nicht erfindungsgemäßen Kugelrampenmechanismus. Dabei befinden sich die einander gegenüberliegenden Nuten 2, 4 auf dem selbem Radius, sind also nicht radial voneinander beabstandet.
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Eingezeichnet sind die dabei auftretenden Kontaktpunkte 8 der Wälzkörper 5 in den Nuten 2, 4, sowie die Kraftrichtungen F, der Kraft, die der jeweilige Wälzkörper 5 auf die Kontaktpunkte 8 aufbringt (als gestrichelte Linien). Die Kraftrichtungen F liegen parallel zur Achse der Scheiben 1, 3 bzw. des Kugelrampenmechanismus. Es wird daher keine Kraft aufgebracht, die die Scheiben 1, 2 normal zur Drehachse auslenken würde.
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Im Gegensatz zur 3 zeigen die 4a und 4b einen erfindungsgemäßen Kugelrampenmechanismus, bei welchem die ersten Nuten 2 in Bezug auf die zweiten Nuten 4 radial beabstandet sind.
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4a zeigt dabei einen ersten Zustand, nämlich einen neutralen, unausgelenkten Zustand, in dem die Wälzkörper 5 symmetrisch in den Kugelrampen liegen, so dass trotz Kraftrichtungen F an den Kontaktpunkten 8 der Wälzkörper 5, die nicht parallel zur Drehachse ausgerichtet sind, sondern sich in einem Momentenzentrum 9 kreuzen, keine Gesamtkraft normal auf die Drehachse resultiert.
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In einem ausgelenkten Zustand der 4b, sind die beiden dargestellten Kugelrampen bzw. Nuten 2, 4 unterschiedlich weit beabstandet, so dass die Kraftrichtungen F an den Kontaktpunkten 8 der Wälzkörper 5, die nicht parallel zur Drehachse ausgerichtet sind, eine resultierende Gesamtkraft normal auf die Drehachse ergeben. Das Momentenzentrum 9 liegt nicht mehr auf der Drehachse. Es wird eine Kraft auf die Scheiben 1, 3 in einer Richtung aufgebracht, die diese wieder in den neutralen Zustand der 4a zurückzuführen versucht. Hierdurch ergibt sich insgesamt eine Pendelbewegung der nicht festgelegten, also nicht feststehenden, ersten Scheibe 1, in der dargestellten Bewegungsrichtung B. Die zweite Scheibe 2, die beispielsweise angetrieben sei kann, kann dabei axial feststehen.
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Hierdurch können Planlaufabweichungen der Komponenten des Kugelrampenmechanismus und somit beispielsweise von Kupplungskomponenten dynamisch ausgeglichen werden. Folglich schwankt auch ein übertragbares Drehmoment an einer hiermit aktuierten Kupplung weniger. In einem Fahrzeug können hierdurch unerwünschte Geräusche und Ruckel-Effekte verringert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Scheibe
- 2
- erste Nut
- 3
- zweite Scheibe
- 4
- zweite Nut
- 5
- Wälzkörper
- 6
- Antriebsverzahnung
- 7
- Verdrehsicherung
- 8
- Kontaktpunkt
- 9
- Momentenzentrum
- B
- Bewegungsrichtung
- F
- Kraftrichtung
