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Dokumentenidentifikation DE10151960C2 11.09.2003
Titel Verfahren zur Rückverstellung einer Axialverstellvorrichtung
Anmelder GKN Automotive GmbH, 53797 Lohmar, DE
Erfinder Höck, Michael, 53819 Neunkirchen-Seelscheid, DE;
Mätzschker, Klaus, 53819 Neunkirchen-Seelscheid, DE
Vertreter Harwardt Neumann Patent- und Rechtsanwälte, 53721 Siegburg
DE-Anmeldedatum 20.10.2001
DE-Aktenzeichen 10151960
Offenlegungstag 22.05.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 11.09.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.09.2003
IPC-Hauptklasse B60K 17/346
Zusammenfassung Verfahren zur Rückverstellung einer Axialverstellvorrichtung, welche umfasst:
zwei relativ zueinander verdrehbare koaxial zueinander gelagerte Scheiben 24, 29, zwischen denen in über dem Umfang tiefenveränderlichen Paaren von Kugelrillen 34, 39 in den Scheiben 24, 29 Kugeln 35 geführt sind;
von den Scheiben 24, 29 ist eine axial abgestützt und eine gegen elastische Rückstellkräfte von Federmitteln axial verschiebbar;
zumindest eine der Scheiben 24, 29 ist über einen Getriebestrang von einem Antriebsmotor 11 antreibbar;
innerhalb des Getriebestranges zwischen dem Antriebsmotor 11 und der antreibbaren der Scheiben 24, 29 ist eine Schaltkupplung 83 eingesetzt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückverstellung einer Axialverstellvorrichtung, die umfaßt: zwei relativ zueinander verdrehbare, koaxial zueinander gelagerte Scheiben, zwischen denen in über dem Umfang tiefenveränderlichen Paaren von Kugelrillen in den Scheiben Kugeln geführt sind; eine der Scheiben ist gegen elastische Rückstellkräfte von Federmitteln axial verschiebbar; eine der Scheiben ist über einen Getriebestrang von einem Antriebsmotor angetrieben, innerhalb des Getriebestranges zwischen dem Antriebsmotor und der angetriebenen Scheibe ist eine Schaltkupplung eingesetzt.

Hierbei kann eine drehend angetriebene Scheibe zugleich die sich axial verschiebende sein, was jedoch die Ausnahme darstellt. Üblicherweise wird die abgestützte Scheibe drehend angetrieben und die sich ihrerseits über die Kugeln an dieser abstützende, axial verschiebbare Scheibe verdrehfest gehalten.

Zum Betätigen der Axialverstellvorrichtung wird der Antriebsmotor in einer ersten Drehrichtung angetrieben, wobei die mit ihm über Untersetzungsstufen des Getriebestranges gekoppelte zumindest eine der Scheiben verdreht wird und die sich an der axial abgestützten Scheibe ihrerseits abstützende, axial verschiebbare Scheibe gegen elastische Rückstellkräfte der Federmittel axial verschoben wird.

Die in den Paaren von Kugelrillen an Endanschlägen anliegenden Kugeln, die dort zugleich in den tiefsten Rillenabschnitten liegen, laufen durch das relative Verdrehen der Scheiben gegeneinander zu flacheren Rillenabschnitten, wodurch sich die Scheiben voneinander wegdrücken.

Wird der Antriebsmotor in Gegenrichtung angetrieben, so wird durch die elastische Rückstellkraft der Federmittel auf die verschiebbare Scheibe diese zurückgeschoben und die drehend angetriebene Scheibe aktiv vom Antriebsmotor zurückgedreht, bis die Kugeln in ihren Paaren von Kugelrillen gleichzeitig an den Endanschlägen anschlagen. Mit diesem Anschlagen der Kugeln an den Enden der Kugelrillen werden die rotierenden Massen dieses Systems, nämlich die verdrehbare Scheibe, die Räder des Getriebestranges sowie die Motorwelle des Antriebsmotors mit der Rotormasse abrupt gestoppt.

Bereits eine elastische Verformung der Motorwelle durch den Impuls beim abrupten Abstoppen der rotierenden Massen kann zum Zahnbruch am Ritzel oder am Rädersatz führen, da die Kraftangriffspunkte in den Verzahnungen durch ein Ausbiegen der Motorwelle nach außen wandern und somit das Ritzel oder der Rädersatz über die Auslegung hinaus belastet werden.

Aus der DE 38 15 225 C2 ist eine Vorrichtung, wie eingangs benannt, bekannt, bei der innerhalb des Getriebestranges zwischen dem Antriebsmotor und der angetriebenen Scheibe ein schaltbarer Freilauf vorgesehen ist. Hiermit soll es möglich sein, eine Rückdrehung der angetriebenen Scheibe allein aufgrund Federkraft bei Stillstand des Antriebsmotors zu ermöglichen. Eine im wesentlichen gleiche Vorrichtung ist in der DE 39 02 112 C2 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem der Impuls beim Abbremsen der zuvor genannten, rotierenden Massen beim Anschlagen der Kugeln weitgehend vermieden wird. Die Lösung hierfür liegt darin, daß der Antriebsmotor in zur Sperrichtung entgegengesetzter Drehrichtung angetrieben wird, so daß die angetriebene Scheibe verdreht wird und die Kugeln sich von den flacheren Kugelrillenbereichen in die tieferen Kugelrillenbereiche bewegen, wobei unter dem Einfluß der Federmittel hierbei die andere Scheibe axial nachgeführt wird, bis die Kugeln die Endanschläge in den Kugelrillen erreichen, die zugleich die tiefsten Kugelrillenbereiche bilden, und zeitgleich mit dem Anschlagen der Kugeln an den Endanschlägen die Schaltkupplung geöffnet wird, damit die Rotormasse des Motors frei weiterdrehen kann.

Dies erlaubt es, daß zumindest die Motorwelle mit der Rotormasse, gegebenenfalls auch weitere Massenanteile des Getriebestranges, von der in Anschlag kommenden, antreibbaren Scheibe entkoppelt werden in dem Sinne, daß ein Weiterdrehen des stromlos gesetzten Motors oder des gegebenenfalls elektrisch gebremsten Motors ohne mechanische Überlasten möglich ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß in der Regel ein äußerst schneller Rücklauf angestrebt wird.

In einer ersten Ausgestaltung einer geeigneten Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Schaltkupplung zwischen einer Motorwelle des Antriebsmotors und einer Kupplungswelle wirksam eingebaut ist; in einer zweiten Ausführung ist vorgesehen, daß die Schaltkupplung zwischen zwei Zahnrädern einer Zwischenwelle des Getriebestranges wirksam eingesetzt ist, von denen eines mit der Zwischenwelle drehfest verbunden und das andere auf der Zwischenwelle drehbar gelagert ist; nach einer dritten Ausführungsform wird vorgeschlagen, daß die Schaltkupplung zwischen der antreibbaren der Scheiben und einem zu deren unmittelbaren Antrieb dienenden Zahnrad oder Zahnsegment eingesetzt ist. Die Reduzierung der abzubremsenden Massen und damit des Impulses bei Anschlag der Kugeln an den Rillenenden wird hiermit von Ausführung zu Ausführung zunehmend wirkungsvoller.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, die Vorrichtung durch den Antriebsmotor aktiv zurückzufahren, wobei dann die axial verschiebbare Scheibe der drehend angetriebenen Scheibe nur axial nachgeführt wird. Bei Erreichen der Anschläge und dem Abstoppen der drehend antreibbaren Scheibe kann dann die Motorwelle mit der Motormasse und gegebenenfalls weiteren Drehmassenanteilen des Getriebestrangs zeitgleich durch die erfindungsgemäße Schaltkupplung abgekoppelt werden.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung in einer ersten Ausführung mit einer Schaltkupplung auf der Welle des Antriebsmotors;

Fig. 2 zeigt den Antriebsmotor mit der Schaltkupplung nach Fig. 1 als Einzelheit;

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung in einer zweiten Ausführung mit einer Schaltkupplung auf einer Zwischenwelle;

Fig. 4 zeigt die Schaltkupplung auf der Zwischenwelle als Einzelheit;

Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung in einer dritten Ausführung mit einer Schaltkupplung im Antrieb der ersten Rampenscheibe;

Fig. 6 zeigt den Antrieb der ersten Rampenscheibe als vergrößerte Einzelheit.

Die Fig. 1 und 2 werden nachfolgend gemeinsam beschrieben. Es ist eine erste Axialverstellvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Einbausituation gezeigt. An einem Antriebsmotor 11 ist die Motorwelle 12 und das Motorgehäuse 13 dargestellt, in dem die Motorwelle 12 zweifach gelagert ist. An das Motorgehäuse ist ein Kupplungsgehäuse 81 angeschraubt, in dem eine Kupplungswelle 82 gelagert ist. Eine erste Scheibe 84 einer elektromagnetischen Schaltkupplung 83 ist mittels Paßfeder 85 auf der Motorwelle 12 festgelegt; eine zweite Scheibe 86 der elektromagnetischen Schaltkupplung 83 mittels Paßfeder 87 auf der Kupplungswelle 82. Das Kupplungsgehäuse 81 ist in eine Zentrierbohrung 51 in einer Gehäusewand 52 eingesetzt. Auf die Kupplungswelle 82 ist ein Wellenzapfen 14 mittels eines Stiftes 16 festgesetzt, der ein Antriebsritzel 15 bildet. Das freie Ende des Wellenzapfens 14 ist mittels eines Nadellagers 21 in einer Gehäusewand 54 gelagert. In eine weitere Bohrung 53 in der Gehäusewand 52 ist ein Lagerzapfen 18 eingesetzt. Auf dem Lagerzapfen 18 ist ein Hülsenritzel 19 mittels zweier Nadellager 40, 41 drehbar gelagert. Auf das Hülsenritzel 19 ist ein größeres Zahnrad 20 aufgepreßt; dieses steht mit seinem Zahnkranz mit dem Ritzel 15 im Eingriff. Das Hülsenritzel 19 seinerseits steht mit einem Zahnsegment 22 im Eingriff, das mit einer ersten Scheibe 24 der Verstellvorrichtung fest verbunden ist. Die Scheibe 24 ist über ein Nadellager 23 drehbar auf einem Ansatz eines Deckels 25 gelagert, auf dem sie sich mittels eines Axiallagers 26, einer Scheibe 27 und eines Sicherungsringes 28 axial abstützt. Die Scheibe 24 wirkt mit einer weiteren Scheibe 29 zusammen, die auf einem Ansatz der Scheibe 24 gleitend gelagert ist und die sich mittels eines Axiallagers 30 und einer Scheibe 31 über Druckfedern 33 am Deckel 25 abstützt. Die Scheibe 31 wirkt auf Druckstifte 32 ein, die in Druckfedern 33 einliegen. Diese Druckstifte bilden die unmittelbaren Stellglieder der Vorrichtung. In den einander zugewandten Flächen der Scheiben 24, 29 befinden sich Paare von über dem Umfang tiefenveränderlichen Rillen 34, 39, in denen Kugeln 35 laufen, die in einem Kugelkäfig 36 gehalten sind. Die Scheibe 29 hat einen Radialansatz 37 mit einer Führungsklaue 38. Die Führungsklaue 38 gleitet längsverschieblich auf einem Haltestift 40, der in eine Bohrung in einer Gehäusewand 56 fest eingesetzt ist und der auf diese Weise die axial verstellbare Scheibe 29 verdrehgesichert festhält.

Die Fig. 3 und 4 werden nachfolgend gemeinsam beschrieben. Es ist eine zweite Axialverstellvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Einbausituation gezeigt. An einem Antriebsmotor 11 ist die Motorwelle 12 und das Motorgehäuse 13 dargestellt, in dem die Motorwelle 12 zweifach gelagert ist. Das Motorgehäuse 13 ist in eine Zentrierbohrung 51 in einer Gehäusewand 52 eingesetzt. Auf die Kupplungswelle 82 ist ein Wellenzapfen 14 mittels eines Stiftes 16 festgesetzt, der ein Antriebsritzel 15 bildet. In eine weitere Bohrung 53 in der Gehäusewand 52 ist ein Lagerzapfen 18 eingesetzt. Auf dem Lagerzapfen 18 ist ein Hülsenritzel 19 mittels zweier Nadellager 40, 41 drehbar gelagert. Auf das Hülsenritzel 19 ist ein größeres Zahnrad 20 drehbar aufgesetzt. Weiterhin ist eine elektromagnetische Schaltkupplung 83 auf das Hülsenritzel aufgesetzt. Eine erste Scheibe 84 einer elektromagnetischen Schaltkupplung 83 ist mittels Stiften an dem Zahnrad 20 festgelegt; eine zweite Scheibe 86 der elektromagnetischen Schaltkupplung 83 mittels Paßfeder 87 auf dem Hülsenritzel 19. Das Zahnrad 20 steht mit seinem Zahnkranz mit dem Ritzel 15 im Eingriff. Das Hülsenritzel 19 seinerseits steht mit einem Zahnsegment 22 im Eingriff, das mit einer ersten Scheibe 24 der Verstellvorrichtung fest verbunden ist. Die Scheibe 24 ist über ein Nadellager 23 drehbar auf einem Ansatz eines Deckels 25 gelagert, auf dem sie sich mittels eines Axiallagers 26, einer Scheibe 27 und eines Sicherungsringes 28 axial abstützt. Die Scheibe 24 wirkt mit einer weiteren Scheibe 29 zusammen, die auf einem Ansatz der Scheibe 24 gleitend gelagert ist und die sich mittels eines Axiallagers 30 und einer Scheibe 31 über Druckfedern 33 am Deckel 25 abstützt. Die Scheibe 31 wirkt auf Druckstifte 32 ein, die in Druckfedern 33 einliegen. Diese Druckstifte bilden die unmittelbaren Stellglieder der Vorrichtung. In den einander zugewandten Flächen der Scheiben 24, 29 befinden sich Paare von über dem Umfang tiefenveränderlichen Rillen 34, 39, in denen Kugeln 35 laufen, die in einem Kugelkäfig 36 gehalten sind. Die Scheibe 29 hat einen Radialansatz 37 mit einer Führungsklaue 38. Die Führungsklaue 38 gleitet längsverschieblich auf einem Haltestift 40, der in eine Bohrung in einer Gehäusewand 56 fest eingesetzt ist und der auf diese Weise die axial verstellbare Scheibe 29 verdrehgesichert festhält.

Die Fig. 5 und 6 werden nachfolgend gemeinsam beschrieben. Es ist eine dritte Axialverstellvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Einbausituation gezeigt. An einem Antriebsmotor 11 ist die Motorwelle 12 und das Motorgehäuse 13 dargestellt, in dem die Motorwelle 12 zweifach gelagert ist. Das Motorgehäuse 13 ist in eine Zentrierbohrung 51 in einer Gehäusewand 52 eingesetzt. Auf die Kupplungswelle 82 ist ein Wellenzapfen 14 mittels eines Stiftes 16 festgesetzt, der ein Antriebsritzel 15 bildet. In eine weitere Bohrung 53 in der Gehäusewand 52 ist ein Lagerzapfen 18 eingesetzt. Auf dem Lagerzapfen 18 ist ein Hülsenritzel 19 mittels zweier Nadellager 40, 41 drehbar gelagert. Auf das Hülsenritzel 19 ist ein größeres Zahnrad 20 aufgepreßt; dieses steht mit seinem Zahnkranz mit dem Ritzel 15 im Eingriff. Das Hülsenritzel 19 seinerseits steht mit einem Zahnrad 22 im Eingriff, das über eine Schaltkupplung 83 mit einer ersten Scheibe 24 der Verstellvorrichtung verbindbar ist. Eine erste Scheibe 84 der elektromagnetischen Schaltkupplung 83 ist mit dem Zahnrad 22 fest verbunden; eine zweite Scheibe 86 der elektromagnetischen Schaltkupplung 83 ist an die erste Scheibe 24 angeschweißt. Die erste Scheibe 84 der Schaltkupplung und die Scheibe 24 sind über ein Nadellager 23, 23' drehbar auf einem Ansatz eines Deckels 25 gelagert, auf dem sie sich mittels eines Axiallagers 26, einer Scheibe 27 und eines Sicherungsringes 28 axial abstützen. Die Scheibe 24 wirkt mit einer weiteren Scheibe 29 zusammen, die auf einem Ansatz der Scheibe 24 gleitend gelagert ist und die sich mittels eines Axiallagers 30 und einer Scheibe 31 über Druckfedern 33 am Deckel 25 abstützt. Die Scheibe 31 wirkt auf Druckstifte 32 ein, die in Druckfedern 33 einliegen. Diese Druckstifte bilden die unmittelbaren Stellglieder der Vorrichtung. In den einander zugewandten Flächen der Scheiben 24, 29 befinden sich Paare von über dem Umfang tiefenveränderlichen Rillen 34, 39, in denen Kugeln 35 laufen, die in einem Kugelkäfig 36 gehalten sind. Die Scheibe 29 hat einen Radialansatz 37 mit einer Führungsklaue 38. Die Führungsklaue 38 gleitet längsverschieblich auf einem Haltestift 40, der in eine Bohrung in einer Gehäusewand 56 fest eingesetzt ist und der auf diese Weise die axial verstellbare Scheibe 29 verdrehgesichert festhält.

Für alle drei Ausführungsformen gilt nachstehendes:

Bei einem Antreiben des Antriebsmotors 11 zur positiven Verstellung der Vorrichtung wird die elektrische Schaltkupplung 83 bestromt und damit geschlossen. Hiermit bewirkt das Antreiben des Antriebsmotors 11 ein Verdrehen der ersten Scheibe 24. Hierbei laufen die Kugeln 35 von tieferen Kugelrillenbereichen zu flacheren Kugelrillenbereichen in beiden Scheiben mit der Folge, daß dadurch die zweite Scheibe 29 axial auf dem Ansatz der Scheibe 24 gegen die Rückstellkraft der Federn 33 verschoben wird. Der Deckel 25 ist regelmäßig Teil des Kupplungskorbes einer Sperrkupplung, insbesondere einer solchen zur Sperrung eines Differentialgetriebes. Zur Rückverstellung der Vorrichtung wird der Antriebsmotor 11 in der entgegengesetzten Drehrichtung angetrieben, so daß die Scheibe 24 so verdreht wird, daß sich die Kugeln von den flacheren Kugelrillenbereichen in die tieferen Kugelrillenbereiche bewegen. Unter dem Einfluß der Druckfedern 33 wird hierbei die Scheibe 29 axial nachgeführt, bis die Kugeln die Endanschläge in den Kugelrillenbahnen erreichen, die zugleich die tiefsten Kugelrillenbereiche bilden. Das hierdurch bewirkte, abrupte Abbremsen der Scheibe 24 und damit auch des Zahnrades 20 kann dadurch vom Einfluß auf den Antriebsmotor 11 freigehalten werden, als zeitgleich die elektrische Schaltkupplung geöffnet wird und damit die Rotormasse, die den höchsten Massenanteil darstellt, frei weiterdrehen kann.

Der Antriebsmotor ist regelmäßig ein frequenzmodulierter Elektromotor. Die im Rücklauf frei weiterdrehende Rotormasse ist in der ersten Ausführungsform im engeren Sinne zu verstehen, schließt jedoch in der zweiten Ausführungsform die Massen der Räder 15, 20 und in der dritten Ausführungsform zusätzlich die Masse des Zahnrades 22 ein.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Rückverstellung einer Axialverstellvorrichtung, die umfaßt:

    zwei relativ zueinander verdrehbare, koaxial zueinander gelagerte Scheiben (24, 29), zwischen denen in über dem Umfang tiefenveränderlichen Paaren von Kugelrillen (34, 39) in den Scheiben (24, 29) Kugeln (35) geführt sind;

    eine der Scheiben (24, 29) ist gegen elastische Rückstellkräfte von Federmitteln axial verschiebbar;

    eine der Scheiben (24, 29) ist über einen Getriebestrang von einem Antriebsmotor (11) angetrieben;

    innerhalb des Getriebestranges zwischen dem Antriebsmotor (11) und der angetriebenen Scheibe (24, 29) ist eine Schaltkupplung (83) eingesetzt,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß der Antriebsmotor (11) in zur Sperrichtung entgegengesetzter Drehrichtung angetrieben wird, so daß die angetriebene Scheibe (24) verdreht wird und die Kugeln (35) sich von den flacheren Kugelrillenbereichen in die tieferen Kugelrillenbereiche bewegen, wobei unter dem Einfluß der Federmittel hierbei die andere Scheibe (29) axial nachgeführt wird, bis die Kugeln (35) die Endanschläge in den Kugelrillen erreichen, die zugleich die tiefsten Kugelrillenbereiche bilden, und zeitgleich mit dem Anschlagen der Kugeln (35) an den Endanschlägen die Schaltkupplung (83) geöffnet wird, damit die Rotormasse des Motors frei weiterdrehen kann.






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