WO2018086653A1 - Doppelschlingfeder, rotationseinrichtung und zu aktuierendes system - Google Patents

Doppelschlingfeder, rotationseinrichtung und zu aktuierendes system Download PDF

Info

Publication number
WO2018086653A1
WO2018086653A1 PCT/DE2017/100930 DE2017100930W WO2018086653A1 WO 2018086653 A1 WO2018086653 A1 WO 2018086653A1 DE 2017100930 W DE2017100930 W DE 2017100930W WO 2018086653 A1 WO2018086653 A1 WO 2018086653A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
region
winding
hub
shaft
wrap spring
Prior art date
Application number
PCT/DE2017/100930
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lars Schumann
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority to DE112017005614.4T priority Critical patent/DE112017005614A5/de
Publication of WO2018086653A1 publication Critical patent/WO2018086653A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/20—Freewheels or freewheel clutches with expandable or contractable clamping ring or band
    • F16D41/206—Freewheels or freewheel clutches with expandable or contractable clamping ring or band having axially adjacent coils, e.g. helical wrap-springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D13/00—Friction clutches
    • F16D13/08—Friction clutches with a helical band or equivalent member, which may be built up from linked parts, with more than one turn embracing a drum or the like, with or without an additional clutch actuating the end of the band
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/20—Freewheels or freewheel clutches with expandable or contractable clamping ring or band
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/20—Freewheels or freewheel clutches with expandable or contractable clamping ring or band
    • F16D41/203—Freewheels or freewheel clutches with expandable or contractable clamping ring or band having coils overlapping in a single radial plane, e.g. Archimedian spiral
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D7/00—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock
    • F16D7/02—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the friction type
    • F16D7/022—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the friction type with a helical band or equivalent member co-operating with a cylindrical torque limiting coupling surface

Definitions

  • the present invention relates to a double wrap spring with an inner
  • the present invention relates to a
  • Rotation device with the double-loop spring according to the invention as well as a system to be actuated, in particular a coupling device which comprises the rotation device according to the invention.
  • actuating means are required, which are also called actuators, and with which a required force can be generated via a corresponding path.
  • actuators the rotational movement of a component in an axial movement of another
  • Convert components e.g. to open or close a clutch.
  • Typical actuators are hydraulic slave cylinders, or else
  • Planetary roller screw drives PWG.
  • Planetenxxlzgewindespindeltriebe comprise a spindle, a spindle nut and between them arranged over the circumference, received in a planet carrier PlanetenxxlzSystemn.
  • One of the components - spindle or spindle nut - are rotationally driven and the other component is displaceable at a rotationally fixed arrangement along the longitudinal axis of the spindle about one of the set translation corresponding axial travel.
  • Such double-loop springs comprise two winding areas which are frictionally engaged with respective other components which are rotationally movable relative to each other
  • Doppelschlingfedern have an inner winding region and an outer winding region, wherein in a radially nested embodiment of the Doppelschlingfeder the direction of rotation of the helical inner
  • Winding area and the outer winding area are opposite, so that in the unassembled state of the double wrap spring at initiation of
  • Direction of rotation of the inner winding region and the outer winding region can be reduced in their radial extent.
  • Double wrap springs can have interleaved winding regions of different diameters, or axially successively arranged winding regions of different diameters, which are connected to each other via a transition region.
  • Such a double wrap spring is also known from DE 10 2015 220 920 A1, in which an inner winding region is arranged coaxially within the space defined by the outer winding region.
  • the inner winding region and the outer winding region are integrally formed.
  • DE 10 2015 217 164 A1 discloses such a double wrap spring which has an inner winding region and an outer winding region, wherein the outer winding region overlaps the inner winding region on its radial winding region Outside surrounds.
  • the two winding areas are mechanically connected to one another via a connecting piece.
  • This document teaches an assembly with friction means with at least two relatively rotatable components, in particular for the actuation of a
  • a helical spring is arranged between the relatively rotatable components, which can change the efficiency or the friction of the friction device in a relative rotation of the components.
  • Coil spring is preferably designed as a wrap spring. It comprises a first area with a smaller diameter and a second area with a larger diameter, and a transition area between the first area and the second area.
  • FIG. 1 shows a
  • Doppelschlingfeder 20 with an inner winding portion 21 and an outer winding portion 22, and with a the inner winding portion 21 to the outer winding portion 22 mechanically connecting transition region 23.
  • Figure 1 state of Doppelschlingfeder 10 are the
  • FIG. 2 shows a rotation device 10 according to the invention with a shaft 1 1 and a hub 12.
  • the inner winding 21 is seated on the shaft 1 1 and the outer winding 22 is located inside the hub 12 at.
  • Figure 2 state of Doppelschlingfeder 20 whose eccentricity is canceled, but due to the original eccentricity of the transition region 23 between the inner winding region 21 and the outer winding region 22 is very short and thus very stiff.
  • the positioning of the inner winding region 21 and the outer winding region 22 is supported by a support device 30.
  • DE 10 2015 204 588 A1 discloses a method for producing a
  • Wrap spring element which is wound from a wire with a rectangular wire cross-section.
  • the wire cross section can be reduced at least over the length of an effective range of the wrap spring element by at least one cutting and / or non-cutting machining operation from an output cross section to an end cross section.
  • a biasing member comprising a ring integral with a
  • the invention is therefore based on the object to provide a Doppelschlingfeder and a rotary device equipped therewith and a system to be aktuierendes comprehensive to provide that ensure low production costs, that in the realization of acting on the double wrap spring or rotation unit torque in a first direction of rotation relatively low loss one
  • Rotation device according to the invention are in the dependent claims 7-9
  • a double wrap spring for
  • the double-loop spring is designed in the relaxed, not installed state such that the two winding areas are formed as spirals in a common plane.
  • the plane extends straight and therefore two-dimensional.
  • inner winding region and “outer winding region” are based on the transition region which separates the two winding regions from one another.
  • the double wrap spring according to the invention is designed to be deformed, so that the inner winding region as well as the outer winding region are in each case essentially in the form of a cylinder, in the installed state with a
  • Torsionsmoment about the common axis of rotation of the inner winding region and the outer winding region to be charged acts, for example, in entrainment of the inner winding region and / or of the outer winding region due to frictional forces between the cylindrical inner winding region and a shaft or due to frictional forces between the cylindrical outer winding region and the inner side of a hollow cylinder radially adjoining the outer winding region.
  • Transition area are integral components of the double coil spring. This means that the Doppelschlingfeder is essentially made of a circuit board in one piece. With the transition region is a torsional moment of the outer
  • the double wrap spring according to the invention can exert radial pressure on a shaft arranged inside the inner winding region and exert radial pressure on the inside of a hollow cylinder against which the outer winding region abuts.
  • a low friction between the double wrap spring and the adjacent components are generated, and in the reverse direction of rotation, a high friction can be generated, which can cause a braking effect or blocking effect.
  • the advantage of the double wrap spring according to the invention lies in particular in the simple and cost-effective production in conjunction with a very stiffly executable connection region for increasing the efficiency of an actuator designed with the double wrap spring. So can be by means of
  • the transition region has a height Hü that is greater than the height Hi of the spring of the inner winding region in the region adjacent to the transition region, and greater than the height Ha of the spring of the outer winding region in FIG the transition area adjacent area.
  • the height Hü of the transitional region is at least 1.5 times the height Hi of the spring of the inner winding region in the region adjoining the transition region, and also at least 1.5 times the height Ha of the spring of the outer
  • Winding area in the area adjacent to the transition area ensures a high transition stiffness of the double wrap spring, and thus that with loss of rotation loss function can be met loss.
  • the height of the spring in the inner winding region and / or in the outer winding region is reduced with increasing distance from the transition region.
  • Purpose of this Embodiment of the inner winding region and the outer winding region is to achieve the most uniform bending stress distribution in the installed state, when spring regions located radially further from the transition region are deflected in order to adapt to the dimensions and geometry of a rotating device.
  • the double-loop spring can be configured such that an inner connection radius Ri exists between the transition region and the inner winding region, and an outer connection radius Ra exists between the transition region and the outer winding region, wherein the inner connection radius Ri exists on the radially outer side of the transition region. and the outer one
  • Connection radius Ra on the radially inner side of the transition region consists.
  • connection Ri and Ra form cavities at the transition region.
  • the inner connection radius Ri is the inner radius of curvature of
  • the outer connection radius Ra is the inner radius of curvature of the
  • Winding area and the outer winding area are used in particular to avoid notch effects and edges. In addition, they facilitate the production of the double wrap spring by optimizing the cut contour.
  • a further aspect of the invention is a method for producing a double-loop spring according to the invention, in which an essentially two-dimensional circuit board is provided, and from the circuit board an inner winding region and an outer winding region and between the inner winding region and the outer winding region a transition region are produced, wherein the two winding areas are designed as spirals.
  • the two winding areas are worked out of the board by means of a separation process, such as stamping, laser cutting, water jet cutting or by means of an etching process.
  • FIG. 1 Another aspect of the invention is a rotation device, comprising a shaft and a hub configured as a hollow cylinder, at least in sections, and between the shaft and the inside of the hollow cylinder of the hub
  • Double wrap spring according to the invention.
  • Double wrap spring is from the common plane essentially into one
  • Formed cylindrical shape or helical shape namely preferably elastically deformed, and lies with its inner side on an outer side of the shaft, and the outer winding region of the double wrap spring is from the common plane in
  • Winding areas are arranged concentrically to each other and at a
  • Rotational movement in a first rotational direction of the hub relative to the shaft of the outer winding region increases a radial pressure on the inside of the hollow cylinder of the hub, so that the rotational movement of the hub is braked or blocked with respect to the shaft, and when reversing the direction of rotation in a second
  • the shaft may also have the shape of a pin.
  • the inner side of the inner winding portion has the cylindrical shape for arranging the inner winding portion on the shaft, and that the outer side of the outer winding portion has the cylindrical shape for disposing the outer winding portion on the inner side of the hub.
  • the Doppelschlingfeder thus has the task to influence the efficiency of a module depending on the direction of rotation, such as to ensure a self-holding function of an actuator.
  • the reduction of the radial pressure on the inside of the hollow cylinder of the hub occurs in that the outer winding region slightly reduces its diameter when reversing the direction of rotation in a second direction of rotation.
  • the inner winding portion Due to opposite winding directions of the inner winding portion and the outer winding portion, upon rotation in the first rotational direction due to a widening of the diameter of the inner winding portion, the inner winding portion will reduce a radial pressure to the outside of the shaft.
  • the inner winding area When reversing the direction of rotation in a second direction of rotation of the hub with respect to the shaft, the inner winding area will increase a radial pressure on the outside of the shaft.
  • the initiation of the rotational movement takes place via friction moments, which act between the inner winding region and the shaft or the outer winding region and the hollow cylinder. These friction moments are generated by normal forces with which the inner winding region presses on the outside of the shaft, or with which the outer winding region presses on the inside of the hollow cylinder.
  • the double wrap spring is seated in the rotation device such that the double wrap spring also in the idle state and without loading by a
  • Hollow cylinder exerts the hub.
  • the inner winding portion causes a reduction of the radial pressure on the outside of the shaft due to a widening of the diameter of the inner winding portion. This causes a drag torque on the shaft, which, however, is very low, so that the hub with respect to the shaft is smoothly movable. In this situation, the outer winding area closes the
  • the shaft or friction surface thereof may be part of a rotor, a spindle or a similar component, and the hub may in particular be part of a rotor or a spindle nut or a similar component.
  • the hub may be part of the spindle nut of the
  • Planetenskylzgewindespindeltrieb is an actuator for actuating a clutch can now be prevented by means of Doppelschlingfeder invention that due to a voltage applied to the rotating device, an unwanted rotational movement and thus an unwanted translational movement of elements of Planetenskylzgewindra spindle drive is generated by the
  • the present invention is not limited to the design of the rotating device as Planetenxxlzgewindsspindeltrieb, but the Doppelschlingfeder can also be arranged between the stator and rotor of an electric motor or between the bearing outer ring and the bearing inner ring of a rolling bearing.
  • transition range is the maximum possible height in the
  • the double-loop spring can be present such that the inner winding region and the outer winding region are arranged radially nested in one another, or the inner winding region and the outer winding region are connected to one another along the axial direction of the rotational device. That is, the inventive
  • Doppelschlingfeder be installed in both axial and radial arrangement can.
  • the winding direction of the windings can be adapted to the specific application during installation.
  • the double wrap spring according to the invention can be designed such that the inner winding region and the outer winding region overlap radially at least in sections, or that they are axially connected to one another.
  • the former variant is thus the
  • Doppelschlingfeder nested wherein the inner winding region of the outer winding region is at least partially and preferably completely surrounded radially.
  • the inner winding region and the outer winding region are not radially superimposed on one another but are connected axially in series with one another.
  • the inner winding region and the outer winding region are connected to each other via the respective transition region.
  • the length of the transition area Lü is without the
  • the transition region is relatively short in relation to the circumference of the shaft, so that it has a high rigidity.
  • the length L ⁇ b> 1 is to be measured from the inner terminal radius Ri to the outer terminal radius Ra.
  • the invention also provides a system to be actuated, in particular a coupling device, which or which one
  • Actuating device comprising a rotation device according to the invention, wherein the actuating device is adapted to convert a rotational movement of the rotation device in a translational movement for the purpose of operating a system, in particular a clutch.
  • the actuating device can be here in particular the mentioned Planetenxxlzgewindsspindeltrieb.
  • a coupling device according to the invention also comprises the
  • the rotating device according to the invention for the actuation of a system or a clutch of a vehicle is configured, wherein the double-loop spring in an actuator, such as in a
  • the clutch device is adapted to a torque of one
  • the advantage of the double wrap spring according to the invention lies not only in the low production costs but also in the increased stiffness of the transition between the inner winding region and the outer winding region, so that a torque transmitted by the winding regions can be transferred efficiently and in the shortest possible time when the direction of rotation of the shaft or hub is reversed. so that a holding torque in a equipped with the double wrap spring rotation device can be generated in a reliable manner with the double wrap spring.
  • the Doppelschlingfeder can thus for each actuator and in particular for
  • Kupplungaktorik be used for the realization of energy saving concepts, e.g. when power disconnecting the drive motor, and / or to blockade a
  • FIG. 4 shows a section of the double loop spring shown in FIG. 3, FIG.
  • FIG. 5 shows a double wrap spring according to the invention in a radial arrangement form
  • FIG. 6 shows a double wrap spring according to the invention of the radial arrangement form in the installed state
  • FIG. 7 shows a Doppelschlingfeder invention in an axial arrangement form
  • Fig. 8 a Doppelschlingfeder invention the axial arrangement form in the installed state.
  • FIG. 2 shows a rotation device 10, which also represents an aspect of the present invention. The arranged in this rotation device 10 Doppelschlingfeder 20 is in their different
  • FIG. 3 shows the double-loop spring 20 in the non-installed state. It can be seen that the double wrap spring 20 substantially in one
  • the inner winding region 21 is arranged radially inward and the outer winding region 22 is arranged radially on the outside.
  • Both winding regions 21, 22 are present here as two-dimensional spirals, wherein the gap width 50 between the individual flights of the respective spiral is designed to be minimal. This is realized by manufacturing technology, inter alia, by laser cutting, stamping or etching.
  • FIG. 4 shows a detail of the double-loop spring shown in FIG. It can be seen that the height Hi of the spring formed by the inner winding portion 21 becomes smaller, the greater the distance to
  • Transition region 23 is. The same applies to the outer winding region 22, the height Ha also decreases with increasing distance from the transition region 23.
  • the transition region 23 has a height Hü which is dimensioned such that it substantially fills the distance resulting from the diameter difference of the diameter of the shaft Dw and the diameter of the hub Dn , Therefore, the transition region 23 has a maximum high area moment of inertia and consequently a maximum conflict.
  • the inner winding region 21 adjoins the transition region 23 via an inner connection radius Ri
  • the outer winding region 22 adjoins the transition region 23 via an outer connection radius Ra.
  • the length L 1 of the transition region 23 is relatively short in relation to the circumference of the shaft, which increases the rigidity of the
  • FIG. 5 shows an arrangement form of the double wrap spring 20 when it is installed. It can be seen that the inner winding region 21 and the outer
  • Winding portion 22 nested and coaxial.
  • Figure 6 shows this embodiment of the radial arrangement of
  • FIGS. 7 and 8 show a second arrangement of the double-loop spring 20, in which the double-loop spring 20 has an axial arrangement of the inner winding region 21 and the outer winding region 22. That is, here, the inner winding region 21, the transition region 23 and the outer
  • Winding portion 22 are arranged axially one behind the other. As can be seen from FIG. 8, here too the height Hi, Ha of the inner winding region 21 or the outer winding region 22 decreases with increasing distance from the transition region 23 in order to make the springback-related contact forces through the winding regions 21, 22 uniform.
  • a double wrap spring is provided, which is inexpensive to produce and has a high rigidity in the transition region.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Springs (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Doppelschlingfeder sowie eine Rotationseinrichtung mit der erfindungsgemäßen Doppelschlingfeder und ein zu aktuierendes System. Die Doppelschlingfeder (20) umfasst einen inneren Wicklungsbereich (21) und einen äußeren Wicklungsbereich (22), sowie einen den inneren Wicklungsbereich (21) mit dem äußeren Wicklungsbereich (22) mechanisch verbindenden Übergangsbereich (23). Im nicht eingebauten Zustand der Doppelschlingfeder sind die Wicklungsbereiche (21, 22) als Spiralen in einer gemeinsamen Ebene ausgebildet. Mit der hier vorgeschlagenen Doppelschlingfeder lässt sich mit geringen Herstellungskosten eine erhöhte Steifigkeit des Übergangs zwischen dem inneren Wicklungsbereich und dem äußeren Wicklungsbereich realisieren.

Description

Doppelschlingfeder, Rotationseinrichtung und zu aktuierendes System
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Doppelschlingfeder mit einem inneren
Wicklungsbereich und einen diesbezüglich radial außen angeordneten äußeren Wicklungsbereich. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine
Rotationseinrichtung mit der erfindungsgemäßen Doppelschlingfeder, sowie ein zu aktuierendes System, insbesondere eine Kupplungseinrichtung, welches bzw. welche die erfindungsgemäße Rotationseinrichtung umfasst.
Zur Betätigung von Kupplungen muss üblicherweise ein translatorischer Weg zurückgelegt werden, um Kupplungshälften voneinander zu trennen oder sie miteinander in Eingriff zu bringen. Zu diesem Zweck werden Betätigungseinrichtungen benötigt, die auch Aktoren genannt werden, und mit denen eine benötigte Kraft über einem entsprechenden Weg erzeugbar ist. Es existieren zu diesem Zweck Aktoren, die die Drehbewegung eines Bauteiles in eine Axialbewegung eines weiteren
Bauteiles umwandeln, z.B. um eine Kupplung zu öffnen oder zu schließen.
Typische Aktoren sind hydraulische Nehmerzylinder, oder auch
Planetenwälzgewindespindeltriebe (PWG). Planetenwälzgewindespindeltriebe umfassen eine Spindel, einer Spindelmutter und zwischen diesen über den Umfang angeordnete, in einem Planetenträger aufgenommene Planetenwälzkörpern. Eine der Komponenten - Spindel oder Spindelmutter - sind drehangetrieben und die andere Komponente ist bei drehfester Anordnung längs der Längsachse der Spindel um einen der eingestellten Übersetzung entsprechenden Axialweg verlagerbar. Bei beispielsweise mittels eines Elektromotors angetriebenen wirkungsgradoptimierten Spindeltrieben wie z.B. Planetenwälzgewindespindeltrieben und insbesondere in Aktoren, wie hydrostatischen Kupplungsaktoren, die gegen eine Last, die durch eine Kupplungskennlinie abbildbar ist, arbeiten, ist bei einem erforderlichen Halten einer Position ein Haltestrom und somit ein Haltemoment im Elektromotor erforderlich. Bei einem Planetenwälzgewindespindeltrieb ist dies darin begründet, dass dieser keine Selbsthemmung aufweist. Das bedeutet jedoch, dass bei Stromausfall oder mangelnder Stromversorgung die Soll-Position des Aktors nicht gehalten werden kann, so dass die Gefahr besteht, dass die Kupplung unkontrollierbar betätigt wird.
Um dies zu vermeiden, hat sich der Einsatz von Doppelschlingfedern etabliert.
Derartige Doppelschlingfedern umfassen zwei Wicklungsbereiche, die mit jeweils anderen, zueinander rotatorisch bewegbaren Bauteilen reibschlüssig
zusammenwirken können.
Doppelschlingfedern haben einen inneren Wicklungsbereich und einen äußeren Wicklungsbereich, wobei in einer radial ineinander verschachtelten Ausführungsform der Doppelschlingfeder die Drehrichtrung des schraubengangförmigen inneren
Wicklungsbereiches und des äußeren Wicklungsbereiches entgegengesetzt sind, so dass im nicht-montierten Zustand der Doppelschlingfeder bei Einleitung eines
Drehmoments in den inneren Wicklungsbereich in einer ersten Drehrichtung der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich in ihren radialen
Erstreckungen aufgeweitet werden, und bei Drehrichtungsumkehr in eine zweite
Drehrichtung der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich in ihren radialen Erstreckungen verringert werden.
Doppelschlingfedern können dabei ineinander verschachtelte Wicklungsbereiche unterschiedlichen Durchmessers haben, oder axial hintereinander angeordnete Wicklungsbereiche unterschiedlichen Durchmessers haben, die jeweils über einen Übergangsbereich miteinander verbunden sind.
Auch aus der DE 10 2015 220 920 A1 ist eine derartige Doppelschlingfeder bekannt, bei der ein innerer Wicklungsbereich innerhalb des vom äußeren Wicklungsbereich definierten Raumes koaxial angeordnet ist. Hierbei sind der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich einteilig ausgebildet.
Die DE 10 2015 217 164 A1 offenbart eine derartige Doppelschlingfeder, die einen inneren Wicklungsbereich sowie einen äußeren Wicklungsbereich aufweist, wobei der äußere Wicklungsbereich den inneren Wicklungsbereich auf dessen radialer Außenseite umgibt. Die beiden Wicklungsbereiche sind über ein Verbindungsstück miteinander mechanisch verbunden.
Die entsprechende axiale Anordnung ist aus der WO 2015/048961 A2 bekannt.
Dieses Dokument lehrt eine Baugruppe mit Reibeinrichtung mit wenigstens zwei relativ zueinander drehbaren Bauteilen, insbesondere für die Betätigung einer
Kupplung eines Fahrzeuges. Zwischen den relativ zueinander drehbaren Bauteilen ist eine Schraubenfeder angeordnet, welche bei einer Relativdrehung der Bauteile den Wirkungsgrad bzw. die Reibung der Reibeinrichtung verändern kann. Die
Schraubenfeder ist dabei vorzugsweise als eine Schlingfeder ausgebildet. Sie umfasst einen ersten Bereich mit einem geringeren Durchmesser sowie einen zweiten Bereich mit einem größeren Durchmesser, und zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich einen Übergangsbereich.
In der nachveröffentlichten DE 10 2016 215 822 A1 wird beschrieben, dass der Übergangsbereich der Doppelschlingfeder verringert wird um die Steifigkeit zu verbessern. Dieses Dokument lehrt Ausgestaltungen der Doppelschlingfeder, wie sie in den beiliegenden Figuren 1 und 2 dargestellt sind. Figur 1 zeigt dabei eine
Doppelschlingfeder 20 mit einem inneren Wicklungsbereich 21 und einem äußeren Wicklungsbereich 22, sowie mit einem den inneren Wicklungsbereich 21 mit dem äußeren Wicklungsbereich 22 mechanisch verbindenden Übergangsbereich 23. Im entspannten, in Figur 1 gezeigten Zustand der Doppelschlingfeder 10 sind die
Wicklungsbereiche 21 ,22 exzentrisch zueinander angeordnet. Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Rotationseinrichtung 10 mit einer Welle 1 1 und einer Nabe 12. Die innere Wicklung 21 sitzt auf der Welle 1 1 und die äußere Wicklung 22 liegt im Inneren der Nabe 12 an. Im eingebauten, in Figur 2 gezeigten Zustand der Doppelschlingfeder 20, ist deren Exzentrizität aufgehoben, wobei allerdings auf Grund der ursprünglichen Exzentrizität der Übergangsbereich 23 zwischen dem inneren Wicklungsbereich 21 und dem äußeren Wicklungsbereich 22 sehr kurz und damit sehr steif ausgeführt ist. Weiterhin wird die Positionierung des inneren Wicklungsbereiches 21 und des äußeren Wicklungsbereiches 22 durch eine Stützeinrichtung 30 unterstützt. Die DE 10 2015 204 588 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines
Schlingfederelements, welches aus einem Draht mit rechteckigem Drahtquerschnitt gewickelt wird. Dabei kann der Drahtquerschnitt zumindest über die Länge eines Wirkbereiches des Schlingfederelementes durch wenigstens einen spanenden und/oder spanlosen Bearbeitungsvorgang von einem Ausgangsquerschnitt auf einen Endquerschnitt reduziert werden.
Alle genannten Ausführungsformen der Doppelschlingfeder sind gewickelt. Ein Nachteil des Wickeins ist jedoch, dass die Windungsrichtung und somit die
Wirkrichtung der unverbauten Doppelschlingfeder vorgegeben sind. Darüber hinaus ist in der DE 10 2008 053 401 A1 eine einfach wirkende Schlingfeder aus Stanzbiegeteilen beschrieben. Ein solches Stanzbiegeteil ist ein
Vorspannelement, welches einen Ring umfasst, der einstückig mit einem
Vorspannarm verbunden ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Doppelschlingfeder sowie eine damit ausgestattete Rotationseinrichtung und ein diese umfassendes zu aktuierendes System zur Verfügung zu stellen, die mit geringen Herstellungskosten gewährleisten, dass bei Realisierung eines auf die Doppelschlingfeder bzw. Rotationseinheit wirkenden Drehmomentes in einer ersten Drehrichtung relativ verlustarm eine
Rotationsbewegung erzeugbar ist, und bei Umkehrung der Drehmoment- bzw.
Drehrichtung in zuverlässiger und schneller Weise eine Brems- bzw. Blockadewirkung der Rotationseinrichtung herbeiführbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Doppelschlingfeder nach Anspruch 1 , die erfindungsgemäße Rotationseinrichtung nach Anspruch 6 sowie durch das erfindungsgemäße zu aktuierende System nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Doppelschlingfeder sind in den
Unteransprüchen 2-5 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
erfindungsgemäßen Rotationseinrichtung sind in den Unteransprüchen 7-9
angegeben.
Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Doppelschlingfeder zur
Verfügung gestellt, die einen inneren Wicklungsbereich und einen äußeren
Wicklungsbereich sowie einen den inneren Wicklungsbereich mit dem äußeren Wicklungsbereich mechanisch verbindenden Übergangsbereich aufweist. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Doppelschlingfeder im entspannten, nicht eingebauten Zustand derartig ausgeführt ist, dass die beiden Wicklungsbereiche als Spiralen in einer gemeinsamen Ebene ausgebildet sind. Die Ebene erstreckt sich gerade und demzufolge zweidimensional. Dadurch ist eine sehr einfache und kostengünstige Federfertigung möglich.
Die Bezeichnungen„innerer Wicklungsbereich" und„äußerer Wicklungsbereich" sind dabei auf den Übergangsbereich bezogen, der die beiden Wicklungsbereiche voneinander trennt.
Die erfindungsgemäße Doppelschlingfeder ist dazu ausgestaltet, verformt zu werden, so dass der innere Wicklungsbereich sowie auch der äußere Wicklungsbereich jeweils im Wesentlichen in Zylinderform vorliegen, im eingebauten Zustand mit einem
Torsionsmoment um die gemeinsame Rotationsachse des inneren Wicklungsbereichs und des äußeren Wicklungsbereichs belastet zu werden. Dieses Torsionsmoment wirkt zum Beispiel bei der Mitnahme des inneren Wicklungsbereichs und/oder des äußeren Wicklungsbereichs aufgrund von Reibkräften zwischen dem zylinderförmigen inneren Wicklungsbereich und einer Welle bzw. aufgrund von Reibkräften zwischen dem zylinderförmigen äußeren Wicklungsbereich und der Innenseite eines am äußeren Wicklungsbereich radial außen anliegenden Hohlzylinders.
Der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich sowie der
Übergangsbereich sind integrale Bestandteile der Doppelschlingfeder. Das bedeutet, dass die Doppelschlingfeder im Wesentlichen aus einer Platine einteilig ausgeführt ist. Mit dem Übergangsbereich ist ein Torsionsmoment von dem äußeren
Wicklungsbereich auf den inneren Wicklungsbereich und umgekehrt übertragbar. Wie bereits bezüglich des Standes der Technik beschrieben, kann die erfindungsgemäße Doppelschlingfeder im eingebauten Zustand radial einen Druck auf eine innerhalb des inneren Wicklungsbereichs angeordnete Welle ausüben, sowie radial einen Druck auf die Innenseite eines Hohlzylinders ausüben, an dem der äußere Wicklungsbereich anliegt. Somit kann durch Relativ-Rotationsbewegung der an den Wicklungsbereichen anliegenden Bauteile in der einen Drehrichtung eine geringe Reibung zwischen der Doppelschlingfeder und den anliegenden Bauteilen erzeugt werden, und in der Gegendrehrichtung eine hohe Reibung erzeugt werden, die eine Bremswirkung bzw. Blockadewirkung hervorrufen kann.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Doppelschlingfeder liegt insbesondere in der einfachen und kostengünstigen Fertigung in Verbindung mit einem sehr steif ausführbaren Verbindungsbereich zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines mit der Doppelschlingfeder ausgestalteten Aktors. So lässt sich mittels der
Doppelschlingfeder eine reibmomentbedingte Bremswirkung sehr schnell und zuverlässig erzeugen.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Doppelschlingfeder ist vorgesehen, dass der Übergangsbereich eine Höhe Hü aufweist, die größer ist als die Höhe Hi der Feder des inneren Wicklungsbereichs im an den Übergangsbereich angrenzenden Bereich, und größer ist als die Höhe Ha der Feder des äußeren Wicklungsbereichs im an den Übergangsbereich angrenzenden Bereich. Bevorzugt ist die Höhe Hü des Übergangsbereichs mindestens 1 ,5 Mal so hoch wie die Höhe Hi der Feder des inneren Wicklungsbereichs im an den Übergangsbereich angrenzenden Bereich, und ebenfalls mindestens 1 ,5 Mal so hoch wie die Höhe Ha der Feder des äußeren
Wicklungsbereichs im an den Übergangsbereich angrenzenden Bereich. Dadurch wird eine hohe Übergangssteifigkeit der Doppelschlingfeder gewährleistet, und somit, dass bei Drehrichtungswechsel verlustarm eine Haltefunktion erfüllt werden kann.
In einer alternativen Ausgestaltung der Doppelschlingfeder ist vorgesehen, dass die Höhe der Feder im inneren Wicklungsbereich und/ oder im äußeren Wicklungsbereich mit zunehmenden Abstand von dem Übergangsbereich verringert ist. Zweck dieser Ausgestaltung des inneren Wicklungsbereichs und des äußeren Wicklungsbereichs ist, eine möglichst gleichmäßige Biegespannungsverteilung im Einbauzustand zu erreichen, wenn radial weiter von dem Übergangsbereich befindliche Federbereiche eingefedert werden, um sich den Abmaßen und Geometrie einer Rotationseinrichtung anzupassen.
Weiterhin kann die Doppelschlingfeder derart ausgestaltet sein, dass zwischen dem Übergangsbereich und dem inneren Wicklungsbereich ein innerer Anschlussradius Ri besteht, und zwischen dem Übergangsbereich und dem äußeren Wicklungsbereich ein äußerer Anschlussradius Ra besteht, wobei der innere Anschlussradius Ri an der radial äußeren Seite des Übergangsbereichs besteht, und der äußere
Anschlussradius Ra an der radial inneren Seite des Übergangsbereichs besteht.
Die Anschlussradien Ri und Ra bilden dabei Kavitäten am Übergangsbereich aus. Der innere Anschlussradius Ri steht zum inneren Krümmungsradius des
Übergangsbereiches Rü in einem Verhältnis von Rü/Ri = -1 bis 1 , wobei der Wert -1 gleichbedeutend mit der Verhältnisangabe 1 , sich aber auf eine entgegengesetzte Krümmung bezieht.
Der äußere Anschlussradius Ra steht zum inneren Krümmungsradius des
Übergangsbereiches Rü in einem Verhältnis von Rü/Ra = 1 bis 2.
Die Übergangsradien zwischen dem Übergangsbereich und dem inneren
Wicklungsbereich sowie dem äußeren Wicklungsbereich dienen insbesondere der Vermeidung von Kerbwirkungen und Kanten. Zudem erleichtern sie die Fertigung der Doppelschlingfeder durch Optimierung der Schnittkontur.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Doppelschlingfeder, bei dem eine im Wesentlichen zweidimensionale Platine bereit gestellt wird, und aus der Platine ein innerer Wicklungsbereich und ein äußerer Wicklungsbereich sowie zwischen dem inneren Wicklungsbereich und dem äußeren Wicklungsbereich ein Übergangsbereich erzeugt werden, wobei die beiden Wicklungsbereiche als Spiralen ausgeführt werden. Die beiden Wicklungsbereiche werden mittels eines Trennverfahrens, wie z.B. Stanzen, Lasern, Wasserstrahlschneiden, oder auch mittels eines Ätzverfahrens aus der Platine heraus gearbeitet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Rotationseinrichtung, umfassend eine Welle und eine zumindest abschnittsweise als Hohlzylinder ausgestaltete Nabe sowie zwischen Welle und der Innenseite des Hohlzylinders der Nabe eine
erfindungsgemäße Doppelschlingfeder. Der innere Wicklungsbereich der
Doppelschlingfeder ist aus der gemeinsamen Ebene im Wesentlichen in eine
Zylinderform bzw. Helix-Form umgeformt, nämlich vorzugsweise elastisch verformt, und liegt mit seiner Innenseite an einer Außenseite der Welle an, und der äußere Wicklungsbereich der Doppelschlingfeder ist aus der gemeinsamen Ebene im
Wesentlichen in eine Zylinderform bzw. Helix-Form umgeformt und liegt mit seiner Außenseite an einer Innenseite des Hohlzylinders der Nabe an, so dass beide
Wicklungsbereiche zueinander konzentrisch angeordnet sind und bei einer
Rotationsbewegung in einer ersten Drehrichtung der Nabe in Bezug zur Welle der äußere Wicklungsbereich einen radialen Druck auf die Innenseite des Hohlzylinders der Nabe vergrößert, so dass die Rotationsbewegung der Nabe in Bezug zur Welle gebremst oder blockiert wird, und bei Drehrichtungsumkehr in eine zweite
Drehrichtung der Nabe in Bezug zur Welle der äußere Wicklungsbereich einen radialen Druck auf die Innenseite des Hohlzylinders der Nabe verringert, so dass die Rotationsbewegung der Nabe in Bezug zur Welle realisierbar ist. Die Welle kann auch die Form eines Zapfens aufweisen.
Das heißt, dass die Innenseite des inneren Wicklungsbereichs die Zylinderform aufweist zur Anordnung der inneren Wicklungsbereich auf der Welle, und dass die die Außenseite des äußeren Wicklungsbereichs die Zylinderform aufweist zur Anordnung der äußeren Wicklungsbereich an der Innenseite der Nabe.
Die Doppelschlingfeder hat somit die Aufgabe, den Wirkungsgrad einer Baugruppe drehrichtungsabhängig zu beeinflussen, wie bspw. eine Selbsthaltefunktion eines Aktors zu gewährleisten. Die Verringerung des radialen Drucks auf die Innenseite des Hohlzylinders der Nabe tritt dadurch auf, dass der äußere Wicklungsbereich bei Drehrichtungsumkehr in eine zweite Drehrichtung seinen Durchmesser etwas verringert.
Auf Grund entgegengesetzter Wicklungsrichtungen des inneren Wicklungsbereichs und des äußeren Wicklungsbereichs wird bei Drehung in der ersten Drehrichtung auf Grund einer Aufweitung des Durchmessers des inneren Wicklungsbereiches der innere Wicklungsbereich einen radialen Druck auf die Außenseite der Welle verringern.
Bei Drehrichtungsumkehr in eine zweite Drehrichtung der Nabe in Bezug zur Welle wird der innere Wicklungsbereich einen radialen Druck auf die Außenseite der Welle vergrößern.
Die Einleitung der Drehbewegung erfolgt über Reibmomente, die zwischen dem inneren Wicklungsbereich und der Welle bzw. dem äußeren Wicklungsbereich und dem Hohlzylinder wirken. Diese Reibmomente werden erzeugt durch Normalkräfte, mit denen der innere Wicklungsbereich auf die Außenseite der Welle drückt, bzw. mit denen der äußere Wicklungsbereich auf die Innenseite des Hohlzylinders drückt.
Vorzugsweise sitzt die Doppelschlingfeder derart in der Rotationseinrichtung, dass die Doppelschlingfeder auch im Ruhezustand und ohne Belastung durch ein
Torsionsmoment eine radiale Vorspannung auf die Welle sowie auch auf den
Hohlzylinder der Nabe ausübt.
Wie erwähnt, bewirkt auf Grund entgegengesetzter Wicklungsrichtungen des inneren Wicklungsbereiches und des äußeren Wicklungsbereiches bei Drehung in der ersten Drehrichtung der innere Wicklungsbereich eine Verringerung des radialen Drucks auf die Außenseite der Welle, bedingt durch eine Aufweitung des Durchmessers des inneren Wicklungsbereiches. Dadurch wird ein Schleppmoment auf die Welle bewirkt, welches allerdings sehr gering ist, so dass die Nabe in Bezug zur Welle leichtgängig bewegbar ist. In dieser Situation schließt der äußere Wicklungsbereich den
Drehmomentpfad zur Innenseite des Hohlzylinders der Nabe durch eine Erhöhung des radialen Anpressdrucks auf den Hohlzylinder. Die Welle bzw. Reibfläche dieser kann Bestandteil eines Rotors, einer Spindel oder eines ähnlichen Bauteils sein, und die Nabe kann insbesondere Bestandteil eines Rotors oder einer Spindelmutter oder eines ähnlichen Bauteils sein. Insbesondere kann die Welle durch die Spindel eines Planetenwälzgewindespindeltriebes
ausgebildet sein, und die Nabe kann ein Bestandteil der Spindelmutter des
Planetenwälzgewindespindeltriebes sein. Insofern der derart ausgestaltete
Planetenwälzgewindespindeltrieb ein Aktor zur Betätigung einer Kupplung ist, kann mittels der erfindungsgemäßen Doppelschlingfeder nunmehr verhindert werden, dass aufgrund einer an der Rotationseinrichtung anliegenden Last eine ungewollte rotatorische Bewegung und damit auch eine ungewollte translatorische Bewegung von Elementen des Planetenwälzgewindespindeltriebs erzeugt wird, indem die
Doppelschlingfeder eine rotatorische Relativbewegung zwischen Spindel und
Spindelmutter des Planetenwälzgewindespindeltriebs reibschlüssig blockiert. Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausgestaltung der Rotationseinrichtung als Planetenwälzgewindespindeltrieb eingeschränkt, sondern die Doppelschlingfeder kann auch zwischen Stator und Rotor eines Elektromotors oder aber auch zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring eines Wälzlagers angeordnet sein.
Die Höhe des Übergangsbereiches Hü sollte in Bezug zu den Durchmessern der Welle Dw und der Nabe Dn in folgendem Verhältnis stehen: Hü = 0,7 bis 0,9 [(Dn- Dw)/2].
Das bedeutet, dass der Übergangsbereich die maximal mögliche Höhe im
eingebauten Zustand zwischen Welle und Nabe ausschöpft, um eine hohe
Übergangssteifigkeit zu erreichen.
Weiterhin kann die Doppelschlingfeder im eingebauten Zustand derart vorliegen, dass der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich radial ineinander verschachtelt angeordnet sind, oder dass der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich entlang der axialen Richtung der Rotationseinrichtung aneinander angeschlossen sind. Das heißt, dass die erfindungsgemäße
Doppelschlingfeder sowohl in axialer als auch in radialer Anordnung verbaut sein kann. Die Windungsrichtung der Wicklungen kann anwendungsspezifisch beim Einbau angepasst werden.
Die Begriffe radial und axial beziehen sich dabei auf die Rotationsachse der
Rotationsbewegung der Rotationseinrichtung. Das heißt, dass im eingebauten Zustand die erfindungsgemäße Doppelschlingfeder derart ausgebildet sein kann, dass sich der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich radial zumindest abschnittsweise überlagern, oder dass sie axial aneinander angeschlossen sind. In der erstgenannten Variante ist somit die
Doppelschlingfeder ineinander verschachtelt, wobei der innere Wicklungsbereich von dem äußeren Wicklungsbereich zumindest abschnittsweise und vorzugsweise vollständig radial umgeben ist. In der zweiten genannten Variante sind der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich nicht radial einander überlagernd angeordnet, sondern axial in Reihe miteinander verbunden.
In beiden genannten Ausführungsformen sind der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich über den jeweiligen Übergangsberiech miteinander verbunden.
Zur Gewährleistung einer hohen Steifigkeit des Übergangsbereiches ist weiterhin vorzugsweise vorgesehen, dass der Übergangsbereich eine maximale Länge Lü aufweist, die in Bezug zum Umfang der Welle Uw in folgendem Verhältnis steht: Lü = 1/8bis 1/5 Uw. Dabei ist die Länge Lü des Übergangsbereiches ohne die
Anschlussradien Ri und Ra definiert.
Das heißt, dass der Übergangsbereich in Bezug zum Umfang der Welle relativ kurz ausgestaltet ist, so dass er eine hohe Steifigkeit aufweist. Die Länge Lü ist dabei von dem inneren Anschlussradius Ri bis zum äußeren Anschlussradius Ra zu messen.
Durch die Erfindung wird außerdem ein zu aktuierendes System, insbesondere eine Kupplungseinrichtung, zur Verfügung gestellt, welches bzw. welche eine
Betätigungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Rotationseinrichtung umfasst, wobei die Betätigungseinrichtung dafür eingerichtet ist, eine rotatorische Bewegung der Rotationseinrichtung in eine translatorische Bewegung zwecks Betätigung eines Systems, insbesondere einer Kupplung, umzuwandeln. Die Betätigungseinrichtung kann hier insbesondere der erwähnte Planetenwälzgewindespindeltrieb sein. Eine erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung umfasst selbstverständlich auch die
Kupplung selbst. Demzufolge ist hier die erfindungsgemäße Rotationseinrichtung für die Betätigung eines Systems bzw. einer Kupplung eines Fahrzeuges ausgestaltet, wobei die Doppelschlingfeder in einem Aktor, wie zum Beispiel in einem
Planetenwälzgewindespindeltrieb, genutzt wird.
Die Kupplungseinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment von einer
Abtriebswelle auf einen Verbraucher und umgekehrt zu übertragen. Dies wird in der Regel über das Reibpaket erreicht, welches eine axial verschiebbare, in der Regel mit der Abtriebswelle rotationsfest verbundene Anpressplatte aufweist, welche gegen zumindest eine korrespondierende Reibscheibe pressbar ist. Aus der Anpresskraft resultiert eine Reibkraft über die Reibfläche, welche multipliziert mit dem mittleren Radius der Reibfläche ein übertragbares Drehmoment ergibt.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Doppelschlingfeder liegt neben den geringen Herstellungskosten insbesondere in der erhöhten Steifigkeit des Übergangs zwischen dem inneren Wicklungsbereich und dem äußeren Wicklungsbereich, sodass ein von den Wicklungsbereichen übertragenes Drehmoment bei einer Drehrichtungsumkehr der Welle bzw. der Nabe effizient und in kürzester Weise übertragbar ist, sodass mit der Doppelschlingfeder in zuverlässiger Weise ein Haltemoment in einer mit der Doppelschlingfeder ausgestatteten Rotationseinrichtung erzeugbar ist.
Die Doppelschlingfeder kann somit für jede Aktorik und insbesondere für
Kupplungsaktorik eingesetzt werden, zur Realisierung von Energiesparkonzepten, z.B. bei Strom losschaltung des Antriebsmotors, und/oder zur Blockade einer
Drehbewegung, sogenannte„Failsave"-Funktion, für nicht selbsthemmende Getriebe.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maß eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in
Fig. 1 : eine herkömmliche Doppelschlingfeder,
Fig. 2: eine herkömmliche Rotationseinrichtung mit Doppelschlingfeder,
Fig. 3: eine erfindungsgemäße Doppelschlingfeder im entspannten Zustand,
Fig. 4: einen Ausschnitt aus der in Figur 3 gezeigten Doppelschlingfeder,
Fig. 5: eine erfindungsgemäße Doppelschlingfeder in einer radialen Anordnungsform, Fig. 6: eine erfindungsgemäße Doppelschlingfeder der radialen Anordnungsform im eingebauten Zustand,
Fig. 7: eine erfindungsgemäße Doppelschlingfeder in einer axialen Anordnungsform, Fig. 8: eine erfindungsgemäße Doppelschlingfeder der axialen Anordnungsform im eingebauten Zustand. Auf die Figuren 1 und 2 ist bereits zur Erläuterung des Standes der Technik Bezug genommen worden. Figur 2 zeigt dabei eine Rotationseinrichtung 10, die auch einen Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt. Die in dieser Rotationseinrichtung 10 angeordnete Doppelschlingfeder 20 ist in ihren unterschiedlichen
Ausgestaltungsformen den Figuren 3-8 entnehmbar.
Figur 3 zeigt die Doppelschlingfeder 20 im nicht-eingebauten Zustand. Es ist ersichtlich, dass die Doppelschlingfeder 20 sich im Wesentlichen in einer
zweidimensionalen Ebene erstreckt. In Bezug auf einen im Wesentlichen mittig angeordneten Übergangsbereich 23 ist radial innen der innere Wicklungsbereich 21 und radial außen der äußere Wicklungsbereich 22 angeordnet.
Es ist erkennbar, dass die beiden Wicklungsbereiche 21 ,22 der gleichen
Wicklungsrichtung 40 folgen. Beide Wicklungsbereiche 21 ,22 liegen hier als zweidimensionale Spiralen vor, wobei die Spaltbreite 50 zwischen den einzelnen Gängen der jeweiligen Spirale minimal ausgestaltet ist. Dies wird fertigungstechnisch unter anderem durch Laserschneiden, Stanzen oder Ätzen realisiert. In Figur 4 ist ein Ausschnitt aus der in Figur 3 dargestellten Doppelschlingfeder gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die Höhe Hi der von dem inneren Wicklungsbereich 21 ausgebildeten Feder umso geringer wird, umso größer die Entfernung zum
Übergangsbereich 23 ist. Das gleiche trifft auf den äußeren Wicklungsbereich 22 zu, dessen Höhe Ha ebenfalls mit zunehmendem Abstand vom Übergangsbereich 23 abnimmt.
Weiterhin ist aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich, dass der Übergangsbereich 23 eine Höhe Hü aufweist, die derart dimensioniert ist, dass sie den Abstand, der sich aus der Durchmesserdifferenz des Durchmessers der Welle Dw und des Durchmessers der Nabe Dn ergibt, im Wesentlichen ausfüllt. Daher hat der Übergangsbereich 23 ein maximal hohes Flächenträgheitsmoment und demzufolge eine maximale Streitigkeit.
Wie insbesondere aus Figur 4 ersichtlich ist, schließt sich der innere Wicklungsbereich 21 über einen inneren Anschlussradius Ri an den Übergangsbereich 23 an, und der äußere Wicklungsbereich 22 schließt über einen äußeren Anschlussradius Ra an den Übergangsbereich 23 an. Die Länge Lü des Übergangsbereiches 23 ist in Bezug zum Umfang der Welle relativ kurz ausgestaltet, was die Steifigkeit des
Übergangsbereiches 23 weiter erhöht. Figur 5 zeigt eine Anordnungsform der Doppelschlingfeder 20, wenn diese eingebaut ist. Es ist ersichtlich, dass der innere Wicklungsbereich 21 und der äußere
Wicklungsbereich 22 ineinander verschachtelt und koaxial vorliegen.
Figur 6 zeigt dieser Ausgestaltungsform der radialen Anordnung der
Wicklungsbereiche 21 ,22 im eingebauten Zustand. Es ist ersichtlich, dass die radial äußere Seite des äußeren Wicklungsbereichs 22 an der Innenseite der Nabe 12 anliegt. Die radial innere Seite des inneren Wicklungsbereiches 21 liegt an der Außenseite der Welle 1 1 an. Weiterhin ist hier erkennbar, dass die jeweiligen Höhen Hi, Ha des inneren Wicklungsbereiches 21 bzw. des äußeren Wicklungsbereiches 22 mit zunehmender Entfernung vom Übergangsbereich 23 abnehmen. Dies dient der Vergleichmäßigung der mit den Wicklungsbereichen 21 ,22 realisierten Anpresskräfte, wenn diese aus ihrer zweidimensionalen Erstreckung im Ausgangszustand in die verbaute Position umgeformt werden. In den Figuren 7 und 8 ist eine zweite Anordnungsform der Doppelschlingfeder 20 ersichtlich, in der die Doppelschlingfeder 20 eine axiale Anordnung des inneren Wicklungsbereiches 21 und des äußeren Wicklungsbereiches 22 aufweist. D.h., dass hier der innere Wicklungsbereich 21 , der Übergangsbereich 23 und der äußere
Wicklungsbereich 22 axial hintereinander angeordnet sind. Wie aus Figur 8 ersichtlich ist, nimmt auch hier die Höhe Hi, Ha des inneren Wicklungsbereiches 21 bzw. des äußeren Wicklungsbereiches 22 mit zunehmendem Abstand vom Übergangsbereich 23 ab, um die rückfederungsbedingten Anpresskräfte durch die Wicklungsbereiche 21 ,22 zu gleichmäßigen.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Doppelschlingfeder zur Verfügung gestellt, die kostengünstig herstellbar ist und eine hohe Steifigkeit im Übergangsbereich aufweist.
Bezugszeichenliste
10 Rotationseinrichtung
1 1 Welle
12 Nabe
20 Doppelschlingfeder
21 innerer Wicklungsbereich
22 äußerer Wicklungsbereich
23 Übergangsbereich
26 Rotationsachse
30 Stützeinrichtung
40 Wicklungsrichtung
50 Spaltbreite
Hü Höhe des Übergangsbereiches
Lü maximale Länge des Übergangsbereiches
Hi Höhe der Feder des inneren Wicklungsbereiches
Ri innerer Anschlussradius
Ha Höhe der Feder des äußeren Wicklungsbereiches
Ra äußerer Anschlussradius
Dw Durchmesser der Welle
Dn Durchmesser der Nabe

Claims

Patentansprüche
1 . Doppelschlingfeder (20) mit einem inneren Wicklungsbereich (21 ) und einem
äußeren Wicklungsbereich (22), sowie mit einem den inneren Wicklungsbereich (21 ) mit dem äußeren Wicklungsbereich (22) mechanisch verbindenden
Übergangsbereich (23), dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsbereiche (21 , 22) als Spiralen in einer gemeinsamen Ebene ausgebildet sind.
2. Doppelschlingfeder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Übergangsbereich (23) eine Höhe Hü aufweist, die größer ist als die Höhe Hi der Feder des inneren Wicklungsbereichs (21 ) im an den Übergangsbereich (23) angrenzenden Bereich, und größer ist als die Höhe Ha der Feder des äußeren Wicklungsbereichs (22) im an den Übergangsbereich (23) angrenzenden Bereich.
3. Doppelschlingfeder nach einem der beiden Ansprüche 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Höhe Hi, Ha der Feder im inneren Wicklungsbereich (21 ) und/ oder im äußeren Wicklungsbereich (22) mit zunehmenden Abstand von dem Übergangsbereich (23) verringert ist.
4. Doppelschlingfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen dem Übergangsbereich (23) und dem inneren Wicklungsbereich (21 ) ein innerer Anschlussradius Ri besteht, und zwischen dem Übergangsbereich (23) und dem äußeren Wicklungsbereich (22) ein äußerer Anschlussradius Ra besteht, wobei der innere Anschlussradius Ri an der radial äußeren Seite des Übergangsbereichs (23) besteht, und der äußere
Anschlussradius Ra an der radial inneren Seite des Übergangsbereichs (23) besteht.
5. Verfahren zur Herstellung einer Doppelschlingfeder (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem
-eine im Wesentlichen zweidimensionale Platine bereitgestellt wird, -aus der Platine ein innerer Wicklungsbereich (21 ) und ein äußerer Wicklungsbereich (22) sowie zwischen dem inneren Wicklungsbereich (21 ) und dem äußeren Wicklungsbereich (22) ein Übergangsbereich (23) erzeugt werden, wobei die beiden Wicklungsbereiche (21 ,22) als Spiralen ausgeführt werden.
Rotationseinrichtung (10), umfassend eine Welle (1 1 ) und eine zumindest abschnittsweise als Hohlzylinder ausgestaltete Nabe (12) sowie zwischen Welle (1 1 ) und der Innenseite des Hohlzylinders der Nabe (12) eine Doppelschlingfeder (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der innere Wicklungsbereich (21 ) der Doppelschlingfeder (20) aus der gemeinsamen Ebene im Wesentlichen in eine Zylinderform umgeformt helixförmig mit seiner Innenseite an einer
Außenseite der Welle (1 1 ) anliegt, und der äußere Wicklungsbereich (22) der Doppelschlingfeder (20) aus der gemeinsamen Ebene im Wesentlichen in eine Zylinderform umgeformt helixförmig mit seiner Außenseite an einer Innenseite des Hohlzylinders der Nabe (12) anliegt, so dass beide Wicklungsbereiche (21 , 22) zueinander konzentrisch angeordnet sind und bei einer Rotationsbewegung in einer ersten Drehrichtung der Nabe (12) in Bezug zur Welle (1 1 ) der äußere Wicklungsbereich (22) einen radialen Druck auf die Innenseite des Hohlzylinders der Nabe (12) vergrößert, so dass die Rotationsbewegung der Nabe (12) in Bezug zur Welle (1 1 ) gebremst oder blockiert wird, und bei Drehrichtungsumkehr in eine zweite Drehrichtung der Nabe (12) in Bezug zur Welle (1 1 ) der äußere
Wicklungsbereich (22) einen radialen Druck auf die Innenseite des Hohlzylinders der Nabe (1 1 ) verringert, so dass die Rotationsbewegung der Nabe (12) in Bezug zur Welle (1 1 ) realisierbar ist.
Rotationseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Übergangsbereiches Hü in Bezug zu den Durchmessern der Welle Dw und der Nabe Dn in folgendem Verhältnis steht: Hü = 0,3 bis 0,48 (Dn-Dw).
Rotationseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch
gekennzeichnet, dass der innere Wicklungsbereich (21 ) und der äußere
Wicklungsbereich (22) radial ineinander verschachtelt angeordnet sind, oder dass der innere Wicklungsbereich (21 ) und der äußere Wicklungsbereich (22) entlang der axialen Richtung der Rotationseinrichtung (10) aneinander angeschlossen sind.
Rotationseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (23) eine maximale Länge Lü aufweist, die in Bezug zum Umfang der Welle Uw in folgendem Verhältnis steht:
Lü = 1/12... 1/8 Uw.
Zu aktuierendes System, insbesondere Kupplungseinrichtung, umfassend eine Betätigungseinrichtung mit einer Rotationseinrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Betätigungseinrichtung dafür eingerichtet ist, eine rotatorische Bewegung der Rotationseinrichtung (10) in eine translatorische Bewegung zwecks Betätigung einer Kupplung umzuwandeln.
PCT/DE2017/100930 2016-11-08 2017-11-03 Doppelschlingfeder, rotationseinrichtung und zu aktuierendes system WO2018086653A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112017005614.4T DE112017005614A5 (de) 2016-11-08 2017-11-03 Doppelschlingfeder, Rotationseinrichtung und zu aktuierendes System

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016221884.0A DE102016221884A1 (de) 2016-11-08 2016-11-08 Doppelschlingfeder, Rotationseinrichtung und zu aktuierendes System
DE102016221884.0 2016-11-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018086653A1 true WO2018086653A1 (de) 2018-05-17

Family

ID=60413007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2017/100930 WO2018086653A1 (de) 2016-11-08 2017-11-03 Doppelschlingfeder, rotationseinrichtung und zu aktuierendes system

Country Status (2)

Country Link
DE (2) DE102016221884A1 (de)
WO (1) WO2018086653A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019134250B3 (de) * 2019-12-13 2020-11-26 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Lageranordnung mit integrierter Doppelschlingfeder; sowie Aktor

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008053401A1 (de) 2007-11-02 2009-05-07 Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg Schlingfederrutschkupplung
WO2012176641A1 (ja) * 2011-06-23 2012-12-27 Ntn株式会社 スプリング式一方向クラッチ
DE102013114211B3 (de) * 2013-07-22 2014-10-09 Damasko Gmbh Spiralfeder für mechanische Uhrwerke
WO2015048961A2 (de) 2013-10-01 2015-04-09 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Baugruppe mit reibeinrichtung
DE102015217164A1 (de) 2014-09-11 2016-03-17 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Baugruppe mit einer Reibeinrichtung
DE102015220920A1 (de) 2014-12-15 2016-06-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Baugruppe mit einer Reibeinrichtung
DE102015204588A1 (de) 2015-03-13 2016-09-15 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Aktor mit einer Reibeinrichtung unter Verwendung eines Schlingfederelementes und Verfahren zur Herstellung des Schlingfederelementes
DE102016008674A1 (de) * 2016-07-20 2016-09-15 B. Ketterer Söhne GmbH & Co. KG Höhenverstelleinrichtung für ein Möbel
DE102015204504A1 (de) * 2015-03-12 2016-09-15 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Baugruppe, insbesondere Aktor mit einer Reibeinrichtung

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112017004198A5 (de) 2016-08-23 2019-05-29 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Doppelschlingfeder, Rotationseinrichtung und zu aktuierendes System

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008053401A1 (de) 2007-11-02 2009-05-07 Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg Schlingfederrutschkupplung
WO2012176641A1 (ja) * 2011-06-23 2012-12-27 Ntn株式会社 スプリング式一方向クラッチ
DE102013114211B3 (de) * 2013-07-22 2014-10-09 Damasko Gmbh Spiralfeder für mechanische Uhrwerke
WO2015048961A2 (de) 2013-10-01 2015-04-09 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Baugruppe mit reibeinrichtung
DE102015217164A1 (de) 2014-09-11 2016-03-17 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Baugruppe mit einer Reibeinrichtung
DE102015220920A1 (de) 2014-12-15 2016-06-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Baugruppe mit einer Reibeinrichtung
DE102015204504A1 (de) * 2015-03-12 2016-09-15 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Baugruppe, insbesondere Aktor mit einer Reibeinrichtung
DE102015204588A1 (de) 2015-03-13 2016-09-15 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Aktor mit einer Reibeinrichtung unter Verwendung eines Schlingfederelementes und Verfahren zur Herstellung des Schlingfederelementes
DE102016008674A1 (de) * 2016-07-20 2016-09-15 B. Ketterer Söhne GmbH & Co. KG Höhenverstelleinrichtung für ein Möbel

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016221884A1 (de) 2018-05-09
DE112017005614A5 (de) 2019-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3232076B1 (de) Baugruppe mit reibeinrichtung
EP2708768B1 (de) Antriebseinheit für ein kraftfahrzeug mit einer elektrischen maschine und einer kupplung
EP3086987B1 (de) Elektromechanisch und hydraulisch betätigbare kraftfahrzeugbremse mit wahlweiser selbsthemmung
DE102018105982A1 (de) Schaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeuggetriebe
DE102015220920B4 (de) Baugruppe mit einer Reibeinrichtung
DE102015217164B4 (de) Baugruppe mit einer Reibeinrichtung
EP1870313B1 (de) Überlagerungsgetriebe
DE102013216327A1 (de) Kombinierte Fahrzeugbremse mit einem Kugelgewindegetriebe
WO2012110133A1 (de) Wellgetriebe mit seitlicher führung des stirnrades
DE102015102141B4 (de) Transmitter für ein Schaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug, Baugruppe mit Transmitter, Getriebewelle und Gangrad sowie Getriebe
EP3504453B1 (de) Doppelschlingfeder, rotationseinrichtung und zu aktuierendes system
EP1557547B1 (de) Stellvorrichtung
EP3622189B1 (de) Doppelkupplungseinheit und elektroantrieb mit einer solchen doppelkupplungseinheit
WO2018086653A1 (de) Doppelschlingfeder, rotationseinrichtung und zu aktuierendes system
DE102011004077A1 (de) Wellgetriebe mit optimiertem Abstand zwischen den Rädern
DE102016214711A1 (de) Doppelschlingfeder, Rotationseinrichtung und zu aktuierendes System
EP3050194A2 (de) Baueinheit mit einer elektrischen maschine
WO2013149907A1 (de) Getriebe, elektrische maschine
DE102014217279B4 (de) Doppelkupplung
EP4013652A1 (de) Elektromechanischer bremsenaktuator und kurvenscheibe
DE102015204504B4 (de) Baugruppe, insbesondere Aktor mit einer Reibeinrichtung
DE102015204588B4 (de) Aktor mit einer Reibeinrichtung unter Verwendung eines Schlingfederelementes und Verfahren zur Herstellung des Schlingfederelementes
DE102015207082B4 (de) Aktor mit einer Reibeinrichtung unter Verwendung eines Schlingfederelementes
DE102016009397A1 (de) Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug
EP3183463B1 (de) Deckelbaugruppe für eine kupplung mit einem axial vorgespannten drahtring sowie kupplung mit solcher deckelbaugruppe

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17801334

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R225

Ref document number: 112017005614

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17801334

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1