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Die
Erfindung betrifft eine elektromechanische Axialverstellvorrichtung
mit einer Anordnung zur Umsetzung einer Rotationsbewegung in eine
Axialbewegung. Ein häufiger
Anwendungsfall für
Vorrichtungen dieser Art ist die Betätigung von Lamellenkupplungen,
insbesondere von Lamellenkupplungen in sperrbaren Differentialgetrieben,
wobei der Kupplungsschlupf sensibel regelbar sein muß.
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Als
Anordnung zur Umsetzung der Rotationsbewegung in die Axialbewegung
kommt hierbei häufig
ein Kugelrampenmechanismus zum Einsatz, der eine erste im Gehäuse axial
abgestützte
Scheibe und eine zweite demgegenüber
axial verschiebbare Scheibe aufweist. In den einander zugewandten Stirnflächen der
Scheiben sind hierbei in Umfangsrichtung verlaufende Kugelrillen
vorgesehen, die gegensinnig veränderliche
Tiefe haben. Hierbei stützen sich
die beiden Scheiben über
in Paaren von Rillen laufende Kugeln aneinander ab. Durch drehenden Antrieb
einer der beiden Scheiben und Festhalten der anderen der beiden
Scheiben bezüglich
Drehung kann ein Auseinanderdrücken
der beiden Scheiben bewirkt werden. Der Antrieb der drehend antreibbaren
Scheibe erfolgt hierbei beispielsweise über ein Stirnradgetriebe mit
Untersetzungsstufe. In anderen Ausführungen laufen beide Scheiben
miteinander um, wobei durch Abbremsen einer der beiden Scheiben
mit elektromechanischen Mitteln bei ständig drehendem Antrieb der
anderen der beiden Scheiben eine Verdrehung der beiden Scheiben
gegeneinander erfolgen kann. Dies bewirkt das genannte Auseinanderdrücken der
beiden Scheiben in gleicher Weise.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei kompakter Bauweise
eine höhere
Leistungsdichte ermöglicht.
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Eine
erste Lösung
hierfür
liegt in einer elektromechanischen Axialverstellvorrichtung mit
einer Anordnung zur Umsetzung einer Rotationsbewegung in eine Axialbewegung,
umfassend ein axial abgestütztes
Stützelement
und ein drehend antreibbares axial verschiebbares Druckelement und
einen Elektromotor mit einem drehfest gehaltenen Stator und einem
elektromotorisch antreibbaren Rotor, wobei der Rotor mit dem drehend
antreibbaren axial verschiebbaren Druckelemente über ein Planetengetriebe antriebsmäßig verbunden
ist. Hierbei wird insbesondere vorgeschlagen, daß das Planetengetriebe ein
stehendes Hohlrad umfaßt,
das mit dem Stator fest verbunden ist, ein Sonnenrad umfaßt, das
mit dem Rotor verbunden ist und einen zumindest ein Planetenrad treibenden
Steg umfaßt,
der mit dem drehend antreibbaren axial verschiebbaren Druckelement
verbunden ist. Durch die Verwendung eines Planetengetriebes, bei
dem das Sonnenrad elektromotorisch angetrieben wird, und die unmittelbare
Verdrehung des Druckelementes über
den Steg erfolgt, kann eine hohe Axialkraft aufgrund der Wirkung
der Übersetzungsstufe
erzielt werden. Durch die koaxiale Anordnung von E-Motor, Planetengetriebe
und Anordnung zur Umsetzung der Drehbewegung in die Axialbewegung
ist eine äußerst kompakte
Bauweise mit wenigen Teilen möglich.
Hierbei kann eine hohe Integration in der Weise erfolgen, daß beispielsweise
Teile des Stators des E-Motors einstückig als Hohlrad des Planetengetriebes
und Teile des Rotors des E-Motors einstückig als Sonnenrad des Planetengetriebes ausgebildet
werden.
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Eine
erste bevorzugte Ausführung
besteht darin, daß die
Anordnung zur Umsetzung der Rotationsbewegung in die Axialbewegung
eine Kugelrampenanordnung ist, in der eine stehende Scheibe axial fest
abgestützt
und eine drehend antreibbare axial verschiebbare Scheibe mit dem
Steg des Planetengetriebes verbunden ist. Alternativ dazu wird vorgeschlagen,
daß die
Anordnung zur Umsetzung der Rotationsbewegung in die Axialbewegung
eine Spindelanordnung ist, in der eine stehende Spindelmutter axial
fest abgestützt
ist und eine drehend antreibbare axial verschiebbare Spindel mit
dem Steg des Planetengetriebes verbunden ist.
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Eine
zweite Lösung
hierfür
liegt in einer elektromechanischen Axialverstellvorrichtung mit
einer Anordnung zur Umsetzung der Rotationsbewegung, umfassend ein
axial abgestütztes
drehend antreibbares Stützelement
und ein im Drehsinn abgestütztes axial
verschiebbares Druckelement und einen Elektromotor mit einem drehfest
gehaltenen Stator und einem elektromotorisch antreibbaren Rotor,
wobei der Rotor mit dem drehend antreibbaren axial abgestützten Stützelement über ein
Planetengetriebe antriebsmäßig verbunden
ist. Hierbei wird insbesondere vorgeschlagen, daß das Planetengetriebe ein
stehendes Hohlrad umfaßt,
daß mit
dem Stator fest verbunden ist und einen Sonnenrad umfaßt, das
mit dem Rotor verbunden ist, und einen zumindest ein Planetenrad
treibenden Steg umfaßt,
der mit dem drehend antreibaren axial abgestützten Stützelement verbunden ist. Die
Vorteile und Funktionen sind im wesentlichen die gleichen wie die
bei der ersten Lösung
beschriebenen, wobei hier jedoch das drehend antreibbare Element
axial festliegt und insbesondere auf einer Welle axial abgestützt ist,
während
das axial verschiebbare Druckelement im Drehsinn in einem Gehäuse festgehalten
wird.
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Eine
erste bevorzugte Ausführung
besteht in diesem Fall darin, daß die Anordnung zur Umsetzung der
Rotationsbewegung in die Axialbewegung eine Kugelrampenanordnung
ist, in der eine drehend antreibbare Scheibe axial fest abgestützt ist,
und mit dem Steg des Planetengetriebes verbunden ist und eine axial
verschiebbare Scheibe im Drehsinn abgestützt ist. Alternativ dazu wird
vorgeschlagen, daß die Anordnung
zur Umsetzung der Rotationsbewegung in die Axialbewegung eine Spindelanordnung
ist, in der eine drehend antreibbare Spindel axial fest abgestützt ist
und mit dem Steg des Planetengetriebes verbunden ist und eine axial
verschiebbare Spindelmutter im Drehsinn abgestützt ist.
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Bei
der Verwendung der Vorrichtung als Axialverstellvorrichtung für eine Lamellenkupplung
können
der Stator und das Hohlrad des Planetengetriebes sowie die Halterung
für das
Stützelement
in ein Gehäuse
eingesetzt werden, das mit dem Kupplungskorb der Lamellenkupplung
verbunden ist, während
der Rotor des E-Motors auf einer Welle radial gelagert werden kann,
die mit der Nabe der Lamellenkupplung verbunden wird.
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Die
koaxiale Anordnung ermöglicht
eine hohe Integration der Bauteile, d. h. die Zahl der Einzelteile
wird stark reduziert.
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Zwei
bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen jeweils in halben Längsschnitten
dargestellt und werden nachstehend beschrieben.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Axialverstellvorrichtung
mit einer Kugelrampenanordnung gemäß der ersten Lösung;
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Axialverstellvorrichtung
mit einer Kugelumlaufspindelanordnung gemäß der ersten Lösung;
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Axialverstellvorrichtung
mit einer Kugelrampenanordnung gemäß der zweiten Lösung;
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4 zeigt eine erfindungsgemäße Axialverstellvorrichtung
mit einer Kugelumlaufspindelanordnung gemäß der zweiten Lösung.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung
gezeigt, die in einem Gehäuse 11 axial
festgelegt ist und über
ein Lager 13 gegenüber
einem Rotationsteil in Form einer Welle 12 radial abgestützt ist. Die
Verstellvorrichtung umfaßt
einen Elektromotor 14 mit einem Stator 15, der
im Teil 11 drehfest festgelegt ist, und einem Rotor 16,
der gegenüber
dem Stator 15 elektromotorisch verdrehbar ist. Der Elektromotor 14 ist
mit einem Planetengetriebe 17 gekoppelt, das ein Hohlrad 18,
weiter einen Steg 19 mit einem darauf drehend gelagerten
und gegenüber
dem Hohlrad 18 axial verschiebbaren Planetenrad 20 sowie
ein Sonnenrad 21 umfaßt.
Das Hohlrad 18 ist im Gehäuse 11 verdrehfest
und axial festgelegt. Das Sonnenrad 21 ist mit dem Rotor 16 des
E-Motors drehfest verbunden. Bei einem elektromotorischen Antrieb des
Motors 14 wird das Sonnenrad 21 verdreht, wodurch
das Planetenrad 20 auf dem feststehenden Hohlrad 18 abläuft und
damit den Steg 19 mit dem Planetenrad 20 verdreht.
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Der
Steg 19 dient dem Antrieb eines Kugelrampenverstellmechanismus 22,
der eine im Gehäuse 11 axial
und drehfest abgestützte
erste Stützscheibe 23 und
eine mit dem Steg 19 verbundene drehend antreibbare und
axial verschiebbare Druckscheibe 24 umfaßt. Die
Stützscheibe 23 und
die Druckscheibe 24 haben jeweils Kugelrillen 25, 26,
die zu mehreren paarweise über
dem Umfang der Scheiben verteilt sind und in Umfangsrichtung entgegengesetzt veränderlicher
Tiefe haben. In den Kugelrillen 25, 26 laufen über dem
Umfang mehrere Kugeln 27, über die sich die Druckscheibe 24 bei
Verdrehung an der Stützscheibe 23 abstützt. Hierbei
laufen die Kugeln 27 von tieferen Rillenbereichen in beiden
Kugelrillen zu flacheren Rillenbereichen der beiden Kugelrillen, so
daß sich
mit der Verdrehung des Steges 19 und der Druckscheibe 24 diese
zugleich axial von Stützscheibe 23 entfernt. Über ein
Axiallager 28 kann sie hierbei Axialkraft auf beispielsweise
die Druckplatte einer Lamellenkupplung ausüben.
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Mit
der Verschiebung der Druckscheibe 24 verschiebt sich das
Planetenrad 20 mit dem Steg 19 in den Verzahnungen
des Hohlrades 18 und des Sonnenrades 21 oder der
Zapfen des Steges 19 mit der Druckscheibe 24 gegenüber dem
Planetenrad 20 oder bei axial unverschieblichem Planetenrad
die Druckscheibe 24 gegenüber dem Steg 19. In
der gezeigten Ausführung
ist das Hohlrad 18 gleichzeitig als axial abgestützte Halterung
des Motors 14 ausgebildet und das Sonnenrad 21 als
Teil des Rotors 16 des E-Motors 14.
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In 2 ist eine erfindungsgemäße Anordnung
gezeigt, die in einem Gehäuse 11 axial
festgelegt ist und über
ein Lager 13 gegenüber
einem Rotationsteil in Form einer Welle 12 radial abgestützt ist. Die
Verstellvorrichtung umfaßt
einen Elektromotor 14 mit einem Stator 15, der
im Teil 11 drehfest festgelegt ist, und einem Rotor 16,
der gegenüber
dem Stator 15 elektromotorisch verdrehbar ist. Der Elektromotor 14 ist
mit einem Planetengetriebe 17 gekoppelt, das ein Hohlrad 18,
weiter einen Steg 19 mit einem darauf drehend gelagerten
Planetenrad sowie ein Sonnenrad 21 umfaßt. Das Hohlrad 18 ist
im Gehäuse 11 verdrehfest
und axial festgelegt. Das Sonnenrad 21 ist mit dem Rotor 16 des
E-Motors drehfest verbunden. Bei einem elektromotorischen Antrieb
des Motors 14 wird das Sonnenrad 21 verdreht,
wodurch das Planetenrad 20 auf dem feststehenden Hohlrad 18 abläuft und
damit den Steg 19 mit dem Planetenrad 20 verdreht.
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Im
Gehäuse 11 ist
eine Spindelmutter 33 in Umfangsrichtung und axial festgelegt,
die schraubenförmige
Kugelrillen 35 im Innenumfang mit einer äußeren oder
auch inneren Kugelrückführung aufweist.
Mit dieser Spindelmutter 33 wirkt eine Kugelumlaufspindel 34 zusammen,
die schraubenförmige
Kugelrillen 36 am Außenumfang
enthält,
wobei eine Vielzahl von Kugeln 37 in den Rillen 35, 36 laufen.
Die hohle Spindel 34 bildet unmittelbar den Steg 19 des
Planetengetriebes 17 und stützt sich über die Kugelrillen 35, 36 und
Kugeln 37 und die Spindelmutter 33 axial im Gehäuse 11 ab.
Bei einem elektromotorischen Antrieb des Elektromotors 14 wird
der Rotor 16 mit dem Sonnenrad 21 verdreht, wodurch
das Planetenrad 20 im Hohlrad 18 abläuft und
den Steg 19 verdreht, der gleichzeitig die Spindel 34 verdreht. Dies
führt zu
einer axialen Verschiebung der Spindel 34, die über ein
Axiallager 38 hierdurch eine Axialkraft auf beispielsweise
die Druckplatte einer Lamellenkupplung ausüben kann.
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Mit
der Verschiebung der Spindel 34 verschiebt sich auch der
Zapfen des Steges 19 gegenüber dem Planetenrad 20 oder
das Planetenrad 20 mit dem Steg 19 in den Verzahnungen
des Hohlrades 18 und des Sonnenrades 21.
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In 3 ist eine erfindungsgemäße Anordnung
gezeigt, die mit der in 1 dargestellten
weitgehend übereinstimmt.
Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern belegt. Auf
die Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Abweichend ist anstelle
einer im Gehäuse
festgelegten Stützscheibe hier
eine mit dem Steg 19 verbundene drehend antreibbare Stützscheibe 53 gezeigt,
die sich über
ein Axiallager 55, eine Scheibe 56 und einen Sicherungsring 57 auf
der Welle 12 axial abstützt.
Daneben ist anstelle der drehend antreibbaren Druckscheibe eine
im Drehsinn mit dem Hohlrad 18 bzw. dem Gehäuse 11 verbundene
Druckscheibe 54 vorgesehen, die sich bei einer Verdrehung
der Stützscheibe 53 mittels
des Planetengetriebes 17 axial von der Stützscheibe
wegbewegt und über
ein Axiallager 28 beispielsweise auf die Druckplatte einer
Lamellenkupplung einwirken kann.
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In 4 ist eine erfindungsgemäße Anordnung
gezeigt, die in wesentlichen Teilen mit der in 2 dargestellten übereinstimmt. Gleiche Einzelheiten
sind mit gleichen Bezugsziffern belegt. Abweichend davon ist jedoch
anstelle einer axial verschiebbaren Spindel, die sich in einer axial
festgelegten Spindelmutter abstützt,
hier eine drehend antreibbare axial abgestützte hohle Spindet 64 vorgesehen, die
sich über
eine Axiallager 65, eine Scheibe 66 und einen
Sicherungsring 67 auf der Welle 12 abstützt und
die bei Verdrehung eine axial verschiebbare Spindelmutter 63,
die drehfest im Gehäuse 11 gehalten
ist, axial verschiebt, wobei die Spindelmutter 63 über das
Axiallager 38 auf die Druckplatte einer Lamellenkupplung
einwirken kann. Die unmittelbare axiale Abstützung zwischen verschiebbarer
Spindelmutter und axial abgestützter
Spindel erfolgt über
die Kugelrillen 35, 36 und Kugeln 37.
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In
den gezeigten Ausführungen
ist das Hohlrad 18 gleichzeitig als axial abgestützte Halterung des
Motors 14 ausgebildet und das Sonnenrad 21 als Teil
des Rotors 16 des E-Motors 14.
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- 11
- Hohlwelle
- 12
- Welle
- 13
- Radiallager
- 14
- E-Motor
- 15
- Stator
- 16
- Läufer
- 17
- Planetengetriebe
- 18
- Hohlrad
- 19
- Steg
- 20
- Planetenrad
- 21
- Sonnenrad
- 22
- Kugelrampenmechanismus
- 23
- Stützscheibe
- 24
- Druckscheibe
- 25
- Rille
- 26
- Rille
- 27
- Kugel
- 28
- Axiallager
- 32
- Kugelumlaufspindelmechanismus
- 33
- Spindelmutter
- 34
- Spindel
- 35
- Rille
- 36
- Rille
- 37
- Kugel
- 38
- Axiallager
- 53
- Stützscheibe
- 54
- Druckscheibe
- 55
- Axiallager
- 56
- Scheibe
- 57
- Sicherungsring
- 63
- Spindelmutter
- 64
- Spindel
- 65
- Axiallager
- 66
- Scheibe
- 67
- Sicherungsring