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Die Erfindung betrifft eine Baugruppe mit einer Reibeinrichtung und mit wenigstens zwei relativ zueinander drehbaren Bauteilen, welche insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird und wenigstens Bestandteil eines Getriebes und/oder Aktors ist.
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Die beispielsweise zur Betätigung einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs eingesetzten Aktoren können die Drehbewegung eines Bauteils in eine Axialbewegung eines weiteren Bauteils umwandeln. Der Aktor selbst kann dabei jede Art von Linearaktor sein, z. B. ein PWG-Aktor (PWG – Planetenwälzgewindespindeltrieb), ein hydraulischer Nehmerzylinder etc.
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Planetenwälzgewindespindeltriebe (PWG) bestehen üblicherweise aus einer Spindel, einer Spindelmutter und zwischen diesen über den Umfang angeordneten, in einem Planetenträger aufgenommenen, Planetenwälzkörpern. Hierbei weisen Spindel, Spindelmutter und Planetenwälzkörper Profilierungen auf, um eine Drehbewegung zwischen Spindel und Spindelmutter zu übertragen, wobei eine der Komponenten – Spindel oder Spindelmutter – drehangetrieben und die andere Komponente bei drehfester Anordnung entlang der Längsachse der Spindel um einen der eingestellten Übersetzung entsprechenden Axialweg verlagert wird. Hierbei weisen die Planetenwälzkörper zwei unterschiedliche Profilabschnitte auf, die mit komplementär ausgebildeten Abschnitten der Spindel bzw. der Spindelmutter kämmen. Dadurch wird gegenüber einer direkten Aufnahme der Spindel auf der Spindelmutter ein besserer Wirkungsgrad erzielt.
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Aus der
DE 10 2010 047 800 A1 ist beispielsweise eine Anordnung eines Planetenwälzgetriebes bekannt, bei dem ein als Kolben eines Geberzylinders ausgebildetes Aktorteil eines Hydrostataktors axial fest mit der drehfest und axial verlagerbar angeordneten Spindel gekoppelt ist, wobei die axial feste Spindelmutter von einem Elektromotor angetrieben wird. Bei einer Verdrehung der Spindelmutter werden so Spindel und Spindelmutter gegeneinander axial verlagert. Da das den Kolben aufnehmende und mit diesem einen Druckraum bildende Zylindergehäuse fest angeordnet ist und die Spindelmutter sich an diesem axial abstützt, baut der Kolben abhängig vom Drehantrieb der Spindelmutter einen Druck beispielsweise zur Betätigung von Kraftfahrzeugskomponenten wie Bremsen, Reibungskupplungen und dergleichen auf.
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Bei derartigen wirkungsgradoptimierten und z. B. mittels eines Elektromotors angetriebenen Spindeltrieben, die in Aktoren, wie hydrostatischen Kupplungsaktoren, eingesetzt sind, und die gegen eine Last, beispielsweise eine Kupplungskennlinie, arbeiten, besteht ein Problem darin, dass bei einem erforderlichen Halten einer bestimmten Position ein Haltestrom und somit ein Haltemoment im E-Motor erforderlich ist, da der Spindeltrieb (z. B. PWG) nicht selbsthemmend ist. Diese Aktoren benötigen somit einen permanenten Haltestrom bzw. bei Stromausfall/Fehlerfall (z. B. Kabelbruch, Steckerabfall) kann diese Position nicht gehalten werden. Bei einer durch den Aktor aufgedrückten Kupplung besteht dann die Gefahr, dass die Kupplung ungewollt schließt.
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Es ist weiterhin die Verwendung von Schlingfedern beispielsweise für Kupplungen bekannt. Eine Schlingfeder besteht üblicherweise aus einem metallischen Draht, welcher sich in mehreren Windungen um einen zylinderförmigen Teil herum erstreckt. Zwischen dieser Feder und dem zylinderförmigen Teil wirkt bei Drehung des zylinderförmigen Teils eine Reibungskraft. Diese kann durch Anziehen oder Freigeben der Schlingfeder beeinflusst werden.
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Eine Schlingfederkupplung besteht üblicherweise aus einer auf eine Welle oder einen zylindrischen Körper gewickelten Schraubenfeder, die einseitig am Antrieb befestigt ist. Der Mitnahmeeffekt beruht darauf, dass sich das Mitnahmemoment mit jeder Windung durch die Reibung verstärkt und summiert. Dadurch vergrößert sich aufgrund der Umschlingung zugleich die diese Reibung verursachende Kraft. In Gegenrichtung tritt nur eine geringe Reibung auf – die Feder vergrößert etwas ihren Durchmesser, wickelt sich jedoch nicht ab. Durch ihre im Freilaufbetrieb verbleibende Reibung wird die Schlingfeder auch bei Rutschkupplungen eingesetzt. Als Freilaufelement weist sie eine selbstverstärkende (sperrende) Wirkung in die eine Richtung und eine Aufhebung dieser Funktion in die andere Richtung auf, wobei die Feder nur gegen ihre Grundreibung verdreht werden muss.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2007 047 394 A1 ist beispielsweise ein Torsionsschwingungsdämpfer bekannt, der mindestens zwei entgegen der Wirkung einer Dämpfungseinrichtung mit in Umfangsrichtung wirkenden Energiespeichern zueinander verdrehbare Teile aufweist, von denen das eine mit einer Antriebsmaschine und das andere mit einer anzutreibenden Welle verbindbar ist, wobei zwischen den beiden Teilen zusätzlich ein mit der Dämpfungseinrichtung in Reihe geschalteter Drehmomentbegrenzer vorgesehen ist, der zumindest in eine der zwischen den beiden Teilen möglichen Relativdrehrichtungen wirksam ist und mindestens eine Schlingfederkupplung umfasst, die bei Erreichen eines vorbestimmten Verdrehwinkels zwischen den beiden Teilen als Freilauf wirkt und mindestens ein Schlingfederelement umfasst. Diese Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein Ende des Schlingfederelements drehfest mit einem Ringelement verbunden ist, welches Abstützbereiche für die in Umfangsrichtung wirkenden Energiespeicher und/oder Ansteuerbereiche für die Freilaufwirkung aufweist. Das Ringelement dient dazu, Kräfte aufzunehmen und in das Schlingfederelement einzuleiten. Das Schlingfederelement ist dabei in axialer Richtung vorzugsweise zwischen zwei Ringelementen angeordnet. In radialer Richtung ist zwischen dem Schlingfederelement und den Energiespeichern mindestens eine Schale angeordnet, um unter anderem Fliehkräfte der in Umfangsrichtung wirkenden Energiespeicher abzustützen.
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Bei einer noch nicht veröffentlichten technischen Lösung der Anmelderin wird eine Baugruppe mit einer Reibeinrichtung mit wenigstens zwei zueinander drehbaren Bauteilen, insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs, vorgeschlagen, bei welcher zwischen den relativ zueinander drehbaren Bauteilen eine bei einer Relativdrehung der Bauteile den Wirkungsgrad/die Reibung beeinflussende Schraubenfeder angeordnet ist. Dabei bildet die Schraubenfeder zumindest bereichsweise eine Schlingfeder, die eine einfache Schlingfeder, eine Doppelschlingfeder oder eine Schling-Torsionsfeder sein kann. Die hier beschriebene Doppelschlingfeder besitzt zwei Wirkbereiche, die axial hintereinander angeordnet sind. Dadurch wird ein relativ großer axialer Bauraum beansprucht.
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Eine weitere noch nicht veröffentlichte technische Lösung der Anmelderin beschreibt ebenfalls eine Baugruppe mit einer Reibeinrichtung mit wenigstens zwei relativ zueinander drehbaren Bauteilen, zwischen denen eine Schlingfeder angeordnet ist, die zwei miteinander gekoppelte Schlingfederbereiche aufweist, wobei bei einer Relativdrehung der Bauteile in der einen Drehrichtung eine geringe Reibung und in der anderen Richtung eine hohe Reibung erzeugbar ist. Dabei erfolgt die Koppelung der beiden Schlingfederbereiche durch ein Verbindungsstück, welches als Hülse oder als Ring ausgebildet ist und die beiden radial ineinander verschachtelten Schlingfederbereiche zueinander positioniert, derart, dass Drehmomente von dem ersten Schlingfederbereich auf den zweiten Schlingfederbereich und umgekehrt übertragbar sind. Die beiden Schlingfederbereiche werden hierbei von zwei verschiedenen Schlingfedern realisiert. Diese Lösung zeichnet sich durch einen geringeren Raumbedarf in axialer Richtung aus. Zudem können bei dieser Ausführung durch die unterschiedlichen Querschnitte/Durchmesser der inneren und äußeren Feder größere Schleppmomentunterschiede realisiert werden. Allerdings besteht hier der Nachteil, dass durch den mehrteiligen Aufbau der Schlingfeder die Montage erschwert wird sowie die Kosten sich aufgrund des Einsatzes des die beiden Schlingfederbereiche verbindenden Verbindungselements erhöhen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Baugruppe mit einem Drehmoment übertragenden Eingangselement, vorzugsweise einem Rotor, einer Spindel oder Ähnlichem, mit einem Drehmoment oder eine Linearkraft übertragenden Ausgangselement, wie z.B. einer Spindel oder einer Spindelmutter oder Ähnlichem, wobei das Eingangselement und das Ausgangselement mit einander gekoppelt sind, insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges und wobei die Baugruppe wenigstens Bestandteil eines Getriebes und/oder Aktors ist, wobei das Drehmoment über einen Drehmomentpfad vom Eingangselement zum Ausgangselement übertragen wird vorzuschlagen, mit welcher die Reibung und somit der Wirkungsgrad zwischen den relativ zueinander drehbaren Bauteilen veränderbar ist.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Baugruppe weist parallel zum Drehmomentpfad eine Reibeinrichtung auf, welche eine Zusatzreibung zwischen Eingangs- und Ausgangselement erzeugt, wobei die Zusatzreibung in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Eingangs- und/oder Ausgangselements erzeugt wird.
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In einer Drehrichtung wird dabei mehr Reibung, in der anderen Richtung weniger Reibung erzeugt.
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Der Zusammenhang zwischen Drehrichtung und Reibung ist vorteilhafterweise so gewählt, dass bei einem Zustandswechsel der Baugruppe von einem energetisch ungünstigeren Zustand in einen energetisch günstigeren Zustand eine höhere Reibung als für den umgekehrten Fall erzeugt wird, so dass hierdurch eine Selbsthemmung in einem Zustand erreicht wird, für dessen Aufrechterhaltung ansonsten Energie aufgewendet werden müsste.
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Vorzugsweise ist die Drehrichtungsabhängigkeit der Reibeinrichtung dabei so ausgeprägt, dass es lediglich auf die relative Drehrichtung des Ausgangs- zum Eingangselement oder umgekehrt ankommt.
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Bei dem Eingangselement kann es sich um einen Rotor eines die Baugruppe betätigenden Elektromotors, eine Welle oder eine Spindel, insbesondere eine Gewindespindel oder ein ähnliches Bauteil handeln, welches von dem Elektromotor angetrieben wird.
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Bei dem Ausgangselement wiederum kann es sich um eine Spindel, insbesondere Gewindespinde handeln, die von dem Rotor als Eingangselement angetrieben wird oder um eine entsprechende Welle oder ein ähnliches rotierendes Bauteil oder aber auch um eine Spindelmutter oder eine Kolben handeln, der durch die Spindel in eine rotative und/oder lineare Bewegung versetzt wird.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Eingangselement mit dem Ausgangselement gekoppelt ist. Die Kopplung kann dabei mechanisch und/oder magnetisch erfolgen.
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Wenn hier von einem Drehmomentpfad die Rede ist, so ist hiermit im Wesentlichen der Weg beschrieben, den das ursprünglich als Drehmoment erzeugte Moment nimmt um eine Betätigung vorzugsweise mittels einer Linearbewegung eines weiteren Bauteils, wie eine Kolbens, einer bezüglich einer Drehrichtung abgestützten Spindelmutter oder eines Nehmerzylinders vorzunehmen.
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Bevorzugt ist die Reibeinrichtung dabei parallel zu einem rotierenden Bauteil angeordnet.
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Bevorzugt ist die Reibeinrichtung parallel zu einer Spindel, insbesondere einer Gewindespindel oder parallel zu einem Rotor, welcher eine Spindel, insbesondere Gewindespindel antreibt angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Baugruppe eine Reibeinrichtung mit wenigstens zwei relativ zueinander drehbaren Bauteilen auf, welche insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Kraftfahrzeuges eingesetzt wird und wenigstens Bestandteil eines Getriebes und/oder Aktors ist, diese ist zwischen den relativ zueinander drehbaren Bauteilen ist ein bei einer Relativdrehung der Bauteile den Wirkungsgrad/die Reibung beeinflussendes Schlingfederelement angeordnet, welches zumindest zwei radial ineinander geschachtelte, einteilig miteinander verbundene, Wirkbereiche aufweist. Hierdurch können auch auf kleinem Wirkradius große Drehmomentunterschiede erzeugt werden. Dies kann mit einem geringen Bauraumbedarf insbesondere in axialer Richtung sowie durch Einsparung von Bauteilen kostengünstig und mittels einfacher Montage realisiert werden.
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Der radial innen befindliche Wirkbereich des Schlingfederelementes ist dabei mit seinem Innendurchmesser drehfest oder reibschlüssig mit einem Außendurchmesser des ersten Bauteils und der radial außen befindliche Wirkbereich des Schlingfederelementes mit seinem Außendurchmesser reibschlüssig oder drehfest mit einem Innendurchmesser des zweiten Bauteils wirkverbunden.
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In vorteilhafter Weise sind der radial innere Wirkbereich und der radial äußere Wirkbereich des Schlingfederelementes durch einen Übergangsbereich einteilig miteinander verbunden.
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Weiter bevorzugt ist die Ausbildung der Reibeinrichtung mit genau einem Element, nämlich des einen Schlingfederelementes mit zwei Wirkbereichen. Es handelt sich um eine hülsenlose Reibeinrichtung, welche im Außenbereich mit einem ersten Bauteil interagiert und im Innenbereich mit einem zweiten Bauteil, bspw. einer Spinde, Gewindespindel oder Welle.
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Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass das Schlingfederelement/die Wirkbereiche aus einem Federband/Draht mit rechteckigem Querschnitt bestehen. Dabei ist das Federband/der Draht des radial äußeren Wirkbereichs um den radial inneren Wirkbereich gewickelt.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung ist das Federband/der Draht in dem Übergangsbereich um 90° gedreht/verdrillt, wodurch der Querschnitt des Federbandes/Drahtes im äußeren Wirkbereich eine erste Orientierung und im inneren Wirkbereich eine dazu gedrehte Orientierung aufweist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass der innere Wirkbereich des Schlingfederelementes zu dem ersten, einen kleinen Wirkradius besitzenden, Bauteil eine Interferenz oder Übermaß/Überlagerung aufweist. Ebenso weist der äußere Wirkbereich des Schlingfederelementes zu dem zweiten, einen großen Wirkradius besitzenden, Bauteil eine Interferenz auf. Vorzugsweise ist die Interferenz des äußeren Wirkbereichs zu dem zweiten Bauteil größer als die Interferenz des inneren Wirkbereichs zu dem ersten Bauteil.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der innere Wirkbereich des Schlingfederelementes mit einer höheren Windungszahl als der äußere Wirkbereich ausgestattet.
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Bei Einsatz der Baugruppe mit Reibeinrichtung in einem Aktor weist dieser dabei ein durch einen Antrieb betätigbares Getriebe auf, welches bevorzugt eine Drehbewegung in eine Axialbewegung umwandelt, beispielsweise ein PWG oder ein Getriebe anderer Bauart, derart, dass eine drehrichtungsabhängige Reibung durch das zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil bei treibendem Aktor gegen eine Last geringfügig bzw. bei treibender Last deutlich erhöht wird um ein nicht selbsthemmendes Getriebe, z.B. PWG, im Fehlerfall/Ausfall des Antriebs zu halten oder um einen Haltestrom zu reduzieren oder zu vermeiden. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Reibeinrichtung in einem PWG werden der innere und der äußere Wirkbereich zwischen einem rotativen Element des PWG und einem gehäusefesten Teil des Aktors oder zwischen zwei relativ zueinander mit unterschiedlichen Drehzahlen drehbaren Elementen des PWG angeordnet.
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Beispielsweise kann das Schlingfederelement zwischen einer durch den Antrieb rotatorisch antreibbaren Spindel (erstes Bauteil) des PWG und einem gestellfest/gehäusefest angeordneten Federtopf (zweites Bauteil) oder innerhalb des Gehäuses des PWG zwischen zwei relativ zueinander drehbaren Bauteilen integriert sein.
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Beispielsweise kann die als Schlingfederelement ausgebildete Reibeinrichtung auch zwischen einem Außendurchmesser eines mit den Planeten des PWG kämmenden Hohlrades und einem Innendurchmesser einer das PWG im Bereich des Hohlrades ummantelnden Hülse angeordnet sein.
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Durch die Verwendung des Schlingfederelementes mit zwei Wirkbereichen – einem inneren und einem äußeren – ist es möglich, in der einen Drehrichtung eine geringe (möglichst keine) Reibung und in der anderen Richtung eine hohe, definierte, Reibung zu erzeugen. Hierdurch kann verhindert werden, dass die Last bei ausgeschaltetem Motor die Betätigungseinrichtung wieder zurückdrückt (Selbsthemmung in eine Richtung).
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Dabei kann jeweils durch beide Wirkbereiche des Schlingfederelementes eine Radialkraftkomponente in dieselbe Richtung der Basisradialkraft überlagert werden. Es gibt dann zwei Extremzustände je nach Drehrichtung:
- 1. Der radial innere Wirkbereich mit dem kleineren Durchmesser ist "fest" mit dem ersten Bauteil (Welle) verbunden und der äußere Wirkbereich erzeugt eine hohe Reibung zum zweiten Bauteil (Nabe) – eine Selbsthemmung des Aktors wird erzielt.
- 2. Der radial äußere Wirkbereich "drückt" mit seinem Außendurchmesser nach außen auf den Innendurchmesser des zweiten Bauteils (Nabe), wodurch der innere Wirkbereich seine Anpresskraft an die Welle reduziert und somit eine geringere Reibung wirkt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen, einteilig ausgebildeten, Schlingfederelementes mit zwei radial ineinander geschachtelten Wirkbereichen,
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2 eine Vorderansicht des Schlingfederelementes nach 1,
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3 eine Seitenansicht des Schlingfederelementes nach 1 in einem Längsschnitt,
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4 eine Prinzipdarstellung des Schlingfederelementes in Einbaulage,
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5 einen Längsschnitt des freien Schlingfederelementes nach 4,
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6 einen Ausschnitt eines Schlingfederelementes, das in einem Übergangsbereich zwischen zwei Wirkbereichen im Querschnitt gedreht/verdrillt ist,
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7 einen Längsschnitt eines Aktors mit dem erfindungsgemäßen Schlingfederelement.
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Die 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Schlingfederelementes 1 mit zwei radial ineinander geschachtelten Wirkbereichen 1.1, 1.2, wobei der Wirkbereich 1.1 radial innen und der Wirkbereich 1.2 radial außen vorgesehen ist. Ein Übergangsbereich 1.3 verbindet die beiden Wirkbereiche 1.1 und 1.2 miteinander, so, dass eine einteilige Ausführung des Schlingfederelementes 1 vorliegt. Das Schlingfederelement 1 besteht vorzugsweise aus einem Federband oder einem Draht, der in Form des äußeren Wirkbereichs 1.2 radial um den inneren Wirkbereich 1.1 gewickelt ist.
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In der in 2 gezeigten Vorderansicht sowie in der in 3 dargestellten Seitenansicht des Schlingfederelementes 1 ist die radiale Schachtelung der beiden Wirkbereiche 1.1, 1.2 deutlich zu sehen, wobei der radial außen befindliche Wirkbereich 1.2 einen Außendurchmesser D2 aufweist, über welchen das Schlingfederelement 1 in Kontakt mit einem Innendurchmesser eines radial außen angeordneten Bauteils – beispielsweise einer Nabe oder eines Hohlrads/Federtopfes (hier nicht gezeigt) – tritt. Der radial innere Wirkbereich 1.1 besitzt einen Innendurchmesser d1, welcher in Wirkverbindung mit einem Außendurchmesser eines radial innen befindlichen Bauteils – beispielsweise einer Welle oder einer Spindel (hier nicht gezeigt) bringbar ist. Beide Wirkbereiche 1.1, 1.2 sind durch den Übergangsbereich 1.3 einteilig miteinander verbunden.
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In dem in der 3 gezeigten Längsschnitt des Schlingfederelementes 1 ist außerdem sichtbar, dass der Querschnitt des Federbandes/des Drahtes rechteckig (hier quadratisch) ausgebildet ist. Ein Federband/Draht mit einem runden Querschnitt hätte beispielsweise eine höhere Flächenpressung zu den Bauteilen 2 und 3 (beispielsweise Spindel und Federtopf) und somit einen höheren Verschleiß zur Folge. Der rechteckig ausgebildete Querschnitt des Federbandes weist eine Höhe h und eine Breite b auf, wobei vorzugsweise h > b ist (s. 6).
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In 4 ist eine Prinzipdarstellung des sich in einer Einbaulage zwischen dem als Welle ausgebildeten Bauteil 2 und dem als Hohlwelle/Nabe ausgebildeten Bauteil 3 befindenden Schlingfederelementes 1 gezeigt. Die Welle 2 und die Nabe 3 sind um eine Längsachse/Drehachse A angeordnet. Der radial innen liegende Wirkbereich 1.1 ist hierbei der Welle 2 und der radial außen liegende Wirkbereich 1.2 der Nabe 3 zugeordnet.
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In 5 befindet sich das in einem Längsschnitt dargestellte Schlingfederelement 1 unmittelbar vor dem Einbau in die in 4 schematisch dargestellten Bauteile – Welle 2 und Nabe 3. Der innere Wirkbereich 1.1 weist hier zu der einen kleinen Wirkradius besitzenden Welle 2 ein Übermaß bzw. eine Interferenz a2 auf, während der äußere Wirkbereich 1.2 zu der Nabe 3 (großer Wirkradius) eine Interferenz a1 aufweist. In der dargestellten Ausführung besteht vorzugsweise ein Verhältnis a1 > a2. Die hier angetragenen Innendurchmesser d1 des inneren Wirkbereichs 1.1 bzw. Außendurchmesser D2 des äußeren Wirkbereichs 1.2 verdeutlichen die Interferenzen a1, a2.
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Die 6 zeigt einen Ausschnitt des Schlingfederelementes 1 mit dem radial außen vorgesehenen Wirkbereich 1.2, der um den radial innen befindlichen Wirkbereich 1.1 gewickelt wird, sowie mit dem die beiden Wirkbereiche 1.1, 1.2 einteilig verbindenden Übergangsbereich 1.3. (Zur besseren Darstellung des Überganges vom äußeren Wirkbereich 1.2 zum inneren Wirkbereich 1.1 sind beide Bereiche hier nicht radial verschachtelt gezeigt.) Dabei wird das Schlingfederelement 1 in dem Übergangsbereich 1.3 im Querschnitt gedreht/verdrillt, wodurch der Querschnitt des Federbandes/Drahtes im äußeren Wirkbereich 1.2 eine erste Orientierung und im inneren Wirkbereich 1.1 eine dazu gedrehte Orientierung besitzt. So weist das Federband des äußeren Wirkbereichs 1.2 einen Querschnitt h × b auf, während das Federband des inneren Wirkbereichs 1.1 einen Querschnitt h* × b* besitzt, wobei h* = b und b* = h. Ebenso ist es günstig, wenn der innere Wirkbereich 1.1 eine höhere Windungszahl als der äußere Wirkbereich 1.2 besitzt, um so die Sperrwirkung des Wirkbereichs 1.1 zu gewährleisten bzw. zu erhöhen.
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Die 7 zeigt ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Schlingfederelement 1. In einem Längsschnitt ist ein wirkungsgradoptimierter Spindeltrieb in Form eines PWG dargestellt, mit dessen Bauteil 2 (Gewindespindel) der innen angeordnete Wirkbereich 1.1 wirkverbunden ist. Der außen befindliche Wirkbereich 1.2 des Schlingfederelementes 1 ist mit einem radial außen angeordneten, das Bauteil 3 bildenden, Federtopf wirkverbunden, welcher wiederum drehfest mit einem gehäuse- bzw. gestellfesten Lagerträger 4 der Spindellagerung verbunden ist. Der innere Wirkbereich 1.1 umgibt hierbei mit seinem Innendurchmesser d1 den Außendurchmesser der Spindel 2, während der Außendurchmesser D2 des äußeren Wirkbereichs 1.2 von dem Innendurchmesser des Federtopfes 3 umgriffen wird. Die von einem nicht dargestellten Elektromotor angetriebene Spindel 2 ist dabei in einem Gehäuse 5 (PWG-Hülse) aufgenommen.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Baugruppe mit Reibeinrichtung ist folgende:
Bei einer Relativdrehung (erste Drehrichtung) zwischen dem ersten Bauteil 2 (Welle/Spindel) und dem zweiten Bauteil 3 (Nabe/Hohlwelle/Federtopf) wird beim Schließen des inneren Wirkbereichs 1.1 zum Bauteil 2 der Innendurchmesser d1 des Wirkbereichs 1.1 so reduziert, dass dieser drehfest mit dem Außendurchmesser des Bauteils 2 verbunden ist. Durch Mitnahme des über den Übergangsbereich 1.3 mit dem inneren Wirkbereich 1.1 einteilig verbundenen äußeren Wirkbereichs 1.2 wird letzterer in Richtung des Bauteils 3 geöffnet, wodurch eine hohe Reibung generiert und so vorzugsweise eine Selbsthemmung erzeugt wird.
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Wird bei entgegen gesetzter Relativdrehung (zweite Drehrichtung) zwischen dem Bauteil 2 (Welle/Spindel) und dem Bauteil 3 (Nabe/Hohlwelle/Federtopf) der äußere Wirkbereich 1.2 zum Bauteil 3 geschlossen, vergrößert sich der Außendurchmesser D2 des äußeren Wirkbereichs 1.2 so, dass er drehfest gegen den Innendurchmesser des Bauteils 3 gepresst wird. Durch Mitnahme des mit dem Wirkbereich 1.2 einteilig verbundenen inneren Wirkbereichs 1.1 wird dieser in seinem Innendurchmesser d1 so vergrößert, dass er auf dem Bauteil 2 durchrutscht. Es wird nur ein geringes Reibmoment erzeugt.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine Baugruppe mit Reibeinrichtung geschaffen, die auch auf kleinem Wirkradius große Drehmomentunterschiede erzeugt.
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Die zwei Wirkbereiche 1.1, 1.2 des Schlingfederelementes 1 bilden somit zwei Federabschnitte mit einem größeren Außendurchmesser D2 für ein großes Bremsmoment (radial außen angeordneter Wirkbereich 1.2) und einem kleineren Innendurchmesser d1 für ein kleines Bremsmoment (radial innen angeordneter Wirkbereich 1.1). Dabei besteht insbesondere in axialer Richtung ein geringer Bauraumbedarf, wobei durch die einteilige Ausbildung des Schlingfederelementes 1 mit den beiden Wirkbereichen 1.1, 1.2 Bauteile eingespart werden. Somit ist die erfindungsgemäße Baugruppe kostengünstig und mittels einfacher Montage realisierbar. Die Reibeinrichtung mit dem Schlingfederelement 1 übernimmt die Haltefunktion des E-Motors, wobei ein Schleppmoment realisiert wird, das größer als das Haltemoment ist. Es wird relativdrehrichtungsabhängig die Reibung zwischen den Bauteilen bei treibendem Aktor gegen eine Last nur geringfügig und bei treibender Last deutlich (um einen gezielten Wert) erhöht, um somit beispielsweise wirkungsgradoptimierte, nicht selbsthemmende Spindeltriebe im Fehlerfall (z. B. bei Stromausfall) zu halten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schlingfederelement
- 1.1
- radial innen angeordneter Wirkbereich
- 1.2
- radial außen angeordneter Wirkbereich
- 1.3
- Übergangsbereich
- 2
- Bauteil/Welle/Spindel
- 3
- Bauteil/Nabe/Hohlwelle/Federtopf
- 4
- Lagerträger
- 5
- Gehäuse/PWG-Hülse
- A
- Längsachse
- d1
- Innendurchmesser des inneren Wirkbereiches
- D2
- Außendurchmesser des äußeren Wirkbereiches
- b
- Breite des Federbandes/Drahtes des äußeren Wirkbereiches
- h
- Höhe des Federbandes/Drahtes des äußeren Wirkbereiches
- b*
- Breite des Federbandes/Drahtes des inneren Wirkbereiches
- h*
- Höhe des Federbandes/Drahtes des inneren Wirkbereiches
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010047800 A1 [0004]
- DE 102007047394 A1 [0008]
