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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Doppelschlingfeder mit einem inneren Wicklungsbereich und einen diesbezüglich radial außen angeordneten äußeren Wicklungsbereich. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Rotationseinrichtung mit der erfindungsgemäßen Doppelschlingfeder, sowie ein zu aktuierendes System, insbesondere eine Kupplungseinrichtung, welches bzw. welche die erfindungsgemäße Rotationseinrichtung umfasst.
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Zur Betätigung von Kupplungen muss üblicherweise ein translatorischer Weg zurückgelegt werden, um Kupplungshälften voneinander zu trennen oder sie miteinander in Eingriff zu bringen. Zu diesem Zweck werden Betätigungseinrichtungen benötigt, die auch Aktoren genannt werden, und mit denen eine benötigte Kraft über einem entsprechenden Weg erzeugbar ist. Es existieren zu diesem Zweck Aktoren, die die Drehbewegung eines Bauteiles in eine Axialbewegung eines weiteren Bauteiles umwandeln, z.B. um eine Kupplung zu öffnen oder zu schließen. Typische Aktoren sind hydraulische Nehmerzylinder, oder auch Planetenwälzgewindespindeltriebe (PWG). Planetenwälzgewindespindeltriebe umfassen eine Spindel, einer Spindelmutter und zwischen diesen über den Umfang angeordnete, in einem Planetenträger aufgenommene Planetenwälzkörpern. Eine der Komponenten - Spindel oder Spindelmutter - sind drehangetrieben und die andere Komponente ist bei drehfester Anordnung längs der Längsachse der Spindel um einen der eingestellten Übersetzung entsprechenden Axialweg verlagerbar. Bei beispielsweise mittels eines Elektromotors angetriebenen wirkungsgradoptimierten Spindeltrieben wie z.B. Planetenwälzgewindespindeltrieben und insbesondere in Aktoren, wie hydrostatischen Kupplungsaktoren, die gegen eine Last, die durch eine Kupplungskennlinie abbildbar ist, arbeiten, ist bei einem erforderlichen Halten einer Position ein Haltestrom und somit ein Haltemoment im Elektromotor erforderlich. Bei einem Planetenwälzgewindespindeltrieb ist dies darin begründet, dass dieser keine Selbsthemmung aufweist. Das bedeutet jedoch, dass bei Stromausfall oder mangelnder Stromversorgung die Soll-Position des Aktors nicht gehalten werden kann, so dass die Gefahr besteht, dass die Kupplung unkontrollierbar betätigt wird.
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Um dies zu vermeiden, hat sich der Einsatz von Doppelschlingfedern etabliert. Derartige Doppelschlingfedern umfassen zwei Wicklungsbereiche, die mit jeweils anderen, zueinander rotatorisch bewegbaren Bauteilen reibschlüssig zusammenwirken können.
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Doppelschlingfedern haben einen inneren Wicklungsbereich und einen äußeren Wicklungsbereich, wobei in einer radial ineinander verschachtelten Ausführungsform der Doppelschlingfeder die Drehrichtrung des schraubengangförmigen inneren Wicklungsbereiches und des äußeren Wicklungsbereiches entgegengesetzt sind, so dass im nicht-montierten Zustand der Doppelschlingfeder bei Einleitung eines Drehmoments in den inneren Wicklungsbereich in einer ersten Drehrichtung der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich in ihren radialen Erstreckungen aufgeweitet werden, und bei Drehrichtungsumkehr in eine zweite Drehrichtung der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich in ihren radialen Erstreckungen verringert werden.
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Doppelschlingfedern können dabei ineinander verschachtelte Wicklungsbereiche unterschiedlichen Durchmessers haben, oder axial hintereinander angeordnete Wicklungsbereiche unterschiedlichen Durchmessers haben, die jeweils über einen Übergangsbereich miteinander verbunden sind.
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Auch aus der
DE 10 2015 220 920 A1 ist eine derartige Doppelschlingfeder bekannt, bei der ein innerer Wicklungsbereich innerhalb des vom äußeren Wicklungsbereich definierten Raumes koaxial angeordnet ist. Hierbei sind der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich einteilig ausgebildet.
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Die
DE 10 2015 217 164 A1 offenbart eine derartige Doppelschlingfeder, die einen inneren Wicklungsbereich sowie einen äußeren Wicklungsbereich aufweist, wobei der äußere Wicklungsbereich den inneren Wicklungsbereich auf dessen radialer Außenseite umgibt. Die beiden Wicklungsbereiche sind über ein Verbindungsstück miteinander mechanisch verbunden.
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Die entsprechende axiale Anordnung ist aus der
WO 2015/048961 A2 bekannt. Dieses Dokument lehrt eine Baugruppe mit Reibeinrichtung mit wenigstens zwei relativ zueinander drehbaren Bauteilen, insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges. Zwischen den relativ zueinander drehbaren Bauteilen ist eine Schraubenfeder angeordnet, welche bei einer Relativdrehung der Bauteile den Wirkungsgrad bzw. die Reibung der Reibeinrichtung verändern kann. Die Schraubenfeder ist dabei vorzugsweise als eine Schlingfeder ausgebildet. Sie umfasst einen ersten Bereich mit einem geringeren Durchmesser sowie einen zweiten Bereich mit einem größeren Durchmesser, und zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich einen Übergangsbereich.
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In der nachveröffentlichten
DE 10 2016 215 822 A1 wird beschrieben, dass der Übergangsbereich der Doppelschlingfeder verringert wird um die Steifigkeit zu verbessern. Dieses Dokument lehrt Ausgestaltungen der Doppelschlingfeder, wie sie in den beiliegenden
1 und
2 dargestellt sind.
1 zeigt dabei eine Doppelschlingfeder 20 mit einem inneren Wicklungsbereich 21 und einem äußeren Wicklungsbereich 22, sowie mit einem den inneren Wicklungsbereich 21 mit dem äußeren Wicklungsbereich 22 mechanisch verbindenden Übergangsbereich 23. Im entspannten, in
1 gezeigten Zustand der Doppelschlingfeder 10 sind die Wicklungsbereiche 21,22 exzentrisch zueinander angeordnet.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Rotationseinrichtung 10 mit einer Welle 11 und einer Nabe 12. Die innere Wicklung 21 sitzt auf der Welle 11 und die äußere Wicklung 22 liegt im Inneren der Nabe 12 an. Im eingebauten, in
2 gezeigten Zustand der Doppelschlingfeder 20, ist deren Exzentrizität aufgehoben, wobei allerdings auf Grund der ursprünglichen Exzentrizität der Übergangsbereich 23 zwischen dem inneren Wicklungsbereich 21 und dem äußeren Wicklungsbereich 22 sehr kurz und damit sehr steif ausgeführt ist. Weiterhin wird die Positionierung des inneren Wicklungsbereiches 21 und des äußeren Wicklungsbereiches 22 durch eine Stützeinrichtung 30 unterstützt.
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Die
DE 10 2015 204 588 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Schlingfederelements, welches aus einem Draht mit rechteckigem Drahtquerschnitt gewickelt wird. Dabei kann der Drahtquerschnitt zumindest über die Länge eines Wirkbereiches des Schlingfederelementes durch wenigstens einen spanenden und/oder spanlosen Bearbeitungsvorgang von einem Ausgangsquerschnitt auf einen Endquerschnitt reduziert werden.
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Alle genannten Ausführungsformen der Doppelschlingfeder sind gewickelt. Ein Nachteil des Wickelns ist jedoch, dass die Windungsrichtung und somit die Wirkrichtung der unverbauten Doppelschlingfeder vorgegeben sind.
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Darüber hinaus ist in der
DE 10 2008 053 401 A1 eine einfach wirkende Schlingfeder aus Stanzbiegeteilen beschrieben. Ein solches Stanzbiegeteil ist ein Vorspannelement, welches einen Ring umfasst, der einstückig mit einem Vorspannarm verbunden ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Doppelschlingfeder sowie eine damit ausgestattete Rotationseinrichtung und ein diese umfassendes zu aktuierendes System zur Verfügung zu stellen, die mit geringen Herstellungskosten gewährleisten, dass bei Realisierung eines auf die Doppelschlingfeder bzw. Rotationseinheit wirkenden Drehmomentes in einer ersten Drehrichtung relativ verlustarm eine Rotationsbewegung erzeugbar ist, und bei Umkehrung der Drehmoment- bzw. Drehrichtung in zuverlässiger und schneller Weise eine Brems- bzw. Blockadewirkung der Rotationseinrichtung herbeiführbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Doppelschlingfeder nach Anspruch 1, die erfindungsgemäße Rotationseinrichtung nach Anspruch 6 sowie durch das erfindungsgemäße zu aktuierende System nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Doppelschlingfeder sind in den Unteransprüchen 2-5 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Rotationseinrichtung sind in den Unteransprüchen 7-9 angegeben.
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Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Doppelschlingfeder zur Verfügung gestellt, die einen inneren Wicklungsbereich und einen äußeren Wicklungsbereich sowie einen den inneren Wicklungsbereich mit dem äußeren Wicklungsbereich mechanisch verbindenden Übergangsbereich aufweist. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Doppelschlingfeder im entspannten, nicht eingebauten Zustand derartig ausgeführt ist, dass die beiden Wicklungsbereiche als Spiralen in einer gemeinsamen Ebene ausgebildet sind. Die Ebene erstreckt sich gerade und demzufolge zweidimensional. Dadurch ist eine sehr einfache und kostengünstige Federfertigung möglich.
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Die Bezeichnungen „innerer Wicklungsbereich“ und „äußerer Wicklungsbereich“ sind dabei auf den Übergangsbereich bezogen, der die beiden Wicklungsbereiche voneinander trennt.
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Die erfindungsgemäße Doppelschlingfeder ist dazu ausgestaltet, verformt zu werden, so dass der innere Wicklungsbereich sowie auch der äußere Wicklungsbereich jeweils im Wesentlichen in Zylinderform vorliegen, im eingebauten Zustand mit einem Torsionsmoment um die gemeinsame Rotationsachse des inneren Wicklungsbereichs und des äußeren Wicklungsbereichs belastet zu werden. Dieses Torsionsmoment wirkt zum Beispiel bei der Mitnahme des inneren Wicklungsbereichs und/oder des äußeren Wicklungsbereichs aufgrund von Reibkräften zwischen dem zylinderförmigen inneren Wicklungsbereich und einer Welle bzw. aufgrund von Reibkräften zwischen dem zylinderförmigen äußeren Wicklungsbereich und der Innenseite eines am äußeren Wicklungsbereich radial außen anliegenden Hohlzylinders.
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Der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich sowie der Übergangsbereich sind integrale Bestandteile der Doppelschlingfeder. Das bedeutet, dass die Doppelschlingfeder im Wesentlichen aus einer Platine einteilig ausgeführt ist. Mit dem Übergangsbereich ist ein Torsionsmoment von dem äußeren Wicklungsbereich auf den inneren Wicklungsbereich und umgekehrt übertragbar.
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Wie bereits bezüglich des Standes der Technik beschrieben, kann die erfindungsgemäße Doppelschlingfeder im eingebauten Zustand radial einen Druck auf eine innerhalb des inneren Wicklungsbereichs angeordnete Welle ausüben, sowie radial einen Druck auf die Innenseite eines Hohlzylinders ausüben, an dem der äußere Wicklungsbereich anliegt. Somit kann durch Relativ-Rotationsbewegung der an den Wicklungsbereichen anliegenden Bauteile in der einen Drehrichtung eine geringe Reibung zwischen der Doppelschlingfeder und den anliegenden Bauteilen erzeugt werden, und in der Gegendrehrichtung eine hohe Reibung erzeugt werden, die eine Bremswirkung bzw. Blockadewirkung hervorrufen kann.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Doppelschlingfeder liegt insbesondere in der einfachen und kostengünstigen Fertigung in Verbindung mit einem sehr steif ausführbaren Verbindungsbereich zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines mit der Doppelschlingfeder ausgestalteten Aktors. So lässt sich mittels der Doppelschlingfeder eine reibmomentbedingte Bremswirkung sehr schnell und zuverlässig erzeugen.
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In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Doppelschlingfeder ist vorgesehen, dass der Übergangsbereich eine Höhe Hü aufweist, die größer ist als die Höhe Hi der Feder des inneren Wicklungsbereichs im an den Übergangsbereich angrenzenden Bereich, und größer ist als die Höhe Ha der Feder des äußeren Wicklungsbereichs im an den Übergangsbereich angrenzenden Bereich. Bevorzugt ist die Höhe Hü des Übergangsbereichs mindestens 1,5 Mal so hoch wie die Höhe Hi der Feder des inneren Wicklungsbereichs im an den Übergangsbereich angrenzenden Bereich, und ebenfalls mindestens 1,5 Mal so hoch wie die Höhe Ha der Feder des äußeren Wicklungsbereichs im an den Übergangsbereich angrenzenden Bereich. Dadurch wird eine hohe Übergangssteifigkeit der Doppelschlingfeder gewährleistet, und somit, dass bei Drehrichtungswechsel verlustarm eine Haltefunktion erfüllt werden kann.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Doppelschlingfeder ist vorgesehen, dass die Höhe der Feder im inneren Wicklungsbereich und/ oder im äußeren Wicklungsbereich mit zunehmenden Abstand von dem Übergangsbereich verringert ist. Zweck dieser Ausgestaltung des inneren Wicklungsbereichs und des äußeren Wicklungsbereichs ist, eine möglichst gleichmäßige Biegespannungsverteilung im Einbauzustand zu erreichen, wenn radial weiter von dem Übergangsbereich befindliche Federbereiche eingefedert werden, um sich den Abmaßen und Geometrie einer Rotationseinrichtung anzupassen.
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Weiterhin kann die Doppelschlingfeder derart ausgestaltet sein, dass zwischen dem Übergangsbereich und dem inneren Wicklungsbereich ein innerer Anschlussradius Ri besteht, und zwischen dem Übergangsbereich und dem äußeren Wicklungsbereich ein äußerer Anschlussradius Ra besteht, wobei der innere Anschlussradius Ri an der radial äußeren Seite des Übergangsbereichs besteht, und der äußere Anschlussradius Ra an der radial inneren Seite des Übergangsbereichs besteht.
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Die Anschlussradien Ri und Ra bilden dabei Kavitäten am Übergangsbereich aus.
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Der innere Anschlussradius Ri steht zum inneren Krümmungsradius des Übergangsbereiches Rü in einem Verhältnis von Rü/Ri = -1 bis 1, wobei der Wert -1 gleichbedeutend mit der Verhältnisangabe 1, sich aber auf eine entgegengesetzte Krümmung bezieht.
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Der äußere Anschlussradius Ra steht zum inneren Krümmungsradius des Übergangsbereiches Rü in einem Verhältnis von Rü/Ra = 1 bis 2.
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Die Übergangsradien zwischen dem Übergangsbereich und dem inneren Wicklungsbereich sowie dem äußeren Wicklungsbereich dienen insbesondere der Vermeidung von Kerbwirkungen und Kanten. Zudem erleichtern sie die Fertigung der Doppelschlingfeder durch Optimierung der Schnittkontur.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Doppelschlingfeder, bei dem eine im Wesentlichen zweidimensionale Platine bereit gestellt wird, und aus der Platine ein innerer Wicklungsbereich und ein äußerer Wicklungsbereich sowie zwischen dem inneren Wicklungsbereich und dem äußeren Wicklungsbereich ein Übergangsbereich erzeugt werden, wobei die beiden Wicklungsbereiche als Spiralen ausgeführt werden.
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Die beiden Wicklungsbereiche werden mittels eines Trennverfahrens, wie z.B. Stanzen, Lasern, Wasserstrahlschneiden, oder auch mittels eines Ätzverfahrens aus der Platine heraus gearbeitet.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Rotationseinrichtung, umfassend eine Welle und eine zumindest abschnittsweise als Hohlzylinder ausgestaltete Nabe sowie zwischen Welle und der Innenseite des Hohlzylinders der Nabe eine erfindungsgemäße Doppelschlingfeder. Der innere Wicklungsbereich der Doppelschlingfeder ist aus der gemeinsamen Ebene im Wesentlichen in eine Zylinderform bzw. Helix-Form umgeformt, nämlich vorzugsweise elastisch verformt, und liegt mit seiner Innenseite an einer Außenseite der Welle an, und der äußere Wicklungsbereich der Doppelschlingfeder ist aus der gemeinsamen Ebene im Wesentlichen in eine Zylinderform bzw. Helix-Form umgeformt und liegt mit seiner Außenseite an einer Innenseite des Hohlzylinders der Nabe an, so dass beide Wicklungsbereiche zueinander konzentrisch angeordnet sind und bei einer Rotationsbewegung in einer ersten Drehrichtung der Nabe in Bezug zur Welle der äußere Wicklungsbereich einen radialen Druck auf die Innenseite des Hohlzylinders der Nabe vergrößert, so dass die Rotationsbewegung der Nabe in Bezug zur Welle gebremst oder blockiert wird, und bei Drehrichtungsumkehr in eine zweite Drehrichtung der Nabe in Bezug zur Welle der äußere Wicklungsbereich einen radialen Druck auf die Innenseite des Hohlzylinders der Nabe verringert, so dass die Rotationsbewegung der Nabe in Bezug zur Welle realisierbar ist. Die Welle kann auch die Form eines Zapfens aufweisen.
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Das heißt, dass die Innenseite des inneren Wicklungsbereichs die Zylinderform aufweist zur Anordnung der inneren Wicklungsbereich auf der Welle, und dass die die Außenseite des äußeren Wicklungsbereichs die Zylinderform aufweist zur Anordnung der äußeren Wicklungsbereich an der Innenseite der Nabe.
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Die Doppelschlingfeder hat somit die Aufgabe, den Wirkungsgrad einer Baugruppe drehrichtungsabhängig zu beeinflussen, wie bspw. eine Selbsthaltefunktion eines Aktors zu gewährleisten.
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Die Verringerung des radialen Drucks auf die Innenseite des Hohlzylinders der Nabe tritt dadurch auf, dass der äußere Wicklungsbereich bei Drehrichtungsumkehr in eine zweite Drehrichtung seinen Durchmesser etwas verringert.
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Auf Grund entgegengesetzter Wicklungsrichtungen des inneren Wicklungsbereichs und des äußeren Wicklungsbereichs wird bei Drehung in der ersten Drehrichtung auf Grund einer Aufweitung des Durchmessers des inneren Wicklungsbereiches der innere Wicklungsbereich einen radialen Druck auf die Außenseite der Welle verringern.
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Bei Drehrichtungsumkehr in eine zweite Drehrichtung der Nabe in Bezug zur Welle wird der innere Wicklungsbereich einen radialen Druck auf die Außenseite der Welle vergrößern.
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Die Einleitung der Drehbewegung erfolgt über Reibmomente, die zwischen dem inneren Wicklungsbereich und der Welle bzw. dem äußeren Wicklungsbereich und dem Hohlzylinder wirken. Diese Reibmomente werden erzeugt durch Normalkräfte, mit denen der innere Wicklungsbereich auf die Außenseite der Welle drückt, bzw. mit denen der äußere Wicklungsbereich auf die Innenseite des Hohlzylinders drückt.
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Vorzugsweise sitzt die Doppelschlingfeder derart in der Rotationseinrichtung, dass die Doppelschlingfeder auch im Ruhezustand und ohne Belastung durch ein Torsionsmoment eine radiale Vorspannung auf die Welle sowie auch auf den Hohlzylinder der Nabe ausübt.
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Wie erwähnt, bewirkt auf Grund entgegengesetzter Wicklungsrichtungen des inneren Wicklungsbereiches und des äußeren Wicklungsbereiches bei Drehung in der ersten Drehrichtung der innere Wicklungsbereich eine Verringerung des radialen Drucks auf die Außenseite der Welle, bedingt durch eine Aufweitung des Durchmessers des inneren Wicklungsbereiches. Dadurch wird ein Schleppmoment auf die Welle bewirkt, welches allerdings sehr gering ist, so dass die Nabe in Bezug zur Welle leichtgängig bewegbar ist. In dieser Situation schließt der äußere Wicklungsbereich den Drehmomentpfad zur Innenseite des Hohlzylinders der Nabe durch eine Erhöhung des radialen Anpressdrucks auf den Hohlzylinder.
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Die Welle bzw. Reibfläche dieser kann Bestandteil eines Rotors, einer Spindel oder eines ähnlichen Bauteils sein, und die Nabe kann insbesondere Bestandteil eines Rotors oder einer Spindelmutter oder eines ähnlichen Bauteils sein. Insbesondere kann die Welle durch die Spindel eines Planetenwälzgewindespindeltriebes ausgebildet sein, und die Nabe kann ein Bestandteil der Spindelmutter des Planetenwälzgewindespindeltriebes sein. Insofern der derart ausgestaltete Planetenwälzgewindespindeltrieb ein Aktor zur Betätigung einer Kupplung ist, kann mittels der erfindungsgemäßen Doppelschlingfeder nunmehr verhindert werden, dass aufgrund einer an der Rotationseinrichtung anliegenden Last eine ungewollte rotatorische Bewegung und damit auch eine ungewollte translatorische Bewegung von Elementen des Planetenwälzgewindespindeltriebs erzeugt wird, indem die Doppelschlingfeder eine rotatorische Relativbewegung zwischen Spindel und Spindelmutter des Planetenwälzgewindespindeltriebs reibschlüssig blockiert. Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausgestaltung der Rotationseinrichtung als Planetenwälzgewindespindeltrieb eingeschränkt, sondern die Doppelschlingfeder kann auch zwischen Stator und Rotor eines Elektromotors oder aber auch zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring eines Wälzlagers angeordnet sein.
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Die Höhe des Übergangsbereiches Hü sollte in Bezug zu den Durchmessern der Welle Dw und der Nabe Dn in folgendem Verhältnis stehen: Hü = 0,7 bis 0,9 [(Dn-Dw)/2].
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Das bedeutet, dass der Übergangsbereich die maximal mögliche Höhe im eingebauten Zustand zwischen Welle und Nabe ausschöpft, um eine hohe Übergangssteifigkeit zu erreichen.
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Weiterhin kann die Doppelschlingfeder im eingebauten Zustand derart vorliegen, dass der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich radial ineinander verschachtelt angeordnet sind, oder dass der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich entlang der axialen Richtung der Rotationseinrichtung aneinander angeschlossen sind. Das heißt, dass die erfindungsgemäße Doppelschlingfeder sowohl in axialer als auch in radialer Anordnung verbaut sein kann. Die Windungsrichtung der Wicklungen kann anwendungsspezifisch beim Einbau angepasst werden.
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Die Begriffe radial und axial beziehen sich dabei auf die Rotationsachse der Rotationsbewegung der Rotationseinrichtung.
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Das heißt, dass im eingebauten Zustand die erfindungsgemäße Doppelschlingfeder derart ausgebildet sein kann, dass sich der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich radial zumindest abschnittsweise überlagern, oder dass sie axial aneinander angeschlossen sind. In der erstgenannten Variante ist somit die Doppelschlingfeder ineinander verschachtelt, wobei der innere Wicklungsbereich von dem äußeren Wicklungsbereich zumindest abschnittsweise und vorzugsweise vollständig radial umgeben ist. In der zweiten genannten Variante sind der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich nicht radial einander überlagernd angeordnet, sondern axial in Reihe miteinander verbunden.
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In beiden genannten Ausführungsformen sind der innere Wicklungsbereich und der äußere Wicklungsbereich über den jeweiligen Übergangsberiech miteinander verbunden.
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Zur Gewährleistung einer hohen Steifigkeit des Übergangsbereiches ist weiterhin vorzugsweise vorgesehen, dass der Übergangsbereich eine maximale Länge Lü aufweist, die in Bezug zum Umfang der Welle Uw in folgendem Verhältnis steht: Lü = 1/8bis 1/5 Uw. Dabei ist die Länge Lü des Übergangsbereiches ohne die Anschlussradien Ri und Ra definiert.
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Das heißt, dass der Übergangsbereich in Bezug zum Umfang der Welle relativ kurz ausgestaltet ist, so dass er eine hohe Steifigkeit aufweist. Die Länge Lü ist dabei von dem inneren Anschlussradius Ri bis zum äußeren Anschlussradius Ra zu messen.
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Durch die Erfindung wird außerdem ein zu aktuierendes System, insbesondere eine Kupplungseinrichtung, zur Verfügung gestellt, welches bzw. welche eine Betätigungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Rotationseinrichtung umfasst, wobei die Betätigungseinrichtung dafür eingerichtet ist, eine rotatorische Bewegung der Rotationseinrichtung in eine translatorische Bewegung zwecks Betätigung eines Systems, insbesondere einer Kupplung, umzuwandeln. Die Betätigungseinrichtung kann hier insbesondere der erwähnte Planetenwälzgewindespindeltrieb sein. Eine erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung umfasst selbstverständlich auch die Kupplung selbst. Demzufolge ist hier die erfindungsgemäße Rotationseinrichtung für die Betätigung eines Systems bzw. einer Kupplung eines Fahrzeuges ausgestaltet, wobei die Doppelschlingfeder in einem Aktor, wie zum Beispiel in einem Planetenwälzgewindespindeltrieb, genutzt wird.
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Die Kupplungseinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment von einer Abtriebswelle auf einen Verbraucher und umgekehrt zu übertragen. Dies wird in der Regel über das Reibpaket erreicht, welches eine axial verschiebbare, in der Regel mit der Abtriebswelle rotationsfest verbundene Anpressplatte aufweist, welche gegen zumindest eine korrespondierende Reibscheibe pressbar ist. Aus der Anpresskraft resultiert eine Reibkraft über die Reibfläche, welche multipliziert mit dem mittleren Radius der Reibfläche ein übertragbares Drehmoment ergibt.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Doppelschlingfeder liegt neben den geringen Herstellungskosten insbesondere in der erhöhten Steifigkeit des Übergangs zwischen dem inneren Wicklungsbereich und dem äußeren Wicklungsbereich, sodass ein von den Wicklungsbereichen übertragenes Drehmoment bei einer Drehrichtungsumkehr der Welle bzw. der Nabe effizient und in kürzester Weise übertragbar ist, sodass mit der Doppelschlingfeder in zuverlässiger Weise ein Haltemoment in einer mit der Doppelschlingfeder ausgestatteten Rotationseinrichtung erzeugbar ist.
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Die Doppelschlingfeder kann somit für jede Aktorik und insbesondere für Kupplungsaktorik eingesetzt werden, zur Realisierung von Energiesparkonzepten, z.B. bei Stromlosschaltung des Antriebsmotors, und/oder zur Blockade einer Drehbewegung, sogenannte „Failsave“-Funktion, für nicht selbsthemmende Getriebe.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maß eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in
- 1: eine herkömmliche Doppelschlingfeder,
- 2: eine herkömmliche Rotationseinrichtung mit Doppelschlingfeder,
- 3: eine erfindungsgemäße Doppelschlingfeder im entspannten Zustand,
- 4: einen Ausschnitt aus der in 3 gezeigten Doppelschlingfeder,
- 5: eine erfindungsgemäße Doppelschlingfeder in einer radialen Anordnungsform,
- 6: eine erfindungsgemäße Doppelschlingfeder der radialen Anordnungsform im eingebauten Zustand,
- 7: eine erfindungsgemäße Doppelschlingfeder in einer axialen Anordnungsform,
- 8: eine erfindungsgemäße Doppelschlingfeder der axialen Anordnungsform im eingebauten Zustand.
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Auf die 1 und 2 ist bereits zur Erläuterung des Standes der Technik Bezug genommen worden. 2 zeigt dabei eine Rotationseinrichtung 10, die auch einen Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt. Die in dieser Rotationseinrichtung 10 angeordnete Doppelschlingfeder 20 ist in ihren unterschiedlichen Ausgestaltungsformen den 3-8 entnehmbar.
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3 zeigt die Doppelschlingfeder 20 im nicht-eingebauten Zustand. Es ist ersichtlich, dass die Doppelschlingfeder 20 sich im Wesentlichen in einer zweidimensionalen Ebene erstreckt. In Bezug auf einen im Wesentlichen mittig angeordneten Übergangsbereich 23 ist radial innen der innere Wicklungsbereich 21 und radial außen der äußere Wicklungsbereich 22 angeordnet.
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Es ist erkennbar, dass die beiden Wicklungsbereiche 21,22 der gleichen Wicklungsrichtung 40 folgen. Beide Wicklungsbereiche 21,22 liegen hier als zweidimensionale Spiralen vor, wobei die Spaltbreite 50 zwischen den einzelnen Gängen der jeweiligen Spirale minimal ausgestaltet ist. Dies wird fertigungstechnisch unter anderem durch Laserschneiden, Stanzen oder Ätzen realisiert.
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In 4 ist ein Ausschnitt aus der in 3 dargestellten Doppelschlingfeder gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die Höhe Hi der von dem inneren Wicklungsbereich 21 ausgebildeten Feder umso geringer wird, umso größer die Entfernung zum Übergangsbereich 23 ist. Das gleiche trifft auf den äußeren Wicklungsbereich 22 zu, dessen Höhe Ha ebenfalls mit zunehmendem Abstand vom Übergangsbereich 23 abnimmt.
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Weiterhin ist aus den 3 und 4 ersichtlich, dass der Übergangsbereich 23 eine Höhe Hü aufweist, die derart dimensioniert ist, dass sie den Abstand, der sich aus der Durchmesserdifferenz des Durchmessers der Welle Dw und des Durchmessers der Nabe Dn ergibt, im Wesentlichen ausfüllt. Daher hat der Übergangsbereich 23 ein maximal hohes Flächenträgheitsmoment und demzufolge eine maximale Streitigkeit.
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Wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist, schließt sich der innere Wicklungsbereich 21 über einen inneren Anschlussradius Ri an den Übergangsbereich 23 an, und der äußere Wicklungsbereich 22 schließt über einen äußeren Anschlussradius Ra an den Übergangsbereich 23 an. Die Länge Lü des Übergangsbereiches 23 ist in Bezug zum Umfang der Welle relativ kurz ausgestaltet, was die Steifigkeit des Übergangsbereiches 23 weiter erhöht.
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5 zeigt eine Anordnungsform der Doppelschlingfeder 20, wenn diese eingebaut ist. Es ist ersichtlich, dass der innere Wicklungsbereich 21 und der äußere Wicklungsbereich 22 ineinander verschachtelt und koaxial vorliegen.
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6 zeigt dieser Ausgestaltungsform der radialen Anordnung der Wicklungsbereiche 21,22 im eingebauten Zustand. Es ist ersichtlich, dass die radial äußere Seite des äußeren Wicklungsbereichs 22 an der Innenseite der Nabe 12 anliegt. Die radial innere Seite des inneren Wicklungsbereiches 21 liegt an der Außenseite der Welle 11 an. Weiterhin ist hier erkennbar, dass die jeweiligen Höhen Hi, Ha des inneren Wicklungsbereiches 21 bzw. des äußeren Wicklungsbereiches 22 mit zunehmender Entfernung vom Übergangsbereich 23 abnehmen. Dies dient der Vergleichmäßigung der mit den Wicklungsbereichen 21,22 realisierten Anpresskräfte, wenn diese aus ihrer zweidimensionalen Erstreckung im Ausgangszustand in die verbaute Position umgeformt werden.
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In den 7 und 8 ist eine zweite Anordnungsform der Doppelschlingfeder 20 ersichtlich, in der die Doppelschlingfeder 20 eine axiale Anordnung des inneren Wicklungsbereiches 21 und des äußeren Wicklungsbereiches 22 aufweist. D.h., dass hier der innere Wicklungsbereich 21, der Übergangsbereich 23 und der äußere Wicklungsbereich 22 axial hintereinander angeordnet sind. Wie aus 8 ersichtlich ist, nimmt auch hier die Höhe Hi, Ha des inneren Wicklungsbereiches 21 bzw. des äußeren Wicklungsbereiches 22 mit zunehmendem Abstand vom Übergangsbereich 23 ab, um die rückfederungsbedingten Anpresskräfte durch die Wicklungsbereiche 21,22 zu gleichmäßigen.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Doppelschlingfeder zur Verfügung gestellt, die kostengünstig herstellbar ist und eine hohe Steifigkeit im Übergangsbereich aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rotationseinrichtung
- 11
- Welle
- 12
- Nabe
- 20
- Doppelschlingfeder
- 21
- innerer Wicklungsbereich
- 22
- äußerer Wicklungsbereich
- 23
- Übergangsbereich
- 26
- Rotationsachse
- 30
- Stützeinrichtung
- 40
- Wicklungsrichtung
- 50
- Spaltbreite
- Hü
- Höhe des Übergangsbereiches
- Lü
- maximale Länge des Übergangsbereiches
- Hi
- Höhe der Feder des inneren Wicklungsbereiches
- Ri
- innerer Anschlussradius
- Ha
- Höhe der Feder des äußeren Wicklungsbereiches
- Ra
- äußerer Anschlussradius
- Dw
- Durchmesser der Welle
- Dn
- Durchmesser der Nabe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015220920 A1 [0006]
- DE 102015217164 A1 [0007]
- WO 2015/048961 A2 [0008]
- DE 102016215822 A1 [0009]
- DE 102015204588 A1 [0010]
- DE 102008053401 A1 [0012]
