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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorspanneinheit. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Vorspanneinheit, die einen ersten Laufring und einen zweiten Laufring umfasst, die entlang einer Achse angeordnet sind, wobei die Laufringe jeweils mindestens eine Laufbahnkontur für Wälzkörper aufweisen, und wobei durch relatives Verdrehen der Laufringe gegeneinander mindestens einer der Laufringe entlang der Achse verschiebbar ist, und wobei die Vorspanneinheit einen Käfig zum Führen und Halten der Wälzkörper umfasst, der zwischen den Laufringen angeordnet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Vorspanneinheiten sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der
DE 10 2008 011 910 A1 ,
DE 10 2005 053 555 B3 ,
US 5,485,904 ,
US 5,620,072 ,
DE 19914937 A1 ,
DE 10 2011 083 047 A1 und
DE 10 2012 202 456 A1 . Vorspanneinheiten finden bei Getrieben von Kraftfahrzeugen Verwendung, um insbesondere die Betätigung einer Reibungskupplung im Antriebsstrang eines Achsantriebs eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, insbesondere auch für eine Allradzuschaltung (Coupler-Unit).
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Andere Bezeichnungen für Vorspanneinheit sind beispielsweise Vorspanneinheitmodul, Axialverstelleinheit, Kupplungsbetätigungsvorrichtung, Kugelrampeneinheit oder Vorrichtung zur Betätigung einer Kupplung.
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Vorspanneinheiten werden dazu verwendet, Elemente in axialer Richtung zu verschieben bzw. zu schalten, beispielsweise zum Schalten einer Kupplung. Eine Vorspanneinheit bzw. eine Axialverstelleinheit umfasst üblicherweise mindestens zwei Laufringe, zwischen denen eine Vielzahl von Wälzkörpern in einem Käfig angeordnet ist. Die Laufbahnen für die Wälzkörper sind üblicherweise als tiefgezogene Rampen in den Laufringen ausgestaltet. Dies dient dem Abstützen und Lagern der Wälzkörper. Werden die Scheiben gegeneinander verdreht, laufen die Wälzkörper die Rampen hoch und drücken die Laufringe auseinander. Die Laufringe solch einer Vorspanneinheit sind beispielsweise aus einem Blechmaterial hergestellt. Die Laufringe und der Käfig mit den Wälzkörpern der Vorspanneinheit können beispielsweise als Schrägkugellager ausgestaltet sein, wie beispielsweise aus der
DE 10 2011 083 047 A1 ,
DE 10 2012 202 456 A1 und
DE 10 2008 011 910 A1 bekannt.
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Bei der
DE 10 2008 011 910 A1 ist eine Vorspanneinheit offenbart, bei der ein Käfig zur Aufnahme der Wälzkörper zwischen zwei Rampenscheiben (Laufringe) angeordnet ist. Der Käfig ist gegenüber den beiden Rampenscheiben verdrehschwenkbar. An jeder Rampenscheibe sind Rampenkonturen ausgebildet. Jede Rampenkontur umfasst zwei Rampenebenen, die unter einem Knickwinkel angeordnet sind und auf denen die Wälzkörper bei einer Verdrehschwenkbewegung geführt entlang laufen. Die Rampenkonturen, die Wälzkörper und der Winkel sind derart abgestimmt, dass bei einem bestimmten maximalen Drehwinkel zwischen den beiden Rampenscheiben die Vorspanneinheit in Richtung einer Achse eine maximale Hubbewegung erreicht. Die Rampenscheibe sind massive Bauteile und weisen somit ein relativ hohes Gewicht auf. Zudem kann es durch den Knickwinkel zu ruckartigen Bewegungen des Wälzkörpers kommen, wenn er sich auf der entsprechenden Ranmpenkontur bewegt.
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Die Ausgestaltung des Lagers kann auch ähnlich der von einigen bekannten Ausrücksystemen (clutch release systems) sein, wie beispielsweise aus der
DE 199 14 937 A1 bekannt.
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Üblicherweise wird die Verstelleinheit spanend hergestellt, wobei insbesondere die Rampenkonturen in eine massive Platte bzw. in einen massiven Ring hinein gefräst werden. Solche Verstelleinheiten sind aufwändig und teuer in der Herstellung aufgrund eines höheren Materialverbrauchs.
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Eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist daher, eine Vorspanneinheit anzugeben, die sowohl stabil, modular einsetzbar und funktionssicher als auch einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorspanneinheit gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Die erfindungsgemäße Vorspanneinheit umfasst einen ersten Laufring und einen zweiten Laufring, die entlang einer Achse angeordnet sind. Dabei stellt die Achse die Längs- und Rotationsachse der Vorspanneinheit und seiner Elemente dar, insbesondere für alle nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung, auch wenn dies nicht explizit nochmals an jeder Stelle erwähnt wird. Der erste Laufring und der zweite Laufring weisen jeweils mindestens eine Laufbahnkontur für Wälzkörper auf, üblicherweise je Wälzkörper eine Laufbahnkontur in jedem Laufring. Durch relatives Verdrehen des ersten Laufrings gegen den zweiten Laufring ist mindestens einer der Laufringe entlang der Achse verschiebbar. Werden die Laufringe gegeneinander verdreht, laufen die Wälzkörper die Laufbahnkonturen hoch und drücken die Laufringe auseinander. Die erfindungsgemäße Vorspanneinheit umfasst zudem einen Käfig zum Führen und Halten der Wälzkörper. Der Käfig ist zwischen dem ersten Laufring und dem zweiten Laufring angeordnet. Erfindungsgemäß sind die Laufbahnkonturen der Laufringe jeweils als eine stetige kurvige Fläche in den jeweiligen Laufring eingeformt. Dabei endet die jeweilige stetige kurvige Fläche an einer tiefsten Stelle und an einer höchsten Stelle.
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Der Käfig ist üblicherweise zwischen dem ersten Laufring und dem zweiten Laufring derart verdrehschwenkbar um die Achse angeordnet, dass die beiden Laufringe über die entlang der Laufbahnkonturen geführten Wälzkörper in Wälzkontakt stehen.
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In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorspanneinheit bildet der Käfig einen Ring, der alternierend aus ersten Ringsegmenten und zweiten Ringsegmenten besteht. Die Wälzkörper sind jeweils zwischen einem ersten Ringsegment und einem zweiten Ringsegment gehaltert. Die Ringsegmente sind jeweils als eine stetige kurvige Fläche ausgebildet. Dabei sind die ersten Ringsegmente jeweils unter einem Winkel α zur Achse und in Richtung des ersten Laufrings geneigt. Die zweiten Ringsegmente sind jeweils unter einem Winkel –α zur Achse und in Richtung des zweiten Laufrings geneigt. Vorteilhaft bei dieser Bauweise ist, dass der Käfig sehr materialsparend und kompakt hergestellt ist sowie formgerecht an die benachbarten Laufringe angepasst ist, was sich ebenfalls entsprechend material- und platzsparend bei der Vorspanneinheit auswirkt. Zudem kann ein solcher Käfig einstückig und/oder nicht spanend hergestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die stetigen kurvigen Flächen der Laufringe jeweils stetig differenzierbar, weisen also keinen Knick bzw. keine scharfe Kante innerhalb der Laufbahnkonturen auf, so dass ein sicheres ruhiges Wälzen der Wälzkörper entlang der Laufbahnkonturen ohne „Ruckeln“ möglich ist. Auch die stetigen kurvigen Ringsegmente des Käfigs können jeweils stetig differenzierbar sein. Weiter bevorzugt sind die stetigen kurvigen Flächen der Laufringe und/oder die stetigen kurvigen Ringsegmente des Käfigs sogar jeweils stetig differenzierbar in einen jeweils angrenzenden Umgebungsbereich fortgesetzt, was das Wälzverhalten der Wälzkörper weiterhin verbessert.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorspanneinheit hat der erste Laufring im Querschnitt ein U-, C- oder V-Profil ausgebildet und in einer Außenseite des U-, C- oder V-Profils sind Laufbahnkonturen eingeprägt. Der zweite Laufring hat im Querschnitt ein U-, C- oder V-Profil ausgebildet und in einer Außenseite des U-, C- oder V-Profils sind ebenfalls Laufbahnkonturen eingeprägt, die zu den Laufbahnkonturen des ersten Laufrings korrespondieren. Die jeweiligen U-, C- oder V-Profile der beiden Laufringe können gleich oder unterschiedlich geformt sein. Durch die flächige Ausgestaltung der Laufringe in einer sehr einfachen Form, nämlich als U-, C- oder V-Profil, sind die Laufringe im Sinne der oben genannten Aufgabe stabil, funktionssicher, einfach und kostengünstig herstellbar. Die flächigen Ausgangsteile für die Herstellung der Laufringe können beliebig lang und hoch sein. Zudem können die Kanten bzw. Ränder der flächigen Ausgangsteile für die Laufringe beliebig hoch oder herunter gezogen werden. Insgesamt ist also eine sehr variable Ausgestaltung der Laufringe bezüglich ihrer Höhe, Breite und Winkel der U-, C- bzw. V-Profile möglich. Die Randbereiche der Laufringe sind entsprechend ebenfalls von einfacher Form, so dass beliebige weitere Ringe und/oder Lager mit den Randbereichen der Laufringe verbunden werden können. Die Vorspanneinheit mit den erfindungsgemäßen Laufringen ermöglicht somit einen modularen Aufbau von weiteren Ringen, Scheiben, Lagern und ggf. weiteren Elementen entlang der Längs- und Rotationsachse der Vorspanneinheit.
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In einer besonderen Ausführungsform stellt das C-Profil des zweiten Laufrings einen Radialflansch dar, der mit dem Käfig und dem ersten Laufring über die Wälzkörper kommuniziert. Zusätzlich hat der zweite Laufring an seiner dem Käfig abgewandten Seite eine Muffe ausgebildet, die an ihrem Außenumfang eine Laufverzahnung aufweist. Die Laufverzahnung wirkt üblicherweise mit einer Ritzelscheibe zusammen, um die relative Verschiebung der Laufringe zueinander zu ermöglichen.
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Die Laufringe mitsamt ihren eingeformten Laufbahnkonturen und/oder der Käfig mitsamt seinen Ringsegmenten sind bevorzugt jeweils ein Stanz-Prägeteil oder ein Zieh-Stanz-Prägebauteil oder ein Biegebauteil. Insbesondere können diese Bauteile durch spanlose Umformung hergestellt sein, insbesondere auch durch Kaltumformung. In einer besonderen Ausführungsform werden die Laufbahnkonturen spanlos in eine massive Platte bzw. in einen massiven Ring hinein gefräst. Insbesondere können die Laufringe und/oder der Käfig jeweils einstückig hergestellt sein, insbesondere aus einem Blechteil. Alternativ kann die Vorspanneinheit spanend hergestellt sein. Die ersten und zweiten Laufringe können insbesondere nach demselben Herstellungsverfahren hergestellt werden, was ebenfalls kostensparend ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorspanneinheit eine Anordnung weiterer diverser Scheiben, Ringe und Lager um die Achse. Dabei sind an der dem Käfig abgewandten Seite des ersten Laufrings ein Verbindungsring, ein Federring, ein Dichtring bzw. Abstützring, ein äußeres Lager und eine Abschlussscheibe angeordnet. An der dem Käfig abgewandten Seite des zweiten Laufrings ist ein Axiallager angeordnet. Bevorzugt ist noch ein Stützring vorgesehen, der das Axiallager in radialer Richtung stützt.
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Die erfindungsgemäße Vorspanneinheit ist somit stabil, von modularem Aufbau und weist ein spanloses Design auf, das im Vergleich zum Stand der Technik in der Herstellung einfacher und kostengünstiger ist.
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Die erfindungsgemäße Vorspanneinheit kann als Kugelrampeneinheit bzw. Axialverstelleinheit verwendet werden, um Elemente in axialer Richtung zu verschieben bzw. zu schalten, beispielsweise zum Schalten einer Kupplung.
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Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Explosionszeichnung zweier Laufringe mit eingeprägten Laufbahnkonturen und einem Käfig dazwischen gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorspanneinheit;
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2 eine andere perspektivische Darstellung der beiden Laufringe mit eingeprägten Laufbahnkonturen nach 1 im zusammenmontierten Zustand;
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3 einen Schnitt in perspektivischer Darstellung durch die beiden Laufringe nach 2;
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4 einen schematischen radialen Querschnitt entlang der Linie A-A in 1 für eine Ausführungsform eines ersten Laufrings, der im Querschnitt ein U-Profil ausgebildet hat;
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5 einen schematischen radialen Querschnitt entlang der Linie D-D in 1 für eine Ausführungsform eines zweiten Laufrings, der im Querschnitt ein C-Profil ausgebildet hat;
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6 einen anderen schematischen radialen Querschnitt entlang der Linie C-C in 1 an einer höchsten Stelle einer Laufbahnkontur im U-Profil des ersten Laufrings nach 4;
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7 einen weiteren anderen schematischen radialen Querschnitt entlang der Linie B-B in 1 an einer tiefsten Stelle der Laufbahnkontur im U-Profil des ersten Laufrings nach 4 und 6;
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8 einen anderen schematischen radialen Querschnitt entlang der Linie E-E in 1 an einer höchsten Stelle einer Laufbahnkontur im C-Profil des zweiten Laufrings nach 5;
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9 einen weiteren anderen schematischen radialen Querschnitt entlang der Linie F-F in 1 an einer tiefsten Stelle der Laufbahnkontur im C-Profil des zweiten Laufrings nach 5 und 8; und
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10 einen schematischen Querschnitt einer Ausführungsform des Käfigs.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele der erfindungsgemäßen Vorspanneinheit dar.
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1 zeigt eine perspektivische Explosionszeichnung zweier Laufringe 2, 5 mit eingeprägten Laufbahnkonturen 8 gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorspanneinheit 1. Die Vorspanneinheit 1 umfasst einen ersten Laufring 2 und einen zweiten Laufring 5, die entlang einer Achse 50 angeordnet sind. Der erste Laufring 2 und der zweite Laufring 5 weisen jeweils mindestens eine Laufbahnkontur 8 für Wälzkörper 3 auf. Durch relatives Verdrehen des ersten Laufrings 2 gegen den zweiten Laufring 5 ist mindestens einer der Laufringe 2, 5 entlang der Achse 50 verschiebbar. Die Achse 50 stellt die Längs- und Rotationsachse der Vorspanneinheit 1 und seiner Elemente dar.
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Ein Käfig 4 zum Führen und Halten der Wälzkörper 3 ist zwischen dem ersten Laufring 2 und dem zweiten Laufring 5 angeordnet. Die Laufbahnkonturen 8 der Laufringe 2, 5 sind jeweils als eine stetige kurvige Fläche 8 in den jeweiligen Laufring 2, 5 eingeformt, wobei die stetige kurvige Fläche 8 an einer tiefsten Stelle 83 und an einer höchsten Stelle 85 endet. Die tiefste Stelle 83 und die höchste Stelle 85 liegen also an gegenüber liegenden Enden der entsprechenden Laufbahnkontur 8.
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Die Wälzkörper 3 können beispielsweise Rollen oder Kugeln sein. Es hat sich gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn zwischen den Laufringen 2 und 5 mindestens drei Wälzkörper 3, aber nicht mehr als fünf Wälzkörper 3 gleich verteilt angeordnet sind. Die Wälzkörper 3 sind in diesem Fall in gleichem Winkelabstand angeordnet. Mittels der Wälzkörper 3 ist der erste Laufring 2 relativ zum zweiten Laufring 5 zueinander möglichst reibungsfrei verdrehbar. Jeder Wälzkörper 3 ist in einer Halterung bzw. Tasche 17 des Käfigs 4 gehaltert. In den Laufringen 2 und 5 sind jeweils entsprechende Laufbahnkonturen 8 ausgebildet, in denen die Wälzkörper 3 rollen. Erfindungsgemäß sind die Laufbahnkonturen 8 stetig kurvig, wodurch ein ruckfreies Wälzen möglich ist, wie bereits oben beschrieben. Bevorzugt und wie in 1 dargestellt, sind die stetigen kurvigen Flächen bzw. Laufbahnkonturen 8 der Laufringe 2, 5 sogar jeweils stetig differenzierbar, was ein besonders ruckfreies und reibungsarmes Wälzen der Wälzkörper 3 und somit auch ein ruckfreies und reibungsarmes Verschieben der beiden Laufringe 2, 5 in Richtung der Achse 50 bewirkt.
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Durch das Verdrehen der Laufringe 2 und 5 relativ zueinander, rollen die Wälzkörper 3 entlang der schrägen Laufbahnkonturen 8. Dies bewirkt eine reibungsarme Verschiebung bzw. einen Axialhub 74 (siehe 2) der Laufringe 2 und 5 in Richtung der Achse 50. Die Verschiebung geschieht so lange, bis der Axialhub 74 sein Maximum erreicht hat. Die durch das Torsionsmoment erzeugte tangentiale Kraft an den beiden Laufringen 2 und 5 führt somit zu einer axialen Vorspannung der Vorspanneinheit 1 mit einer Kraft in axialer Richtung. Von den Wälzkörpern 3 wirkt eine Normalkraft auf die Laufbahnkonturen 8. Mit der Verschiebung der beiden Laufringe 2 und 5 ist somit ein Axialhub 74 in Richtung der Achse 50 erzielbar, wobei der Axialhub 74 den axialen Abstand zwischen den Laufringen 2, 5 bestimmt.
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Einer der Laufringe 2 oder 5 kann beispielsweise mittels einer ersten Lamellenkupplung (nicht dargestellt) elektromagnetisch zugeschaltet werden. Zwischen der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle befindet sich beispielsweise eine zweite Lamellenkupplung (nicht dargestellt). Die erfindungsgemäße Vorspanneinheit 1 kann in einem solchen Fall in den Kegelraddifferenzialen zur Vorspannung der Lamellenkupplungen der Überlagerungsstufen eingesetzt werden.
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Der erste Laufring 2 ist vorzugsweise ein einstückiges Stanz-Prägeteil, welches mittels Kaltumformung hergestellt wird.
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Es ist von besonderem Vorteil, wenn die beiden Laufringe 2, 5 als kaltgeformte Bauteile aus einem Blechrohling hergestellt werden. Dabei werden die Laufbahnkonturen 8 in die jeweiligen Laufringe 2, 5 ebenfalls eingeprägt. Dieses Prägen ist ebenfalls ein kaltumformender Prozess. 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 1 gehärtet werden müssen. Für einen Fachmann ist es selbstverständlich, welches Härteverfahren hierzu am besten geeignet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform und wie in 1 dargestellt, hat der erste Laufring 2 im Querschnitt ein U-Profil 81 (siehe 4, 6, 7) ausgebildet, wobei in einer Außenseite 811 des U-Profils 81 Laufbahnkonturen 8 eingeprägt sind. Der zweite Laufring 5 hat bevorzugt im Querschnitt ein C-Profil 82 (siehe 5, 8, 9) ausgebildet, wobei in einer Außenseite 821 des C-Profils 82 ebenfalls Laufbahnkonturen 8 eingeprägt sind, die mit den Laufbahnkonturen 8 des ersten Laufrings 2 korrespondieren.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform und wie in 1 bis 3, 8 und 9 dargestellt, stellt das C-Profil 82 des zweiten Laufrings 5 einen Radialflansch 18 dar, der mit dem Käfig 4 und dem ersten Laufring 2 über die Wälzkörper 3 kommuniziert. Dabei hat der zweite Laufring 5 an der dem Käfig 4 abgewandten Seite eine Muffe 19 ausgebildet, die an ihrem Außenumfang eine Laufverzahnung 20 aufweist, die mit einer Ritzelscheibe zusammen wirkt, um die relative Verschiebung der Laufringe 2, 5 zueinander zu ermöglichen. Der Radialflansch 18 ist bevorzugt einteilig mit der sich axial erstreckenden Muffe 19 verbunden. Alternativ sind Muffe 19 und Radialflansch 18 miteinander verbundene Bauteile. Die Muffe 19 ist für den drehmomentfesten aber axial verschiebbaren Eingriff mit einer nicht dargestellten Welle verzahnt.
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Der zweite Laufring 5 ist wahlweise ein Zieh-Stanz-Prägebauteil aus einem Schmiede- oder Blechrohling. Alternativ dazu, kann der zweite Laufring 5 aus den zuvor genannten Rohlingen fliessgepresst werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform und wie in 1 und 10 dargestellt, bildet der Käfig 4 einen Ring, der alternierend aus ersten Ringsegmenten 13 und zweiten Ringsegmenten 14 besteht. Dabei sind die Wälzkörper 3 jeweils zwischen einem ersten Ringsegment 13 und einem zweiten Ringsegment 14 gehaltert. Die Ringsegmente 13, 14 sind jeweils als eine stetige kurvige Fläche ausgebildet. Die ersten Ringsegmente 13 sind jeweils unter einem Winkel α (siehe 10) zur Achse 50 und in Richtung des ersten Laufrings 2 geneigt. Die zweiten Ringsegmente 14 sind entsprechend jeweils unter einem Winkel –α zur Achse 50 und in Richtung des zweiten Laufrings 5 geneigt. Diese Ausführungsform des Käfigs 4 hat den Vorteil, dass keine ebene Radialscheibe für den Käfig 4 erforderlich ist, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Die ersten und zweiten Ringsegmente 13, 14 stehen also jeweils schräg zur Achse 50, das heißt der Winkel α ist kleiner als 90 Grad. Die Halterungen bzw. Taschen 17 zum Führen und Halten der Wälzkörper 3 sind bei dieser Ausführungsform entsprechend jeweils zwischen einem ersten Ringsegment 13 und einem benachbarten zweiten Ringsegment 14 angeordnet. Die Taschen 17 können beispielsweise mit einem Tiefziehverfahren gebildet werden. Die Taschen 17 können zudem elastische Halterungen ausgebildet haben, in die die Wälzkörper 3 einschnappen (nicht dargestellt).
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Zur besseren Halterung sind in einer weiteren Ausführungsform bevorzugt an den Ringsegmenten 13, 14 jeweils Haltelappen oder Haltenasen (nicht dargestellt) ausgebildet, die zumindest mit dem ersten Laufring 2 und dem zweiten Laufring 5 zur formschlüssigen Halterung zusammenwirken.
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Der Käfig 4 ist vorzugsweise ein Blechbiegeteil oder ein Zieh- bzw. Stanz-Biegebauteil oder ein aus Blech. In der Ausführungsform nach 1 sind die Ringsegmente 13, 14 des Käfigs 4 jeweils stetig kurvig und sogar jeweils stetig differenzierbar.
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2 zeigt eine andere perspektivische Darstellung der beiden Laufringe 2, 5 mit eingeprägten Laufbahnkonturen 8 nach 1 im zusammen montierten Zustand. Der zwischen den Laufringen 2, 5 angeordnete Käfig 4 ist in der Darstellung nach 2 nicht sichtbar bzw. aus Gründen der Darstellung nicht gezeigt.
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Wie in 1 beschrieben, ist durch die relative Verschiebung der Laufringe 2, 5 zueinander oder voneinander weg ein Axialhub 74 in Richtung der Achse 50 erzielbar. Wenn sich die beiden Laufringe 2 und 5 in einer derartigen Stellung, der sogenannten Neutralstellung, zueinander befinden, dass sich der Wälzkörper 3 an der jeweils tiefsten Stelle 83 der Laufbahnkontur 8 befindet, wie in 2 dargestellt, tritt zwischen den Laufringen 2, 5 kein Axialhub 74 ein. Aus Gründen der Veranschaulichung ist in 2 jedoch ein gewisser Abstand zwischen den Laufringen 2, 5 und ein Axialhub 74 als Pfeil dargestellt.
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Üblicherweise liegt die tiefste Stelle 83 einer jeweiligen Laufbahnkontur 8 an einem Ende der Laufbahnkontur 8 und eine höchste Stelle 85 liegt am anderen Ende der Laufbahnkontur 8.
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Wenn dagegen der erste Laufring 2 relativ zum zweiten Laufring 5 gegeneinander verdreht ist, bewegt sich dadurch der Wälzkörper 3 auf der Laufbahnkontur 8 von der tiefsten Stelle 83 in einer Richtung 84 zur höchsten Stelle 85 auf der Laufbahnkontur 8. Dabei rollt der Wälzkörper 3 erfindungsgemäß entlang der stetigen kurvigen Fläche der Laufbahnkontur 8. Durch das Verdrehen zumindest eines der Laufringe 2 und 5 relativ zueinander, stellt sich somit ein Axialhub 74 ein. Wie bereits oben erwähnt, sind die Wälzkörper 3 in der Neutralstellung in der tiefsten Stelle 83 zwischen den sich gegenüberliegenden und korrespondierenden Laufbahnkonturen 8 jeder der beiden Laufringe 2 und 5. Bei relativer Verdrehung des Käfigs 4 und/oder des ersten Laufrings 2 bzw. des zweiten Laufrings 5 zwischen den sich gegenüberliegenden und korrespondierenden Laufbahnkonturen 8 bis zum Ende bzw. zur höchsten Stelle 85 dieser, tritt ein maximaler Axialhub 74 auf. Der zweite Laufring 5 hebt sich somit axial (in Richtung der Achse 50) und entfernt sich bis zu einem maximalen Axialhub 74 von dem ersten Laufring 2.
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Ansonsten sind die Elemente der 2 bereits in der voranstehenden Figurenbeschreibung beschrieben.
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3 zeigt einen Schnitt in perspektivischer Darstellung durch die beiden Laufringe 2, 5 mit eingeprägten Laufbahnkonturen 8 nach 2. Der zwischen den Laufringen 2, 5 angeordnete Käfig 4 ist in der Darstellung nach 3 ebenfalls nicht sichtbar. Ansonsten sind die Elemente der 3 bereits in der voranstehenden Figurenbeschreibung beschrieben.
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4 zeigt einen schematischen radialen Querschnitt entlang der Linie A-A in 1 für eine Ausführungsform eines ersten Laufrings 2, der im Querschnitt ein U-Profil 81 ausgebildet hat. In dem Bereich der Außenseite 811 des ausgewählten Querschnitts nach 4 sind keine Laufbahnkonturen 8 eingeprägt, so dass die U-Form keine Dellen aufweist. Hinter dem U-Profil 81 erstreckt sich ein erster Hohlraum 29.
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5 zeigt einen schematischen radialen Querschnitt entlang der Linie D-D in 1 für eine Ausführungsform eines zweiten Laufrings 5, der im Querschnitt ein C-Profil 82 ausgebildet hat. In dem Bereich der Außenseite 821 des ausgewählten Querschnitts nach 5 sind keine Laufbahnkonturen 8 eingeprägt, so dass die C-Form keine Dellen aufweist. Hinter dem C-Profil 82 erstreckt sich ein zweiter Hohlraum 39.
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6 zeigt einen anderen schematischen radialen Querschnitt entlang der Linie C-C in 1 an einer höchsten Stelle 85 einer Laufbahnkontur 8 im U-Profil 81 des ersten Laufrings 2 nach 4. Dadurch dass in dem Bereich der Außenseite 811 des ausgewählten Querschnitts nach 6 eine Laufbahnkontur 8 eingeprägt ist, ist die U-Form des U-Profils 81 entsprechend eingedellt. Der erste Hohlraum 29 kann beispielsweise eine Hinterlegung 291 zum Verstärken und Stabilisieren der Laufbahnkontur 8 aufweisen. 7 zeigt einen weiteren anderen schematischen radialen Querschnitt entlang der Linie B-B in 1 an einer tiefsten Stelle 83 der Laufbahnkontur 8 im U-Profil 81 des ersten Laufrings 2 nach 4 und 6. Die Kurvigkeit der Laufbahnkontur 8 verändert sich stetig über den Verlauf der Laufbahnkontur 8 zwischen tiefster Stelle 83 und höchster Stelle 85, was zumindest schematisch über die Änderung der Abstände d1 und d2 von 6 nach 7 angedeutet ist.
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8 zeigt einen anderen schematischen radialen Querschnitt entlang der Linie E-E in 1 an der höchsten Stelle 85 einer Laufbahnkontur 8 im C-Profil 82 des zweiten Laufrings 5 nach 5. Dadurch dass in dem Bereich der Außenseite des ausgewählten Querschnitts nach 8 eine Laufbahnkontur 8 eingeprägt ist, ist die C-Form des C-Profils 82 entsprechend eingedellt. Der zweite Hohlraum 39 kann beispielsweise eine Hinterlegung 391 zum Verstärken und Stabilisieren der Laufbahnkontur 8 aufweisen. 9 zeigt einen weiteren anderen schematischen radialen Querschnitt entlang der Linie F-F in 1 an einer tiefsten Stelle 83 der Laufbahnkontur 8 im C-Profil 82 des zweiten Laufrings 5 nach 5 und 8. Ähnlich wie beim U-Profil 81 des ersten Laufrings 2 verändert sich die Kurvigkeit der Laufbahnkontur 8 des zweiten Laufrings 5 ebenfalls stetig über den Verlauf der Laufbahnkontur 8 zwischen tiefster Stelle 83 und höchster Stelle 85. Ansonsten sind die Elemente der 8 und 9 bereits in der voranstehenden Figurenbeschreibung beschrieben.
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Der erste Laufring 2 ist üblicherweise mit einer Getriebeeingangswelle (nicht dargestellt) gekoppelt. Der zweite Laufring 5 ist üblicherweise mit einer Getriebeausgangswelle (nicht dargestellt) gekoppelt, beispielsweise über eine Innenzahnung (nicht dargestellt) des zweiten Laufrings 5. Über die Getriebeausgangswelle ist der zweite Laufring 5 üblicherweise mit einer Hinterachse eines Kraftfahrzeugs verbunden (nicht dargestellt). Drehen sich die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle mit unterschiedlichen Drehzahlen (beispielsweise wenn die Hinterräder des Kraftfahrzeugs auf Eis stehen), verdrehen sich die Laufringe 2 und 5 der Vorspanneinheit 1 relativ zueinander. Die daraus resultierende Normalkraft betätigt eine Kupplung (nicht dargestellt). Das Drehmoment kann somit vom Getriebe zur Hinterachse übertragen werden.
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An der dem Käfig 4 abgewandten Seite des zweiten Laufrings 5 der Vorspanneinheit 1 liegt im zusammenmontierten Zustand der Vorspanneinheit 1 beispielweise ein Axiallager (nicht dargestellt) am zweiten Laufring 5 an. Das Axiallager kann entlang der Achse 50 über die Muffe 19 des zweiten Laufrings 5 geschoben und an den Radialflansch 18 des zweiten Laufrings 5 angeordnet werden.
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Um eine Sicherheit gegen Überlast zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn die Wälzkörper 3 zwischen dem ersten Laufring 2 und dem zweiten Laufring 5 auf einem ersten Teilkreis k3 (siehe 3) angeordnet sind. Ebenso liegt das oben erwähnte Axiallager, welches zwischen dem zweiten Laufring 5 und einer Anlaufscheibe angeordnet ist, auf einem zweiten Teilkreis. Der Durchmesser des Teilkreises des Axiallagers ist kleiner oder gleich dem Durchmesser des Teilkreises k3, auf dem die Wälzkörper 3 angeordnet sind. Falls die Durchmesser der beiden Teilkreise unterschiedlich sind, kommt es zwischen den beiden Teilkreisen bei einer Beanspruchung der Vorspanneinheit 1 zu einer Kraftumlenkung. Dies hat den Nachteil, dass es dadurch zu Verformungen und starken mechanischen Beanspruchungen der Laufringe 2, 5 kommen kann. Der axiale Kraftfluss ist somit nicht vollkommen parallel zu der Achse 50. Daher sind die Durchmesser der beiden Teilkreise bevorzugt gleich.
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Wie oben bereits beschrieben, sind die Laufringe
2,
5 jeweils vorzugsweise ein Stanz-Prägeteil bzw. Zieh-Stanz-Prägebauteil. Insbesondere können die Laufringe
2,
5 jeweils ein flächiges Bauteil sein, wie in den Ausführungsformen
1 bis
9 dargestellt. Die Einprägung der stetig flächigen Laufbahnkonturen
8 in den jeweiligen Laufring
2,
5 ist ebenfalls leicht durchführbar. Da die Laufbahnkonturen
8 für das Vergrößern bzw. Verringern des Axialhubs
74 kurvenförmig eingeprägt sind, müssen die Laufringe
2 bzw.
5 jeweils eine entsprechende Mindestbreite und Mindesthöhe aufweisen. Hinter den Laufbahnkonturen
8, also abseits der Wälzkörper
3, ist kein Material erforderlich, so dass die Laufringe
2 bzw.
5 entsprechende Hohlräume
29 bzw.
39 hinter den Laufbahnkonturen
8 ausgeformt haben, wie oben bereits beschrieben. Insgesamt hat diese Ausgestaltung den Vorteil, dass die Laufringe
2,
5 jeweils ein geringes Gewicht aufweisen und leicht formbar und kompakt sind, was wiederum entsprechend das Gesamtgewicht der Vorspanneinheit
1 verringert und ihre Kompaktheit verbessert. Zudem ist eine solche Vorspanneinheit
1 modular aufgebaut und somit flexibel einsetzbar, wie oben bereits ausführlich beschrieben. Im Gegensatz dazu sind beim Stand der Technik, beispielsweisegemäß der
DE 10 2008 011 910 A1 , lediglich stetige, jedoch nicht stetig differenzierbare Rampenebenen in massiven Laufringen von komplexer Ausgestaltung gegeben.
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10 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Ausführungsform des Käfigs 4, wie bereits bei 1 beschrieben. Wie bereits oben beschrieben, sind die ersten Ringsegmente 13 sind jeweils unter einem Winkel α zur Achse 50 und in Richtung des ersten Laufrings 2 geneigt, und die zweiten Ringsegmente 14 sind entsprechend jeweils unter einem Winkel –α zur Achse 50 und in Richtung des zweiten Laufrings 5 geneigt. Zur Veranschaulichung sind die beiden Ringsegmente 13, 14 im Vordergrund mit einem dickeren Strich und die beiden Ringsegmente 13, 14 im Hintergrund mit einem dünneren Strich gezeichnet. Wie ebenfalls bereits oben beschrieben hat diese Ausführungsform des Käfigs 4 den Vorteil, dass keine ebene Radialscheibe für den Käfig 4 erforderlich ist, der Käfig 4 somit kompakt und leicht ist.
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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. Insbesondere können andere Anzahlen und/oder andere Formen von Wälzkörpern 3 verwendet werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorspanneinheit
- 2
- erster Laufring
- 3
- Wälzkörper
- 4
- Käfig
- 5
- zweiter Laufring
- 5a
- Rand
- 8
- Laufbahnkontur (stetige kurvige Fläche)
- 81
- U-, C- oder V-Profil
- 811
- Außenseite
- 82
- U-, C- oder V-Profil
- 821
- Außenseite
- 83
- tiefste Stelle
- 84
- Bewegungsrichtung des Wälzkörpers
- 85
- höchste Stelle
- 13
- erstes Ringsegment
- 14
- zweites Ringsegment
- 17
- Halterung (Tasche)
- 18
- Radialflansch
- 19
- Muffe (Hals)
- 20
- Laufverzahnung
- 29
- erster Hohlraum
- 291
- Hinterlegung
- 39
- zweiter Hohlraum
- 391
- Hinterlegung
- 50
- Achse
- 74
- Axialhub
- α
- Winkel
- d1
- Abstand
- d2
- Abstand
- k3
- erster Teilkreis
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008011910 A1 [0002, 0004, 0005, 0058]
- DE 102005053555 B3 [0002]
- US 5485904 [0002]
- US 5620072 [0002]
- DE 19914937 A1 [0002, 0006]
- DE 102011083047 A1 [0002, 0004]
- DE 102012202456 A1 [0002, 0004]
