DE19830822C1 - Axialstelltrieb - Google Patents

Abstract

Es wird ein Axialstelltrieb mit wenigstens einem ersten Paar von wendelförmigen Bahnen (322a, 344a) vorgeschlagen, die sich entlang einer Zylindermantelfläche (36) um eine Axialachse (A) drehbar erstrecken, der dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen dem ersten Paar von wendelförmigen Bahnen ein radial geführter Axial-Nadel- oder Rollenkranz (8) angeordnet ist, dessen Lauflänge im wesentlichen der Länge der Bahnen entspricht, wobei wenigstens ein Paar von wendelförmigen Bahnen (322i, 344i) vorgesehen werden kann, die relativ zum ersten Paar (322a, 344a) radial nach außen oder innen und entlang der Zylindermantelfläche (36) zum ersten Paar um 180 DEG versetzt angeordnet sind, wobei zwischen den Bahnen ein radial geführter Axial-Nadel- oder Rollenkranz (10) angeordnet ist, dessen Lauflänge im wesentlichen der Länge der Bahnen entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Axialstelltrieb mit wenigstens einem Paar von wendelförmigen Laufbahnen, die sich im Bereich einer Zylindermantelfläche um eine Axialachse drehbar erstrecken. Derartige axiale Verstelltriebe werden beispielsweise für Getriebe, Bremsen, Kupplungen, Sperrdifferentiale, Spanner, Pressen und dgl. eingesetzt.

Axialstelltriebe werden dann verwendet, wenn eine Drehbewegung, auch auf sehr engem Raum und unter sehr großen Kräften, in eine Längsbewegung umgesetzt werden soll. Axial­ stelltriebe haben zueinander zeigende, in einer Gleitpaarung aneinanderliegende, wendelförmi­ ge Bahnen, die im Bereich einer Zylindermantelfläche um eine Zylinderaxialachse herum angeordnet sind. Es handelt sich bei der jeweiligen Bahnform quasi um Keile, die um eine Achse herumgewickelt sind. Eine Bewegung dieser beiden "Keile" gegeneinander, das bedeutet im vorliegenden Fall eine Drehung der beiden wendelförmigen Bahnen gegenein­ ander, bewirkt, daß die die Bahnen tragenden Körper sich relativ zueinander bewegen, sich annähern oder sich voneinander weg bewegen. Damit wird durch eine geringe Drehung über die Keilfläche der Wendelform eine Axialbewegung erreicht, mit der man entsprechende Schalt- bzw. Hubwege zurücklegen kann. Die geschilderte Ausführung wird im Stand der Technik verwendet, ist jedoch in Bezug auf Verschleißfestigkeit und Kraftübertragungs­ kapazität begrenzt. Außerdem ist aufgrund der mit zunehmendem Drehwinkel zunehmenden Kippkräfte der Anwendungsbereich eingeschränkt.

Aus der DE 24 57 886 B1 ist eine Einrichtung zur relativen Axialbewegung zweier Wellen­ teile bekannt, bei der eine dynamische Axialbewegung zur Erzeugung eines periodischen Axialhubes durch eine rotierende Welle bewirkt wird, wobei der Axialhub wahlweise ausge­ kuppelt werden kann. Diese Einrichtung hat in allen Ausführungsbeispielen nur einen Wälz­ körper und nur an einem Seitenteil eine oder mehrere Wendellaufbahnen, die jeweils die Funktion einer Steuerkurve zur Bestimmung des Zeitfaktors für den Hub darstellt/darstellen. Die bei der DE 24 57 886 B1 beschriebene unterschiedliche Steuerung der relativen Axialbe­ wegung der beiden Wellenteile wird dadurch erreicht, daß entweder die eine oder die andere wendelförmige Rollbahn eingesetzt wird, um jeweils unterschiedliche Steigungen für unter­ schiedliche Anwendungszwecke einsetzen zu können.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Axialstelltrieb zu schaffen, der bei minima­ len äußeren Abmessungen eine optimale axiale Tragfähigkeit und Leichtgängigkeit erlaubt und entsprechend die geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermeidet oder zumindest verringert.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Axialstelltrieb gemäß Anspruch 1. Ein derartig gestalteter erfindungsgemäßer Axialstelltrieb erlaubt eine leichtgängige Verdrehung der wendelförmigen Bahnen zueinander und entsprechend eine hohe Kraftübertragung. Hierbei ist zu einem ersten Paar von wendelförmigen Bahnen ein zweites Paar von wendelförmigen Bahnen relativ zum ersten Paar radial nach außen oder innen versetzt angeordnet, wobei zwischen diesen Bahnen ebenfalls ein radial geführter Axialnadel- oder Rollenkranz angeordnet ist, dessen Lauflänge ebenfalls im wesentlichen der Lauflänge der Bahnen entspricht. Ein besonders großer Vorteil dieser Anordnung ist die hohe Winkelverdrehbarkeit unter Last, da aufgrund der Versetzung des zweiten Bahnpaares zum ersten Paar um 180° praktisch keine Kippkräfte mehr auftreten und eine Verkippung ausgeschlossen wird. Die bei dem beschriebenen Axialstelltrieb einge­ setzten Axialnadel- oder Rollenkränze erlauben es, daß infolge der Rollreibung aufgrund sehr geringer Verdrehkräfte sehr hohe Axialkräfte erzeugt werden können. So kann der Wirkungs­ grad optimiert, und die Hystereseverluste können minimiert werden. Die Axialkräfte sind von der Steigung der wendelförmigen Bahnen (Keilflächen) abhängig und werden hier nur durch die zulässige Flächenpressung der Wälzkörper an den Kontaktstellen (Linienberührung) der Laufbahnen begrenzt. Durch die bereits erwähnte, konzentrisch ineinander und/oder um 180° versetzte Anordnung der Keilflächen wird bei Verdrehen eine achsparallele Bewegung des Gegenstücks ohne Verkippung bewirkt. Begrenzt man vorteilhafterweise die Drehbewegung auf die Hälfte des theoretisch möglichen Winkelbereichs, ist immer noch ausreichende Axialkraftübertragung und Kippstabilität gewährleistet.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die Axialnadel- oder Rollenkränze handelsübliche Kränze sein, die radial aufgetrennt und auf die genannte Lauflänge abgelängt sind. Hierbei werden die Käfige der Rollenkränze entsprechend aufgetrennt. Dadurch sind ohne besonderen Aufwand kostengünstige Axialstelltriebe realisierbar.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß man mehrere Axial­ stelltriebe hintereinander anordnet und durch diese Hintereinanderschaltung den Stellweg entscheidend verlängert.

Auch die keilförmigen Segmente sind als wendelförmige schräge Ebenen preiswert herstell­ bar, haben vorzugsweise entweder radial aufgetrennte Serienkäfige oder sind leicht von Serienteilen abweichend modifiziert gestaltet. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht auch darin, daß die die Bahnen tragenden zylindrischen Körper, die sich im wesentli­ chen kreisförmig um eine Axialachse drehbar erstrecken, radial durch Gleit- oder Wälzlager z. B. auch Kugelkäfige geführt werden. Dies ergibt noch eine zusätzliche Leichtgängigkeit des Verstelltriebes und gleichzeitig eine Zunahme der Kippsicherheit bei optimaler Zen­ trierung.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung in Einzelheiten beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine auf einem Unterteil eines Axial­ stelltriebs angeordnete, wendelförmige Bahn.

Fig. 2 zeigt das zum in Fig. 1 dargestellten Unterteil zugehörige Oberteil.

Fig. 3 zeigt ein dem Unterteil von Fig. 1 ähnliches Unterteil, jedoch mit zwei konzen­ trischen, wendelförmigen Bahnen, wie es beim erfindungsgemäßen Axialtrieb einge­ setzt werden kann, in perspektivischer Ansicht.

Fig. 4 zeigt in Schnittansicht eine Darstellung eines Axialstelltriebs, bei dem das in Fig. 3 dargestellte Unterteil eingesetzt ist.

Fig. 5 zeigt das in Fig. 1 dargestellte Unterteil in Draufsicht.

Zur Veranschaulichung der Anordnung der wendelförmigen Bahnen des erfindungsgemäßen Axialstelltriebs (dargestellt in Fig. 3) wird der Vereinfachung der Darstellung halber in den Fig. 1 und 2 jeweils nur eine wendelförmige Bahn (Fig. 1) und ihr korrespondierendes Gegenstück (Fig. 2) gezeigt.

In Fig. 1 ist schematisch ein Unterteil 2 eines Axialstelltriebs 1 in Form eines Rings dar­ gestellt, der eine zylindrische Mantelfläche 6 aufweist, die sich konzentrisch um eine Achse A erstreckt. Man kann gut eine Bahn 22 erkennen, die sich von der Unterkante einer senk­ rechten Sprungfläche 20 (in dieser Darstellung) gegen den Uhrzeigersinn wendelförmig entlang des Umfangs 6 des Unterteils 2 um die Vertikalachse A herum erstreckt und an der Oberkante der Sprungfläche 20 endet. Hierbei läuft die Bahn 22 um 360° im Kreis.

Fig. 2 zeigt das dem in Fig. 1 gezeigten Unterteil 2 entsprechende Oberteil 4 mit wendelför­ miger Bahn 44, die analog zur Bahn 22 verläuft und (in dieser Darstellung) nach unten zeigt. Die Bahn 44 ist nicht direkt zu sehen und deshalb nur gestrichelt angedeutet. Zwischen den beiden Bahnen 22 und 44, die, wenn Sie um die selbe Achse A herumlaufen, stets äquidistant und damit gleichsam parallel laufen, ist ein Axialrollenkranz 8 angeordnet (siehe z. B. Fig. 4), der an einer Stelle radial im Bereich zwischen zwei Taschen aufgetrennt ist, so daß er im wesentlichen die den Bahnen 22 und 24 entsprechende Wendelform einnehmen kann. Ist nun zwischen die beiden Bahnen 22 und 24 ein entsprechender Axialrollenkranz 8 eingelegt, so kann man das Oberteil 4 auf dem Oberteil 2 (in dieser Ausführung) gegen den Uhrzeigersinn drehen mit dem Ergebnis, daß sich das Oberteil 4 vom Unterteil 2 axial wegbewegt. Der Axialrollenkranz 8 legt hierbei stets die Hälfte der Drehung des Oberteils 4 gegenüber dem Unterteil 2 zurück. Die Rückdrehung des Oberteils 4 gegenüber dem Unterteil 2 erfolgt analog gegen den Uhrzeigersinn, geht einher mit einer Annäherung der beiden Teile zuein­ ander und endet schließlich in der Ausgangsstellung. Wenn hier von Entfernung und Annä­ herung gesprochen wird, so bezieht sich dies freilich auf die bei den soeben beschriebenen Teilen rechtwinklig zur Vertikalachse A angeordneten Bodenflächen 21 und 41 von Oberteil 4 und Unterteil 2. Anhand der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Teile soll die Anordnung der wendelförmigen Bahnen zueinander mit zwischengeordnetem Axialnadel- oder Rollenkranz prinzipiell erläutert werden.

In Fig. 3 wird die erfindungsgemäße Anordnung eines ein Unterteils 32 eines Axialstelltriebes mit zwei konzentrischen, wendelförmigen Bahnen gezeigt, wobei die zwei konzentrischen, wendelförmigen Bahnen 322a und 322i zu erkennen sind, deren Anfang und Ende jeweils die Sprungflächen 320a und 320i berühren. Die Besonderheit hierbei ist, daß aufgrund der um 180° versetzten wendelförmigen Bahnen 322i und 322a nahezu keine Kippmomente auftreten, wenn das Oberteil gegen das Unterteil gedreht wird.

In Fig. 4 ist in beispielhafter Weise schematisch im Schnitt dargestellt, wie ein, dem in Fig. 2 dargestellten Oberteil 4 analoges Oberteil 34 mit zwei konzentrischen wendelförmigen Bahnen über dem soeben beschriebenen Unterteil 32 angeordnet ist, wobei dazwischen ebenso wendelförmig geformte Axialrollenkränze 8 und 10 eingelegt sind. Die Darstellung in Fig. 4 ist nicht unbedingt maßstabgetreu und soll nur die Zuordnung der einzelnen Bauteile im Prinzip erläutern. Auch andere Details des in Fig. 4 gezeigten Beispiels wie Nabe, Feder, Schrauben und Gewinde sind nur zu Erläuterung eines Funktionsmodells genannt. Sie sind nicht Bestandteil der Erfindung.

Auf der oberen, ringförmigen Bodenfläche 341 des Oberteils 34 sind Axialnadel- oder Rollenlager 12 und 14 angeordnet, die einen Druckflansch 18 gegen das Oberteil 34 axial abstützen und ihn tragen. Im Innenraum von Oberteil 32 und Unterteil 34 ist eine im wesent­ lichen zylindrische Nabe 50 angeordnet, deren Zylinderaußenwand die Laufbahn eines Radialnadellagers 16 darstellt, während sich die Außenlaufbahn für das Radialnadellager 16 aus den Innenzylindermantelflächen von Unterteil 32, Oberteil 34 und einer sacklochförmigen Vertiefung 52 des Druckflansches 18 ergibt. Das Radialnadellager 16 ist im Ausführungsbei­ spiel gemäß in Fig. 4 im Innenbereich von Ober- und Unterteil angeordnet. Es ist ebenso eine Anordnung möglich, bei der Ober- und Unterteil von einen Radialnadellager von außen umfangen und zentriert werden.

Die Nabe 50 ist in ihrem in Fig. 4 gezeigten unteren Endbereich mit einem mit Außenge­ winde versehenen Schraubenflansch 51 versehen, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem im Unterteil 32 angeordneten Innengewinde 53 eingeschraubt ist. Man erkennt im Zentralbereich der Nabe 50 ein durchgehendes Innengewinde 55, in das eine mit einer Feder 56 gelenkig verbundene Ösenschraube 57 eingedreht ist. In der Mitte des in Fig. 4 nach oben, vom Axialstelltrieb wegzeigenden Druckflansches 18 ist eine, der Ösenschraube 56 ent­ sprechende, Ösenschraube 58 eingedreht, die in die zuvor erwähnte Feder 56 eingehängt ist. Wie bereits aus der Zeichnung zu ersehen ist, handelt es sich hier um eine Spiralzugfeder 56, durch deren Einsatz der Axialstelltrieb spielfrei gehalten werden kann.

Die hier beschriebene Vorrichtung funktioniert folgendermaßen: Das zwischen Druckflansch 18 und Unterteil 32 angeordnete Oberteil 34 wird entsprechend dem Richtungspfeil D gedreht, wodurch es sich vom Unterteil 32 entfernt und den Druckflansch 18 vom Unterteil 32 in Richtung der Pfeile F auseinanderbewegt bzw. -drückt und dabei gegen die Feder 56 arbeitet. Wird das Oberteil 34 in entgegengesetzter Richtung zurückgedreht, so nähern sich Druckflansch 18 und Unterteil 32 wieder einander an. Die Axialrollenkränze 12 und 14 verhindern ein Mitdrehen des Druckflansches 18 mit dem Oberteil 34. Auseinanderzudrücken­ de Vorrichtungsteile werden zweckmäßigerweise an den einander gegenüberliegend an­ geordneten Druckflächen 321 (Unterteil 32) und Druckfläche 181 (Druckflansch 18) an­ geordnet. Die Proportionen des in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiels sind in vieler Hinsicht variierbar und entsprechend dem Anforderungsfall anzupassen. So kann der Druck­ flansch beispielsweise lediglich eine Lauf- oder Axialscheibe sein.

Die Anordnung bzw. auch Anzahl der wendelförmigen Bahnen ist je nach Bedarf wählbar. Fig. 5 zeigt die Draufsicht des in den Fig. 3 und 4 im besonderen beschriebenen Unterteils 32. Hierbei sind zwei um 180° versetzte, konzentrisch angeordnete, wendelförmige Bahnen vorgesehen.

Der Einsatzbereich des erfindungsgemäßen Axialstelltriebs ist universell groß. So ist die Anwendung für Kupplungsaus/einrückung bei Kraftfahrzeugen (z. B. über eine zentrale Betätigung über Elektromotor) möglich. Es könnte hierbei die komplette Kupplungspedalerie und -mechanik entfallen. Ebenso kann der erfindungsgemäße Axialstelltrieb bei Scheiben­ bremsen eingesetzt werden, und zwar für eine elektromechanische Bremsbetätigung wie auch eine Feststelleinrichtung. Denkbar ist auch eine Gangeinrückung bei Schaltgetrieben oder eine axiale Lamellenanpressung bei Automatikgetrieben, Bremsen oder Kupplungen sowie Diffe­ rentialsperren. Weitere Anwendungsgebiete betreffen Axialwellenverschiebungen, Spann­ elemente und Pressen. Die hiermit erreichten Vorteile gegenüber den bekannten bisherigen Lösungen umfassen einen einfachen mechanischen Aufbau, äußerst geringe Bauhöhe, Leicht­ gängigkeit bei hohem Wirkungsgrad und geringen Hystereseverlusten, die bereits erwähnte hohe axiale Tragfähigkeit und die auf kleinstem Raum mögliche Umsetzung einer Rotations­ bewegung in eine Translationsbewegung und - bei entsprechend hoher Steigerung der wendel­ förmigen Bahnen - auch umgekehrt.

Die einzelnen Bestandteile des Axialstelltriebes sind ohne besondere Schwierigkeiten herstell­ bar. So können die konzentrisch ineinander liegenden, im wesentlichen ringförmigen, wendel­ förmigen Bahnen der Keilflächen neben der klassischen spanabhebenden Bearbeitung u. a. auch als Fließpreß- oder Sinterteile hergestellt werden, eventuell auch aus hoch belastbarem Druckguß.

Zweckmäßigerweise werden die Axialnadel- oder Rollenkränze an einer Tasche radial aufgetrennt und je nach Teilungshöhe axial auseinandergezogen. Bei sehr hohen Steigungen könnte ggf. ein Kunststoffkäfig entsprechend gespritzt werden.

Claims (5)

1. Axialstelltrieb mit wenigstens einem ersten Paar von wendelförmigen Bahnen (322a), die sich entlang einer Zylindermantelfläche (6) um eine Axialachse (A) drehbar er­ strecken, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß zwischen dem ersten Paar von wendelförmigen Bahnen (322a) ein erster radial geführter Axial-Nadel- oder Rollenkranz (8) angeordnet ist, dessen Lauflän­ ge im wesentlichen der Länge der Bahnen (322a) entspricht,
• b) daß er wenigstens ein zweites Paar von wendelförmigen Bahnen (322i) aufweist, die relativ zum ersten Paar (322a) radial nach außen oder innen und entlang der Zylindermantelfläche (6) zum ersten Paar um 180° versetzt angeordnet sind, wobei zwischen den wendelförmigen Bahnen (322i) des zweiten Paars ein zweiter radial geführter Axial-Nadel- oder Rollenkranz (10) angeordnet ist, dessen Lauf­ länge im wesentlichen der Länge der Bahnen (322i) entspricht, und
• c) daß bei beiden Bahnpaaren (322i, 322a) das Verhältnis von Steigung bzw. Höhe zu Drehwinkel gleich ist.

2. Axialstelltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Axial-Nadel- oder Rollenkränze handelsübliche Kränze sind, die radial aufgetrennt und auf die genannte Lauflänge abgelängt sind.

3. Axialstelltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnen tragende, zylindrische Körper, die sich im wesentlichen kreisförmig um eine Axialachse drehbar erstrecken, radial durch Wälzlager (16) geführt werden.

4. Axialstelltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bahnen tragenden zylindrischen Körper, die sich im wesentlichen kreisför­ mig um eine Axialachse drehbar erstrecken, axial über eine elastische Zugeinrichtung (56) verbunden sind.

5. Axialstelltrieb, gekennzeichnet durch mehrere hintereinander anordnete Axialstelltriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.