DE3727370A1 - Vorrichtung zur umwandlung von bewegungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Bewegungen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Eine solche Vorrichtung ist bereits durch die DE-OS 31 03 398 bekannt und wird als Betätigung für Scheibenbremsen verwendet. Dabei sind Rampenflächen in beiden gegenüberliegenden Maschinenteilen als vertiefte Rollbahnen für Kugeln eingearbeitet. Die Maschinenteile sind bei der bekannten Ausführung als Scheiben ausgeführt, wobei eine Relativdrehung der Scheiben in eine axiale Bewegung umgesetzt wird. Am Umfang der Druckscheiben sind mehrere Kugeln mit entsprechenden Rampen angeordnet. Um alle Kugeln gemäß der festgelegten Umfangsverteilung der Rampenflächen in entsprechender Position zu halten, ist eine Käfigscheibe vorgesehen. Dadurch ist mindestens theoretisch sichergestellt, daß alle am Umfang verteilten Kugeln gleichmäßig tragen. Bei einseitiger Belastung, insbesondere jedoch bei nicht belasteter Vorrichtung, muß jedoch damit gerechnet werden, daß die präzise Teilungsposition der schwächer oder überhaupt nicht belasteten Kugeln nicht mehr gegeben ist. Bei erneuter Belastung wird über die Rampenflächen eine starke radiale Verspannung der Druckscheiben bewirkt. Weiterhin entsteht eine ungleichmäßige Lastverteilung auf die Kugeln. Bei stärkerem Verschleiß der Führungsflächen der Käfigtaschen nach längerer Betriebsdauer wird dieser nachteilige Effekt noch verstärkt. Die genannten Nachteile ergeben sich in gleicher Weise bei umgekehrter Betätigung der Vorrichtung und insbesondere, wenn dabei die Rampenflächen stärker geneigt sind, nämlich bei der Umwandlung einer linearen Bewegung in eine Drehbewegung oder in eine davon in der Richtung abweichende lineare Bewegung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch noch nach längerer Betriebsdauer und bei ungleichmäßig angreifenden Belastungskräften eine präzise positionierte Führung der Rollkörper gewährleistet.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Rollkörper über eine Verzahnung mindestens mit einem der Maschinenteile direkt im Eingriff stehend angeordnet sind.

Dabei weisen die Rollkörper beispielsweise eine ringförmige oder bei eingeschränkter Drehbewegung eine nur teilringförmige Verzahnung auf. Diese steht im Eingriff mit einer Verzahnung entlang der Rampenfläche, so daß ausschließlich eine Rollbewegung möglich ist. Die Verzahnung verhindert durch Formschluß jede Gleitbewegung. Selbst bei unbelasteten Rollkörpern bleiben diese durch die Verzahnung in ihrer Position. Eine gleichmäßige Ausnutzung der gesamten Länge der Rampenflächen ist dabei sichergestellt. Durch diese unter allen Bedingungen exakte Positionierung aller Rollkörper zueinander und gegenüber den Maschinenteilen haben ungleichmäßig angreifende Belastungskräfte, toleranzbedingte Unregelmäßigkeiten der Laufbahnen, Durchmesser, Rundheit etc. der Rollen bzw. der Rampen oder eine vorübergehend unbelastete Vorrichtung vorteilhafterweise keinen Einfluß auf die Funktionsfähigkeit. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung keine extrem verschleißgefährdeten Stellen auf. Dadurch ergibt sich eine universelle Anwendungsmöglichkeit selbst unter erschwerten Betriebsbedingungen.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung sind die Rollkörper als Rollen ausgeführt, weisen im Bereich ihrer axialen Enden eine Mantelverzahnung auf und es sind beiderseits der Rampenflächen deren Verlauf entsprechende Verzahnungselemente vorgesehen, wobei die Mantelverzahnung einstückig mit den Rollen und die Verzahnungselemente einstückig mit dem betreffenden Maschinenteil ausgeführt sein können oder die Mantelverzahnung und/oder die Verzahnungselemente sind als getrennt z. B. durch Spritzen oder dgl. herstellbare Teile ausgeführt, wobei hier Elemente zur formschlüssigen Verbindung vorgesehen sind.

Dabei wird jeweils ein schmaler Mantelbereich an beiden axialen Enden der Rollen als Verzahnung d. h. als Zahnkranz ausgeführt. Im erforderlichen Abstand flankieren weiterhin entsprechende abgewickelte Verzahnungselemente z. B. gemäß einer Zahnstange die Rampenflächen bzw. die Laufbahnen vorzugsweise an beiden Maschinenteilen. Die dazwischenliegenden Laufbahnabschnitte dienen allein der gewünschten Kraftübertragung bei der Umwandlung der Bewegung, während die angrenzenden Verzahnungen lediglich die Rollen in Position halten und deren synchronen Ablauf erzwingen.

Die Anordnung kann beispielsweise durch in die Rollen bzw. in die Maschinenelemente eingearbeitete Verzahnungen hergestellt werden. Dabei bietet sich bei ausreichender Festigkeit für viele Anwendungsfälle z. B. die Sintertechnik an, mit der in einfacher Weise die Bauteile einstückig mit der Verzahnung hergestellt werden können.

Bei Anwendungsfällen mit extremen Belastungen und absoluter Zuverlässigkeit werden die Verzahnungselemente getrennt, beispielsweise in Spritztechnik gefertigt und über Formschlußelemente mit den Rollen bzw. den Maschinenteilen verbunden.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung werden als Rollkörper Kegelrollen verwendet, die durch einen an der radial äußeren Stirnseite angeordneten Anlaufbord abgestützt sind, der mindestens an einem der Maschinenteile angeordnet ist. Diese Ausführung ist insbesondere für kompakte Vorrichtungen zur Umwandlung von Drehbewegung in axiale Bewegung oder umgekehrt vorgesehen. Die Rampenflächen können in diesem Fall teilkreisförmig verlaufen, wobei der Kegelwinkel der Kegelrollen so gewählt wird, daß automatisch eine kreisbogenförmige Abwälzbewegung der Kegelrollen erfolgt. Der Anlaufbord sorgt für eine gute Abstützung der Kegelrollen und verhindert ein Abgleiten radial nach außen.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Rollkörper als Zahnrollen mit einer durchgehenden Mantelverzahnung ausgeführt und jeweils die gesamte Rampenfläche ist mit einer Verzahnung versehen. Die quer zur Laufrichtung angeordnete Verzahnung erstreckt sich dabei über die gesamte Laufbahn. Dies hat den Vorteil, daß die Rollen aus einem entsprechenden Stangenprofil mit Verzahnung hergestellt werden können. Zweckmäßigerweise wird eine Verzahnungsart gewählt, die ein gleichmäßiges Abrollen bei guter radialer Abstützung gestattet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders für Betätigungsaggregate an Scheibenbremsen, auch als Aktuatoren bekannt, wo eine Drehbewegung in eine lineare Zustellbewegung der Bremsbeläge umgewandelt wird. Weiterhin bietet sie sich als Schwenkeinrichtung für Spannvorrichtungen an, wo beispielsweise eine axial wirkende Federkraft in eine Drehbewegung zum automatischen Spannen von Treibriemen etc. umgewandelt wird.

Dies sind jedoch lediglich bevorzugte Anwendungen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist demgegenüber universell einsetzbar.

Die Erfindung wird im folgenden an den in der Zeichnung dargestellten Beispielen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht einer Vorrichtung zur Umwandlung einer drehenden in eine axiale Bewegung mit Kegelrollen bei abgenommener Rampenscheibe,

Fig. 2 den teilweisen Schnitt entlang der Linien A-A bzw. B-B nach Fig. 1 in abgewickelter Form und

Fig. 3 den teilweisen Querschnitt eines Spreizkeilgetriebes mit Zahnrollen.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung dient zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Axialbewegung, die durch Pfeile in Fig. 2 dargestellt sind. Sie besteht aus zwei gleichen Rampenscheiben 1, wovon eine in Fig. 1 abgenommen ist und drei um 120°C versetzten Kegelrollen 2. Diese rollen auf axial rampenförmig geneigten Laufbahnplatten 3, die darüber hinaus Ringabschnitte bilden und in entsprechende Ausnehmungen der Rampenscheiben 1 eingesetzt sind. Diese Anordnung geht aus Fig. 2 unten hervor, wo der Umfangsschnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1 in abgewickelter Form dargestellt ist. Die radiale Breite der Laufbahnplatten 3 ist der wirksamen Breite des Laufbahnabschnittes 4 der Kegelrollen 2 angepaßt und gemäß dem Kegelwinkel der Kegelrollen 2 axial geneigt. Dies ist in Fig. 2 der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt. Beiderseits der Laufbahnplatten 3 sind jeweils an deren Verlauf angepaßte Verzahnungselemente 5 vorgesehen, die sich in der Seitenansicht nach Fig. 1 kreisförmig darstellen.

In Fig. 2 oben ist der axial geneigte Verlauf der Verzahnungselemente 5 in der dort beschriebenen Rampenscheibe 1 dargestellt und bildet den Umfangsschnitt entlang der Linie B-B nach Fig. 1 ebenfalls in abgewickelter Form. Die sich radial dahinter anschließende Laufbahnplatte in Fig. 2 oben und das radial innen liegende Verzahnungselement in Fig. 2 oben und unten sind der besseren Übersicht wegen weggelassen.

Die beiden Rampenscheiben 1 sind beispielsweise in Gießtechnik aus Metall hergestellt, während die Laufbahnplatten 3 aus gehärtetem Wälzlagerstahl bestehen. Die Verzahnungen sind gleichzeitig beim Gießen eingeformt. Die Kegelrollen 2 bestehen ebenfalls aus gehärtetem Wälzlagerstahl und sind an ihren axialen Enden mit Zahnringen 6 versehen, die der Verzahnung der Rampenscheiben 1 angepaßt sind und mit diesen ein präzises Kämmen bewirken. Die Zahnringe 6 sind in irgendeiner bekannten Weise, beispielsweise mittels einer groben Rändelung, formschlüssig gegen Verdrehen mit den Kegelrollen 2 verbunden. Sie sind ebenfalls in Gießtechnik hergestellt. Der Kegelwinkel der Kegelrollen 2 bzw. die radiale Neigung der Laufbahnplatten 3 ist so gewählt, daß bei Drehbewegung zwischen den Rampenscheiben 1 ein Abrollen auf dem Teilkreis der Laufbahnplatten 3 erfolgt. Zahnringe 6 und Verzahnungselemente 5 bewirken eine präzise Positionierung der Kegelrollen 2 relativ zueinander und ein zwangssynchrones Abrollen ohne Gleiten, wobei die Axialkräfte ausschließlich von den Laufbahnplatten 3 und dem Laufbahnabschnitt 4 der Kegelrollen 2 zwischen den Zahnringen 6 aufgenommen werden. Damit die Kegelrollen 2 auch radial in ihrer Position bleiben, ist ein mit der Rampenscheibe 1 verbundener, die Kegelrollen an der Stirnseite abstützender Anlaufbord 12 vorgesehen. Die dargestellte Vorrichtung läßt sich insbesondere bei etwas stärker axial geneigten Laufbahnplatten 3 auch umgekehrt zur Umwandlung einer Axial- in eine Drehbewegung verwenden.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Spreizkeilgetriebe wird eine lineare Bewegung des Spreizkeiles 8 in eine um 90° versetzte, linear gegenläufige Spreizbewegung umgewandelt. Die Bewegungsrichtungen sind durch Pfeile dargestellt. Zwischen den Druckplatten 9 und dem Spreizkeil 8 sind im wesentlichen zylindrische Zahnrollen 10 angeordnet, die mit entsprechenden linearen Verzahnungen 11 an den geneigten Flächen von Spreizkeil 8 und Druckplatten 9 kämmen. Die Zahnrollen 10 sind bei diesem Beispiel axial durchgehend verzahnt und aus entsprechendem Stangenmaterial hergestellt. Das gleiche trifft sinngemäß für Spreizkeil 8 und Druckplatten 9 zu.

Durch die Neigung der Rampenflächen, Druckplatten bzw. geneigten Flächen mit Verzahnung läßt sich bei beiden Beispielen die Kraftübersetzung bzw. die Wegübersetzung vorbestimmen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Umwandlung einer Linearbewegung in eine davon in der Richtung abweichende Bewegung, insbesondere in eine Drehbewegung, oder umgekehrt, bestehend aus zwei relativ zueinander beweglichen Maschinenteilen (1, 9) mit mindestens an einem davon angeordneten, in einem spitzen Winkel zur Bewegungsrichtung der Maschinenteile (1, 9) geneigten Rampenflächen und aus zwischen den Maschinenteilen (1, 9) entlang der Rampenflächen bewegbar geführten Rollkörpern (2, 10), dadurch gekennzeichnet, daß die Rollkörper (2, 10) über eine Verzahnung mindestens mit einem der Maschinenteile (1, 9) direkt im Eingriff stehend angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollkörper als Rollen (2) ausgeführt sind, im Bereich ihrer axialen Enden eine Mantelverzahnung (6) aufweisen, und daß beiderseits der Rampenflächen deren Verlauf entsprechende Verzahnungselemente (5) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelverbindung einstückig mit den Rollen (10) und die Verzahnungselemente (5) einstückig mit dem betreffenden Maschinenteil (1, 9) ausgeführt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelverzahnung (6) und/oder die Verzahnungselemente (5) als getrennt herstellbare Teile ausgeführt und Elemente (7) zur formschlüssigen Verbindung vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung von Kegelrollen (2) und durch einen diese an der radial äußeren Stirnseite abstützenden Anlaufbord (12) an mindestens einem der Maschinenteile (1, 9).

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollkörper als Zahnrollen (10) mit einer durchgehenden Mantelverzahnung ausgeführt sind und jeweils die gesamte Rampenfläche eine Verzahnung (11) aufweist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung als Betätigungsaggregat für Scheibenbremsen.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung als federvorgespannte Schwenkeinrichtung bei Spannvorrichtungen für Treibriemen.