DE19736132A1 - Klemmvorrichtung für ein axial bewegliches Bauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klemmvorrichtung für ein axial bewegliches Bauteil.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klemmvorrichtung für ein axial bewegliches Bauteil bereitzustellen, die selbsttätig in ihre Klemm- bzw. Rastposition gebracht sowie mit einfachen Mit­ teln wieder gelöst werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Klemmvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei dieser Klemm­ vorrichtung kann ein Keilelement durch das Verschieben des axial beweglichen Bauteils so weit mitgenommen werden, bis es in eine Rastposition gelangt, in der es sich automatisch mit einem wei­ teren Keilelement verspannt. Dabei ist einerseits bei Realisie­ rung einer Mitnahmeanordnung eine Ankopplung der Keilelemente an das axial bewegliche Bauteil möglich, während bei Realisierung einer Blockieranordnung durch Ankopplung der Keilelemente an ein festes Bauteil das axial bewegliche Bauteil blockiert werden kann. Durch zugehörige Entriegelungsmittel ist je nach Bedarf ein automatisierbares Lösen der Kopplung der Keilelemente oder ein Unterbinden einer derartigen Kopplung realisierbar. Im letz­ teren Fall kann dann gegebenenfalls eine Verschiebung des axial beweglichen Bauteils vorgenommen werden, ohne daß dies zu einer Verspannung der Keilelemente führt.

Eine nach Anspruch 2 weitergebildete Klemmvorrichtung ist mit besonders einfachen Mitteln so ausgeführt, daß sie bei Bedarf in Anwendungen mit rotierendem axial beweglichem Bauteil eingesetzt werden kann.

Eine Klemmvorrichtung nach Anspruch 3 ermöglicht unabhängig von der Position der Keilelemente und des axial beweglichen Bauteils eine zuverlässige Entriegelung der Keilelemente.

Mit einer nach Anspruch 4 weitergebildeten Klemmvorrichtung läßt sich in vorteilhafter Weise eine Nockenwellenverstellung reali­ sieren.

Eine nach Anspruch 5 weitergebildete Klemmvorrichtung dient bei einem Bremskraftverstärker zur Ankopplung einer Rückstellfeder­ einheit an die Betätigungsschubstange zwecks Ausübung einer bremskraftsimulierenden Rückwirkungskraft bei aktivem Bremsver­ stärkerbetrieb.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierzu zeigen:

Fig. 1 eine teilweise Längsschnittansicht einer Betätigungsein­ richtung für einen Bremskraftverstärker mit einer erfin­ dungsgemäßen Klemmvorrichtung in Rastposition,

Fig. 2 eine Schnittansicht entsprechend Fig. 1, jedoch mit entrasteter Klemmvorrichtung, und

Fig. 3 eine teilweise Längsschnittansicht einer Nockenwellenver­ stelleinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Klemmvor­ richtung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Betätigungseinrichtung für einen Bremskraftverstärker einer Kraftfahrzeugbremse in zwei unter­ schiedlichen Funktionsstellungen. Die Betätigungseinrichtung be­ inhaltet ein axial bewegliches Bauteil in Form einer Schubstange 1, die innerhalb eines Gehäuses 2 gelagert und fest mit einem nicht dargestellten, durch den Fahrzeugführer zu betätigenden Bremspedal verbunden ist. Die Schubstange 1 trägt ein erstes, inneres Keilelement in Form von drei Keilringsegmenten 4. Die drei Keilringsegmente 4 sind identisch ausgeführt und in einem Winkelabstand von 120° am Umfang der Schubstange 1 angeordnet. Sie weisen gegenüber der Schubstange 1 eine insgesamt zylindri­ sche Innenfläche 4a sowie gegenüber einem zweiten, äußeren Keil­ element in Form eines die Segmente 4 umgebenden, eineiligen Keilringes 3 mit einer kegeligen Innenfläche 3a eine korrespon­ dierende kegelige Außenfläche 4b auf. Die Ringsegmente 4 werden durch eine entlang ihres Umfanges angeordnete Feder 5 über der Schubstange 1 zusammengehalten. Einstückig mit dem Keilring 3 ist eine ringförmige Aufnahme 6 für mehrere, in einem Abstand rings um die Schubstange 1 angeordnete Rückstell-Druckfedern 7 vorgesehen, die zusammen mit der Aufnahme 6 einen Gegenkraftsi­ mulator bilden.

Ausgehend von einer nicht dargestellten Ausgangsposition ist bei normalem Betrieb des Bremskraftverstärkers die Schubstange 1 in Richtung des Pfeiles 8 bewegbar, wobei sie die Ringsegmente 4 mittels Haftreibung und eines Absatzes 1a am Schubstangenumfang mitnimmt. Bei ausreichender Haftreibung kann der Absatz 1a ggf. entfallen. Bei normalem Bremskraftverstärkerbetrieb wird durch die Betätigung der Schubstange 1 nach kurzem Betätigungsweg eine Bremskraftverstärkerhydraulik aktiviert, wodurch sich, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Verstärkerkolben 9 ebenfalls in Richtung des Pfeiles 8 bewegt und ein nicht weiter dargestellter Haupt­ bremszylinder druckbeaufschlagt wird. Ein als Entriegelungsmit­ tel dienender Steuerring 10, der einstückig mit dem Verstärker­ kolben 9 ausgeführt ist, wird in diesem Fall in Richtung des Pfeiles 8 mitbewegt und gibt dadurch die axiale Bewegung der Ringsegmente 4 frei.

Nach Überwindung einer kurzen Wegstrecke in Richtung des Pfeiles 8 laufen die Ringsegmente 4 gegen die kegelige Innenfläche 3a des Keilringes 3 an, der sich zunächst gemeinsam mit der Aufnah­ me 6 in seiner in Fig. 2 zu erkennenden Ausgangsposition befin­ det. Durch die Kräfte der vorgespannten Federn 7 einerseits und der Mitnehmerkraft seitens der Schubstange 1 andererseits werden die korrespondierenden kegeligen Flächen 3a und 4b gegeneinander gedrückt, wodurch sich eine radiale Verspannung zwischen den ge­ nannten Bauteilen ergibt, die verhindert, daß die Ringsegmente 4 über den Absatz 1a hinweggleiten können. Die verspannten Keil­ elemente 3, 4 bilden in dieser Rastposition eine Mitnahmeanord­ nung, über welche der Gegenkraftsimulator 6, 7 an die Schubstan­ ge 1 angekoppelt wird, wodurch somit seine Federn 7 eine brems­ kraftsimulierende Gegenkraft auf die Schubstange 1 entgegen de­ ren Betätigungsrichtung ausüben können.

Der Schrägwinkel der zusammenwirkenden Keilflächen 3a bzw. 4b bezüglich der axialen Verschiebungsrichtung, die Federn 7 sowie die Reibungsverhältnisse zwischen den kegeligen Keilflächen 3a, 4b und zwischen Schubstange 1 und der zugehörigen Kontaktfläche 4a der Ringsegmente 4 sind zur Bewirkung dieser Funktion geeig­ net aufeinander abgestimmt. Eine zuverlässige Übertragung der axialen Mitnehmerkraft zwischen Schubstange 1 und Ringsegmenten 4 wird durch den Absatz 1a gewährleistet, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,1mm bis 0,2mm hoch und mit einem Winkel von 15° zur axialen Verschiebungsrichtung ausgeführt ist. Durch diese Schrägung läßt sich die Schubstange 1 mit ihrem Absatz 1a in einem nachfolgend zu Fig. 2 geschilderten Fall unter den Ringsegmenten 4 hindurchbewegen.

In Fig. 2 ist ein Betriebsfall dargestellt, in dem die Brems­ kraftverstärkerfunktion reduziert bzw. ausgefallen ist. Dabei befindet sich der Verstärkerkolben 9 wegen fehlenden Hydraulik­ drucks des Verstärkers in seiner maximal ausgefahrenen Position. Er hält dadurch mit dem Steuerring 10 die Ringsegmente 4 in ih­ rer Ausgangsposition und verhindert, daß diese von der axial be­ weglichen Schubstange 1 mitgenommen werden. Bei Betätigung der Schubstange 1 gleitet diese mit ihrem Absatz 1a unter den Ring­ segmenten 4 hindurch, wobei die Ringsegmente 4 radial nach außen gedrückt werden, und wirkt dann direkt auf den Hauptbremszylin­ der, wodurch sie einen Notbetrieb gewährleistet. Der Gegen­ kraftsimulator 6, 7 bleibt in diesem Betriebsfall außer Funkti­ on, indem die Keilelemente 3 und 4 außer Eingriff bleiben.

In Fig. 3 ist eine Verstelleinrichtung für die Nockenwelle eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors dargestellt, die ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung ent­ hält. Ein axial bewegliches Bauteil in Form eines Stellkolbens 11 ist dabei auf einer drehfest mit der nicht dargestellten Noc­ kenwelle verbundenen Flanschwelle 12 gelagert. Stellkolben 11 und Flanschwelle 12 stehen über eine Schrägverzahnung 13 in Wirkverbindung, wobei die Flanschwelle 12 in axialer Richtung fixiert ist. Andererseits ist der Stellkolben 11 in nicht weiter gezeigter Weise über eine außenliegende Schrägverzahnung mit ei­ nem Kegelrad gekoppelt, das zwecks Antrieb der Nockenwelle mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist. Eine axia­ le Verschiebung des Stellkolbens 11 in Richtung des Pfeiles 18 bewirkt somit eine relative Verdrehung von Kegelrad und Flansch­ welle und damit eine für bestimmte Betriebssituationen gewünsch­ te Nockenwellenverstellung.

Auf dem Umfang der Flanschwelle 12 sitzen drei identische Ring­ segmente 14, die als ein erstes, inneres Keilelement dienen und eine kegelige Außenfläche 14a besitzen. Sie werden durch eine Ringfeder 15 zusammengehalten und gegen die Flanschwelle 12 an­ gedrückt. Die Flanschwelle 12 wird ferner von einem einteiligen Außenring 16 umgeben, der als ein zweites, äußeres Keilelement dient. Er weist eine kegelige Innenfläche 16a auf und ist axial beweglich in einem zylindrischen Gehäuse 19 gelagert. Mehrere um die Rotationsachse der Flanschwelle 12 angeordnete Druckfedern 17, die sich in nicht dargestellter Weise gegen einen Flansch der Flanschwelle 12 abstützen, drücken den Außenring 16 gegen die Ringsegmente 14.

Wie aus Fig. 3 erkennbar, hat eine axiale Krafteinwirkung auf den Stellkolben 11, z. B. verursacht von einem rückwirkenden Noc­ kenwellenmoment, ein Andrücken der Keilringsegmente 14 mit ihren Keilflächen 14a gegen die korrespondierende Keilfläche 16a des Außenrings 16 und damit eine radiale Verspannung des Außenrings 16, der Ringsegmente 16 und der axial fixierten Flanschwelle 12 zur Folge. Die zusammenwirkenden Keilelemente 14, 16 nehmen so ihre Rastposition ein und wirken durch die Verklemmung auf die Flanschwelle 12 als Blockieranordnung, die den Stellkolben 11 gegen axiales Wegbewegen sichert. Die Blockierung wird zusätz­ lich von einem Absatz 12a am Flanschwellenumfang gesichert.

Der in Fig. 3 dargestellte Blockadeeffekt hinsichtlich der axia­ len Verschiebung des Stellkolbens 11 kann mit Hilfe eines Ent­ riegelungsmittels in Form eines Stößels 21 gelöst werden, der von einem hydraulischen, axial beweglich geführten Steuerkolben 20 mit einer ausreichenden axialen Druckkraft beaufschlagt wer­ den kann. Vom druckbeaufschlagten Steuerkolben 20 wird der Stö­ ßel 21 gegen den Außenring 16 gedrückt, wobei dieser gegen die Kraft der Federn 17 aus der in Fig. 3 dargestellten Rastposition herausbewegt wird. Dies löst die radiale Verspannung der Ring­ segmente 14 gegen die Flanschwelle 12, so daß der Stellkolben 11 mit den Ringsegmenten 14, die nunmehr über den Absatz 12a hin­ weggleiten können, axial in Richtung des Pfeiles 18 verschoben werden kann, bis der Stellkolben 11 an einem nicht näher gezeig­ ten axialen Endanschlag zur Anlage kommt. Durch die Stellkol­ benaxialbewegung wird eine Nockenwellenverstellung von z. B. etwa 100 bewirkt. Wird der Druck auf den Steuerkolben 20 samt Stößel 21 wieder gelöst, drücken die Federn 17 die Keilelemente 14, 16 und damit den Stellkolben 11 zurück, bis der Stellkolben 11 wie­ der seine gezeigte andere Endlage erreicht, wonach sich die Keilelemente erneut radial verspannen und ihre Blockierfunktion für den Stellkolben 11 erfüllen.

Die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung ermöglicht, wie in den beiden erläuterten Ausführungsbeispielen dargestellt, ein selbsttätiges Verbringen korrespondierender Keilelemente in eine Rastposition, in der sie miteinander und mit einem weiteren Bau­ teil verspannt sind. Dadurch läßt sich, wie im ersten Ausfüh­ rungsbeispiel dargestellt, eine Mitnahmeanordnung realisieren, bei der das axial bewegliche Bauteil über die miteinander und mit ihm selbst verrasteten Keilelemente ein weiteres Bauteil mitnimmt. Alternativ können die Keilelemente durch Verspannen mit einem axial fixierten Bauteil als Blockieranordnung wirken, in der sie als Anschlag für das axial bewegliche Bauteil dienen. Den Keilelementen ist ein Entriegelungsmittel zugeordnet, das beispielsweise mit Hilfe von Hydraulikdruck eine Lösekraft auf eines der Keilelemente ausüben und so die reibschlüssige Verbin­ dung zwischen den Keilelementen untereinander und dem weiteren Bauteil unterbinden bzw. aufheben kann.

Claims (5)

1. Klemmvorrichtung für ein axial bewegliches Bauteil, gekennzeichnet durch

• - wenigstens zwei einander zugeordnete Keilelemente (3, 4, 14, 16), die bei Verschieben des axial beweglichen Bauteils (1, 11) in einer ersten Axialrichtung (18) eine Rastposition einnehmen können, in der sie quer verspannt zum einen miteinander und zum anderen als Mitnahmeanordnung mit dem axial beweglichen Bauteil (1, 11) oder als Blockieranordnung mit einem axial fixierten Bauteil (12) gekoppelt sind und
• - Entriegelungsmittel (10, 20, 21) zur Ausübung einer axialen Lösekraft auf eines der Keilelemente (4, 16).

2. Klemmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes, äußeres Keilelement (3, 16) als Ring mit einer kege­ ligen Innenfläche (3a, 16a) und ein zweites, inneres Keilelement (4, 14) als Ring mit einer kegeligen Außenfläche (4b, 14a) aus­ geführt sind, der in mittels eines umgebenden Federringes (5, 15) radial nachgebend zusammengehaltene Segmente aufgeteilt ist, wobei die beiden Ringe das axial bewegliche Bauteil und/oder das axial fixierte Bauteil (12) koaxial umgreifen.

3. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entriegelungsmittel ein mit einem hydraulisch oder pneuma­ tisch betätigbaren Kolben (9, 20) verbundenes Steuerstück (10, 21) umfassen.

4. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das axial bewegliche Bauteil ein Stellkolben (11) einer Nocken­ wellenverstelleinrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugver­ brennungsmotors, ist, der über eine Schrägverzahnung (13) mit einer das axial fixierte Bauteil bildenden, mit der zugehörigen Nockenwelle gekoppelten Flanschwelle (12) in Verbindung steht, wobei die Keilelemente (14, 16) in ihrer Rastposition als Bloc­ kieranordnung für den Stellkolben dienen und dazu mit der Flanschwelle gekoppelt sind.

5. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das axial bewegliche Bauteil eine Schubstange (1) eines Brems­ kraftverstärkers, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, ist, die einen Bremszylinder ansteuert, wobei die Entriegelungsmittel (10) derart mit einem Hydraulikkolben (9) des Bremskraftverstär­ kers in Verbindung stehen, daß sie bei ausgefallener Bremskraft­ verstärkerfunktion eine axiale Lösekraft auf eines der Keil­ elemente (4) ausüben, während im normalen Bremskraftverstärker­ betrieb die Ausübung einer axialen Lösekraft auf das Keilelement (4) unterbleibt und die Keilelemente in ihrer Rastposition einen axial beweglichen Gegenkraftsimulator (6, 7) an die Schubstange (1) ankoppeln.