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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Axialverstelleinheit mit entlang einer Achse angeordneten Rampenkörpern, die über an Rampen geführte Wälzkörper in Wälzkontakt stehen, derart, dass durch Verdrehen von einem der Rampenkörper gegenüber dem anderen zumindest einer der Rampenkörper entlang der Achse verschiebbar ist.
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Aus
DE 10 2004 017 342 B4 ist eine Axialverstellvorrichtung mit einer Kugelrampenkonfiguration bekannt. Diese weist zwei zueinander verdrehbare und koaxial angeordnete Scheiben auf. An den einander zugewandten Flächen der Scheiben sind über den Umfang tiefenveränderliche Kugelrillen ausgebildet, wobei die Kugeln zwischen einander zugeordneten Paaren von Kugelrillen geführt werden. Nachteilig ist bei dieser Ausgestaltung, dass die Axialverstellvorrichtung einen relativ großen radialen Bauraum beansprucht. Zudem ist der maximale Verstellhub auf den Durchmesser der eingesetzten Kugeln beschränkt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Axialverstelleinheit der vorgenannten Art den Aufbau zu verbessern und kostengünstig zu gestalten. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Da die Wälzkörper jeweils an koaxial angeordneten Wandabschnitten der Rampenkörper in sich wendelförmig um die Achse windenden Laufbahnen geführt werden, kann der radiale Bauraum der Axialverstelleinheit reduziert werden. Außerdem ist der Hub der Rampenkörper insbesondere in Abhängigkeit von Steigung, Ganghöhe und Bogenlänge der Laufbahnen variabel einstellbar.
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In einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Rampenkörper als drehend antreibbare und axial feststehend angeordnete Steuerhülse sowie zumindest ein weiterer Rampenkörper als axial verschiebbare und drehfest angeordnete Stellhülse ausgebildet. Dabei kann die Steuerhülse abschnittsweise in der Stellhülse koaxial angeordnet werden, beispielsweise durch einfaches abschnittsweises Ineinanderstecken. Die bevorzugt als Kugeln ausgeführten Wälzkörper können so an radial gegenüberliegenden Wandabschnitten am Innenmantel der Stellhülse und am Außenmantel der Steuerhülse in als Schrägkugelrillen ausgebildeten Laufbahnen geführt werden. Auf diese Weise sind Stellhülse und Steuerhülse über die Kugeln in den Schrägkugelrillen ähnlich wie in einem Schrägkugellager aneinander abgestützt und werden an den Schrägkugelrillen radial geführt. Außerdem können über die reine radiale Führung hinausgehende auftretende Radiallasten aufgenommen werden. Variable Druckwinkel während des Verstellvorgangs können so kompensiert und ein erhöhter Verschleiß sowie Störungen sicher vermieden werden. Dies gilt besonders, wenn an den Rampenkörpern große Verstellkräfte übertragen werden, beispielsweise zur Betätigung einer Reibkupplung.
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Am Innenmantel der Stellhülse und am Außenmantel der Steuerhülse können mehrere Schrägkugelrillen in Umfangsrichtung hintereinanderliegend und paarweise komplementär einander schräg gegenüberliegend angeordnet werden.
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Eine Verwendung von Axial-Rillenkugellagern als Stützlager für die Rampenkörper wirkt sich besonders bei Verformung unter Belastung günstig aus, insbesondere ist die Gefahr eines Anlaufens der Wälzkörper an die Kanten der Laufbahnen deutlich reduziert.
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Steuerhülse und Stellhülse können an ihren voneinander bzw. von den Schrägkugelrillen abgewandten Seiten jeweils über ein Axial-Rillenkugellager abgestützt sein. Dabei ist es möglich, die Axial-Rillenkugellager und die Schrägkugelrillen auf gleichen oder annähernd gleichen Teilkreisradien anzuordnen. Auf diese Weise wird eine besonders radialen Bauraum sparende Anordnung erreicht. Außerdem kann bei axialer Belastung das Auftreten von Momenten vermieden oder zumindest minimiert werden.
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Bevorzugt ist die Steuerhülse an ihrem von der Stellhülse abgewandten Endabschnitt über ein erstes Axial-Rillenkugellager an einem koaxial auf einer Welle angeordneten Stützring und die Stellhülse über ein zweites Axial-Rillenkugellager an einem koaxial auf der Welle angeordneten Druckring abgestützt. Während der Stützring auf der Welle axial feststehend abgestützt ist, ist der Druckring zur Übertragung einer Stellkraft und einer Stellbewegung auf der Welle axial beweglich angeordnet.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Stellhülse an ihren von der Steuerhülse abgewandten Endabschnitt einen nach radial innen vorstehenden ringförmigen Rand aufweist, der an seiner dem Druckring zugewandten Stirnseite eine Lauffläche des zweiten Axial-Rillenkugellagers bildet.
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An der Steuerhülse kann an ihrem von der Stellhülse abgewandten Endabschnitt ein nach radial außen vorstehender Ringkragen vorgesehen sein, der an seinem radial äußeren Rand eine Verzahnung aufweist, an der die Steuerhülse drehend antreibbar ist. Zweckmäßigerweise bildet der Ringkragen zugleich an seiner dem Stützring zugewandeten Stirnseite eine Lauffläche des ersten Axial-Rillenkugellagers
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Zur Betätigung einer koaxial zur Welle angeordneten Kupplung steht der Druckring an seiner von der Stellhülse abgewandten Stirnseite mit dieser in Wirkverbindung, wobei Stellhülse und Steuerhülse koaxial zur Welle angeordnet sind.
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Stell- und Steuerhülse können in Blech ausgeführt werden. Dadurch sind sie in Leichtbauweise durch Umformen spanlos, insbesondere durch Tiefziehen, einfach und kostengünstig herstellbar.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Axialverstelleinheit,
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2 eine weitere Schnittdarstellung der Axialverstelleinheit,
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3 eine perspektivische Ansicht der Axialverstelleinheit,
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4 eine perspektivische Einzeldarstellung eines Rampenkörpers der Axialverstelleinheit,
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5 eine perspektivische Einzeldarstellung des anderen Rampenkörpers der Axialverstelleinheit.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Eine beispielhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Axialverstelleinheit ist in 1 dargestellt. Die Axialverstelleinheit weist zwei Rampenkörper auf, die entlang einer Achse 1 und einer koaxial zu dieser verlaufend angedeuteten Welle 2 angeordnet sind. Ein Rampenkörper ist als Steuerhülse 3 drehend antreibbar und über ein erstes Axial-Rillenkugellager 4 und einen koaxial angeordneten Stützring 5 an der Welle 2 axial feststehend abgestützt. Der andere Rampenkörper ist als Stellhülse 6 ausgeführt und axial verschiebbar über nicht dargestellte Haltemittel an einem nicht dargestellten benachbarten Bauteil, beispielsweise einem Gehäuse, drehfest gehalten. Über ein zweites Axial-Rillenkugellager 7 ist die Stellhülse 6 an einem koaxial angeordneten Druckring 8 abgestützt, der in Wirkverbindung mit einem angedeuteten Kupplungspaket 9 steht.
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Stellhülse 6 und Steuerhülse 3 weisen jeweils an einem Endabschnitt einen nach radial außen abstehenden Ringkragen auf. Die Stellhülse 6 ist an ihrem Ringkragen über nicht dargestellte Haltemittel drehfest gehalten, während die Steuerhülse 3 an einer an ihrem Ringkragen radial außen umlaufenden Verzahnung 10 drehend antreibbar ist. Die Steuerhülse 3 ist an ihrem vom Ringkragen abgewandten Endabschnitt an der Kragenseite der Stellhülse 6 koaxial eingesteckt und von dieser radial außen umschlossen. Hierbei ragt der Ringkragen der Steuerhülse 3 aus der Stellhülse 6 heraus, wobei die Ringkrägen von Steuerhülse 3 und Stellhülse 6 einander zugewandt und parallel zueinander nach radial außen abstehend angeordnet sind.
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Im Bereich ihrer koaxial ineinandergreifenden hohlzylindrischen Wandabschnitte liegen sich Stellhülse 6 an ihrem Innenmantel und Steuerhülse 3 an ihrem Außenmantel radial gegenüber. Am Innenmantel der Stellhülse 6 und am Außenmantel der Steuerhülse 3 sind mehrere Schrägkugelrillen 11, 12 jeweils in Umfangsrichtung in gleichen Abschnitten hintereinanderliegend angeordnet. Dabei liegen sich die Schrägkugelrillen 11, 12 an Stellhülse 6 und Steuerhülse 3 paarweise einander schräg gegenüber. In jedem Paar von einander schräg gegenüberliegenden Schrägkugelrillen 11, 12 ist eine Kugel aufgenommen, über die Stellhülse 6 und Steuerhülse 3 aneinander in Wälzkontakt stehend, ähnlich wie in einem Schrägkugellager, abgestützt sind. Die Schrägkugelrillen 11, 12 verlaufen jeweils an den einzelnen Umfangsabschnitten entlang der hohlzylindrischen Hülsenwände schraubenlinienförmig und winden sich mit gleichem Steigungsprofil, gleicher Ganghöhe und gleicher Bogenlänge in Richtung der Achse 1. Durch die ineinandergesteckte Anordnung von Steuerhülse 3 und Stellhülse 6 wird so eine Reduzierung des radialen Bauraums ermöglicht.
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Die Stellhülse 6 weist an dem vom Ringkragen abgewandten Endabschnitt einen nach radial innen vorstehenden Rand auf, der radial innen eine axiale Öffnung bildet, in die der Druckring 8 koaxial eingreift. An den von der Stellhülse 6 abgewandten axialen Außenseiten der Steuerhülse 3 greift der Stützring 5 koaxial ein. Druckring 8 und Stützring 5 weisen dabei jeweils an ihren aus Stellhülse 8 bzw. Steuerhülse 3 herausragenden Endabschnitten einen nach radial außen abstehenden Ringkragen auf. Am Druckring 8 liegt dieser dem am Endabschnitt der Stellhülse 6 nach radial innen vorstehenden Rand axial gegenüber, während der Ringkragen am Stützring 5 dem nach radial außen vorstehenden Ringkragen der Steuerhülse 6 axial gegenüber liegt. Dabei bilden der Rand der Stellhülse 6 und der Ringkragen des Druckrings 8 jeweils an ihren einander zugewandten Seiten eine Lauffläche des Axial-Rillenkugellagers 7 und die Ringkrägen von Steuerhülse 6 und Stützring 5 jeweils eine Lauffläche des Axial-Rillenkugellagers 4. Auf diese Weise ist es möglich, die Axial-Rillenkugellager 4, 7 und die in den Schrägkugelrillen 11, 12 geführten Kugeln auf gleichen oder annähernd gleichen Teilkreisradien anzuordnen.
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Die Steuerhülse 3 ist an ihrer radialen Innenseite über ein Radiallager auf der Welle 2 abgestützt. Über das Radiallager kann die Axialverstelleinheit auf der Welle 2 geführt und können gegebenenfalls zugleich über die reine radiale Führung hinausgehende auftretende Radiallasten abgetragen werden.
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Durch Verdrehen der Steuerhülse 3 gegenüber der Stellhülse 6 ist letztere im Wälzkontakt an den Schrägkugelrillen 11, 12 entlang der Achse 1, die gleichzeitig die Stellachse bildet, in Richtung des Kupplungspakets 9, d.h. in Verstellrichtung, verschiebbar. 1 zeigt die Axialverstelleinheit im Ausgangszustand, in dem sich Stellhülse 6 und Steuerhülse 3 an ihren Ringkrägen in der zueinander axial nächstmöglichen Position befinden, d.h. in der Null-Stellung.
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In den Schrägkugelrillen 11, 12 werden die Kugeln in schräg zur Achse 1 geneigten Laufbahnen geführt. Hierbei sind die Laufbahnen an Steuerhülse 3 und Stellhülse 6 komplementär zueinander ausgerichtet. Am Innenmantel der Stellhülse 6 sind die Schrägkugelrillen 11 mit ihren Laufbahnen schräg nach radial innen und am Außenmantel der Steuerhülse 3 die Schrägkugelrillen 12 mit ihren Laufbahnen schräg nach radial außen ausgerichtet. Die Laufbahnen an den Schrägkugelrillen 11, 12 sind so in Richtung der Achse 1 schräg zueinander versetzt angeordnet. Die Ausrichtung der Laufbahnen zweier gegenüberliegender Schrägkugelrillen 11, 12 ist durch die Linie 13 angedeutet, die entlang der Normalen der Tangentialebenen an den Kontaktstellen der Kugeln an den Laufbahnen verläuft. Stellhülse 6 und Steuerhülse 3 werden so an den Kugeln in den Schrägkugelrillen 11, 12 radial geführt.
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In 2 ist die Stellung der Stellhülse mit axialem Hub H dargestellt. Bei Drehung der Steuerhülse 3 verdrehen sich die Paare von Schrägkugelrillen 11, 12 relativ zueinander, so dass die Kugeln entsprechend der Steigung der Schrägkugelrillen 11, 12 entlang der hohlzylindrischen Hülsenwände am Innenmantel der Stellhülse 6 und am Außenmantel der Steuerhülse 3 in Richtung der Achse 1 laufen. Dadurch werden die Stellhülse 6 und der Druckring 8 entsprechend der bei der Verdrehung von den Kugeln in den Schrägkugelrillen 11, 12 zurückgelegten Ganghöhe in Richtung des Kupplungspakets 9, d.h. von der Steuerhülse 3 weg, entlang der Achse 1 verschoben. Dabei ist der maximale Hub der Axialverstelleinheit in Abhängigkeit von Steigung und axialer Ganghöhe h der Schrägkugelrillen 11, 12 variabel einstellbar. Hierbei können die Schrägkugelrillen 11, 12 mit konstanter Rillentiefe ausgeführt werden.
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Die Kugeln werden in einem ringscheibenförmigen Käfig, hier beispielhaft in Kunststoff ausgeführt, angeordnet, in dem sie in einer definierten Position zueinander gehalten werden.
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3 zeigt die Axialverstelleinheit in einer perspektivischen Ansicht an der Außenseite des Druckrings 8 und der Stellhülse 6. Druckring 8, Stellhülse 6, Steuerhülse 3 und der hier nicht sichtbare Stützring 5 sind entlang der Achse 1 auf der nicht dargestellten Welle 2 angeordnet und bilden eine kompakte Baugruppe. Der Druckring 8 weist an seiner axialen Stirnseite eine ringförmige axiale Kontaktfläche zur Übertragung einer Stellkraft und Stellbewegung zur Betätigung des Kupplungspakets 9 auf. Zwischen Druckring 8 und Stellhülse 6 ist das Axial-Rillenkugellager 7 angeordnet, von dem nur der Wälzkörperkäfig sichtbar ist. Da die Schrägkugelrillen 11 am Innenmantel der Stellhülse 6 durch Wandstärkenreduzierung ausgebildet sind, weist die Stellhülse 6 eine glatte Außenoberfläche auf. Stellhülse 6 und Steuerhülse 3 sind mit ihren Ringkrägen einander zugewandt und parallel beabstandet zueinander angeordnet. Am Ringkragen der Stellhülse 6 sind Haltemittel, hier beispielhaft als zwei radial außen diametral gegenüberliegende radiale Vertiefungen angeordnet, in die jeweils komplementäre Führungsmittel, beispielsweise Führungsstifte, formschlüssig eingreifen können. Über die Verzahnung 10 am Ringkragen der Steuerhülse 3 ist diese drehend antreibbar.
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In 4 und 5 sind die Stellhülse 6 im Schnitt und die Steuerhülse 3 perspektivisch, jeweils an ihren in montiertem Zustand ineinandergreifenden Abschnitten, dargestellt. Dort sind beispielhaft jeweils fünf über den Umfang gleichmäßig verteilt hintereinander angeordnete Schrägkugelrillen 11, 12 sickenartig ausgebildet. Die Schrägkugelrillen 11, 12 verlaufen jeweils an den einzelnen Umfangsabschnitten entlang des Innenmantels der Stellhülse 6 und des Außenmantels der Steuerhülse 3. Sie winden sich an der Stellhülse 6 ausgehend von deren Kragenseite und an der Steuerhülse 3 ausgehend von deren dem Ringkragen abgewandten Endabschnitt wendel- oder schraubenlinieförmig jeweils mit gleichem Steigungsprofil, gleicher Bogenlänge und gleicher Ganghöhe h in Richtung der Achse 1, ähnlich einer Wendeltreppe im Innern bzw. an der Außenseite eines Turmes. Die Bogenlänge der Schrägkugelrillen 11, 12 beträgt etwa ein Fünftel einer Windung. Die Ganghöhe h entspricht dabei dem maximalen axialen Hub der Stellhülse 6 bei einem maximalen Verdrehen der Steuerhülse 3. Die Schrägkugelrillen 11, 12 sind an Stellhülse 6 und Steuerhülse 3 jeweils mit entgegengesetzter Windungsrichtung und mit gleichbleibender Rillentiefe ausgeführt und bilden sich um die Achse 1 windende Rampen, an denen die Kugeln geführt werden.
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In Umfangsrichtung werden die Schrägkugelrillen 11, 12 durch steile Abschnitte 14, 15 begrenzt. Diese trennen jeweils zwischen zwei hintereinanderliegenden Schrägkugelrillen 11, 12 den Bereich größter Ganghöhe h von dem Bereich der Nullstellung. Hierbei dienen die steilen Abschnitte 14, 15 jeweils als Anschlag in der Nullstellung für die in den Schrägkugelrillen 11, 12 geführten Kugeln.
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Stellhülse 6 und Steuerhülse 3 sind in Blech ausgeführt und durch Tiefziehen hergestellt. Die Schrägkugelrillen 11, 12 sind durch reduzierte Wandstärke am Innenmantel der Stellhülse 6 bzw. am Außenmantel der Steuerhülse 3 tiefgezogen. Dabei ist der Ringkragen jeweils an Stellhülse 6 und Steuerhülse 3 als einfacher Ziehkragen ausgeführt. Die radial außen am Ringkragen der Steuerhülse 3 umlaufende Verzahnung 10 ist durch Walzen herstellbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achse
- 2
- Welle
- 3
- Steuerhülse
- 4
- Axial-Rillenkugellager
- 5
- Stützring
- 6
- Stellhülse
- 7
- Axial-Rillenkugellager
- 8
- Druckring
- 9
- Kupplungspaket
- 10
- Verzahnung
- 11
- Schrägkugelrille
- 12
- Schrägkugelrille
- 13
- Linie
- 14
- Abschnitt
- 15
- Abschnitt
- H
- Hub
- h
- Ganghöhe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004017342 B4 [0002]
