DE10333268B4

DE10333268B4 - Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung

Info

Publication number: DE10333268B4
Application number: DE10333268A
Authority: DE
Inventors: Manfred Brandenstein; Armin Olschewski; Hans Hauke; Barbara Faltus; Koos Zwarts
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2003-07-21
Filing date: 2003-07-21
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2023-07-22
Also published as: US20050050973A1; DE10333268A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung, die aufweist:
ein erstes Bauteil (2) mit einer Stirnseite (3) und
ein zweites Bauteil (4) mit einer Stirnseite (5), das gegenüber dem ersten Bauteil (2) um eine Drehachse (D) drehbar und in Axialrichtung (A) verschiebbar angeordnet ist,
wobei jedes Bauteil (2, 4) eine einzige Laufbahn (6, 7) für Wälzkörper (8) aufweist,
wobei zwischen den Bauteilen (2, 4) in den Laufbahnen (6, 7) Wälzkörper (8) angeordnet sind,
wobei die Laufbahnen (6, 7) in die beiden sich gegenüberliegenden Stirnseiten (3, 5) der beiden Bauteile (2, 4) eingebracht sind,
wobei die Laufbahnen (6, 7) kreisförmig um die Drehachse (D) herum verlaufen,
wobei die Laufbahnen (6, 7) mit einer vorgegebenen Ganghöhe (h) über den Umfangsverlauf der Bauteile (2, 4) wendelförmig verlaufen,
wobei die Laufbahnen (6, 7) an einer einzigen Umfangsstelle (9, 10) der beiden Bauteile...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung, die ein erstes Bauteil mit einer Stirnseite aufweist sowie ein zweites Bauteil mit einer Stirnseite, das gegenüber dem ersten Bauteil um eine Drehachse drehbar und in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist.
Im Stand der Technik sind mannigfaltige Vorrichtungen bekannt, mit denen Drehbewegungen in axiale Bewegungen umgewandelt werden können. Beispielsweise sind Kugelrollspindeln bekannt, die zwei relativ zueinander drehbar angeordnete Bauteile aufweisen, die jeweils Laufbahnen für Kugeln aufweisen. Diese Laufbahnen sind wendelförmig um die Drehachse herum angeordnet, so dass bei relativer Rotation der beiden Bauteile zueinander eine axiale Verschiebung bewerkstelligt wird.
In einigen Anwendungsfällen werden an derart vorbekannte Vorrichtungen zur Umwandlung der Drehbewegung in eine translatorische Bewegung spezielle Anforderungen gestellt. Beispielsweise ist es bei Achsgetrieben, insbe sondere bei Hinterachsgetrieben, gelegentlich notwendig, zur Realisierung einer Differentialsperre bzw. Differentialbremse solche Vorrichtungen zur Verfügung zu haben, die bei extrem kleinen Abmessungen und insbesondere bei sehr geringen axialen Bauhöhen sehr große Kräfte in Axialrichtung erzeugen. Wenngleich für solche Anwendungen die eingangs genannten vorbekannten Vorrichtungen grundsätzlich geeignet wären, scheiden diese aufgrund der genannten Anforderungen aus.
Aus der DE 199 42 462 C1 , aus der DE 100 25 978 C1 und aus der DE 698 03 527 T2 sind jeweils Vorrichtungen zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung der eingangs genannten Art bekannt. Dabei ist stets vorgesehen, dass ein axial zu verschiebendes Bauteil an einer Stirnfläche mehrere, über den Umfang verteilt angeordnete Abschnitte aufweist, die einen wendelförmigen Verlauf bilden. Damit wird zwar eine sehr stabile Anordnung erreicht, allerdings sind die erzeugbaren Axialkräfte in Abhängigkeit der benötigten axialen Verstellbewegung und in Abhängigkeit des zur Verfügung stehenden Bauraums bei Drehung um einen vorgegebenen Drehwinkel zweier axial relativ zueinander verschiebbarer Bauteile begrenzt.
Aus der DE 198 30 822 C1 ist eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung bekannt, die zwei konzentrisch zueinander angeordnete rampenförmige Laufbahnen für zwei Wälzkörperreihen aufweist, wobei die rampenförmigen Laufbahnen in Umfangsrichtung um 180° versetzt angeordnet sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass es möglich ist, eine sehr kompakte und insbesondere axial klein bauende Einheit zu haben, mit der es möglich ist, durch Relativdrehung der beiden Teile sehr hohe Axialkräfte zu erreichen.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ergibt sich durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1. Wesentliche Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind, dass jedes Bauteil eine einzige Laufbahn für Wälzkörper aufweist, wobei die Laufbahnen an einer einzigen Umfangsstelle der beiden Bauteile eine axial ausgerichtete Stufe aufweisen, und dass die Wälzkörper von einem Käfig geführt werden, der an einer einzigen Umfangsstelle eine Unterbrechung aufweist, die einen Versatz in Axialrichtung zulässt. Zur Stabilisierung der Vorrichtung ist weiter vorgesehen, dass die Wälzkörper Kugeln sind.
Zur Erzeugung der axialen Verschiebebewegung bei relativer Drehung der beiden Bauteile zueinander wird also eine einzige wendelförmig verlaufende Laufbahn eingesetzt, über deren Ganghöhe bzw. Steigung das Übersetzungsverhältnis der Rotationsbewegung in die axiale Verschiebebewegung sehr genau und mit hoher Kraftverstärkung eingestellt werden kann.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Bauteile ringförmig ausgebildet sind und eine Bohrung mit einem Innendurchmesser aufweisen.
Für manche Anwendungszwecke hat es sich bewährt, dass die Ganghöhe der wendelförmig verlaufenden Laufbahnen der beiden Bauteile zwischen 1 mm und 10 mm beträgt. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung beträgt die Ganghöhe der wendelförmig verlaufenden Laufbahnen der beiden Bauteile zwischen 1 % und 10 % des Innendurchmessers der ringförmigen Bauteile.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Umwandlung der Drehbewegung in die translatorische Bewegung kommt vorzugsweise als Bestandteil einer Differentialsperre oder Differentialbremse eines Achsgetriebes, insbesondere eines Hinterachsgetriebes, eines Fahrzeugs zur Anwendung. Sehr vorteilhaft kann die Vorrichtung auch in einer Bremsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung wird erreicht, dass bei entsprechender geometrischer Auslegung des wendelförmigen Verlaufs der Laufbahnen bei Relativdrehung der beiden Bauteile zueinander eine Axialverschiebung der beiden Bauteile zueinander erfolgt, bei der sehr hohe Kräfte erzeugt werden können. Die gesamte Anordnung kann als ringförmige Einheit ausgeführt werden, die eine sehr geringe axiale Erstreckung aufweist und die sich daher besonders für die genannten Einsatzfälle eignet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 in Explosionsdarstellung eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung,
2 eine zu 1 ähnliche Ausgestaltung,
3 in dreidimensionaler Ansicht das erste Bauteil der Vorrichtung,
4 die zu 3 analoge Darstellung mit auf das erste Bauteil aufgesetztem Käfig samt Wälzkörpern,
5 die Ansicht X auf das erste Bauteil gemäß 3,
6 den Schnitt A-A gemäß 5 und
7 die Ansicht Y gemäß 2.
In den Figuren ist eine Vorrichtung 1 zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung skizziert. Die Vorrichtung 1 hat im Wesentlichen zwei Bauteile, nämlich ein erstes Bauteil 2 und ein zweites Bauteil 4. Beide Bauteile 2, 4 sind im Ausführungsbeispiel ringförmig ausgebildet, wobei die Ringe einen Innendurchmesser d haben.
Die beiden Bauteile 2, 4 werden relativ zueinander durch eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung um die Drehachse D gedreht.
Die nicht dargestellte Antriebsvorrichtung zum Drehen eines der Bauteile 2, 4 ist so ausgelegt, dass die Verdrehbewegung der beiden Bauteile 2, 4 relativ zueinander um einen Winkel bis zu 180° erfolgt. Bei dieser Relativbewegung werden die beiden Bauteile 2, 4 axial auseinandergedrückt, d.h. das eine Bauteil 4 verschiebt sich relativ zum anderen Bauteil 2 in axialer Richtung A. Hierzu weisen beiden Bauteile 2, 4 in ihren sich gegenüberliegenden Stirnseiten 3, 5 eingearbeitete Laufbahnen 6, 7 auf. In diesen Laufbahnen 6, 7 können Wälzkörper 8 in Form von Kugeln angeordnet werden. Die Wälzkörper 8 halten also die beiden Bauteile 2, 4 in axialer Richtung A in definiertem Abstand relativ zueinander.
Wie weiter gesehen werden kann (siehe hierzu insbesondere die 3, 6 und 7), verlaufen die Laufbahnen 6, 7 in den beiden Bauteilen 2, 4 kreisförmig um die Drehachse D und mit einer vorgegebenen Ganghöhe h über den Umfangsverlauf der Bauteile 2, 4 wendelförmig. Hierdurch ergibt sich an einer Umfangsstelle 9, 10 des jeweiligen Bauteils 2, 4 eine Stufe 11. Die beiden Bauteile 2, 4 sind – wie sehr gut in 2 gesehen werden kann – zueinander kongruent ausgebildet, d.h. sie ergänzen sich einander. Infolge des wendelförmigen Verlaufs der Laufbahnen 6, 7 werden die beiden Bauteile 2, 4 bei der genannten Relativdrehung um die Drehachse D entsprechend der Ganghöhe h der Wendel voneinander weg bewegt.
Zur Führung der Wälzkörper 8 in Form der Kugeln ist ein Käfig 14 vorgesehen, der an einer Umfangsstelle 15 eine Unterbrechung aufweist, die einen Versatz a in axialer Richtung A zulässt. Durch diese Unterbrechung des Käfigs 14 wird die Überwindung der Stufe 11 sichergestellt, wenn sich die beiden Bauteile 2, 4 relativ zueinander drehen. Der Käfig 14 samt Wälzkörpern 8 rotiert dabei bei Drehung des zweiten Bauteils 4 relativ zum ersten Bauteil 2 um den halben Drehwinkel. Dadurch verschiebt sich ein Teil der Wälzkörper 8 in einen nicht tragenden Bereich. Um sehr hohe Axialkräfte zu erreichen, empfiehlt es sich, eine möglichst hohe Anzahl von Wälzkörpern 8 vorzusehen, wobei sich in der Praxis eine Zahl von mindestens 10 bewährt hat, vorzugsweise mindestens 20.
Hinsichtlich der Auslegung der Ganghöhe h hat sich ein Wert zwischen 1 mm und 10 mm bewährt. Bevorzugt beträgt sie zwischen 1 % und 10 % des Innendurchmessers d der Bohrungen 12 bzw. 13 in den beiden Bauteilen 2, 4.

1: Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung
2: erstes Bauteil
3: Stirnseite des ersten Bauteils
4: zweites Bauteil
5: Stirnseite des zweiten Bauteils
6: Laufbahn
7: Laufbahn
8: Wälzkörper
9: Umfangsstelle
10: Umfangsstelle
11: Stufe
12: Bohrung
13: Bohrung
14: Käfig
15: Umfangsstelle
D: Drehachse
A: Axialrichtung
h: Ganghöhe der Wendel
d: Innendurchmesser
a: Versatz in Axialrichtung

Claims

Vorrichtung (1) zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung, die aufweist: ein erstes Bauteil (2) mit einer Stirnseite (3) und ein zweites Bauteil (4) mit einer Stirnseite (5), das gegenüber dem ersten Bauteil (2) um eine Drehachse (D) drehbar und in Axialrichtung (A) verschiebbar angeordnet ist, wobei jedes Bauteil (2, 4) eine einzige Laufbahn (6, 7) für Wälzkörper (8) aufweist, wobei zwischen den Bauteilen (2, 4) in den Laufbahnen (6, 7) Wälzkörper (8) angeordnet sind, wobei die Laufbahnen (6, 7) in die beiden sich gegenüberliegenden Stirnseiten (3, 5) der beiden Bauteile (2, 4) eingebracht sind, wobei die Laufbahnen (6, 7) kreisförmig um die Drehachse (D) herum verlaufen, wobei die Laufbahnen (6, 7) mit einer vorgegebenen Ganghöhe (h) über den Umfangsverlauf der Bauteile (2, 4) wendelförmig verlaufen, wobei die Laufbahnen (6, 7) an einer einzigen Umfangsstelle (9, 10) der beiden Bauteile (2, 4) eine im Wesentlichen axial ausgerichtete Stufe (11) aufweisen, wobei die Wälzkörper (8) von einem Käfig (14) geführt werden, der an einer einzigen Umfangsstelle (15) eine Unterbrechung aufweist, die einen Versatz (a) in Axialrichtung (A) zulässt, und wobei die Wälzkörper (8) Kugeln sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (2, 4) ringförmig ausgebildet sind und eine Bohrung (12, 13) mit einem Innendurchmesser (d) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganghöhe (h) der wendelförmig verlaufenden Laufbahnen (6, 7) der beiden Bauteile (2, 4) zwischen 1 mm und 10 mm beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganghöhe (h) der wendelförmig verlaufenden Laufbahnen (6, 7) der bei den Bauteile (2, 4) zwischen 1 % und 10 % des Innendurchmessers (d) der ringförmigen Bauteile (2, 4) beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie Bestandteil einer Differentialsperre oder Differentialbremse eines Achsgetriebes, insbesondere eines Hinterachsgetriebes, eines Kraftfahrzeugs ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie Bestandteil einer Bremsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs ist.