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Die Erfindung betrifft eine Axialverstelleinrichtung, beispielsweise für eine Kupplung eines Getriebes oder eine Differentialsperre eines Kraftfahrzeuges, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige Axialverstelleinrichtungen werden beispielsweise bei Getrieben oder Differenzialsperren von Kraftfahrzeugen genutzt, um die Betätigung einer Reibungskupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Sie weisen üblicherweise zwei gegenüberliegende Rampenscheiben auf, von denen eine drehfest sowie axialverschiebbar und die andere axialfest und drehbar angeordnet ist. Beide Rampenscheiben weisen gegeneinander gerichtete Stirnseiten auf, in denen axial ausgerichtete Konturen ausgebildet sind, die in etwa einer schiefen Ebene entsprechen und sich jeweils über einen Kreisabschnitt erstrecken. Zwischen den Rampenscheiben befinden sich Wälzkörper in Form von Kugeln oder Zylinderrollen, die an den Konturen der Rampenscheiben bei einer Verdrehung derselben abrollen. Da die Konturen der Rampenscheiben in axialer Richtung bei einer Drehbewegung in einer ersten Drehrichtung ansteigen, wird der Abstand der beiden Rampenscheiben zueinander bei einer solchen Drehbewegung größer. Entsprechend der Steigung der Kontur entsteht aus der Drehbewegung eine Axialkraft, welche die beiden Rampenscheiben auseinander drückt. Mit dieser Axialkraft wird beispielsweise ein Lamellenpaket verspannt und so die Kupplung bzw. die Differenzialsperre geschlossen.
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Die Rampenkonturen sind wie erwähnt üblicherweise als schiefe Ebene ausgeführt und an beiden Rampenscheiben ausgebildet. Um eine möglichst gleichmäßige Axialkraft zu erzeugen, sind an jeder der beiden Rampenscheiben mehrere identische Konturen über einen Kreisumfang hintereinander angeordnet. Durch die Anordnung und Ausbildung der Konturen wird sichergestellt, dass die Wälzkörper zwischen den Rampenscheiben abwälzen und nicht gleiten.
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Aus der
DE 10 2005 053 555 B3 ist eine solche Axialverstelleinrichtung bekannt, welche zwei koaxial zueinander angeordnete Scheiben umfasst, von denen eine Scheibe axial abgestützt und die andere axial verschiebbar ist, und von denen zumindest eine Scheibe drehend antreibbar ist. Die beiden Scheiben weisen jeweils auf ihren einander zugewandten Stirnflächen eine gleich Mehrzahl von in Umfangsrichtung verlaufenden Kugelrillen auf. Die beiden Scheiben sind demnach axial gegeneinander über Kugeln als Wälzkörper gelagert, welche auch die axiale Stellkraft übertragen. Ähnliche Axial verstelleinrichtungen, bei denen ebenfalls Kugeln als Wälzkörper verwendet werden, sind aus der
EP 0 793 033 A1 und der
DE 10 2006 025 061 A1 bekannt.
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Insbesondere aus der
DE 10 2005 053 555 B3 und der
DE 10 2006 025 061 A1 ist es bekannt, die Kugelrillen derartig auszubilden, dass zumindest die Kugelrillen einer der beiden Scheiben, ausgehend von den Bereichen größter Rillentiefe, einen ersten Rillenabschnitt größerer Steigung und einen hieran anschließenden zweiten Rillenabschnitt kleinerer Steigung aufweisen, wobei die beiden Steigungen von Null verschieden sind, und wobei der erste Rillenabschnitt sich über einen kleineren Kreisbogenabschnitt erstreckt als der zweite Rillenabschnitt. Gemäß diesen beiden Druckschriften weisen die beiden Rillenabschnitte lineare Steigungen auf.
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Der Vorteil der aus der
DE 10 2005 053 555 B3 und der
DE 10 2006 025 061 A1 bekannten Stellvorrichtungen besteht darin, dass ausgehend von einer unbetätigten Stellung, in der beide Scheiben den axial kürzesten Abstand zueinander aufweisen, zu Beginn des Stellvorgangs wegen der größeren Steigung der Kugelrillen zunächst ein großer axialer Stellweg über dem Verdrehwinkel zurückgelegt wird, um das Lüftspiel der Lamellenkupplung zu überwinden. Hieraus ergibt sich eine besonders kurze Ansprechzeit der Stellvorrichtung. Der sich an den ersten Rillenabschnitt anschließende zweite Rillenabschnitt hat eine flachere Steigung, so dass sich hier ein kleinerer axialer Stellweg über dem Stellwinkel ergibt. Dieser zweite Rillenabschnitt dient zum Steuern der Reibungskupplung in ihrem Arbeitsbereich. Dadurch, dass sich der erste Rillenabschnitt mit der größeren Steigung über einen kleineren Kreisbogenabschnitt erstreckt als der zweite Rillenabschnitt mit der geringeren Steigung ist eine schnelle Ansprechzeit der Lamellenkupplung sowie eine sehr feinfühlige Steuerung im Arbeitsbereich der Kupplung möglich.
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Eine wichtige Anforderung an Kupplungen und Differenzialsperren ist die Schaltzeit, die notwendig ist, um ein bestimmtes Drehmoment übertragen bzw. ein gewisses Sperrmoment erzeugen zu können. Nachteilig ist bei den bekannten Axialstellvorrichtungen ist, dass diese zum Schließen beispielsweise einer Kupplung mittels eines Stellmotors in einer ersten Drehrichtung und zum Öffnen in einer dazu entgegengesetzten Drehrichtung betrieben werden müssen. Das jeweilige Umsteuern des Antriebsmotors zur Realisierung der erwähnten Drehrichtungsumkehr erfordert eine gewisse Zeit, welche die Schnelligkeit der Kupplungsbetätigung nachteilig begrenzt.
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Außerdem wird es als unvorteilhaft beurteilt, dass die konventionellen gattungsgemäßen Axialstelleinrichtungen sowohl in Schließrichtung als auch in Öffnungsrichtung den gleichen axialen Betätigungsweg bzw. den gleichen Drehwinkel des Antriebsmotors bzw. der jeweiligen Rampenscheibe benötigen, da in beiden Betätigungsrichtungen die gleiche Rampenkontur von den Wälzkörpern abgefahren wird.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Axialverstelleinrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, welche aus einer Drehbewegung eine nicht-lineare axial wirkende Stellkraft erzeugen kann, und die sich besonders schnell von einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung umschalten lässt.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich eine besonders schnelle Betätigung beispielsweise einer Kupplung mittels einer gattungsgemäßen Axialverstelleinrichtung dann erreichen lässt, wenn die antreibende Rampenscheibe sowohl zur Erzeugung einer Schließstellung als auch zur Erzeugung einer Öffnungsstellung in nur eine Drehrichtung gedreht werden braucht. Die nicht-linearen Axialkräfte lassen sich durch eine entsprechende Ausbildung des nicht-linearen Steigungsverlaufens der jeweiligen Rampenkontur erzeugen.
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Demnach geht die Erfindung aus von einer Axialverstelleinrichtung mit einer ersten und einer zweiten Rampenscheibe, welche axial gegenüber liegende Rampenkonturen aufweisen, wobei zwischen der ersten und der zweiten Rampenscheibe Wälzkörper derart angeordnet sind, dass durch Drehen wenigstens einer der beiden Rampenscheiben relativ zu der anderen Rampenscheibe die Wälzkörper an den Rampenkonturen auf- und/oder absteigen, und bei der die Rampenkonturen über ihre jeweilige Längserstreckung unterschiedliche Steigungsabschnitte aufweisen. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass jede Rampenscheibe zumindest eine umfangsbezogen geschlossene Rampenkontur aufweist, die über ihre Umfangserstreckung jeweils eine nicht-lineare Steigung mit wechselnden Steigungswinkeln und zumindest einem Steigungsgipfel aufweist.
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Mit dieser Erfindung ist es möglich, Öffnungs- und Schließvorgänge von axial betätigbaren Vorrichtungen, wie beispielsweise Kupplungen, sehr viel harmonischer und schneller als bisher möglich zu realisieren, und zwar insbesondere dadurch, dass zumindest eine vollständig umlaufende Rampenkontur in die jeweilige Rampenscheibe integriert ist. Vorteilhaft entfällt eine Rückdrehbewegung der einen als Verdrehscheibe ausgebildeten Rampenscheibe, da ein zugeordneter Elektromotor die Schließstellung in Öffnungsrichtung einfach durch ein Weiterdrehen in der gleichen Drehrichtung verlassen kann.
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Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in jeder Rampenscheibe jeweils eine Rampenkontur pro Wälzkörper vorgesehen ist, und dass mehreren Rampenkonturen ringförmig mit unterschiedlichen Durchmessern zueinander an der jeweiligen Rampenscheibe ausgebildet sind. Durch die Ausbildung von mehreren, radial hintereinander angeordneten Rampenkonturen an jeder der beiden Rampenscheiben lassen sich vergleichsweise hohe Axialkräfte klemmfrei über die Wälzkörper übertragen. Dazu sind die Steigungsverläufe an die jeweils unterschiedlich langen Umfangsabschnitte der koaxial zueinander angeordneten Rampenkonturen angepasst.
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Ähnlich vorteilhaft ist eine andere Variante, bei der vorgesehen ist, dass in jeder Rampenscheibe nur eine vollständig umlaufende Rampenkontur zur Aufnahme mehrerer Wälzkörper vorhanden ist, und dass diese jeweils einzige Rampenkontur für jeden dieser mehreren Wälzkörper einen Umfangsabschnitt aufweist, dessen nicht-linearer Steigungsverlauf mit wechselnden Steigungswinkeln und Steigungsgipfel identisch ist zu den in den anderen Umfangsabschnitten der jeweiligen Rampenkontur ausgebildeten nicht-linearen Steigungsverläufen. Bei dieser Konstruktion tragen mehre umfangsbezogen hintereinander angeordnete Wälzköper zur Axialkraftübertragung bei und diese Axialverstelleinrichtung baut radial vergleichsweise klein. Nachteilig mag bei durchmesserkleinen Axialverstelleinrichtungen sein, dass die drehwinkelbezogene Auflösung für die Realisierung variabler Axialstellkräfte nicht so hoch ist, da der Kreisumfang einer solchen Rampenkontur vergleichsweise gering ist.
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Hinsichtlich des Steigungsgipfels ist bevorzugt vorgesehen, dass dieser den Bezugspunkt für einen stumpfen Winkel bildet, und zwar im Hinblick auf die umfangsbezogen unmittelbar zu diesem benachbarten Abschnitte der Rampenkontur. Dadurch wird beim Überwinden des Steigungsgipfels, also dem axial höchsten Punkt in der Rampenkontur, sichergestellt, dass die Wälzkörper diesen Überrollen und dort nicht gleiten, und dass die Flächenpressung zwischen den Wälzkörpern und den Rampenscheiben in akzeptablen Grenzen bleibt. Aus diesem Grunde wird es auch bevorzugt, wenn auch die Übergangsstellen zwischen unterschiedlichen Steigungswinkeln stumpfe Winkel einschließen.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung einer Axialverstelleinrichtung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass alle Abschnitte der Rampenkontur, einschließlich des Steigungsgipfels, axial innerhalb einer Rille in der jeweiligen Rampenscheibe ausgebildet sind. Durch dieses Konstruktionsmerkmal ist sichergestellt, dass die Wälzkörper an den Rampenkonturen radial gut geführt sind. Die Wälzkörper können dabei als Zylinderrollen oder als Kugeln ausgebildet sein.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass in Drehrichtung der Rampenscheibe gesehen der vor dem Steigungsgipfel liegende Abschnitt der Rampenkontur den gleichen Steigungswinkeln aufweist wie der nach dem Steigungsgipfel liegende Abschnitt der Rampenkontur. Hierdurch erfolgt die finale Schließbewegung beispielsweise einer mit der Axialverstelleinrichtung gemäß der Erfindung verbundenen Kupplung bei konstanter Drehzahl des Antriebsmotors mit der gleiche Stellgeschwindigkeit wie die dann folgende anfängliche Öffnungsbewegung.
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Abweichend davon kann es für einen anderen Anwendungsfall aber vorteilhaft sein, wenn die Axialverstelleinrichtung so ausgebildet ist, das in Drehrichtung der Rampenscheibe gesehen der vor dem Steigungsgipfel liegende Abschnitt der Rampenkontur einen geringeren Steigungswinkel aufweist als der unmittelbar hinter dem Steigungsgipfel liegende Abschnitt der Rampenkontur. Hierdurch erfolgt die finale Schließbewegung langsamer als eine danach folgende anfängliche Öffnungsbewegung, so dass beispielsweise das Öffnen eine Kupplung schneller erfolgen kann als das finale Schließen derselben. Auch dazu umgekehrte Verhältnisse sind möglich und können vorteilhaft sein.
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Gemäß einem anderen Konstruktionsdetail kann vorgesehen sein, dass der in Drehrichtung der Rampenscheibe gesehen vor dem Steigungsgipfel liegende Abschnitt der Rampenkontur länger ist als der unmittelbar hinter dem Steigungsgipfel liegende Abschnitt der Rampenkontur. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass derjenige Drehwinkel der Axialverstelleinrichtung, der zum finalen Schließen beispielsweise einer Kupplung notwendig ist, größer ist als der Drehwinkel zum Öffnen der Kupplung.
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Außerdem ist vorgesehen, dass die Öffnungsstellung der Axialverstelleinrichtung gemäß der Erfindung dort liegt, wo die Rampenkontur ihre axial tiefste Stelle aufweist.
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Die Schließstellung der Axialverstelleinrichtung liegt in Drehrichtung gesehen ein kurzes Stück hinter dem Steigungsgipfel, also in demjenigen Abschnitt der Rampenkontur, in dem die Rampenkontur bereits einen negativen Steigungswinkel bzw. ein Gefälle aufweist. Insbesondere durch dieses letzte Merkmal ist sichergestellt, dass die Axialverstelleinrichtung auch bei einem Ausfall der Hilfsenergie für ihren Stellmotor unter Beibehaltung der einzigen Drehrichtung selbsttätig in ihre Öffnungsstellung verstellbar ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Wälzkörper in dieser Öffnungsstellung bereits den Steigungsgipfel überrollt und nur noch ein Gefälle vor sich haben. Dabei ist die Axialverstelleinrichtung so ausgebildet, dass die beschriebene Öffnungsstellung trotz des Überrollens des Steigungsgipfels axial immer noch soweit gespreizt ist, dass die damit verbundene beispielsweise Kupplung sicher geschlossen ist.
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Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt
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1 eine Axialverstelleinrichtung einer Differenzialsperre gemäß dem Stand der Technik in einem teilweisen Längsschnitt,
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2 eine Ausrissvergrößerung aus der bekannten Axialverstelleinrichtung gemäß 1,
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3 eine Abwicklung der axial gegenüber liegenden Rampenkonturen einer Axialverstelleinrichtung gemäß der Erfindung,
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4 eine axiale Draufsicht auf eine Stirnfläche einer Rampenscheibe gemäß der Erfindung, und
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5 zueinander alternative Kurven von Rampenkonturen gemäß der Erfindung.
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Demnach zeigen die 1 und 2 im teilweisen Längsschnitt bzw. in einer Ausrissvergrößerung gemäß dem Kreis A der 1 eine Axialverstelleinrichtung 1 einer Kupplung 2 einer Differentialsperre 3 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges. Die Axialverstelleinrichtung 1 besteht aus einer starr mit einem Gehäuse 4 der Differenzialsperre 3 verbundenen ersten Rampenscheibe 5 und einer verdrehbaren sowie axial beweglichen zweiten Rampenscheibe 6, die mit der Kupplung 2 verbunden ist.
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Zwischen den beiden Rampenscheiben 5, 6 sind mehrere Wälzkörper 7 angeordnet, welche von einem Käfig 8 gehalten werden und an Rampenkonturen 11 den Rampenscheiben 5, 6 abrollen. Die Rampenkonturen 11 sind an jeder der Rampenscheiben 5, 6 mehrfach vorhanden und erstrecken sich dort über einzelne Kreisabschnitte. Wird die zweite Rampenscheibe 6 gegenüber der ersten Rampenscheibe 5 durch ein geeignetes, nicht dargestelltes Antriebsmittel, wie beispielsweise einen Elektromotor, in einer ersten Drehrichtung gedreht, bewegt sich die zweite Rampenscheibe 6 axial derart, so dass die Kupplung 2 geschlossen wird. Bei einem Drehen der zweiten Rampenscheibe 6 in die entgegengesetzte Drehrichtung wird die Kupplung geöffnet.
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Die Axialverstelleinrichtung gemäß der Erfindung hat einen ähnlichen Aufbau, jedoch erstreckt sich die zumindest eine an jeder der beiden Rampenscheiben 5, 6 ausgebildete Rampenkontur 11a, 11b über jeweils einen Vollkreis, wie 4 in einer schematischen Draufsicht auf die Stirnseite 13 der Rampenscheibe 6 verdeutlicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind an der Stirnseite 13 der Rampenscheibe 6 zwei rillenförmige Rampenkonturen 11a, 11b ausgebildet, die koaxial zueinander angeordnet sind und unterschiedliche Durchmesser aufweisen. An jeder dieser Rampenkonturen 11a, 11b rollt ein zylindrischer Wälzkörper 9a, 9b ab, wobei diese um 180° versetzt zueinander an der Rampenscheibe 6 angeordnet sind. Die andere Rampenscheibe 5 ist ebenso ausgebildet und nimmt die Wälzkörper 9a, 9b in ebensolchen Rampenkonturen 11a, 11b auf. Die Wälzkörper können aber auch als Kugeln 10 ausgebildet sein.
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3 zeigt die axiale Abwicklung der gegenüber liegenden Rampenkonturen 11a der beiden Rampenscheiben 5 und 6. Die Rampenkonturen 11a weisen eine nicht-lineare Steigung mit unterschiedlichen positiven Steigungswinkeln α, β und einen mittig angeordneten Steigungsgipfel 14 auf, welcher den axial höchsten Punkt einer jeden Rampenkontur 11a darstellt. Nach diesem Steigungsgipfel 14 weist die Rampenkontur 11a negative Steigungswinkel bzw. ein Gefälle auf. Die beiden unmittelbar zum Steigungsgipfel 14 benachbarten Abschnitte der Rampenkontur 11a sind daher unter einem stumpfen Winkel γ zueinander ausgebildet. Die jeweiligen Anfangs- bzw. Endpunkte der verschiedenen Steigungen sind mit den Buchstaben A, B, C, D und E bezeichnet, wobei C den Ort des Steigungsgipfels 14 markiert.
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In 4 ist die Rampenscheibe 6 wie erwähnt in einer schematischen axialen Draufsicht auf ihre Stirnseite 13 dargestellt, aus der sich sehr gut die kreisrunde Geometrie der zwei dort ausgebildeten Rampenkonturen 11a, 11b erkennen lässt. Jede dieser Rampenkonturen 11a, 11b der Rampenscheibe 6 sowie die Rampenkonturen der gegenüber liegenden Rampenscheibe 5 weist den in 3 abgewickelt dargestellten Steigungsverlauf A bis F auf. Dabei ist aber vorgesehen, dass bei den koaxial zueinander angeordneten Rampenkonturen 11a, 11b die Steigungsgipfel 14, C sowie der jeweilige Ort mit der größten Konturtiefe (A, F) um 180° versetzt zueinander angeordnet sind, wodurch eine kipp- und klemmfreie Betätigungseinrichtung geschaffen ist. Die axial gegenüber liegende Rampenscheibe 5 ist dazu geometrisch identisch ausgebildet.
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Die Axialverstelleinrichtung gemäß der Erfindung verfügt demnach über Rampenkonturen 11a, 11b an jeder der beiden Rampenscheiben 5, 6, die sich über einen vollständigen Kreis erstrecken, wobei diese Rampenkonturen 11a, 11b die axial tiefste Stelle A, E, F und die axial höchste Stelle C, 14 beinhaltet, welche die Positionen des axial größten bzw. geringsten Abstandes zwischen den beiden Rampenscheiben 5, 6 definieren.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, an beiden Rampenscheiben 5, 6 nur eine einzige kreisförmige Rampenkontur auszubilden, an der dann zwei oder mehrere Wälzkörper abrollen, die umfangsbezogen gleichverteilt hintereinander angeordnet sind. Bei dieser Variante weisen die Rampenscheiben 5, 6 dann jeweils eine Rampenkontur auf, deren in 3 gezeigter Steigungsverlauf A, B, C, D, F entsprechend der Anzahl der genutzten Wälzkörper über einen Kreisumfang mehrfach hintereinander in der Rampenkontur ausgebildet ist. Mit anderer Worten geschildert weist die Rampenkontur einer solchen Rampenscheibe für beispielsweise drei symmetrisch verteilte Wälzkörper drei Steigungsverlauf A, B, C, D, F auf, die über den Vollkreis der Rampenkontur unmittelbar hintereinander angeordnet sind. Durch diese Konstruktion befinden sich alle Wälzkörper bei einer Relativverdrehung der beiden Rampenscheiben immer an der gleichen Steigung, also beispielsweise unmittelbar vor dem jeweiligen Steigungsgipfel.
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Durch den geschilderten Aufbau kann die Betätigung der Axialverstelleinrichtung sowohl in Schließrichtung als auch in Öffnungsrichtung in nur einer einzigen Drehrichtung erfolgen, wodurch eine Drehrichtungsumkehr des antreibenden Motors nicht notwenig ist. Hierdurch kann ein kostengünstigerer Antriebsmotor genutzt sowie deine Steuerung einfacher und kostengünstiger hergestellt werden. Von besonderer Bedeutung bei der erfindungsgemäßen Axialverstelleinrichtung ist, dass diese im Vergleich zu bekannten gattungsgemäßen Axialverstelleinrichtung sehr viel schneller als bisher möglich von einer Schließbewegung in eine Öffnungsbewegung bzw. von einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung überführt werden kann. Hierzu wird die drehbare Rampenscheibe 6 ausgehend von irgendeiner Schließstellung lediglich in die gleiche Richtung solange weitergedreht, bis eine gewünschte Öffnungsstellung erreicht ist.
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Um eine optimale Funktion zu erreichen, sollte die Schließstellung der Wälzkörper 7 an der Rampenkontur 11a, 11b idealerweise an einem Punkt liegen, der sich umfangsbezogen hinter dem Steigungsgipfel 14 der Rampenkontur 11a, 11b befindet, um sicherzustellen, dass die Axialverstelleinrichtung 1 beim Schließen nicht blockiert. Außerdem ist so auch ein Öffnen der Axialverstelleinrichtung 1 bei Stromausfall oder Versagen einer Elektro-Motorbremse gewährleistet.
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Außerdem ist bei den Übergängen zwischen den unterschiedlichen Steigungen bzw. Anfangs- und Endpunkten A bis F der Steigungen die Verwendung großer Übergangsradien vorteilhaft, da die materialspezifische maximal zulässige Hertzsche Pressung entscheidend für die Lebensdauer und die Sicherstellung der Funktion ist. Mit Hilfe großer Krümmungsradien entsteht eine möglichst große Berührfläche zwischen Wälzkörper 7 und Rampenkontur 11a, 11b, welche die Flächenpressung klein hält.
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Die Funktionsweise der erfindungsgemäß ausgebildeten Rampenkontur 11 wird nachfolgend beschrieben, wobei auf die Steigungsverhältnisse in der Rampenkontur 11a, 11b eingegangen wird.
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Ausgehend von einer Öffnungsstellung der Axialverstelleinrichtung 1 und einer damit verbundenen Lamellenkupplung 2, bei der sich die Wälzkörper 7, 10 an der axial tiefsten Stelle der Rampenkontur 11 befinden, wird die drehbare Rampenscheibe 6 von einem Antriebsmotor gedreht, um von der Öffnungsstellung in eine Schließstellung zu gelangen.
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Zu Beginn des Stellvorganges der Axialverstelleinrichtung 1 rollen die Wälzkörper 7, 10 auf einem Abschnitt AB der Rampenkontur 11a, 11b mit einem vergleichsweise großen positiven Steigungswinkel α. Dadurch wird das Lüftspiel im Lamellenpaket der Kupplung 2 relativ schnell überwunden Bei einem Weiterdrehen der Rampenscheibe 6 rollen die Wälzkörper 7, 10 auf einem Abschnitt BC der Rampenkontur 11a, 11b mit einem flacheren Winkel β, wodurch über einen größeren Drehwinkel der Rampenscheibe 6 bzw. einen axialen größeren Stellweg etwas langsamer eine möglichst große Axialkraft erzeugt wird, um die Kupplung 2 zu schließen. Dabei darf der Rampengipfel 14 an der Stelle C nicht überschritten werden.
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Im Anschluss an dieses flache Rampenelement BC bzw. dem Rampengipfel 14 folgt wiederum ein sehr flacher Abschnitt CD, der allerdings eine negative Steigung, also ein Gefälle aufweist Dieser Abschnitt CD ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 3 und 4 vergleichsweise kurz, da er nur zur oben beschriebenen Sicherstellung des Öffnungsvorganges dient. In diesem Abschnitt CD sollen die Wälzkörper 7, 10 gehalten werden, um einerseits ein maximales Sperrmoment zu erzeugen, und um andererseits ein sicheres Lösen dieser Sperrstellung auch bei einem Ausfall des Stellmotors sicherstellen zu können. An dieses Abschnitt CD schließt sich ein steilerer Gefälleabschnitt DE an, der bei einem geringen Drehwinkel ein schnelles Überführen der Axialverstelleinrichtung 1 bzw. der Kupplung 2 in ihre finale Öffnungsstellung gewährleistet. Der Ort dieser finalen Öffnungsstellung kann, wie 3 zeigt, durch einen weiteren Abschnitt F in der Rampenkontur 11 gebildet sein, es reicht aber aus, die Wälzkörper 7, 10 an denjenigen Ort der Rampenkontur 11a, 11b zu fuhren, an dem sich die Anfangs- bzw. Endpunkte A und E treffen. In dieser Öffnungsstellung A, E oder F der Axialverstelleinrichtung 1 wirkt keine axiale Kraft auf das Lamellenpaket der Kupplung 2.
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In Abweichung der zuvor beschriebenen Rampenkontur 11 kann auch eine ähnliche Form mittels einer mathematischen Kurve erzeugt werden, von denen einige beispielhaft in 5 dargestellt sind. Möglich ist demnach ein freier Polynomzug, oder ein Verlauf beispielsweise gemäß der Funktionen y = x2 oder Y = In(x). Dabei ist ebenfalls auf kontinuierliche Übergänge zu achten, um das Abwälzen der Wälzkörper 7 sicherzustellen.
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Steuerbar ist die Axialverstelleinrichtung 1 gemäß der Erfindung durch die Überwachung der Leistungsaufnahme eines zugeordneten Elektromotors. Überschreitet ein Wälzkörper 7 den Steigungsgipfel 14 bzw. den Punkt C, so sinkt auch die Leistungsaufnahme des Elektromotors. Wird ein solcher Abfall in der benötigten Leistung registriert, so schaltet eine Steuerung den Motor nach kurzem Weiterdrehen bis zum Erreichen der Schließstellung auf dem Konturabschnitt CD ab. Der Antrieb muss die aktuelle Position dann nur noch halten, aber keine Drehbewegung mehr durchführen. Zum Halten der Schließstellung der Axialverstelleinrichtung 1 kann eine elektromagnetisch betätigbare Bremse dienen, die durch Stromzufuhr in ihre Bremsstellung gebracht wird und durch die Kraft einer Feder geöffnet wird, wenn ein Stromausfall auftritt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Axialverstelleinrichtung
- 2
- Kupplung
- 3
- Differenzialsperre
- 4
- Gehäuse
- 5
- Erste Rampenscheibe
- 6
- Zweite Rampenscheibe
- 7
- Wälzkörper
- 8
- Käfig
- 9
- Zylinderrolle
- 10
- Kugel
- 11
- Rampenkontur (Stand der Technik)
- 11a
- Rampenkontur (gemäß der Erfindung)
- 11b
- Rampenkontur (gemäß der Erfindung)
- 12
- Stirnfläche
- 13
- Stirnfläche
- 14
- Steigungsgipfel
- A, B, C, D, F
- Anfangs- bzw. Endpunkt einer Steigung bzw. Gefälles
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005053555 B3 [0004, 0005, 0006]
- EP 0793033 A1 [0004]
- DE 102006025061 A1 [0004, 0005, 0006]
