DE10033482A1

DE10033482A1 - Axialverstellvorrichtung

Info

Publication number: DE10033482A1
Application number: DE10033482A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Mayr
Original assignee: GKN Viscodrive GmbH
Current assignee: GKN Viscodrive GmbH
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2020-07-11
Also published as: DE10033482B4; ITMI20000749A0; ITMI20000749A1; IT1317185B1

Abstract

Axialverstellvorrichtung in einem Gehäuse - insbesondere zur Betätigung einer Lamellenkupplung, deren Reiblamellen abwechselnd mit dem einen und dem anderen zweier gegeneinander drehbarer Teile drehfest und axial verschiebbar verbunden sind und die sich an einer axial festgelegten Stützscheibe anlegen und von einer axial verschiebbaren Druckscheibe beaufschlagbar sind DOLLAR A - umfassend DOLLAR A - eine drehbar im Gehäuse gelagerte Verstellscheibe, die im Gehäuse axial festgelegt eingebaut ist und drehend antreibbar ist, DOLLAR A - eine im Gehäuse gehaltene Druckscheibe, die von im Gehäuse angeordneten Verdrehsicherungsmitteln drehfest gehalten ist und axial im Gehäuse verschiebbar ist, DOLLAR A - Kugelrillenkonfigurationen mit gegenläufigen Steigungen in den einander zugewandten Oberflächen der Verstellscheibe und der Druckscheibe, die in Umfangsrichtung verlaufend einander paarweise zugeordnet sind und jeweils gemeinsam eine Kugel aufnehmen und deren Tiefe über dem Umfang veränderlich ist, und DOLLAR A - im Gehäuse eingesetzte Drehantriebsmittel für die Verstellscheibe, DOLLAR A wobei die Verdrehsicherungsmittel von der Druckscheibe lösbar ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialverstellvorrichtung in einem Gehäuse - insbesondere zu Betätigung einer Lamellenkupplung, deren Reiblamellen abwechselnd mit dem einen und dem anderen zweier gegeneinander drehbarer Teile drehfest und axial ver schiebbar verbunden sind und die sich an einer axial festgeleg ten Stützscheibe anlegen und von einer axial verschiebbaren Druckscheibe beaufschlagbar sind - umfassend eine drehbar im Gehäuse gelagerte Verstellscheibe, die im Gehäuse axial festge legt eingebaut ist und drehend antreibbar ist, eine im Gehäuse angeordnete Druckscheibe, die von im Gehäuse angeordneten Ver drehsicherungsmitteln drehfest gehalten ist und axial gegenüber der Welle verschiebbar ist, Kugelrillenkonfigurationen mit ge genläufigen Steigungen in den einander zugewandten Oberflächen der Verstellscheibe und der Druckscheibe, die in Umfangsrichtung verlaufend einander paarweise zugeordnet sind und jeweils ge meinsam eine Kugel aufnehmen und deren Tiefe über dem Umfang veränderlich ist, und im Gehäuse eingesetzte Drehantriebsmittel für die Verstellscheibe.

Verstellvorrichtungen der genannten Art in Kombination mit der erwähnten Lamellenkupplung sind in unterschiedlichen Ausfüh rungsformen und für unterschiedliche Anwendungsfälle bekannt.

In der DE 38 15 225 C2 ist eine derartige Vorrichtung beschrie ben, die in ein Kegelraddifferentialgetriebe intergriert ist. Die Verstellscheibe wird hierbei unmittelbar von einem kegeligen Ritzel angetrieben, das in eine Regelradlverzahnung an der Ver stellscheibe eingreift.

Aus der DE 40 07 506 C1 ist eine Vorrichtung der genannten Art bekannt, die in einem Schaltgetriebe Anwendung findet. Die An triebsmittel für die Verstellscheibe umfassen hierbei die glei chen Teile wie zuvor genannt, jedoch zusätzlich ein Stirnradre duziergetriebe.

Die DE 41 06 503 C1 betrifft eine Weiterbildung des zuletzt genannten Anwendungsfalls. Hierbei sind die Verdrehsicherungs mittel für die Druckscheibe erkennbar, die aus einer Zunge-Nut- Anordnung bestehen, wobei die Zunge mit einem gehäusefesten Teil des Gehäuses verbunden ist und die Nut als einzelne Ausklinkung an der Druckscheibe ausgebildet ist.

Aus der EP 0 368 140 B1 sind verschiedene Anwendungsfälle für Verstellvorrichtungen der genannten Art beschrieben und hierbei ist u. a. erkennbar, daß die Verstellscheibe am Umfang eine Schnecken- oder Schrägverzahnung aufweisen kann und die Ver stellung mittels einer von einem Motor angetriebenen auf der Motorwelle sitzenden Schnecke erfolgen kann.

Bei den erstgenannten Vorrichtungen ist der Antriebsmotor für die Verstellscheibe ständig unter Spannung zu halten, solange eine positive Verstellkraft aufrechterhalten werden soll. Dies stellt erhöhte Aufforderungen an die Motorkapazität bzw. bedingt eine zusätzliche Bremsvorrichtung am Motor. Die letztgenannte Vorrichtung kann nur mit nichtselbsthemmenden Drehantriebsmit teln ausgestattet werden, da die Vorrichtung möglichst reibungs arm aufgebaut sein soll. Ungeachtet dessen ist bei einem Stör fall mit Spannungsausfall ein durch Rückstellkräfte bewirkter Rücklauf der Vorrichtung aufgrund der hohen Reibung in den als Schneckengetriebe ausgebildeten Drehantriebsmitteln nur schwer möglich. Eine durch relatives Verdrehen von Verstellscheibe und Druckscheibe geschlossene Lamellenkupplung würde im Störfall mit Spannungsausfall nur zögerlich von den Drehantriebsmitteln frei gegeben.

Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Vorrichtung der letzt genannten Art so verbessert werden, daß ein schnelles Rückführen aus einer eingenommenen Verstellposition der Vorrichtung im Sinne eines Reduzierens des Stellwegs mit einfachen Mitteln möglich ist. Die Lösung hierfür besteht darin, daß die Verdreh sicherungsmittel von der Druckscheibe lösbar ausgebildet sind.

Die gängige Wirkungsweise besteht darin, daß im Normalfall ein Vergrößern und Verkleinern des Stellwegs der Axialverstellvor richtung durch Betätigen der Drehantrielbsmittel erfolgt. Diese wirken auf die drehend antreibbare Verstellscheibe ein, die über die Kugeln auf die drehfest gehaltenen Druckscheibe einwirkt, wobei die gegenläufigen Steigungen den Stellweg infolge relati ven Verdrehens von Verstellscheibe und Druckscheibe bestimmen. Die erfindungsgemäße besondere Wirkungsweise besteht zusätzlich darin, daß im Störfall bzw. für besondere Betriebsbedingungen ein schnelles Reduzieren des Stellwegs unabhängig von einer Betätigung der Drehantriebsmittel dadurch erfolgt, daß die Druc kscheibe zur Drehung freigegeben wird, so daß auf die Druck scheibe einwirkende Gegenkräfte als Rückstellkräfte wirken, die dadurch abgebaut werden, daß sich die Druckscheibe frei gegen über der von den Drehantriebsmitteln drehfest gehaltenen oder nur langsam angetriebenen Verstellscheibe verdrehen kann, wobei die Drehrichtung entgegen den gegenläufigen Steigungen der Ku gelrillenkonfigurationen bestimmt ist. Der Stellweg der Ver stellvorrichtung wird hierdurch sehr schnell selbsttätig zurück geführt.

Das Lösen der Verdrehsicherungsmittel kann als Sicherheitsmaß nahme in einem Störfall z. B. bei Spannungsausfall erfolgen. Es sind jedoch auch Auslegungen möglich, bei denen ein Lösen der Verdrehsicherungsmittel von der Druckscheibe für bestimmte Be triebszustände vorgesehen ist und gegebenenfalls auch positiv angesteuert werden kann.

Die Verdrehsicherungsmittel können in bevorzugter Ausbildung so ausgebildet sein, daß sie einen radial auf die Druckscheibe ausgerichteten axial beweglichen Bolzen umfassen, der in einer ersten Stellung in Ausklingungen am Umfang der Druckscheibe eingreifen kann und in einer zweiten Stellung aus den Ausklin kungen radial ausfahren kann. Der Bolzen muß in den Ausklinkun gen in Richtung der Verschiebung der Druckscheibe gleiten kön nen. Hierbei können insbesondere die Verdrehsicherungsmittel einen Elektromagneten umfassen, der auf den Bolzen in seiner Haltestellung einwirkt, wobei diese Haltestellung federunter stützt sein kann. In besonders günstiger Ausgestaltung ist vorge sehen, daß das freie Ende des Bolzens und die Flanken der Aus klinkungen am Umfang der Druckschscheibe Winkel mit der Radialen bilden, die größer sind als der Selbsthemmungswinkel, so daß bei Stromlosschalten des Elektromagneten unter dem Einfluß von Rück stellkräften auf die Druckscheibe der Bolzen selbstätig aus seiner Eingriffsposition in einer der Ausklinkungen herausge drückt wird. Um solche Rückstellkräfte zu erzeugen ist insbeson dere vorgesehen, daß eine vorgespannte Druckfeder - insbesondere eine Tellerfeder - axial auf die Druckscheibe in Richtung auf die Verstellscheibe einwirkt.

Die Verdrehsicherungsmittel können in jeder anderen Weise ausge führt sein, insbesondere kann anstelle eines formschlüssigen Eingriffs auch eine reibschlüssige Wirkungsweise zur Anwendung kommen, d. h. eine Bremsvorrichtung beliebiger Art vorgesehen sein. Die Verstellung der Verdrehsicherungsmittel kann im übri gen statt elektromagnetisch auch hydraulisch, pneumatisch oder in sonstiger Weise bewerkstelligt werden.

In bevorzugter Ausführung wird für die Ausgestaltung der Dreh antriebsmittel vorgeschlagen, daß am Außenaumfang der Ver stellscheibe eine Schnecken- oder Schrägverzahnung vorgesehen ist und daß ein Stellmotor, auf dessen Welle eine mit der Schnecken- oder Schrägverzahnung im Eingriff befindliche Schnec ke sitzt, vorgesehen ist. Insbesondere wird vorgeschlagen, daß der aus Verstellscheibe und Schnecke gebildete Schneckenantrieb selbsthemmend ausgebildet ist.

Aufgrund der großen Übersetzungsverhältnisse von Schneckentrie ben sind die Antriebskräfte, die der Stellmotor aufbringen muß, niedrig. Ein Reduziergetriebe ist entbehrlich. Um bei Stromlos schalten des Stellmotors in einer angefahrenen Drehstellung der Verstellscheibe halten zu können, ist das Schneckengetriebe selbsthemmend angeführt.

Ein Rücklauf der Verstellvorrichtung infolge von auf die Druck scheibe einwirkenden Rückstellkräften kann nicht erfolgen. Gleichwohl kann jegliche Verstellposition verzögerungsfrei frei gegeben werden, indem die Verdrehsicherungsmittel von der Druck scheibe gelöst werden. Die Kugelrillenkonfigurationen zwischen Verstellscheibe und Druckscheibe führen hierbei zu einem Rück drehen der Druckscheibe im Sinne einer Annäherung an die Ver stellscheibe.

Hiermit ist eine Verstellvorrichtung gegeben, bei der aufgrund einer möglichen hohen Übersetzung im Schneckengetriebe eine Verstellung mit geringen Antriebskräften möglich ist und auf grund des selbsthemmend ausgebildeten Schneckengetriebes eine eingestellte Drehposition der Verstellscheibe bei stromlosem Stellmotor dauernd gehalten werden kann, sowie schließlich ein freier Rücklauf der Druckscheibe trotz festgesetzter Stellschei be aus jeder positiven Verstellposition heraus möglich ist.

Andere Antriebskonzepte für den Drehantrieb der Verstellscheibe sind möglich, wie Kronradgetriebe, Stirnradgetriebe, Ketten triebe, Riementriebe, Zahnriementriebe usw.

Ein bevorzugtes Ausgangsbeispiel der Erfindung ist in den Zeich nungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Verstellanordnung als Ein zelheit
a) in Axialsicht auf die Druckscheibe
b) im Axialschnitt;

Fig. 2 zeigt eine Verstellanordnung nach dem Stand der Tech nik in Verbindung mit einer Reibungskupplung in einem Längsschnitt durch das Gehäuse.

In Fig. 1 ist jeweils die Welle, auf der die Anordnung im Ge häuse gelagert wird, nicht dargestellt, wohl aber die Lagermitt tel gegenüber der Welle. Die Fig. 1a und 1b werden gemeinsam beschrieben.

In Fig. 1 ist eine Verstellscheibe 11 mit einem Radiallager 12 zur Lagerung auf der genannten nicht dargestellten Welle und einem Axiallager 13 zur Axialabstützung gegenüber der Welle gezeigt. Die Verstellscheibe 11 weist eine äußere Schrägverzah nung oder Schneckenverzahnung 14 auf, die mit einer drehend antreibbaren Schnecke 15 im Eingriff ist. Mittels dieser Schnec ke 15 ist die Verstellscheibe 11 um einen geringen Winkelbetrag gegenüber einem Gehäuse 30, in dem die nicht dargestellte Welle und die Schnecke 15 gelagert sind, verdrehbar. Mit geringem axialem Abstand zur Verstellscheibe 11 liegt eine Druckscheibe 17 im Gehäuse 30, die axial an einem Axiallager 18 anliegt, über welches sie beispielsweise auf eine Lamellenkupplung einwirken kann. Hierbei kann zwischen der Lamellenkupplung und dem Axial lager 18 eine weitere Druckscheibe vorgesehen sein. Am Außen umfang der Druckscheibe sind Ausklinkungen 19 ausgebildet, in die mit dem Gehäuse 30 fest verbundene Verdrehsicherungsmittel eingreifen können.

In den einander zugewandten Stirnflächen 21 der Verstellscheibe 11 und 27 der Druckscheibe 17 sind jeweils Kugelrillenkonfigura tionen 22, 28 mit gegenläufigen Steigungen vorgesehen, die ge meinsam jeweils eine Kugel 23 aufnehmen. Zumindest zwei Kugel rillenkonfigurationen 22, 28 und Kugeln 23 sind über den Umfang verteilt vorgesehen. Über diese Kugelrillenkonfigurationen ist die Druckscheibe 17 gleichzeitig radial und axial gegenüber der Verstellscheibe 11 gelagert. Die Kugelrillenkonfigurationen ändern in zumindest einer der Scheiben über ihrem Umfang ihre Tiefe, so daß ein Verdrehen der Verstellscheibe 11 zu einem axialen Verschieben der Druckscheibe 17 führt, soweit diese mittels der Verdrehsicherungsmittel im Drehsinn festgehalten wird.

Die Schnecke 15 sitzt auf der Welle 24 eines E-Motors 25, der im Gehäuse 30 fest angeordnet ist. Der Schneckenantrieb 14, 15 ist selbsthemmend ausgeführt, so daß bei Stromlosstellen des E- Motors 25 die Drehposition der Verstellscheibe 11 gesichert ist. Die entriegelbaren Verdrehsicherungsmitteln werden von einem radial zur Wellenachse ausgerichteten Bolzen 20 gebildet, der von einem Elektromagneten 26 in der Eingriffsposition des Bol zens 20 in einer der Ausklinkungen 19 gehalten wird. Der Elek tromagnet 26 ist ebenfalls im Gehäuse 30 fest angeordnet. Bei Stromlosstellen des Elektromagneten 26 kann der Bolzen 20 durch eine Druckfeder nach radial außen in die Freigabeposition ge drängt werden, die den Eingriff des Bolzens in die eine der Ausklingungen 19 freigibt. Die Druckscheibe 17 wird hiermit frei drehbar und kann unter Rückwirkung von Axialkräften von der Lamellenkupplung her vermittels der Kugelrillenkonfigurationen 22, 28 und der Kugeln 23 in eine Drehposition zurücklaufen, in der sie der Verstellscheibe 11 axial angenähert ist und der Stellweg der Vorrichtung deutlich reduziert ist. Der Bolzen 20 ist an seinem vorderen Ende konisch oder - sofern er drehgesi chert ausgeführt ist - keilförmig und wirkt mit den Flanken der Ausklinkung 19 zusammen. Die Flanken der Ausklinkung 19 bilden einen Winkel zur Radialen, der so groß ist, daß keine Selbst hemmung zwischen Bolzen und Flanken wirksam wird. Sobald durch Einwirkung von Axialkräften auf die Druckscheibe 17 Verdreh kräfte auf die Druckscheibe 17 ausgeübt werden, drücken die Flanken den Bolzen 20 selbstätig in seine Freigabestellung. Hiermit ist die Möglichkeit zur Schnellentlastung bzw. zur Dar stellung einer Sicherheitsschaltung gegeben, bei der die Axial verstellkräfte der Verstellvorrichtung schnellstmöglich abgebaut werden können und der Stellweg schnellstmöglich reduziert werden kann.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Axialverstellvorrichtung im Zusammenwirken mit einer Reibungskupplung 31 gezeigt. Die Rei bungskupplung sitzt in einem Gehäuse 30 und umfaßt einen Kupp lungskorb 33, der über eine Welle 34 und einen Wellenflansch im Gehäuse 30 gelagert ist. Zur Lagerung dient ein Wälzlager 36. Die Kupplung umfaßt weiterhin eine Welle 37, die unmittelbar im Wellenzapfen 34 gelagert ist. Zur Lagerung dient hierbei ein Nadellager 38. Ein Teil der Kupplungslamellen ist mit dem Kupp lungskorb 33, ein anderer Teil der Kupplungslamellen mit der Welle 37 verbunden. Das Kupplungslamellenpaket wird an einem Ende durch eine Stützscheibe 38 und am anderen Ende durch eine Druckscheibe 39 begrenzt. Auf die Druckscheibe 39 wirkt eine Tellerfeder 40, die sich an der Welle 37 abstützt und Rückstell kräfte auf die Verstellvorrichtung ausübt. An der Verstellvor richtung sind in nur leicht veränderter Geometrie im Verhältnis zur Verstellvorrichtung nach Fig. 1 ein Axiallager 18, die Druckscheibe 17, die Verstellscheibe 11, das Radiallager 12 und das weitere Axiallager 13 erkennbar. Das letztgenannte Axial lager 13 stützt sich über eine Scheibe 42 an der Welle 37 ab. In dieser Ausführung ist die Druckscheibe 17 mit nicht dargestell ten Mitteln dauernd gegenüber dem Gehäuse 30 verdrehgesichert. Die Verstellscheibe 11 wird über eine Untersetzungsstufe 43 von einem E-Motor 25 drehend angetrieben. Die Axialverstellung der Druckscheibe (11) erfolgt hierbei in beiden Richtungen des Stellwegs ausschließlich zwangsweise mittels des E-Motors 25.

Bezugszeichenliste

11

Verstellscheibe

12

Radiallager

13

Axiallager

14

Schneckenverzahnung

15

Schnecke

16

17

Druckscheibe

18

Axiallager

19

Ausklinkung

20

Bolzen

21

Stirnfläche

22

Kugelrille

23

Kugel

24

Welle

25

E-Motor

26

E-Magnet

27

Stirnfläche

28

Kugelrille

29

30

Gehäuse

31

Lamellenkupplung

32

33

Kupplungskorb

34

Wellenzapfen

35

Wellenflansch

36

Kugellager

37

38

Stützscheibe

39

Druckscheibe

40

Tellerfeder

41

42

Scheibe

43

Untersetzungsgetriebe

Claims

1. Axialverstellvorrichtung in einem Gehäuse (30) - insbeson dere zu Betätigung einer Lamellenkupplung, deren Reiblamel len abwechselnd mit dem einen und dem anderen zweier gegen einander drehbarer Teile drehfest und axial verschiebbar verbunden sind und die sich an einer axial festgelegten Stützscheibe anlegen und von einer axial verschiebbaren Druckscheibe beaufschlagbar sind - umfassend
eine drehbar im Gehäuse gelagerte Verstellscheibe (11), die im Gehäuse axial festgelegt eingebaut ist und drehend an treibbar ist,
eine im Gehäuse gehaltene Druckscheibe (17), die von im Gehäuse angeordneten Verdrehsicherungsmitteln drehfest gehalten ist und axial im Gehäuse verschiebbar ist,
Kugelrillenkonfigurationen (22, 28) mit gegenläufigen Stei gungen in den einander zugewandten Oberflächen der Ver stellscheibe (11) und der Druckscheibe (17), die in Um fangsrichtung verlaufend einander paarweise zugeordnet sind und jeweils gemeinsam eine Kugel (23) aufnehmen und deren Tiefe über dem Umfang veränderlich ist, und
im Gehäuse eingesetzte Drehantrielbsmittel für die Ver stellscheibe (11),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verdrehsicherungsmittel von der Druckscheibe (17) lösbar ausgebildet sind.

2. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehsicherungsmittel einen radial auf die Druck scheibe ausgerichteten axialbeweglichen Bolzen (20) umfas sen, der in einer ersten Stellung in Ausklinkungen (19) am Umfang der Druckscheibe (17) eingreifen kann und in einer zweiten Stellung aus den Ausklinkungen (19) radial aus fahren kann.

3. Verstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehsicherungsmittel einen Elektromagneten (26) umfassen, der bei Erregung auf den Bolzen (20) diesen in der ersten Stellung haltend einwirkt.

4. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Bolzens (20) und die Flanken der Ausklinkungen (19) am Umfang der Druckschscheibe (17) Win kel mit der Radialen bilden, die größer sind als der Selbst hemmungswinkel.

5. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgespannte Druckfeder - insbesondere eine Tel lerfeder - axial auf die Druckscheibe (17) in Richtung auf die Verstellscheibe (11) einwirkt.

6. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß am Außenumfang der Verstellscheibe (11) eine Schnecken- oder Schrägverzahnung (14) vorgesehen ist, und daß
ein Stellmotor (25), auf dessen Welle (24) eine mit der Schnecken- oder Schrägverzahnung (14) im Eingriff befindli che Schnecke (15) sitzt, vorgesehen ist.

7. Verstellvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Verstellscheibe (11) und Schnecke (15) gebilde te Schneckentrieb selbsthemmend ist.