DE10315348A1 - Kugelspindelbetätigte Differentialsperre - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Anmeldung ist eine Vorrichtung (12) zur Einleitung einer Kraft in ein Kupplungspaket-System (30) eines Fahrzeugs mit einem Motor (14) zur Bereitstellung eines Drehmoments. Weiterhin ist ein Kugelspindelmechanismus (36) vorgesehen, der mit dem Motor (14) verbunden ist. Dieser umfasst eine Kugelspindel (20), die eine spiralförmig umlaufende Führungsrille (40) sowie einen Steg (42) aufweist, und eine Kugelmutter (22), die einen Kugelmuttergang (44) und einen Steg (46) an ihrer Innenseite sowie eine Rückführungspassage (52) aufweist. Die Kugelmutter (22) kann so auf die Kugelspindel (20) geschraubt werden, dass ein Gang (50) gebildet wird, der sich durch die Kugelmutter (22) erstreckt. Eine Vielzahl sphärischer Kugeln (38) ist zwischen der Kugelmutter (22) und der Kugelspindel (20) eingeschlossen, wobei die sphärischen Kugeln (38) dazu vorgesehen sind, durch die Rückführungspassage (52) und einen Abschnitt der spiralförmig umlaufenden Verwahrungsrille (40) umzulaufen. Weiterhin ist ein in axialer Richtung an die Kugelmutter (22) angrenzendes Drucklager (24) und ein Lastring (26) vorgesehen, der von dem Drucklager (24) bewegt werden und eine Kraft auf das Kupplungspaket-System (30) übertragen kann.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Differentialgetriebe von Automobilen. Im Speziellen betrifft die vorliegende Erfindung eine Differentialsperre, die durch einen Kugelspindelmechanismus bestätigt werden kann.
• Kugelspindelmechanismen wirken als lineare Aktuatoren, die eine Drehbewegung unter minimalem Reibungsverlust in eine axiale Kraft umwandeln. Kugelspindelmechanismen kommen zum Beispiel in Anwendungen des Automobilbaus, bei Werkzeugtischen und linearen Aktuatoren für Maschinen, Hebe- und Positionierungsmechanismen, Steuereinheiten von Flugzeugen, wie Bremsklappenbetätigungen, Verpackungsmaschinen. Werkzeugen sowie vielen ähnlichen Systemen zum Einsatz.
• Typischerweise weist der Kugelspindelmechanismus eine spiralförmig gewindegefurchte Spindel auf, die sich durch eine Öffnung in einer mit einem Gewinde versehenen Mutter erstreckt. Die beiden Gewinde schließen eine Vielzahl Kugellagerkugeln zwischen der Mutter und der Spindel ein. Wenn sich die Spindel relativ zur Mutter dreht, werden die Kugeln an einer Seite der Kugelmutter aufgelesen und von Kugelführungen an die entgegengesetzte Seite der Kugelmutter befördert.
• Durch eine Rückführung der Kugeln ist in Axialrichtung der Spindel eine unbegrenzte Relativbewegung der Mutter möglich, ohne dass Kugeln aus dem Mechanismus austreten.
• Ein wichtiger Parameter bei der Auswahl eines Kugelspindelmechanismus ist die Größe der Axialkraft, die während der Rotation von der Spindel aufgebaut werden soll. Der Spielraum bei der Festlegung einer solchen zu erzeugenden Kraft ist in höchstem Maße ausschlaggebend für die Anwendbarkeit von Kugelspindelmechanismen. In der Vergangenheit wurden Kugelrampenmechanismen als Mittel zur Erzeugung von Kräften in Systemen wie jenen, die bereits weiter oben beschrieben wurden, verwendet. Kugelrampenmechanismen bestehen im Normalfall aus einer kleinen Anzahl lasttragender Kugeln sowie einem Rampensystem, das in einer ringförmigen Vorrichtung angeordnet ist, die Rillen zur Führung der lasttragenden Kugeln aufweist. Die Rillen sind im Allgemeinen gegen die Frontseite der Vorrichtung hin geneigt, wobei sich der Neigungswinkel längs der Rillen ändert. Wenn der Kugelrampenmechanismus betätigt wird, setzt eine Rotation der ringförmigen Vorrichtung ein, und die lasttragenden Kugeln beginnen sich entlang der geneigten Rillen zu bewegen. Die Abrollbewegung der Kugeln erzeugt eine axiale Bewegung der restlichen Komponenten des Systems, wodurch eine Kraft ausgeübt wird. Jedoch muss sich bei Kugelrampen-Konstruktionen eine Hälfte der ringförmigen Vorrichtung drehen, wobei der Rotationswinkel durch einen Wert begrenzt ist, der sich zu 360 Grad geteilt durch die Anzahl der im System verwendeten Kugeln ergibt. Wenn sich das System um mehr als diesen Wert drehen müsste, würden die Kugeln aus den Rillen fallen, was zu einem Verlust der ausgeübten Axialkraft führen würde. Die Größe der erzeugbaren Axialkraft ist direkt von der Winkelbegrenzung des Kugelrampenmechanismus und der Anzahl der lasttragenden Kugeln des Systems abhängig. Wenn zum Beispiel ein Rotationswinkel von 100 Grad benötigt wird, wäre somit die Anzahl der Kugeln auf drei beschränkt, wodurch die Erzeugung einer großen Axialkraft schwierig ist. Aufgrund dieser Beschränkung erweisen sich Kugelrampenmechanismen als nicht vorteilhaft bei Anwendungen, die die Einleitung einer großen Axialkraft erforderlich machen. Dies ist zum Beispiel bei der Krafteinleitung in ein Kupplungspaket-System eines Fahrzeugs der Fall.
• Kupplungspaket-Systeme bestehen in der Regel aus gestanzten Metallscheiben, auf deren plane Oberflächen ein Reibungsmaterial geklebt wird. Wenn das Kupplungssystem eines Fahrzeugs betätigt wird, verbinden die Kupplungspakete zwei mit unterschiedlichen Umdrehungsgeschwindigkeiten drehenden Wellen miteinander (zum Beispiel wenn das Fahrzeug in eine Kurve fährt). Der Unterschied der Umdrehungsgeschwindigkeiten führt dazu, dass die Scheiben des Kupplungspakets aneinander reiben. Dies dauert solange an, bis die durch das Kupplungspaket verbundenen Wellen die gleiche Umdrehungsgeschwindigkeit annehmen. Die Reibung zwischen den Scheiben des Kupplungspakets führt zur Abnutzung des Reibungsmaterials und somit zur Abnutzung der Scheiben selbst.
• Kugelrampenmechanismen haben sich im Zusammenhang mit einer solchen Abnutzung nicht als nachteilig erwiesen. So muss beispielsweise als Folge des Verschleißes des Kupplungspaket-Systems der Kugelrampenmechanismus zur Kraftausübung auf das System eine größere Distanz in Axialrichtung überbrücken. Wenn diese Überbrückungsdistanz zu groß wird, weisen die Kugeln innerhalb des Kugelrampenmechanismus die Tendenz auf, sich von ihren zugehörigen Rillen zu lösen und entweder aus dem System zu fallen oder in eine andere Rille überzuspringen.
• In Anwendungen wie zum Beispiel einer Drehmomentsperre in Fahrzeugen und Fahrzeugsystemen werden Mechanismen benötigt, die in der Lage sind, schnell hohe Axialkräfte aufzubauen, die z. B. bei einer plötzlichen Betätigung eines Achsdifferential benötigt werden. Achsdifferentiale ermöglichen eine unterschiedliche Umdrehungsgeschwindigkeit der Vorderräder eines Fahrzeugs, was dadurch nötig wird, dass das Außenrad in einer Kurve eine größere Strecke zurücklegt als das Innenrad. Ein plötzliches Einsetzen eines Achsdifferentials tritt beispielsweise auf, wenn ein Fahrzeug auf Schnee oder eine andere glatte Oberfläche gerät, auf der die Bereifung nicht greift und ein sicheres Fahren ansonsten unmöglich wäre. Das mit der Lenkbewegung eines Fahrzeugs verbundene Drehmoment auch Antriebsstrang-Drehmoment genannt, wirkt der Lenkbewegung des Fahrzeugs entgegen. Es ist deshalb von Vorteil, über einen Mechanismus zu verfügen, der solche Fehler dadurch korrigieren oder sogar vor ihrem eigentlichen Auftreten ausgleichen kann, dass er ein Signal beispielsweise an einen Motor sendet, der daraufhin anspringt und die benötigte Aufteilung des Drehmoments am Kupplungssystem des Fahrzeugs veranlasst.
• Um für die Aufteilung eines Drehmoments geeignet zu sein, enthält die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Betätigungsmechanismus, der das für ein solches System notwendige Drehmoment liefert. Ein Motor mit einer Welle ist mit einem Zahnradsatz verbunden, der die jeweils benötigte Erhöhung des Drehmoments für die einzelnen Anwendungen der vorliegenden Erfindung liefert. Um einen unterschiedlichen Betrag an Drehmomenterhöhung zu ermöglichen, ist der Zahnradsatz mit einem Kugelspindelmechanismus verbunden. Dieser Mechanismus umfasst eine Kugelspindel, die sowohl eine spiralförmig umlaufende Führungsrille als auch einen Steg aufweist und so ein gewindeartiges Bauteil bildet. Der Mechanismus besitzt außerdem eine Kugelmutter, die auf die Kugelspindel geschraubt ist und an ihrer Innenseite rillenartige Gänge sowie Stege aufweist, durch die ein spiralförmiger Gang gebildet wird, der sich von dem ersten Ende der Mutter zu ihrem zweiten Ende erstreckt. Der Gang ist dazu geeignet, eine Mehrzahl sphärischer, lasttragender Kugeln aufzunehmen, die durch die spiralförmig umlaufenden Führungsrillen und eine Rückführungspassage, die sich vorzugsweise in der Mutter befindet, zirkulieren. Ein Drucklager stößt in axialer Richtung an die Mutter und bewegt einen Lastring. Mehrere Bolzen stehen in axialer Richtung vom Lastring ab und grenzen an ein in axialer Richtung ausgerichtetes Kupplungspaket-System, in das sie vorzugsweise eine Kraft einleiten.
• Das der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende System überwindet einige der bei herkömmlichen Anwendungen vorhandenen konstruktiven Grenzen dadurch, dass ein Kugelspindelmechanismus eingesetzt wird, der eine erhöhte Anzahl sphärischer lasttragender Kugeln enthält. Wie weiter oben erläutert, wurden in der Vergangenheit herkömmliche Kugelspindelmechanismen eingesetzt, die sich jedoch im Laufe der Abnutzung des Kupplungspaketes als unzureichend erwiesen. Die Einführung eines Kugelspindelmechanismus ist vorteilhaft, weil sich dadurch die Möglichkeit bietet, die Anzahl der lasttragenden Kugeln innerhalb des Mechanismus deutlich zu erhöhen. Die Erhöhung der Anzahl der Kugeln führt bei der Einleitung einer axialen Kraft zu einem geringeren Kraftanteil pro Kugel, was die Erzeugung größerer Kräfte durch den Mechanismus möglich macht.
• Ein weiterer Aspekt der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung einer hohlen Kugelspindel, die für den Anschluss einer Reihe von Vorrichtungen, wie zum Beispiel Differentialgehäuse, Fahrzeugachsen oder ähnliches, ausgelegt ist.
• Fig. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform des Kugelspindelmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei der Kugelspindelmechanismus mit einer Einwege-Rückführung ausgestattet ist;
• Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Kugelspindelmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei der Kugelspindelmechanismus mit einer Zweiwege-Rückführung ausgestattet ist;
• Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der ersten Ausführungsform des Kugelspindelmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei der Kugelspindelmechanismus mit einer Einwege- Rückführung ausgestattet ist;
• Fig. 4a zeigt eine vergrößerte Ansicht der Kugelspindel gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Im Bereich der Zeichnungen ist in den Fig. 1, 4, und 4a eine erste Ausführungsform der Erfindung zu sehen. In Fig. 1 ist ein Motor 14 zu sehen, der an einem Ende einer krafterzeugenden Vorrichtung 12 angebracht ist und eine stufenlos veränderbare Drehbewegung ermöglicht. Für Darstellungszwecke ist eine Achse 10 eingezeichnet, die frei im lasteinleitenden Apparat 12 drehbar ist und durch sein Inneres hindurchgeht. Es ist ein äußeres Gehäuse 8 dargestellt, das ein beliebiges, für die hier geschilderten Zwecke geeignetes Gehäuse sein kann. Die Achse 10 fällt vorzugsweise mit der zentralen Achse eines Differentialgehäuses oder einer Achse des Fahrzeugs zusammen. Der Motor 14 ist vorzugsweise ein Elektromotor und arbeitet bei hohen Umdrehungszahlen, um ein geringes Drehmoment zu erzeugen. Dennoch kann der Motor 14 auch eine beliebige Vorrichtung sein, die dazu geeignet ist, ein System wie den krafteinleitenden Apparat 12 zu betätigen, und beispielsweise auf hydraulischen oder pneumatischen Mitteln beruhen.
• Der Motor 14 ist weist vorzugsweise eine Welle 16 auf, an deren dem Motor 14 gegenüberliegenden Ende ein Zahnradsatz 18 befestigt ist. Der Zahnradsatz 18 kann auf eine Weise, die Stand der Technik ist, konzipiert sein, und besteht aus mindestens einem kleineren Stirnrad und einem größeren Stirnrad, die miteinander im Eingriff sind und dazu geeignet sind, ein Drehmoment zu verstärken. Der Zahnradsatz 18 verstärkt das vom Motor 14 kommende Drehmoment vorzugsweise in einem Verhältnis von 5 : 1, obwohl auch jedes andere Verhältnis der Drehmomentverstärkung für diese und andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hinreichend ist. Der Zahnradsatz 18 ist durch konventionelle Mittel mit einem Ende einer Kugelspindel 20 verbunden. Die Verwendung anderer Getriebesysteme, die Stand der Technik sind, ist ebenfalls möglich. Der Stirnsatz 18 arbeitet so, dass er ein Drehmoment verstärkt und so an die Kugelspindel 20 abgibt, dass sich die Kugelspindel 20 frei um die Achse 10 drehen kann. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Kugelspindel 20 hohl, so dass eine Welle durch sie hindurch gehen könnte, ohne dass die freie Rotation der Kugelspindel 20 durch diese Achse oder deren Rotation beeinträchtigt würde.
• In den Fig. 2, 4, und 4a ist der Aufbau eines Kugelspindelmechanismus 36 dargestellt. Dieser umfasst eine Kugelspindel 20 mit einer spiralförmig umlaufenden Führungsrille 40 sowie einem Steg 42, einer Kugelmutter 22 mit einem Kugelmuttergang 44 und einem Steg 46, und sphärischen Kugeln 38, die zwischen den beiden anderen Bauteilen angeordnet sind. Der Kugelmuttergang 44 ist komplementär zu der spiralförmig umlaufenden Verwahrungsrille 40 und wirkt so mit der spiralförmig umlaufenden Verwahrungsrille 40 zusammen, dass sich die sphärischen Kugeln 38 zwischen der Kugelmutter 22 und der Kugelspindel 20 bewegen können. Die spiralförmig umlaufende Führungsrille 40 erstreckt sich vorzugsweise beinahe über die gesamte Länge der Kugelspindel 20. Ein Abschnitt der spiralförmig umlaufenden Führungsrille 40 und ein Abschnitt des Steges 42 definieren, wie in Fig. 4a dargestellt, eine Ganghöhe 48. Die Ganghöhe 48 ist der Abstand zwischen der vorderen Seite des Steges 42 und der gegenüberliegenden Seite der spiralförmig umlaufenden Führungsrille 40, die dem Steg 42 am nächsten ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Ganghöhe 48 relativ flach. Je flacher die Ganghöhe 48 wird, desto dichter werden die sphärischen Kugeln 38 zwischen der Kugelspindel 20 und der Kugelmutter 22 eingeschlossen. Dieser dichtere Einschluss macht die Erhöhung des resultierenden Rotation/Axialkraft-Verhältnisses möglich, wodurch eine größere Last oder Kraft durch 8 krafterzeugende Vorrichtung 12 erzeugt werden kann.
• Der Kugelspindelmechanismus 36 ermöglicht die Transformation eines Drehmomentes in eine translatorische Bewegung mittels eines Steigungswinkels, der in der in der Zeichnung mit θ gekennzeichnet wurde. Dieser Steigungswinkel θ ermöglicht die Variierung des Betrages der Axialkraft, die der krafterzeugende Vorrichtung 12 erzeugt. Wenn der Steigungswinkel θ beispielsweise vergrößert wird, wird das Rotation/Axialkraft-Verhältnis kleiner. Umgekehrt wird das Rotation/Axialkraft-Verhältnis größer, wenn der Steigungswinkel θ verkleinert wird.
• Die Kugelmutter 22 ist auf die Kugelspindel 20 geschraubt. Die Kugelmutter 22 sollte vorzugsweise eine zylindrische Form haben und sich in axialer Richtung entlang der krafterzeugenden Vorrichtung 12 bewegen. Ein Kugelmuttergang 44 und ein Steg 46 befinden sich auf der Innenseite der Kugelmutter 22 und erstrecken sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Kugelmutter 22. Der Kugelmuttergang 44 und der Steg 46 korrespondieren mit der spiralförmig umlaufenden Verwahrungsrille 40 und dem Steg 42 dergestalt, dass ein Gang 50 entsteht. Der Gang 50 nimmt eine Vielzahl sphärischer Kugeln 38 auf und ist im Wesentlichen kreisförmig im Schnitt. Die sphärischen Kugeln 38 innerhalb des Ganges 50 sind vorzugsweise in der Lage, die Axialkraft, die zwischen der Kugelmutter 22 und der Kugelspindel 20 übertragen wird, aufzunehmen. Die sphärischen Kugeln 38 durchlaufen vorzugsweise die gesamte Länge des Ganges 50, der sich vorzugsweise von einem Ende der spiralförmig umlaufenden Führungsrille 40 zu ihrem anderen Ende erstreckt.
• In einer Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist, weist die Kugelmutter 22 vorzugsweise eine Rückführungspassage 52 auf, die eine Zirkulation der sphärischen Kugeln 38 durch den Kugelspindelmechanismus 36 ermöglicht. Die Rückführungspassage 52, die einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweist, hat einen axialen Abschnitt, der parallel zur Achse der Kugelspindel 20 verläuft. Der axiale Abschnitt der Rückführungspassage 52 verläuft vorzugsweise über eine beträchtliche Länge parallel zur Kugelspindel 20, was bedeutet, dass möglichst viele sphärische Kugeln 38 durch den Kugelspindelmechanismus 36 zirkulieren können. Obwohl eine interne Rückführungspassage 52 dargestellt ist, versteht es sich von selbst, dass diese Passage auch extern verlaufen kann.
• Wie in Fig. 3 dargestellt, kommt der Kugelspindelmechanismus 36, bestehend aus der Kugelspindel 20, auf die die Kugelmutter 22 geschraubt ist, in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in ähnlicher Weise zum Einsatz wie bereits weiter oben beschrieben. In dieser Ausführungsform finden sich jedoch mehrere Gänge 50. In jedem dieser Gänge 50 befindet sich eine Vielzahl sphärischer Kugeln 38. Diese Ausführungsform ist von Vorteil, weil sie eine erhöhte Anzahl sphärischer Kugeln, die durch den Kugelspindelmechanismus 36 zirkulieren, aufnehmen kann. Durch die erhöhte Anzahl sphärischer Kugeln 38 ist es möglich, eine größere Kraft in den Kugelspindelmechanismus 36 einzuleiten, was wiederum eine Vergrößerung der Kraft bedeutet, die auf ein Kupplungspaket-System 30 ausgeübt werden kann. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass die Kraft unter der größeren Anzahl sphärischer Kugeln 36 aufgeteilt wird.
• Wie es auch bei der anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Fall ist, kann die Kugelmutter 22 eine integrierte Rückführungspassage 52 aufweisen, muss dies aber nicht zwangsläufig. Wenn in dieser Ausführungsform eine Zirkulation der sphärischen Kugeln 38 innerhalb des Kugelspindelmechanismus 36 erwünscht ist, muss die Anzahl der Rückführungspassagen 52 der Anzahl der Gänge 50 entsprechen, so dass jede Vielzahl sphärischer Kugeln 38, die durch die einzelnen Gänge 50 geführt wird, einen durch eine eigene Rückführungspassage 52 zurückgeführt wird.
• Wie in Fig. 1 zu sehen ist, verfügt die Kugelmutter 22 vorzugsweise über einen Flansch 32, der fest mit der Kugelmutter 22 verbunden ist und von dieser nach außen hin absteht. Der Flansch 32 kann zum Beispiel aus einem Bolzen bestehen, an dessen Ende ein Rollenlager fest angebracht ist. Der Flansch 32 wird von einer Führung wie einer Nut 34 aufgenommen, die starr am externen Gehäuse 8 und unbeweglich gegenüber dem Motor 14 befestigt ist. Der Flansch 32 und die Nut 34 verhindern eine merkliche Rotation der Kugelmutter 22 relativ zur Kugelspindel 20 und schaffen so die Voraussetzung für eine gerichtete, translatorische Bewegung der Kugelmutter 22 entlang der Kugelspindel 20.
• Wenn sich in der bevorzugten Ausführungsform die Kugelmutter 22 relativ zur Kugelspindel 20 translatorisch bewegt, bewirkt diese Bewegung den Umlauf der sphärischen Kugeln 38 durch den Gang 50 und die Rückführungspassage 52. Ein Drucklager 24 grenzt in axialer Richtung an die Kugelmutter 22 an und nimmt die Axialkraft auf, die durch den Kugelspindelmechanismus 36 erzeugt wird. Da die sphärischen Kugeln 38 durch die Rückführungspassage 52 geführt werden und so wieder in den Gang 50 gelangen, wird dieser ständig mit sphärischen Kugeln 38 aufgefüllt, was bedeutet, dass sich eine im Wesentlichen konstante Führung des Gangs 50 mit sphärischen Kugeln 38 einstellt. Ein Lastring 26 ist so angebracht, dass er eine Axialkraft vom Drucklager 24 empfangen und durch dieses bewegt werden kann. Mehrere Bolzen 28 stehen vom Lastring 26 in axialer Richtung ab und haben eine Verbindung zum Kupplungspaket-System 30. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Kupplungspaket-System 30 ein Nasskupplungs-System.
• Während des Betriebs, wenn etwa die Aufteilung eines Drehmoments oder eine andere Operation, bei der die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann, vorgenommen wird, startet der Motor 14 und erzeugt ein Drehmoment. Das vom Motor 14 erzeugte Drehmoment wird vom Stirnradsatz 18 verstärkt und an den Kugelspindelmechanismus 36 abgegeben, der im Wesentlichen aus der Kugelspindel 20 und der Kugelmutter 22 besteht. Die Kugelspindel 20 dreht sich und verursacht so eine axiale Bewegung der Kugelmutter 22. Die Kugelmutter 22 kann eine translatorische, jedoch keine rotatorische Bewegung vollziehen, da der Flansch 32 von einer Führung, etwa der Nut 34, aufgenommen wird, die am äußeren Gehäuse 8 angeordnet ist. Der Kugelspindelmechanismus 36 ist in axialer Richtung mit Vorrichtungen zur Kraftweiterleitung verbunden, etwa dem Drucklager 24, dem Lastring 26, mehreren Bolzen 28, oder einer beliebigen Kombination dieser Komponenten. Das Drucklager 24 nimmt eine Axialkraft über den Kugelspindelmechanismus 36 auf und drückt gegen den Lastring 26. Der Lastring 26 bewirkt, dass die Bolzen 28 eine Kraft auf das Kupplungspaket-System 30 oder ein anderes Bauteil, das in axialer Richtung mit den Bolzen 28 verbunden ist, übertragen.
• Wie man in Fig. 1 erkennen kann, besteht das Kupplungspaket-System aus einer Vielzahl Kupplungsscheiben 54, von denen jede einzelne an ihrer Oberfläche mit einem Reibungsmaterial (in der Abbildung nicht dargestellt) überzogen ist. Die Vielzahl Kupplungsscheiben 54 besteht vorzugsweise aus gestanztem Metall, und das Reibungsmaterial besteht beispielsweise aus Papier, Karbonfaser, Kevlar, oder einem anderen geeigneten Material, das bei Betätigung des Kupplungspaket-Systems 30 eine entsprechende Reibung zwischen den Kupplungsscheiben 54 erzeugt. Wenn die krafterzeugende Vorrichtung 12 betätigt wird, wird auf dem oben beschriebenen Weg eine axiale Kraft auf das Kupplungspaket-System 30 ausgeübt. In fahrzeugbezogenen Anwendungen werden bei Einleitung einer Axialkraft in das Kupplungspaket-System 30 zwei Halbwellen (nicht dargestellt), die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, miteinander verbunden. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn das Fahrzeug in eine Kurve fährt. Dieser Unterschied in der Umdrehungsgeschwindigkeit bewirkt, dass sich die Kupplungsscheiben 54 solange aneinander reiben, bis die verbunden durch das Kupplungspaket-System 30 verbindenden Halbwellen (nicht dargestellt), die gleiche Umdrehungsgeschwindigkeit haben und so das Drehmoment zwischen den beiden Halbwellen eingeregelt ist.
• Vorzugsweise umfasst die krafterzeugende Vorrichtung 12 zusätzlich ein Solenoid 56. Das Solenoid 56 ist vorzugsweise von der Bauart, die durch eine Sprungfeder bewegt und elektrisch betätigt wird. Wenn die Aufteilung eines Drehmoments erforderlich ist, kann eine Spannung via automatischer Sensoren, Computer, oder manueller Zuschaltung an das Solenoid 56 angelegt werden. Das Solenoid 56 kann dann die krafterzeugende Vorrichtung 12 entriegeln. Sobald die eingeleitete Axialkraft eine gewisse erwünschte Größe erreicht hat, arretiert das Solenoid 56 und die Bewegung Aktion des Motors 14 wird beendet. Der Solenoid 56 kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass es auf eine Weise in den Stirnradsatz 18 greift, die eine freie Drehung des Stirnradsatzes 18 verhindert. Wenn der Solenoid 56 dann in den Zahnradsatz 18 greift, wird die krafterzeugende Vorrichtung 12 arretiert, und der Motor 14 wird abgeschaltet. Die punktuelle Betätigung des Motors 14 in dieser Weise ist vorteilhaft, da einem Durchbrennen des Motors 14 dadurch vorgebeugt wird, dass er nicht über längere Zeitspannen hinweg arbeitet.
• Die vorliegende Erfindung ist vor allem unter dem Gesichtspunkt vorteilhaft, dass sie die Nachteile bei der Verwendung eines Kugelrampenmechanismus in Verbindung mit einer Drehmomentsperre überwindet. Wie in Fig. 4 dargestellt, macht der Kugelspindelmechanismus 36 die Verwendung einer hohen Anzahl sphärischer Kugeln 38 möglich. Die sphärischen Kugeln 38 laufen entlang der Kugelspindel 20 durch den Gang 50, der von der spiralförmig umlaufenden Führungsrille 40 und dem Kugelmuttergang 44 gebildet wird, ohne dass Winkelbegrenzungen wie bei einem Kugelrampenmechanismus zu beachten wären. Da die vorliegende Erfindung eine wesentlich größere Anzahl sphärischer Kugeln 38 innerhalb des Systems zulässt, wird die Last, die in das System eingeleitet wird, auch unter dieser größeren Anzahl sphärischer Kugeln 38 aufgeteilt, was wiederum die Einleitung einer größeren Last in das Kupplungspaket-System 30 ermöglicht. Die Verwendung eines Kugelspindelmechanismus 36 erlaubt eine leichtgängigere Arbeitsweise und eine größere axiale Reichweite, die beispielsweise bei einsetzendem Verschleiß des Kupplungspaket-Systems 30 nötigt werden kann. Des Weiteren wächst mit der Kraft, die in das Kupplungspaket-System eingeleitet werden kann, auch die Eignung für eine Drehmomentsperre.
• Obwohl die vorliegende Erfindung mit Worten erläutert wurde, die dem Fachmann selbstverständlich erscheinen werden, sei zusätzlich darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die im Vorangegangenen geschilderten Ausführungsformen beschränkt ist und auf verschiedene Weisen abgewandelt werden kann, ohne dass vom eigentlichen Grundgedanken, der sich aus den nachfolgenden Ansprüchen ergibt, abgewichen würde.

Claims (7)

1. Vorrichtung (12) zur Einleitung einer Kraft in ein Kupplungspaket- System (30) eines Fahrzeugs, die folgendes umfasst:

a) einen Motor (14) mit einer Welle (16) zur Bereitstellung eines Drehmoments;

b) einen mit der Welle (16) verbundenen Zahnradsatz (18);

c) einen Kugelspindelmechanismus (36), der mit dem Zahnradsatz (18), verbunden ist, mit einer Kugelspindel (20), die eine spiralförmig umlaufende Führungsrille (40) sowie einen Steg (42) aufweist, und einer Kugelmutter (22), die einen Kugelmuttergang (44) und einen Steg (46) an ihrer Innenseite sowie eine Rückführungspassage (52) aufweist, wobei die Kugelmutter (22) so auf die Kugelspindel (20) geschraubt werden kann, dass ein Gang (50) gebildet wird, der sich von einem Ende der Kugelmutter (22) zu ihrem anderen erstreckt, und mit einer Vielzahl sphärischer Kugeln (38), die zwischen der Kugelmutter (22) und der Kugelspindel (20) eingeschlossen sind, wobei die sphärische Kugeln (38) dazu vorgesehen sind, durch die Rückführungspassage (52) und einen Abschnitt der spiralförmig umlaufenden Verwahrungsrille (40) umzulaufen;

d) ein in axialer Richtung an die Kugelmutter (22) angrenzendes Drucklager (24);

e) einen Lastring (26), der von dem Drucklager (24) bewegt werden kann; und

f) mehrere Bolzen (28), die von dem Lastring (26) in axialer Richtung abstehen und dazu ausgebildet sind, eine Kraft in das Kupplungspaket-System (30) einzuleiten.

2. Vorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungspaket-System (30) mindestens eine Kupplungsscheibe (54) umfasst.

3. Vorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (14) ein Elektromotor ist.

4. Vorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Flansch (32) umfasst, der von der Kugelmutter (22) absteht und in ein starr zum Motor angeordnetes Führungsmittel eingreift, wobei das Führungsmittel dazu ausgebildet ist, eine merkliche Rotation der Kugelmutter (22) relativ zur Kugelspindel (20) zu verhindern und eine Translationsbewegung der Kugelmutter (22) relativ Kugelspindel (20) zu erlauben.

5. Vorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehbewegung der Kugelspindel (20) eine Translationsbewegung der Kugelmutter (22) entlang der Achse der Kugelspindel (20) hervorruft.

6. Vorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelspindel (20) hohl ist.

7. Vorrichtung (12) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelspindel (20) eine Welle aufnimmt.