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Diese Erfindung betrifft Halteglieder, um mechanische Komponenten in korrekter
Position bezüglich einander zu halten, insbesondere Halteglieder zur Verwendung in
Baugruppen, in denen die mechanischen Komponenten mit unterschiedlichen
relativen Drehzahlen rotieren.
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Im Einklang mit der derzeitigen Praxis werden die rotierenden Ringe einer
Überholkupplung oder alle rotierenden Komponenten eines mechanischen Systems,
wie zum Beispiel die eines Automatikgetriebes eines Automobils, unter Verwendung
einer wohlbekannten herkömmlichen Technik in korrekter Position innerhalb der
Baugruppe gehalten. Der Haltemechanismus schließt allgemein ein kreisförmiges
Halteglied ein, das eine Oberfläche nahe einer Axialseite des äußeren rotierenden
Ringteiles überlappt, das gegen eine in Bezug darauf unbewegliche Fläche an der
gegenüberliegenden Axialseite gedrückt wird. Eine Vertiefung, die sich nahe der in
Längsrichtung gelegenen Endseite des Haltegliedes befindet, ist auf dem Umfang
eines zweiten, inneren, rotierenden Ringes ausgebildet. Ein Sprengring oder
Sicherungsring wird passend über dem Umfang der Vertiefung angebracht und durch
die elastische, federnde Beschaffenheit des Sprengringes in seiner Position innerhalb
der Vertiefung gehalten. Der Sprengring weist die Form eines unterbrochenen Ringes
auf, wobei sich die Unterbrechung über einen Winkelbereich erstreckt, der genügt, um
das Anbringen des Sprengringes über dem Umfang der Vertiefung, die den
Sprengring in seiner Position hält, zu gestatten. Aufgrund der Unterbrechung im
Sprengring ist dessen radiale Steifigkeit relativ gering, und der Sprengring kann sich
aufgrund der Zentrifugalkraft in Radialrichtung beträchtlich ausdehnen, was eine
Wirkung der hohen Drehzahl (etwa 14,000 UpM) des zweiten oder inneren Ringes ist,
auf den der Spreng ring gedrückt wird.
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Um den Haltevorrichtungen radiale Steifigkeit zu verleihen, werden ein Halteglied für
hohe Drehzahlen, eine ihren Umfang entlang kontinuierliche Scheibe mit
abschließenden Flanschen und ein die Flansche verbindender Steg passend über
dem Sprengring und dem Ende des inneren Ringes sowie in einem Spalt angebracht,
der in dem Halteglied ausgebildet ist. Die Flansche versteifen das Halteglied für hohe
Drehzahlen und begrenzen die radiale Ausdehnung des Sprengringes.
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Allgemein befindet sich ein reibungsminderndes Drucklager in einem ringförmigen
Raum zwischen der Endseite des inneren Ringes und einer angrenzenden Fläche
einer anderen Komponente der Baugruppe. Das Drucklager überträgt längsseitig
ausgerichtete Kräfte zwischen dem inneren Ring und der angrenzenden Komponente
und stellt eine reibungsmindernde Fläche bereit, die die Bauteile voneinander trennt
und eine Relativdrehung mit niedriger Reibung zuläßt.
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Dieses herkömmliche Verfahren zur Sicherung der korrekten Position des inneren und
äußeren rotierenden Ringes in Längsrichtung schließt eine große Anzahl an Bauteilen
ein und erfordert einen mühsamen Zusammenbau von Hand.
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Das US-Patent 4,961,486 beschreibt eine Halterungsplatte, die von dem äußeren
Ring einer Einwegkupplung getragen wird, wobei das Halteglied radiale Durchgänge
einschließt, die sich zwischen dem äußeren Ring und dem Halteglied befinden.
Hydraulikfluidum, das durch eine Versorgungsöffnung zum äußeren Ring geleitet
wird, tritt in die Durchgänge ein und wird zu den Drucklagem und einer Kupplung
befördert, die sich nahe dem äußeren Ring befinden. Das Halteglied wird auf dem
äußeren Ring in unbeweglicher Stellung gehalten, indem komplementäre Erhebungen
und Vertiefungen, die auf dem äußeren Ring und dem Halteglied ausgebildet sind, in
eine ineinandergreifende Stellung gebracht werden.
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JP-A-59166729, das den bisherigen Stand der Technik darstellt, auf den im Obergriff
des Patentanspruches 1 Bezug genommen wird, offenbart eine Halterungsvorrichtung
zur Begrenzung der Verschiebung eines ersten Bauteiles (11) relativ zu einem
zweiten Bauteil (12), die der hierin folgend in Abbildung 5 beschriebenen Vorrichtung
in gewisser Weise ähnelt. In JP-A-59166729 berührt eine Halterungsplatte (15)
sowohl das erste Bauteil als auch das zweite Bauteil. Ein reibungsminderndes Lager
(50), das sich an einer vorbestimmten Position bezüglich der Halterungsplatte
befindet, umfaßt zwei Laufringe, von denen der eine die Halterungsplatte berührt, um
sie gegen eine Verschiebung zu sichern.
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Im Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird eine Halterungsbaugruppe zur
Begrenzung der Verschiebung verschiedener Bauteile bereitgestellt, umfassend: Ein
erstes Bauteil, das zwecks Rotation um eine erste Achse befestigt ist; ein zweites
Bauteil, das zwecks Rotation um diese Achse befestigt ist; ein Halteglied, das
angebracht ist, um das erste und zweite Bauteil zu berühren; ein reibungsminderndes
Lager, das zur Verhinderung der Verschiebung entlang dieser Achse und zwecks
Rotation um diese Achse befestigt ist; wobei das Lager erste und zweite Laufringe
einschließt sowie ein reibungsminderndes Bauteil, das sich zwischen den Laufringen
befindet und drehbar gelagert ist; und wobei ein Laufring so ausgebildet ist, daß seine
Flächen die Halterungsplatte überlappen und damit in Verbindung gehalten werden;
dadurch gekennzeichnet, daß der eine Laufring mit Zungen ausgebildet ist, die sich in
einem Abstand voneinander befinden und sich von dem einen Laufring radial nach
außen erstrecken, wobei diese Zungen diese Flächen umfassen, die die
Halterungsplatte überlappen und berühren.
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Die Halterungsplatte kann die Form einer entlang dem Umfang durchgehenden,
kreisförmigen Platte aufweisen, die die Endflächen zumindest zweier rotierender
Ringe überlappt, die durch die Halterungsbaugruppe in Position gehalten werden.
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Ein reibungsminderndes Lager, das sich innerhalb eines ringförmigen Raumes
zwischen einem der beiden gesicherten Ringe und einem anderen Bauteil der
Baugruppe, dessen axiale Position fest ist, befindet, schließt einen ersten Laufring
ein, der mit einem Vorsprung des angrenzenden Bauteiles in Berührung gehalten
wird, sowie einen zweiten Laufring, der gegen einen der Ringe drückt, die von der
Halterungsbaugruppe dieser Erfindung in Position gehalten werden. Der zweite
Laufring schließt mehrere radial ausgerichtete Zungen ein, die in einem
Winkelabstand voneinander um die Drehachse herum angeordnet sind. Die Zungen
überlappen die Halterungsplatte und begrenzen ihre Fähigkeit, sich entlang der Achse
zu bewegen, da das Lager aufgrund seiner Stellung im ringförmigen Zwischenraum
gegen axiale Verschiebungen unbeweglich in Position gehalten wird. Nadeln oder
Walzenteile, die drehbar auf den Laufringen des reibungsmindernden Lagers gelagert
sind, sind durch eine Käfigbaugruppe, die sich zwischen den Laufringen des Lagers
befindet, in einem Abstand voneinander um die Drehachse herum angebracht.
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Ein die vorliegende Erfindung verkörperndes Halteglied sichert rotierende Bauteile
einer mechanischen Baugruppe in korrekter Position ohne die Verwendung eines
zusätzlichen Haltegliedes, Sprengringes oder irgendeines radial unterbrochenen
Ringes, dessen radiale Steifigkeit niedrig ist und dadurch ausgeglichen werden muß,
daß in die Haltevorrichtung ein weiterer, radial versteifter Ring eingeschlossen wird.
Statt dessen ist ein Nadeldrucklager der Art, die gewöhnlich in der Nachbarschaft
eines Haltegliedes herkömmlichen Typs vorhanden ist, angepaßt, ein relativ steifes
Halteglied gegen die Flächen der rotierenden Ringe in Position zu halten, deren
Stellungen durch die Halterungsbaugruppe festgelegt und gesichert werden müssen.
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Ein Vorteil der die vorliegende Erfindung verkörpernden Halterungstechnik ist, daß die
auf einem der Laufringe des Lagers ausgebildeten Zungen radial ausgerichtete
Schlitze bereitstellen, die den Durchfluß von Schmiermittel radial durch das Lager
nach außen erleichtern, wodurch die Schmierung verbessert und die Lebensdauer der
Bestandteile des Lagers und anderer nahegelegener, rotierender Bauteile verlängert
wird.
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Das die vorliegende Erfindung verkörpernde Halteglied beseitigt bei einer gegenwärtig
verwendeten herkömmlichen Konstruktion die Notwendigkeit, in das Halteglied
Vertiefungen einzuarbeiten, die den Sprengring aufnehmen. Die Größe der Summe
der axialen Toleranzen wird verringert, weil weniger Bauteile verwendet werden und
die Toleranzen der Lagerlaufringe von Natur aus kleiner sind als jene der
Halteglieder, die in der herkömmlichen Sprengringbaugruppe verwendet werden.
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Die Erfindung wird nun auf dem Weg eines Beispiels näher beschrieben werden,
wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
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Abbildung 1 ein Querschnitt durch einen Bereich eines automatischen Getriebes in
der Nähe einer Reibungskupplung und einer Überholkupplung ist, der ein Halteglied
im Einklang mit dieser Erfindung zeigt;
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Abbildung 2 ein Querschnitt durch einen Bereich eines automatischen Getriebes in
der Nähe einer Reibungskupplung und einer Kolbenrückholfeder ist, der ein Halteglied
im Einklang mit dieser Erfindung zeigt;
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Abbildung 3 ein Querschnitt durch ein reibungsminderndes Lager ist, das für die
Verwendung mit dieser Erfindung geeignet ist;
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Abbildung 4 eine Ansicht von unten eines Laufringes des reibungsmindernden Lagers
aus Abbildung 3 ist; und
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Abbildung 5 ein Querschnitt durch einen Bereich eines automatischen Getriebes ist,
der eine Baugruppe nach dem bisherigen Stand der Technik zum Sichern der
Relativpositionen rotierender Bauteile zeigt.
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Nimmt man zunächst auf Abbildung 1 Bezug, schließt ein Reibungselement 10, zum
Beispiel eine hydraulisch betätigte Reibungsbremse oder Reibungskupplung, mehrere
Scheiben ein, die durch eine Welle 14 mit einem Kupplungsbauteil verbunden sind,
das in einem Stück mit dem äußeren Ring 16 einer Überholkupplung 18 ausgebildet
ist. Abwechselnd damit und zwischen jeder dieser Scheiben 12 befinden sich
Abstandsplatten 20, die durch eine Welle mit dem Getriebegehäuse oder einem
Bestandteil einer Reibungskupplung verbunden sind. Ein Hydraulikkolben 22, der zur
Bewegung entlang einer Längsachse gelagert ist, bewegt sich unter der Wirkung des
hydraulischen Drucks, der auf eine Kammer 24 ausgeübt wird, die sich hinter dem
Kolben 22 in einem Hydraulikzylinder 26 befindet, auf das Reibungselement 10 zu.
Ein Sprengring 28 sichert eine Druckplatte 30 auf dem Kupplungszylinder 26, wobei
diese dem hydraulischen Druck entgegenwirkt, der durch den in Kammer 24
aufgebauten hydraulischen Druck auf den Kolben 22 ausgeübt wird. Der Kolben
zwingt die Scheiben und Abstandsplatten zum Reibungskontakt, wodurch der äußere
Laufring 16 steuerbar mit dem Getriebegehäuse oder einem anderen
Kupplungsbestandteil verbunden wird.
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Um die Kupplung oder Bremse 10 zu lösen, wird der hydraulische Druck in der
Kammer 24 abgelassen, und eine Druckfedergruppe 32 zwingt den Kolben nach
rechts weg von der Berührung der Scheiben und Abstandsplatten. Die Druckfedern
34 befinden sich in einem Federhalteglied 36, das durch einen Sprengring oder
Sicherungsring 40 an einem Träger 38 befestigt ist.
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Die Kupplung 18 schließt einen inneren Ring 42 ein, der eine Fläche bereitstellt, um
Rollen 44 drehbar zu lagern, die sich innerhalb des ringförmigen Zwischenraumes
zwischen dem inneren Ring 42 und dem äußeren Ring 16 befinden. Abbildung 5 zeigt
ein Verfahren nach dem bisherigen Stand der Technik, um die Einwegkupplung 18
drehbar zu lagern. Ein Halteglied 46 wird durch einen Spreng ring oder Sicherungsring
50, der in eine im inneren Ring ausgebildete Vertiefung 52 eingepaßt ist, gegen die
Längsfläche 48 des äußeren Laufringes gedrückt. Ein Halteglied für hohe Drehzahlen
54, d.h. ein radial steifer, durchgehender Ring, besitzt einen Flansch, der gegen eine
Längsfläche 56 drückt, die am Ende des inneren Ringes ausgebildet ist, sowie einen
Flansch, der den Sprengring 50 überlappt und in eine auf dem Halteglied 46
ausgebildete Vertiefung eingepaßt ist.
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Ein Drucklager 60, das sich zwischen dem Träger 38 und dem inneren Ring 42 der
Einwegkupplung befindet, wirkt längsseitig ausgerichteten Kräften zwischen dem
Träger 38 und dem inneren Ring 42 entgegen und erleichtert deren gegenseitige
Drehung um die horizontale Achse.
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Eine Laufbuchse 62, die sich zwischen dem inneren Ring und dem Träger 38
befindet, sowie eine Laufbuchse 64, die sich zwischen dem Träger 36 und der
Sonnenradwelle 66 befindet, lagern diese Teile drehbar. Die Laufbuchsen erhalten
eine feste räumliche Beziehung zwischen den Bauteilen um die horizontale Achse
aufrecht. Die Laufbuchsen sind mit einem Preßsitz auf eines der angrenzenden
Bauteile gepreßt, d.h. auf das Bauteil, das der größten Stärkenabmessung der
Laufbuchse am nächsten liegt, wobei diese Stärke aus Stahl gefertigt ist. Das Material
der geringeren Stärke ist Bronze.
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Die Endflächen des äußeren und inneren Ringes, die sich an den axial
gegenüberliegenden Enden der Flächen 48 und 56 befinden, drücken gegen ein axial
unbewegliches Bauteil 68. Daher sind der innere und äußere Laufring aufgrund der
Berührung mit Bauteil 68 im wesentlichen unbeweglich in Bezug auf eine
Verschiebung in Längsrichtung nach links.
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Abbildung 1 zeigt eine Anordnung ähnlich der aus Abbildung 5, die aber die
vorliegende Erfindung beinhaltet. In der Baugruppe aus Abbildung 1 wurden das
Halteglied für hohe Drehzahlen 58 und der Sprengring 50 vollständig beseitigt. Ein
Halteglied 70, d.h. ein bezüglich der Drehachse 72 symmetrischer Ring, schließt eine
Fläche ein, die eine Längsfläche 74 des äußeren Ringes 16 berührt und sich radial
nach innen erstreckt, wobei sie den ringförmigen Zwischenraum, der von den
Walzenteilen 44 belegt ist, abdeckt und die Endfläche 76 des inneren Ringes 42
überlappt Der Träger 38 schließt einen Vorsprung 78 ein und der innere Ring besitzt
eine radiale Fläche 80.
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Ein Drucklager 82 befindet sich in dem Raum zwischen der Längsfläche des
Vorsprungs 78 und der Fläche 80. Das reibungsmindernde Drucklager 82 schließt
einen Laufring 84 ein, der die Oberfläche des Vorsprungs 78 berührt. Ein Laufring 86
berührt die Fläche 80 des inneren Laufringes 42 und Zungen 88 überlappen das
Halteglied 70.
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Die Abbildungen 3 und 4 zeigen Details der Konstruktion des reibungsmindernden
Drucklagers 82. Der Laufring 84 schließt einen nach innen gewandten Flansch 90 ein;
der Laufring 86 schließt einen nach innen gewandten Flansch 92 ein. Nadeln oder
Walzenteile 94 sind durch einen Käfig, der ein Käfigelement 96 nahe der Innenfläche
des Laufrings 86 und ein Käfigelement 98 nahe der Innenfläche des Laufrings 84
umfaßt, in einem Winkelabstand voneinander um die Drehachse des Lagers herum
angebracht.
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Die Laufringe und Käfige des Lagers werden vorzugsweise durch Pressen von
Blechmaterial hergestellt. Der Laufring 86 wird mit einem Außendurchmesser gepreßt,
der dem Außendurchmesser der Zungen 88 entspricht. Danach werden die
Entlastungsvertiefungen 100 gepreßt und die Zungen werden aus dem
ursprünglichen Preßstück geschnitten. Dann werden die Flansche 92 in eine zur
Ebene der Zungen 88 im wesentlichen senkrechte Position gerollt. Schließlich werden
am Umfang der Flansche 92 in Winkelabständen von etwa 30 Grad um die Achse die
Orte der Verkerbungspunkte gebildet.
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Abbildung 2 zeigt eine andere Anwendung der Erfindung in einer Anordnung, die
konzentrisch um die Längsachse 102 einer Antriebswelle 104 angeordnet ist. Die
rotierende Nabe 106 einer hydraulisch betätigten Reibungskupplung 108 wird bei 110
mit einer Antriebswelle 104 vernutet und mechanisch mit den Kupplungsträgern 112
und 114 verbunden, die untereinander durch Schweißen verbunden werden. Träger
114 besitzt eine vernutete Fläche 116, an der Abstandsplatten ähnlich den
Abstandsplatten 20 aus Abbildung 1 mechanisch mit dem Träger verbunden werden.
Kupplungsscheiben (nicht gezeigt) werden an der Oberfläche 118 mit einem
Kupplungselement 120 vernutet, das bei 122 mechanisch mit einem rotierenden
Bauteil 124 verbunden ist. Die Scheiben und Abstandsplatten wechseln einander ab
und bilden einen Stapel, der sich zwischen den Druckplatten an den axial
entgegengesetzten Enden der Kupplung 108 befindet.
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Der hydraulische Kolben 126 bewegt sich innerhalb des Hydraulikzylinders 128 nach
rechts, wenn die Druckkammer 130 durch Hydraulikfluidum unter Druck gesetzt wird,
das durch Durchgang 132 aus einer Hydraulikdruckquelle zugeführt wird. Eine
Druckfederbaugruppe 134, die sich zwischen Kolben 126 und Federhalteglied 136
befindet, schließt Druckfedern 138 ein, die den Kolben von Halteglied 136 weg und
aus der Berührung mit dem Stapel aus Kupplungsscheiben und Abstandsplatten
zwingen, wodurch der Reibungskontakt zwischen diesen aufgehoben und die
Kupplung gelöst wird.
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Das Drucklager 140 befindet sich zwischen dem Kupplungselement 120 und der
Direktkupplungsnabe 106. Zungen 142 erstrecken sich von der horizontalen Achse
des Drucklagers radial nach außen, wobei sie eine Endfläche des Federhaltegliedes
136 überlappen und dadurch eine Sperrfläche bereitstellen, die die Bewegung der
Federbaugruppe 134 entlang der Achse 102 nach rechts begrenzt. Das
Federhalteglied trägt eine dynamische hydraulische Dichtung 144, die die Oberfläche
des Hydraulikkolbens 126 berührt.
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Die relativen axialen Positionen von Nabe 106 und Kupplungselement 120 werden
durch die Stärkeabmessung des Lagers 140 bestimmt. Die axiale Position von
Halteglied 136 ist durch die tragende Berührung mit den Zungen 142 des Lagers
begrenzt und das Federhalteglied wird durch die Druckfedern 138, die sich zwischen
dem Kolben 126 und dem Halteglied 136 befinden, ständig nach rechts zur Berührung
der Zungen gezwungen. Das Spiel des Kolbens und des Halteglieds nach links ist
durch die Berührung des Kolbens mit dem Kupplungsträger 112 begrenzt. Ein
zusätzliches Halteglied, wie etwa Halteglied 70 in Abbildung 1, wird nicht benötigt.
Das Drucklager und, falls nötig, der Haltering 70 können zum Halten von
Kupplungszylindern, Wellen, Laufringen von Einwegkupplungen und
Planetenradträgern verwendet werden, von Bestandteilen also eines
Automatikgetriebes.
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Wie Abbildung 1 zeigt, zirkuliert ein schmierendes Fluidum durch die Baugruppe, da
axiale Durchgänge zwischen den Wellen, die durch die Laufbuchsen 64, 62 getrennt
gehalten werden, und radiale Durchgänge, die von den axialen Durchgängen nach
außen führen, bereitgestellt werden. Fluidum, das durch die
Zentrifugalbeschleunigung nach außen getrieben wird, tritt zwischen den Laufringen
84 und 86 in das Lager 82 ein und strömt radial durch das Lager, wobei es an den
Durchgängen an der Basis der Zungen 88, wo die Flansche unterbrochen sind,
austritt. Dies gestattet einen verbesserten Fluidumdurchfluß durch das Lager und
einen verstärkten Fluß zu den angrenzenden Bauteilen.