DE102008018846A1

DE102008018846A1 - Vorspanneinheit

Info

Publication number: DE102008018846A1
Application number: DE102008018846A
Authority: DE
Inventors: Harald Martini; Fritz Wiesinger
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2009-10-22
Also published as: US20090260945A1; US8627734B2

Abstract

Es ist eine Vorspanneinheit (1) mit einer ersten Rampenscheibe (2) und einer zweiten Rampenscheibe (5) offenbart. Mehrere Rampenkonturen (8) sind in einer Seite einer ringförmigen Fläche der Rampenscheiben (2, 5) ausgeformt. In der Vorspanneinheit (1) steigen durch Dreh-Schwenken wenigstens einer der beiden Rampenscheiben (2, 5) relativ zu der anderen Rampenscheibe (5, 2) um eine Achse (12) die Wälzkörper (3) an den Rampenkonturen (8) auf und/oder ab. Die Rampenkonturen (8) sind jeweils als eine einteilige Lauffläche (10) für die Wälzkörper (3) ausgeformt. Die Lauffläche (10) ist gegenüber der Achse (12) geneigt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorspanneinheit. Im Besonderen betrifft die Erfindung eine Vorspanneinheit mit einer ersten Rampenscheibe und einer zweiten Rampenscheibe, die beide mehrere Rampenkonturen in einer Seite einer ringförmigen Fläche der Rampenscheiben ausgeformt haben. Zwischen den jeweiligen Rampenkonturen der ersten Rampenscheibe und der zweiten Rampenscheibe ist ein Wälzkörper angeordnet. In der Vorspanneinheit steigen die Wälzkörper durch Dreh-Schwenken wenigstens einer der beiden Rampenscheiben relativ zu der anderen Rampenscheibe an den Rampenkonturen auf- und/oder ab.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Vorspanneinheiten finden bei Getrieben von Kraftfahrzeugen Verwendung, um insbesondere die Betätigung einer Reibungskupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
Die Deutsche Patentschrift DE 10 2005 053 555 B3 offenbart eine Axialverstellvorrichtung in Form einer Kugelrampenanordnung. Die Axialverstellvorrichtung umfasst zwei auf einer gemeinsamen Achse zentrierte Scheiben, von denen eine axial abgestützt ist und die andere axial verschiebbar ist und von denen zumindest eine drehend antreibbar ist. Die beiden Scheiben weisen jeweils auf ihren zueinander zugewandten Stirnflächen eine gleich große Mehrzahl von in Umfangsrichtung verlaufenden Kugelrinnen auf. Die beiden Scheiben werden also mit Kugeln als Wälzkörper gelagert.
Die U.S.-Patentschrift 5,485,904 offenbart ebenfalls eine Vorspanneinheit, deren Rappenscheiben mittels Kugeln als Wälzkörper gegeneinander verdrehbar angeordnet sind.
Ebenso offenbart das U.S.-Patent 5,620,072 eine Vorspanneinheit für eine Lamellenkupplung, deren Rampenscheiben ebenfalls mit Kugeln als Wälzkörper gegeneinander verdrehbar angeordnet sind.
Die Deutsche Patentschrift DE 10 2004 015 271 B4 offenbart eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung. Hier sind die Wälzkörper und das Axiallager auf einem Teilkreis angebracht, der den gleichen Durchmesser aufweist. Als Wälzkörper werden Kugeln verwendet.
Eine axiale Vorspanneinheit wird ebenfalls in den Kegelraddifferenzialen zur Vorspannung von Lamellenkupplungen der Überlagerungsstufen eingesetzt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige und gewichtsreduzierte Vorspanneinheit zu schaffen, die zur Aufnahme von Radial- und/oder Axialkräften ausgebildet ist.
Die obige Aufgabe wird durch eine Vorspanneinheit gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Die erfindungsgemäße Vorspanneinheit umfasst eine erste Rampenscheibe und eine zweite Rampenscheibe. Beide Rampenscheiben haben mehrere Rampenkonturen in einer Seite einer ringförmigen Fläche der Rampenscheiben ausgeformt. Es ist nach dem Gesichtspunkt der Kräfteeinleitung besonders vorteilhaft, dass mindestens drei Wälzkörper zwischen den beiden Rampenscheiben verteilt angeordnet sind. Entsprechend der zwischen den Rampenscheiben vorgesehenen Wälzkörper sind in den Rampenscheiben selbst die Rampenkonturen ausgebildet. In der Vorspanneinheit steigt der Wälzkörper durch Dreh-Schwenken wenigstens einer der beiden Rampenscheiben relativ zu der anderen Rampenscheibe an den Rampenkonturen auf- und/oder ab. Somit erzielt man einen Axialhub zwischen den beiden Rampenscheiben. Die Rampenkonturen haben jeweils eine einteilige Lauffläche für die Wälzkörper ausgeformt. Die Lauffläche ist gegenüber der Achse geneigt, um die eine der beiden Rampenscheiben relativ zu der anderen Rampenscheibe verdreht werden kann.
Die Laufflächen haben eine Anfangskontaktstelle und eine Endkontaktstelle für die Wälzkörper ausgeformt. Dabei ist an der Endkontaktstelle für die Wälzkörper ein Endanschlag ausgeformt. Der Endanschlag ist am tiefsten Punkt der Laufbahn ausgebildet.
Die Vorspanneinheit umfasst einen Käfig zur Halterung der Wälzkörper, wobei die zweite Rampenscheibe mindestens den Käfig zusammen mit den Wälzkörpern und die erste Rampenscheibe formschlüssig aneinander hält. Der Käfig zur Halterung der Wälzkörper ist gegenüber der zumindest einen Rampenscheibe verdreh-schwenkbar.
Die erste Rampenscheibe ist mit einem Betätigungselement verbunden, über das die erste Rampenscheibe verdreh-schwenkbar ist.
Die Wälzkörper können als Rollen oder Kegelstümpfe ausgebildet sein. Die Laufflächen sind derart ausgeformt, dass sie gegenüber der Achse eine konstante Neigung besitzen. Eine andere Möglichkeit ist, dass die Laufflächen für die Wälzkörper gegenüber der Achse eine variable Neigung besitzen.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn drei Wälzkörper zwischen den Rampenscheiben gleich verteilt angeordnet sind. Wenn die Wälzkörper gleich verteilt angeordnet sind, haben die einzelnen Wälzkörper zueinander einen Winkelabstand von 120°. Dabei hat jede der beiden Rampenscheiben jeweils drei Rampenkonturen ausgebildet. Für jeden Wälzkörper ist jeweils eine Rampenkontur vorgesehen. Die Rampenkonturen sind jeweils aus den Laufflächen gebildet. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Rampenscheiben durch die Materialeinsparung ein geringeres Gewicht im Vergleich zu Rampenscheiben aus dem Stand der Technik aufweisen. Die Rampenscheiben können z. B. aus einem Bandmaterial aus Blech hergestellt sein. Insbesondere die Verwendung von Rollen oder Kegelstümpfen als Wälzkörper ermöglicht den Einsatz von dünnwandigen Rampenscheiben.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn zumindest die beiden Rampenscheiben als kaltgeformte Bauteile aus einem Blechrohling hergestellt werden können. Dabei werden die Rampenkonturen, die Lauflächen, die Endkontaktstelle und die Anfangskontaktstelle ausgebildet. Die Laufflächen der Rampenkonturen sollten zumindest für den Wälzkörper wälztauglich gehärtet sein.
Als Material der Blechrohlinge hat sich kaltumformbarer Stahl des Typs „16MnCr5” als vorteilhaft erwiesen. Ebenfalls von Vorteil als Material der Blechrohlinge ist ein kaltumformbarer Stahl des Typs „C45”, wobei die umgeformten Blechrohlinge vor der mechanischen Belastung in der Vorspanneinheit gehärtet werden müssen. Für einen Fachmann ist es selbstverständlich, welches Härteverfahren hierzu am besten geeignet ist.
Vorzugsweise sind die Bauteile der Vorspanneinheit zu einer vormontierten Einheit zusammengefügt. Von weiterem Vorteil ist, wenn die Bauteile der Vorspanneinheit als vormontierte Einheit zumindest die erste Rampenscheibe und die zweite Rampenscheibe und den Käfig zwischen den Rampenscheiben umfasst.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorspanneinheit;
2 zeigt eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Vorspanneinheit;
3 zeigt eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorspanneinheit;
4 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorspanneinheit, wobei sich die Wälzkörper zwischen den beiden Rampenscheiben am höchsten Punkt der Rampenkontur befinden;
5 zeigt eine Draufsicht auf die erste Rampenscheibe; und
6 zeigt eine Schnittansicht der ersten Rampenscheibe entlang der in 5 eingezeichneten Schnittlinie B-B.
Obwohl sich die nachfolgende Beschreibung der Vorspanneinheit 1 auf die Verwendung von drei Rollen als Wälzkörper 3 zwischen den Rampenscheiben 2, 5 bezieht, soll dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Wie bereits der vorangehenden Beschreibung zu entnehmen ist, können zwischen der ersten und der zweiten Rampenscheibe 2, 5 drei bis fünf Rollen angeordnet sein. Ferner sei darauf hingewiesen, dass in den verschiedenen Figuren für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorspanneinheit 1. Die Vorspanneinheit 1 ist im Wesentlichen aus einer ersten Rampenscheibe 2, einer zweiten Rampenscheibe 5 und einem Käfig 4 für Wälzkörper 3 aufgebaut. Beide Rampenscheiben 2 und 5 haben mehrere Rampenkonturen 8 in einer Seite einer ringförmigen Fläche 2a der Rampenscheiben 2 und 5 ausgeformt. Zwischen den jeweiligen Rampenkonturen 8 der ersten Rampenscheibe 2 und der zweiten Rampenscheibe 5 ist jeweils ein Wälzkörper 3 (siehe 4) angeordnet. Die Wälzkörper 3 sind im Käfig 4 gehaltert. Die erste Rampenscheibe 2 ist mit einem Betätigungselement 20 verbunden, über das die erste Rampenscheibe 2 verdreh-schwenkbar ist. An das Betätigungselement 20 greifen entsprechende mechanische Teile des Getriebes an. Das Betätigungselement hat an seiner Außenkontur 21 eine Verzahnung 22 ausgeformt. Das Betätigungselement 20 hat in dieser Ausführungsform die Form eines Kreissektors. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass das Betätigungselement 20 auch anders ausgestaltet sein kann.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Explosionsdarstellung der Vorspanneinheit 1. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich ist, besteht die Vorspanneinheit 1 im Wesentlichen aus einer ersten Rampenscheibe 2, einem Käfig 4 und einer zweiten Rampenscheibe 5. In der weiteren Beschreibung wird die Erfindung mit drei Wälzlagern beschrieben. Ebenso sind in den Rampenscheiben 2 und 5 jeweils drei Rampenkonturen 8 ausgeformt. Dies soll jedoch nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Der Käfig 4 hat folglich drei Aufnahmen 4₁ , 4₂ und 4₃ für die Wälzlager 3 ausgebildet. in der hier dargestellten Ausführungsform sind die Wälzlager 3 als Rollen (siehe 4) ausgebildet. An den Käfig 4 schließt sich die erste und zweite Rampenscheibe 2 und 5 an. Durch die Neigung der Rampenkonturen 8 wird der Winkel W (siehe 6) der Laufbahn 10 gesteuert. Dadurch ist es möglich, Radialkräfte der Vorspanneinheit 1 aufzunehmen. Die Kräfte können über das Betätigungssegment 20 eingeleitet werden. Die Neigung und die Kräfte können sowohl konstant, als auch variabel sein. Für einen Fachmann ist es selbstverständlich, dass die Kräfte auch über einen Kegelstumpf aufgenommen werden können. Bei einer Überlast, werden die Rampenscheiben über einen Radialflansch 18 der zweiten Rampenscheibe 5 radial geführt.
Da der Käfig 4 Aufnahmen 4₁ , 4₂ und 4₃ für drei Rollen trägt, sind somit in der ersten Rampenscheibe 2 drei Rampenkonturen 8 eingeprägt. Die erste Ram penscheibe 2 ist vorzugsweise aus einem Blechrohling oder Stanz-Prägeteil gebildet, welches mittels Kaltumformung hergestellt wird.
Die zweite Rampenscheibe 5 weist den Radialflansch 18 auf, der einteilig mit der Rampenscheibe 5 gebildet ist. Ebenfalls sind mehrere Rampenkonturen 8 in der zweiten Rampenscheibe 5 ausgebildet. Die zweite Rampenscheibe 5 ist wahlweise ein Zieh-Stanz-Prägebauteil aus einem Schmiede- oder Blechrohling. Alternativ dazu, kann die zweite Rampenscheibe 5 aus den zuvor genannten Rohlingen fließgepresst werden. Über den Radialflansch 18 werden der Käfig 4 und die erste Rampenscheibe 2 zu einer vormontierten Einheit zusammengehalten.
3 zeigt eine zeigt eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorspanneinheit 1. Die erste Rampenscheibe 2 ist um eine Achse 12 verdreh- bzw. verschwenkbar angeordnet. Die Rampenkonturen 8 sind radial symmetrisch verteilt in der ersten und auch in der zweiten Rampenscheibe 2 und 5 ausgebildet. Bei der in 3 gezeigten Darstellung ist die erste Rampenscheibe 2 derart gegenüber der zweiten Rampenscheibe 5 verdreht, dass die Wälzkörper 3 (hier nicht sichtbar) jeweils am höchsten Punkt der Rampenkontur 8 liegen.
4 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorspanneinheit 1, wobei sich die Wälzkörper 3 zwischen den beiden Rampenscheiben 2 und 5 am höchsten Punkt der jeweiligen Rampenkontur 8 befinden. Die Rampenkonturen 8 haben jeweils eine einteilige Lauffläche 10 für die Wälzkörper 3 ausgeformt. Die Lauffläche 10 ist gegenüber der Achse 12 geneigt. Somit ist auch eine Achse 3_A des jeweiligen Wälzkörpers 3 gegenüber der Achse 12 der Vorspanneinheit 1 geneigt. Die Wälzkörper 3 sind bei dieser Ausführungsform als Rollen ausgebildet. Die Rollen sind am jeweils höchsten Punkt der jeweils zugeordneten Rampenkontur 8 positioniert. Damit hat die Vorspanneinheit 1 den Maximalhub erreicht. In der hier dargestellten Ausführungsform besitzt die Vorspanneinheit 1 einen Durchmesser von 88 mm. Beim Maximalhub erreicht die Vorspanneinheit 1 eine Dicke von 20 mm.
5 zeigt eine Draufsicht auf die erste Rampenscheibe 2. In der ersten Rampenscheibe 2 und folglich auch in der zweiten Rampenscheibe 5 sind die drei Rampenkonturen 8 ausgebildet.
6 zeigt eine Schnittansicht der ersten Rampenscheibe 2 entlang der in 5 eingezeichneten Schnittlinie B-B. Die Laufflächen 10 können dabei derart ausgeformt sein, dass sie gegenüber der Achse 12 eine konstante Neigung besitzen. Ebenso ist es möglich, dass die Laufflächen 10 gegenüber der Achse 12 eine variable Neigung besitzen. Die Laufflächen 10 weisen eine Anfangskontaktstelle 10₁ und eine Endkontaktstelle 10₂ für die Wälzkörper 3 auf. An der Endkontaktstelle 10₂ ist für die Wälzkörper 3 ein Endanschlag 14 ausgeformt. Der Endanschlag 14 ist am tiefsten Punkt der Laufbahn 10 ausgebildet. In der hier dargestellten Ausführungsform hat die erste Rampenscheibe 2 einen Außendurchmesser D_A von 85 mm und einen Innendurchmesser D_I von 54 mm. Die Materialstärke der Rampenscheibe 2 beträgt 2 mm. Ebenso besitzt jede der Laufflächen 10 eine Neigung von 12°. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die hier angegebenen Dimensionen nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden sollen.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass Änderungen und Abweichungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005053555 B3 [0003]
- US 5485904 [0004]
- US 5620072 [0005]
- DE 102004015271 B4 [0006]

Claims

Vorspanneinheit (1) mit einer ersten Rampenscheibe (2) und einer zweiten Rampenscheibe (5), die beide mehrere Rampenkonturen (8) in einer Seite einer ringförmigen Fläche der Rampenscheiben (2, 5) ausgeformt haben, so dass zwischen den jeweiligen Rampenkonturen (8) der ersten Rampenscheibe (2) und der zweiten Rampenscheibe (5) ein Wälzkörper (3) derart angeordnet ist, dass in der Vorspanneinheit (1) durch Dreh-Schwenken wenigstens einer der beiden Rampenscheiben (2, 5) relativ zu der anderen Rampenscheibe (5, 2) um eine Achse (12) die Wälzkörper (3) an den Rampenkonturen (8) auf- und/oder absteigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkonturen (8) jeweils eine einteilige Lauffläche (10) für die Wälzkörper (3) ausgeformt haben und dass die Lauffläche (10) gegenüber der Achse (12) geneigt ist.
Vorspanneinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen (10) derart ausgeformt sind, dass sie gegenüber der Achse (12) eine konstante Neigung besitzen.
Vorspanneinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen (10) derart ausgeformt sind, dass sie gegenüber der Achse (12) eine variable Neigung besitzen.
Vorspanneinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen (10) eine Anfangskontaktstelle (10₁ ) und eine Endkontaktstelle (10₂ ) für die Wälzkörper (3) aufweisen, wobei an der Endkon taktstelle (10₂ ) für die Wälzkörper (3) ein Endanschlag (14) ausgeformt ist.
Vorspanneinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Endanschlag (14) am tiefsten Punkt der Laufbahn (10) ausgebildet ist.
Vorspanneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinheit (1) einen Käfig (4) zur Halterung der Wälzkörper (3) umfasst, wobei die zweite Rampenscheibe (5) mindestens den Käfig (4) zusammen mit den Wälzkörpern (3) und die erste Rampenscheibe (2) formschlüssig aneinander hält.
Vorspanneinheit (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (4) zur Halterung der Wälzkörper (3) gegenüber der zumindest einen Rampenscheibe (2, 5) verdreh-schwenkbar ist.
Vorspanneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rampenscheibe (2) mit einem Betätigungselement (20) verbunden ist, über das die erste Rampenscheibe (2) verdreh-schwenkbar ist.
Vorspanneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass drei Wälzkörper (3) zwischen den beiden Rampenscheiben (2, 5) gleich verteilt angeordnet sind, wobei jede der beiden Rampenscheiben (2, 5) drei Rampenkonturen (8) ausgebildet hat.
Vorspanneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rampenscheiben (2, 5) kalt geformte Bauteile aus einem Blechrohling sind, wobei das Kaltumformen des Blechrohlings die Rampenkonturen (8), die Laufflächen (10) mit der Anfangskontaktstelle (10₁ ), die Endkontaktstelle (10₂ ) und den Endanschlag (14) für die Wälzkörper (3) ausbildet.
Vorspanneinheit (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile der Rampenkonturen (8) zumindest an der Lauffläche für die Wälzkörper (3) wälztauglich gehärtet sind.
Vorspanneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (3) als Rollen ausgebildet sind.
Vorspanneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (3) als Kegelstümpfe ausgebildet sind.
Vorspanneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile der Vorspanneinheit (1) zu einer vormontierten Einheit zusammengefügt sind.
Vorspanneinheit (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile der Vorspanneinheit (1) als vormontierte Einheit zumindest die erste Rampenscheibe (2) und die zweite Rampenscheibe (5) und den Käfig (4) zwischen den Rampenscheiben (2, 5) umfasst.