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Technisches
Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Tellerfedervorrichtung mit einer
Mehrzahl von Tellerfedern und einer Führungsachse, die zum koaxialen
Führen der
Federn durch jeweils ein mittiges Loch der Tellerfedern hindurch
in diese eingesetzt ist. Die Erfindung betrifft außerdem solch
eine Führungsachse
und eine Tellerfeder zur Verwendung in der Vorrichtung.
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Stand der
Technik
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Es
ist bekannt, dass eine Tellerfedervorrichtung mit einer Mehrzahl
von Tellerfedern und einer zum koaxialen Führen der Federn durch je ein
mittiges Loch der Federn hindurch in diese eingesetzten Führungsachse
beispielsweise in einem Werkzeughalter eines Maschinenwerkzeugs
verwendet werden kann (vgl. die japanische Patentanmeldung Nr. 2003-145323). 16 ist
eine Schnittdarstellung, die den Aufbau einer Hauptwelle 101 eines
Maschinenwerkzeugs mit solch einem Werkzeughalter 105 zeigt.
Die gezeigte Hauptwelle 101 ist in einem nicht dargestellten
Gehäuse
drehbar befestigt. Innerhalb einer Durchgangsbohrung 102,
die sich entlang der Achse der Hauptwelle 101 erstreckt,
ist eine Werkzeughaltevorrichtung 105 zum Anbringen einer Werkzeughalterung 103 am
stirnseitigen Ende (in 16 das linke Ende) der Hauptwelle 101 vorgesehen.
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Die
Werkzeughaltevorrichtung 105 besteht aus einer Ausziehachse 106 (die
der oben beschriebenen Führungsachse
entspricht), welche in der Durchgangsbohrung 102 vorwärts und
rückwärts entlang
der Axialrichtung beweglich sitzt, sowie einer Aufnahme 107,
die als Klemmmechanismus für
das Führungsende
der Ausziehachse 106 fungiert, und einer Mehrzahl von Tellerfedern 108,
die lose auf der Ausziehachse 106 angeordnet sind. Die
Tellerfedern 108 sind axial nebeneinander angeordnet, und
zwar zwischen einem ersten Anschlag 110, der an einem gestuften
Abschnitt 109 der Durchgangsbohrung 102 anliegt,
und einem zweiten Anschlag 111, der, an der Ausziehachse 106 festgelegt,
als ein hinterer Abschnitt der Welle vorgesehen ist, wodurch die
Tellerfedern 108 die Ausziehachse 106 nach hinten
(in 6 zur rechten Seite) drücken. Des Weiteren wird die
Aufnahme 107 in eine zurückgezogene Stellung zurückgezogen
und gemeinsam mit der Ausziehachse zusammengedrückt, so dass sie einen vom
hinteren Ende des Werkzeughalters 103 herausstehenden Zugstift 104 festhält. Andererseits
wird die Aufnahme 107 nach vorne und auseinander gedrückt, um
den Zugstift 104 freizugeben, wenn die Ausziehachse 106 durch
einen hinter der Hauptwelle 101 angeordneten, nicht dargestellten
Bewegungsmechanismus kräftig
gegen die Kraft der Tellerfedern 108 vorwärts gedrückt wird.
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Bei
dieser bekannten Werkzeughaltervorrichtung 105 weisen die
Tellerfedern 108 an der Vorderseite andere Federkonstanten
auf, als die Tellerfedern 108 an der Rückseite, um die Lebensdauer der
Tellerfedern 108 zu erhöhen.
Genauer gesagt, da es Unterschiede im Ausmaß der Biegung der Mehrzahl
an Tellerfedern 108 zwischen denjenigen, die an der Vorderseite
angeordnet sind und denjenigen, die an der Rückseite angeordnet sind gibt,
gibt es, weil die rückseitigen
Tellerfedern 108 ein größeres Ausmaß der Biegung
aufweisen, dort beteiligte Tellerfedern mit einer hohen Federkonstante,
und weil die vorderseitigen Tellerfedern 108 ein kleineres
Ausmaß der
Biegung aufweisen, gibt es dort beteiligte Tellerfedern mit einer
kleineren Federkonstante, so dass das Ausmaß der Biegung der Tellerfedern 108 insgesamt
als gleich angesehen werden kann, was die Lebensdauer der Tellerfedern 108 in
der gesamten Vorrichtung erhöht.
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Wie
oben beschrieben, ist es zur Verlängerung der Lebensdauer der
Tellerfedern wirkungsvoll, die Ungleichheit im Ausmaß der Biegung
der Tellerfedern zu beseitigen. Als Ergebnis intensiver Forschung
haben die vorliegenden Erfinder entdeckt, dass eine Ungleichheit
im Ausmaß der
Biegung der Tellerfedern und der schlussendliche Bruch von Tellerfedern
einer Störung
zwischen den Tellerfedern und der Führungsachse zugeschrieben werden kann,
und zwar aufgrund einer Blockierung durch pulverförmige Reibungsablagerungen,
die im Zusammenhang mit der Gleitbewegung zwischen den Tellerfedern
und der Führungsachse
erzeugt werden, aufgrund erhöhter
Gleitreibung wegen einer Schiefstellung der Tellerfeder gegenüber der
Führungsachse,
aufgrund ungenügender
Schmierung wegen einer Alterung des gegebenenfalls eingesetzten Schmierstoffes
etc. In diesen möglichen
Fällen
werden, falls die Störung
zwischen den Tellerfedern und der Führungsachse aufgrund einer
Blockierung wegen eines Zusetzens mit pulverförmigem Abrieb geschieht, lokale
Kompressionen von einigen der Tellerfedern erzeugt, wodurch ein
ungleichmäßiges Ausmaß der Biegung
hervorgerufen und eine übergroße Kraft
auf die Federn ausgeübt
wird, was einen Bruch von Tellerfedern hervorrufen kann.
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Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf den oben beschriebenen
Stand der Technik gemacht. Die hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, eine Tellerfedervorrichtung bereitzustellen, die
durch wirksame Verhinderung einer Blockierung durch pulverförmige Reibungsablagerungen
zwischen den Tellerfedern und der Führungsachse, also das Verhindern
einer Ansammlung von Abrieb zwischen diesen Teilen, die Lebensdauer der
Tellerfedern erhöht,
und ferner eine Führungsachse
und Tellerfedern zur Verwendung in einer solchen Vorrichtung vorzuschlagen.
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Um
diese eben beschriebene Aufgabe zu lösen, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Tellerfedervorrichtung vorgeschlagen, die eine Mehrzahl
von Tellerfedern und eine Führungsachse
aufweist, welche durch jeweils ein mittiges Loch der Tellerfedern
hindurch in diese eingesetzt ist, um die Federn koaxial zu führen, wobei
die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die äußere Umfangsfläche der
Führungsachse
eine Führungsfläche, die an
inneren Umfangsflächen
der mittigen Löcher
der Tellerfedern anliegt um die Tellerfedern zu führen, sowie
eine Ausnehmung aufweist, die relativ zur Führungsfläche radial nach innen zurückspringt.
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Durch
das oben beschriebene kennzeichnende Merkmal ist zwischen der äußeren Umfangsfläche der
Führungsachse
und den inneren Umfangsflächen
der mittigen Löcher
der Tellerfedern mittels der Ausnehmung eine Lücke oder ein Zwischenraum gebildet.
Pulverförmiger
Abrieb, der im Zusammenhang mit der Gleitbewegung zwischen den Tellerfedern
und der Führungsachse
entsteht, kann also in die Ausnehmung wandern. Im Ergebnis wird
es möglich,
das Auftreten einer Störung
zwischen den Tellerfedern und der Führungsachse einzuschränken, die
ansonsten aufgrund einer Blockierung zwischen der Führungsfläche der
Führungsachse
und den inneren Umfangsflächen
der mittigen Löcher
der Tellerfedern wegen des pulverförmigen Abriebs auftreten würde. Dementsprechend
wird es möglich,
eine längere
Lebensdauer der Tellerfedern zu erzielen.
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Bevorzugterweise
ist die Ausnehmung über einen
gesamten, die Tellerfedern führenden
axialen Führungsabschnitt
der Führungsachse
hinweg vorhanden.
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Mit
diesem Aufbau kann der pulverförmige Abrieb,
der in die Ausnehmung gewandert ist, entlang einer axialen Richtung
der Führungsachse
bewegt werden. Dadurch kann eine lokal angehäufte Anwesenheit von Abrieb
verhindert werden. Für
den Fall, dass eine große
Menge an Abrieb erzeugt wird, zum Beispiel dann, wenn ein Film aus
Starrschmiere auf den Tellerfedern und/oder der Führungsachse vorgesehen
ist, kann der eben beschriebene Aufbau also das Auftreten einer
Blockierung durch Abrieb vermindern.
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Weiter
bevorzugt ist es, wenn die Ausnehmung durch Erzeugen einer Auskehlung,
eines abgefasten Abschnitts oder einer Rinne in der Umfangsfläche der
Führungsachse
hergestellt wird.
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Durch
diesen Aufbau kann die Ausnehmung im Außenumfang der Führungsachse
durch einen einfachen Arbeitsschritt hergestellt werden.
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Vorzugsweise
ist diese Ausnehmung in Form einer Helix entlang der Umfangsfläche der
Führungsachse
vorgesehen.
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Mit
diesem Aufbau ergibt sich dann, wenn die Tellerfedern zusammengedrückt werden,
wodurch sich die Relativstellung zwischen der Führungsachse und den Tellerfedern
in Axialrichtung der Führungsachse
verändert,
eine entsprechende Veränderung
der Anordnung der Ausnehmung relativ zu den inneren Umfangsflächen der
mittigen Löcher
der Tellerfedern, und zwar in Umfangsrichtung. Dies erlaubt eine
effektivere Beförderung
des pulverförmigen
Abriebs, der zwischen der Führungsfläche der Führungsachse
und den inneren Umfangsflächen der
mittigen Löcher
der Tellerfedern erzeugt wird, in die Ausnehmung. Dementsprechend
kann das Auftreten einer Blockierung aufgrund von pulverförmigem Reibungs-Abrieb
noch besser eingeschränkt werden.
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Nach
einem weiteren kennzeichnenden Merkmal der vorliegenden Erfindung
wird eine Tellerfedervorrichtung vorgeschlagen, die eine Mehrzahl an
Tellerfedern und eine Führungsachse
aufweist, die durch jeweils ein mittiges Loch in den Tellerfedern hindurch
gesteckt ist, um die Federn koaxial zu führen, wobei die Tellerfedervorrichtung
dadurch gekennzeichnet ist, dass jede Tellerfeder an einer inneren
Umfangsfläche
von dessen mittigem Loch eine geführte Fläche, die an einer Führungsfläche der Führungsachse
anliegt, um von dieser geführt
zu werden, sowie eine Ausnehmung, die relativ zur geführten Fläche in eine
radial nach Außen
zeigende Richtung zurückspringt,
aufweist.
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Mit
diesem kennzeichnenden Merkmal ist zwischen den inneren Umfangsflächen der
mittigen Löcher
der Tellerfedern und der Umfangsfläche der Führungsachse mittels der Ausnehmung
ein Zwischenraum oder eine Lücke
geschaffen. Pulverförmiger
Abrieb, der im Zusammenhang mit der Gleitbewegung zwischen den Tellerfedern
und der Führungsachse
entsteht, kann sich daher in die Ausnehmung hinein bewegen. Als
Ergebnis ist es möglich, das
Auftreten einer Störung
zwischen den Tellerfedern und der Führungsachse einzuschränken, die ansonsten
aufgrund einer Blockierung zwischen den geführten Flächen der Tellerfedern und der
Umfangsfläche
der Führungsachse
wegen einer Ansammlung von pulverförmigem Reibungs-Abrieb auftreten
würde.
Dement sprechend ist es möglich
geworden, eine Verlängerung
der Lebensdauer der Tellerfedern zu erzielen.
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Vorzugsweise
ist die genannte Ausnehmung dieses Aufbaus durch eine Formung der
Innenfläche des
mittigen Lochs als Mehreck bzw. in polygonaler Form hergestellt.
Alternativ kann die Ausnehmung durch Ausbrechungen an mehreren Stellen
entlang des Umfangs des mittigen Lochs erzeugt werden.
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Mit
den obigen Ausgestaltungen kann die Ausnehmung gleichzeitig mit
einem Stanzvorgang an blechartigem Material zum Erzeugen eines Materialteils
in Form einer Scheibe hergestellt werden. Die Ausnehmung kann hierdurch
mit sehr wenig Aufwand und Kosten erhalten werden.
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Alternativ
kann die Ausnehmung so hergestellt werden, dass ein Teil des radial
innen liegenden Bereichs der Tellerfeder, der an das mittige Loch
angrenzt, dünner
als der diesen radial inneren Bereich umgebenden radialen Außenbereich
der Tellerfeder ausgeformt wird. Im Falle dieses Aufbaus wird dieser Teil
des an das mittige Loch angrenzenden radialen inneren Bereichs der
Tellerfeder vorteilhafterweise mit einem sich verjüngenden
Querschnitt ausgeformt und zwar mit einer sich zur radial inneren
Seite hin allmählich
verringernden Dicke.
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Mit
diesen Ausgestaltungen können
die Ausnehmungen eine Lücke
an den mittigen Löchern
ausbilden, und zwar an dem Ort, an dem die Tellerfedern sich entlang
der Axialrichtung der Führungsachse untereinander
berührend
angeordnet sind. Wenn die Ausnehmungen an den Tellerfedern entlang
des gesamten Umfangs der Tellerfedern jeweils gleichförmig ausgebildet
sind, kann die Ausnehmung ferner durch einen einfachen maschinellen
Bearbeitungsschritt an wenigstens einer der sich gegenüberliegenden
Flächen
(konvexe Fläche
und konkave Fläche)
der Tellerfedern gebildet werden. Im Übrigen ist es, obwohl es vorteilhaft
ist, die Ausnehmung über den
gesamten Umfang der Tellerfeder auszuformen, auch möglich dies
nur an einem eingegrenzten Umfangsteil der Tellerfeder vorzusehen.
In diesem Fall ist es vorteilhafter, solche Ausnehmungen an einer Mehrzahl
von Umfangsteilen der Tellerfeder vorzusehen.
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Vorzugsweise
ist die Ausnehmung als Rille ausgeformt, die sich kontinuierlich
entlang der Umfangsrichtung des mittigen Lochs erstreckt und zumindest
zum mittigen Loch hin offen ist. Alternativ kann die Ausnehmung
durch eine Mehrzahl von Vertiefungen in der inneren Umfangsfläche des
mittigen Lochs gebildet sein. Auch mit dieser Ausgestaltung kann
die Lücke
am mittigen Loch durch die Ausnehmung gebildet sein.
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Für den Fall,
dass zwischen der Außenfläche der
Führungsachse
und den inneren Umfangsflächen
der mittigen Löcher
der Tellerfedern ein Schmiermittel vorgesehen ist, kann ferner eine
große Menge
an Schmiermittel in der Ausnehmung vorgehalten sein. Dementsprechend
kann die Alterung des Schmiermittels verzögert werden.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Führungsachse
zum Einsetzen in die mittigen Löcher
einer Mehrzahl von Tellerfedern vorgeschlagen, um diese Tellerfedern
zu führen,
dadurch gekennzeichnet, dass diese Führungsachse in ihrer äußeren Umfangsfläche eine
Führungsfläche, die
an inneren Umfangsflächen
der mittigen Löcher
anliegt, um die Tellerfedern zu führen, sowie eine Ausnehmung
aufweist, die von dieser Führungsfläche radial
nach innen zurückweicht.
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Mit
dem eben beschriebenen kennzeichnenden Merkmal wird zwischen der
Außenfläche der Führungsachse
und den inneren Umfangsflächen der
mittigen Löcher
der Tellerfedern mittels der Ausnehmung ein Zwischenraum oder eine
Lücke gebildet,
wenn die Tellerfedern an der Führungsachse
angeordnet sind. Daher kann pulverförmiger Reibungs-Abrieb, der
im Zusammenhang mit der gleitenden Bewegung zwischen den Tellerfedern
und der Führungsachse
erzeugt wurde, in die Ausnehmung wandern. Im Ergebnis wird es möglich, das
Auftreten von Störungen
zwischen den Tellerfedern und der Führungsachse einzuschränken, welche
anderenfalls aufgrund einer Blockierung durch den pulverförmigen Abrieb
zwischen der Führungsfläche der
Führungsachse
und den inneren Umfangsflächen
der mittigen Löcher
der Tellerfedern auftreten würden. Dementsprechend
ist es möglich,
die Lebensdauer der auf dieser Führungsachse
angeordneten Tellerfedern zu verlängern.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine durch
eine äußere Umfangsfläche einer
Führungsachse
geführte
Tellerfeder mit einem mittigen Loch vorgeschlagen, in welches die Führungsachse
eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder an
einer inneren Umfangsfläche
von dessen mittigen Loch eine geführte Fläche, die an der äußeren Umfangsfläche der
Führungsachse
anliegt, um von dieser geführt
zu werden, sowie eine Ausnehmung aufweist, die von der geführten Fläche radial
nach Außen
zurücktritt.
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Mit
diesem eben beschriebenen kennzeichnenden Merkmal wird zwischen
den inneren Umfangsflächen
der mittigen Löcher
der Tellerfedern und der äußeren Umfangsfläche der
Führungsachse durch
die Ausnehmung ein Zwischenraum oder eine Lücke gebildet, wenn mehrere
solcher Tellerfedern an der Führungsachse
angeordnet sind. Daher kann pulverförmiger Reibungs-Abrieb, der
im Zusammenhang mit der gleitenden Bewegung zwischen den Tellerfedern
und der Führungsachse
erzeugt wird, in die Ausnehmung wandern. Im Ergebnis wird es möglich, das
Auftreten einer Störung
zwischen den Tellerfedern und der Führungsachse einzugrenzen, die
ansonsten aufgrund einer Blockierung durch den pulverförmigen Abrieb
zwischen den geführten
Flächen der
Tellerfedern und der Außenfläche der
Führungsachse
auftreten würde.
Dementsprechend wird es möglich,
die Lebensdauer der Tellerfedern zu verlängern.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Schnittdarstellung des gesamten Aufbaus einer Tellerfedervorrichtung
nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 ist
eine Schnittdarstellung entlang A-A aus 1,
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3 ist
eine Tabelle mit Ergebnissen eines Haltbarkeitstests, der sich auf
ein Beispiel einer Tellerfedervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung und ein Vergleichsbeispiel bezieht,
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4 ist
eine Schnittdarstellung eines gesamten Aufbaus einer Tellerfedervorrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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5 ist
eine Schnittdarstellung entlang A-A aus 4
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6 ist
eine Schnittdarstellung einer Tellerfedervorrichtung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, entsprechend dem Schnitt A-A aus 1,
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7 ist
eine Schnittdarstellung einer Tellerfedervorrichtung nach einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, entsprechend dem Schnitt A-A aus 1,
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8 ist
eine perspektivische, teilgeschnittene Ansicht eines Aufbaus einer
Tellerfeder, die in einer Tellerfedervorrichtung nach einem fünften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
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9 zeigt
Details eines Berührungsbereichs
zwischen einer Führungsachse
und einer Tellerfeder der Tellerfedervorrichtung nach dem fünften Ausführungsbeispiel,
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10 ist
eine Tabelle mit Ergebnissen eines Haltbarkeitstests, bezogen auf
ein Beispiel der Tellerfedervorrichtung nach dem fünften Ausführungsbeispiel
der Erfindung und ein Vergleichsbeispiel,
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11 zeigt
eine Weiterbildung der Tellerfedervorrichtung nach dem fünften Ausführungsbeispiel,
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12 zeigt
eine andere Weiterbildung der Tellerfedervorrichtung nach dem fünften Ausführungsbeispiel,
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13 zeigt
eine nochmals andere Weiterbildung der Tellerfedervorrichtung nach
dem fünften Ausführungsbeispiel,
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14 ist
eine perspektivische, teilgeschnittene Ansicht eines Aufbaus einer
Tellerfeder, die in einer Tellerfedervorrichtung gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
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15 ist
eine perspektivische teilgeschnittene Ansicht eines Aufbaus einer
Tellerfeder, die in einer Tellerfedervorrichtung gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und
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16 ist
eine Schnittdarstellung einer Werkzeughaltevorrichtung mit einer
Tellerfedervorrichtung nach dem Stand der Technik.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1. Erstes
Ausführungsbeispiel
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Zunächst wird
ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist
eine Schnittdarstellung, die den Gesamtaufbau einer Tellerfedervorrichtung
nach dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine
Schnittdarstellung entlang A-A aus 1. Wie in diesen
Zeichnungen dargestellt, enthält
die Tellerfedervorrichtung 1 eine Mehrzahl von Tellerfedern 3 und
eine Führungsachse 2,
die jeweils in ein mittiges Loch 3a der Tellerfedern 3 eingesetzt
ist, um die vielen Tellerfedern 3 koaxial zu führen. Angrenzend
an ein Ende der Führungsachse 2 (in 1 links)
ist ein Gewindeteil 2a vorgesehen, auf welchen ein Anschlag 5 aufgeschraubt
ist. An das andere Ende der Führungsachse 2 angrenzend
(in 1 rechts) ist ein Vorsprungteil 2b vorgesehen.
An einer Stirnseite (in 1 links) dieses Vorsprungteils 2b liegt
ein Lagerschild 6 an. Der Anschlag 5 und das Lagerschild 6 haben
jede einen größeren Außendurchmesser
als die Außendurchmesser
der Tellerfedern 3. Die Tellerfedern 3 sind zwischen
dem Anschlag 5 und dem Lagerschild 6 unter Vorspannung
gehalten, d. h. die Tellerfedern 3 sind un ter die jeweiligen
freien Längen
zusammengedrückt.
Im Betrieb werden die vielen Tellerfedern 3 von der Führungsachse 2 geführt zusammengedrückt oder
entspannt, und zwar im Zusammenhang mit der Bewegung des Lagerschilds 6 relativ
zur Führungsachse 2 an
einer Seite (in 1 links) des Vorsprungteils 2b.
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1-1 Führungsachse 2
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Die
Führungsachse 2 weist
an ihrer äußeren Umfangsfläche in einem
Bereich zwischen dem Gewindeteil 2a und dem Vorsprungteil 2b Führungsflächen 2c und
abgefaste Abschnitte 2d auf. Das Vorsprungteil ist als
zylindrisches Teil mit einem Außendurchmesser
ausgebildet, der größer als
derjenige der Führungsfläche 2c der
Führungsachse 2 ist,
und es bildet relativ zur Führungsfläche 2c einen
Vorsprung bzw. eine Stufe. Dieses Vorsprungteil 2b ist einstückig mit
der Führungsachse 2,
oder aber als hiervon separates Teil ausgebildet. Jeder abgefaste Abschnitt 2d ist,
wie am besten in 2 zu sehen ist, als abgeflachte
Ebene parallel zur Tangente der äußeren Umfangsfläche der
Führungsachse 2 ausgebildet.
Im vorliegenden Fall sind die abgefasten Abschnitte 2d in
acht Bereichen entlang der Umfangsrichtung der Führungsachse 2 in deren
Umfangsfläche
vorgesehen. Wie ferner in 1 am besten
zu sehen ist, sind die abgefasten Abschnitte 2d entlang des
gesamten Bereichs zwischen dem Gewindeteil 2a und dem Vorsprungteil 2b vorgesehen.
In anderen Worten sind die abgefasten Abschnitte 2d über den gesamten
axialen Führungsabschnitt
der Führungsachse 2 hinweg
vorgesehen, welcher Führungsabschnitt
die Tellerfedern 3 führt.
Die Führungsfläche 2c ist,
wie am besten in 2 zu sehen ist, eine Fläche mit
einem gebogenen Querschnitt und wird durch einen Abschnitt der äußeren Umfangsfläche der
Führungsachse 2 gebildet,
der von einem abgefasten Abschnitt 2d verschieden ist.
Diese Führungsfläche 2c berührt eine
geführte
Fläche 3b der
Tellerfedern 3, die durch eine innere Umfangsfläche des
mittigen Lochs 3a der Tellerfeder 3 gebildet wird,
wodurch die Tellerfeder 3 geführt wird. Die Oberfläche der
Führungsachse 2 ist
behandelt, wie zum Beispiel durch Aufbringen eines Feststoff-Schmierfilms,
einer Plattierung etc. Im vorliegenden Ausführungs beispiel entspricht der
abgefaste Abschnitt 2d der „Ausnehmung 4" wie sie in der vorliegenden
Erfindung definiert ist. Im Übrigen
kann die Anzahl und/oder der Abstand zwischen den abgefasten Abschnitten 2d in Umfangsrichtung
wunschgemäß variieren.
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1-2 Tellerfeder 3
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Die
Tellerfeder 3 ist aus einer scheibenförmigen Feder gebildet, die
wie ein „geköpftes" konisches Teil mit
einem mittigen Loch 3a im radialen Zentrum ausgestaltet
ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist das mittige Loch 3a rund ausgebildet. Außerdem fungiert
die innere Umfangsfläche
dieses mittigen Lochs 3a als geführte Fläche 3b, die mit der Führungsfläche 2c der
Führungsachse 2 in
Berührung
kommt. Der Innendurchmesser des mittigen Lochs 3a ist leicht
größer gewählt als
der Außendurchmesser
der Führungsfläche 2c der
Führungsachse 2,
um eine Gleitbewegung der Tellerfeder 3 bezüglich der
Führungsachse 2 zu
ermöglichen.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist ferner, wie in 1 gezeigt, eine Mehrzahl (drei
im Falle des unten beschriebenen Beispiels) an Tellerfedern 3 gleicher Größe in derselben
Orientierung übereinander
angeordnet, um eine „Tellerfedergruppe" zu bilden. Außerdem ist
eine Mehrzahl von solchen Gruppen (42 Gruppen) koaxial auf der Führungsachse 2 mit
wechselnden axialen Orientierungen der Gruppen montiert. Auf die
Oberfläche
der Tellerfeder 3 ist eine Oberflächenbehandlung aufgebracht,
wie ein Feststoff-Schmierfilm, eine Plattierung etc. Im Übrigen kann
die Anzahl der Tellerfedern, die eine Gruppe bildet und/oder die
Anzahl dieser Gruppen nach Wunsch variieren.
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1-3 Anschlag 5 und
Lagerschild 6
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Der
Anschlag 5 ist ein zylindrisches Teil mit einem leicht
größeren Außendurchmesser
als der Außendurchmesser
der Tellerfeder 3. Des Weiteren weist der Anschlag 5 in
einem radial mittigen Abschnitt eine Gewindebuchse auf. An der anderen
Seite (in 1 rechts) der Gewindebuchse
ist eine zylindrische Bohrung mit einem größeren Durchmesser als die Führungsfläche 2c der
Führungsachse 2 vorgesehen.
Dieser Anschlag 5 fungiert demgemäß als Gewindemutter, die auf
das Gewindeteil 2a der Führungsachse 2 aufgeschraubt
wird. Der Anschlag 5 ist so ausgestaltet, dass er im oben
beschriebenen aufgeschraubten Zustand mit seiner zylindrischen Bohrung
einen Teil der Führungsfläche 2c an
einer Seite (in 1 links) der Führungsachse 2 aufnimmt.
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Das
Lagerschild 6 ist ein scheibenförmiges Teil mit einem leicht
größeren Außendurchmesser
als der Außendurchmesser
der Tellerfeder 3. Außerdem ist
im radial mittigen Teil des Lagerschilds 6 eine kreisrunde
Bohrung ausgeformt, in welche die Führungsachse 2 eingesetzt
werden kann, so dass dieses Lagerschild 6 relativ zur Führungsachse 2 gleiten kann.
Dieses Lagerschild 6 kann sich zur anderen Seite (in 1 rechts)
der Führungsachse 2 bewegen,
bis das Lagerschild 6 gegen das Vorsprungteil 2b der
Führungsachse 2 anschlägt.
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1-4 Beispiel
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Als
Nächstes
werden Ergebnisse eines Haltbarkeitstests beschrieben, die an einem
Beispiel der Tellerfedervorrichtung 1 entsprechend dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel
sowie einem Vergleichsbeispiel durchgeführt worden sind. 3 ist eine
Tabelle, die die Ergebnisse des Haltbarkeitstests bezüglich dieses
Beispiels der Tellerfedervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
der Erfindung und des Vergleichsbeispiels zeigt. Die Tellerfedervorrichtung 1 nach
dem vorliegenden Beispiel enthielt eine Mehrzahl an Tellerfedern 3,
von denen jede 2,00 mm Scheibendicke, 40,00 mm Außendurchmesser,
20,40 mm Innendurchmesser sowie 3,10 mm freie Höhe aufwies. Die Führungsfläche 2c der
Führungsachse 2 hatte
einen Durchmesser von 20,38 mm. In der äußeren Umfangsfläche der Führungsachse 2 waren
an acht Umfangsabschnitten die abgefasten Abschnitte 2d (2)
mit einem bestimmten Abstand wie oben beschrieben eingebracht. Sowohl
die Oberflächen
der Führungsachse 2 als
auch der Tellerfeder 3 waren mit einem fluorhaltigen Festschmierstoff
oberflächenbehandelt.
Außerdem
waren drei Tellerfedern 3 in gleicher Orientierung übereinander
gesetzt, um jeweils eine Tellerfedergruppe zu bilden. 42 solcher
Gruppen waren koaxial übereinander
auf dem Umfang der Führungsachse 2 angeordnet, und
zwar mit wechselnden axialen Orientierungen von jeweils zwei nebeneinander
liegenden Gruppen. Dann wurden die insgesamt 42 Gruppen und 126
Tellerfedern 3 mit einer freien Gesamtlänge von 298,2 mm zu einer Gesamtlänge von 277,4
mm zusammengedrückt
und unter dieser Vorspannung zwischen dem Anschlag 5 und
dem Lagerschild 6 gehalten. Die Tellerfedervorrichtung 1 nach dem
Vergleichsbeispiel hatte den gleichen Aufbau, mit Ausnahme, dass
diese Vorrichtung eine Führungsachse 2 mit
einem kreisrunden Querschnitt und ohne abgefaste Abschnitte 2d aufwies.
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Der
Haltbarkeitstest wurde unter Verwendung eines Hydraulikzylinders
durchgeführt,
der einem im als Stand der Technik eingangs beschriebenen Maschinenwerkzeug
(16) verwendeten Hydraulikzylinder entsprach, um
wiederholt Last auf die Mehrzahl von zwischen dem Anschlag 5 und
dem Lagerschild 6 jeder Tellerfedervorrichtung 1 des
vorliegenden Beispiels und des Vergleichsbeispiels angeordneten
Tellerfedern 3 aufzubringen. Hierbei wurde ein Zusammendrücken der
vielen Tellerfedern 3, die in ihrem Grundzustand mit der
auf das Gewindeteil 2a der Führungsachse 2 aufgeschraubten
Gewindebuchse des Anschlags 5 eine freie Gesamtlänge von 277,4
mm aufwiesen, in einen zusammengedrückten Zustand mit einer Gesamtlänge von
269,8 mm mit einem Lasttakt je Sekunde wiederholt. Jeweils nach 1.000.000
Wiederholungen des Zusammendrückens bzw.
Lasttakten wurde das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein von Rissen
oder Brüchen
im äußeren Erscheinungsbild überprüft und die
Federkraft der vielen Tellerfedern 3 im wieder entspannten
(vorgespannten) Zustand ermittelt. 3 zeigt
die Ergebnisse dieses Haltbarkeitstests. In dieser Tabelle steht
in der Spalte „Erscheinungsbild" das Zeichen 0 für das Nichtvorhandensein
eines Bruchs, während das
Zeichen X für
das Vorhandensein eines Bruchs steht. Wie in dieser Tabelle zu sehen
ist, sind Tellerfedern 3 beim Vergleichsbeispiel mit der
Führungsachse 2 mit
kreisrundem Querschnitt noch vor 4.000.000 Lasttakten gebrochen.
Andererseits erfolgte beim vorliegenden Ausführungsbeispiel auch nach über 10.000.000
Lasttakten kein Bruch der Tellerfedern 3. Dies bewies,
dass durch das Vorsehen der Ausnehmung 4 im Außenumfang
der Führungsachse 2,
am Beispiel der abgefasten Abschnitte 2d, die von den Führungsflächen 2c nach
radial innen zurückspringen,
eine signifikante Verlängerung
der Lebensdauer der Tellerfedern 3 möglich gemacht wurde. Im Übrigen wurden,
auch wenn eine gewisse Streuung in der Federkraft im entlasteten
Zustand vorlag, keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Ausführungsbeispiel
und dem Vergleichsbeispiel beobachtet.
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Nach
dem Test wurde der Zustand der Tellerfedervorrichtungen 1 des
Ausführungsbeispiels
und des Vergleichsbeispiels untersucht, und die Untersuchung zeigte
die folgenden Tatsachen.
- (1) In der Tellerfedervorrichtung 1 des
Vergleichsbeispiels wurde pulverförmiger Abrieb gefunden, der
die Lücken
zwischen der Führungsachse 2 und
den Tellerfedern 3 zusetzte und die gleitende Bewegung
einiger der Tellerfedern 3 verhinderte. Andererseits war
im Fall der Tellerfedervorrichtung 1 nach dem Ausführungsbeispiel
pulverförmiger
Abrieb des Feststoff-Schmierfilms oder Ähnlichem in den abgefasten
Abschnitten 2d der Führungsachse 2 angesammelt,
und kein Zusetzen der Lücke
zwischen den Führungsflächen 2c der
Führungsachse 2 und
den geführten
Flächen 3b der
Tellerfedern 3 mit pulverförmigem Abrieb konnte gefunden
werden; es wurde also gefunden, dass Störungen zwischen den Tellerfedern 3 und
der Führungsachse
2 wirksam verhindert wurden.
- (2) Bei der Tellerfedervorrichtung 1 des Vergleichsbeispiels
wurde an einem axialen Abschnitt der Führungsachse 2 ein
signifikanter Reibungsverschleiß beobachtet,
und angrenzend an diesen Abschnitt waren die Tellerfedern 3 gebrochen.
Andererseits wurde im Fall der Tellerfedervorrichtung 1 des
Ausführungsbeispiels
kein solcher teilweiser Reibungsverschleiß gefunden. Aus dieser Tatsache
war zu schließen,
dass im Falle der Tellerfedervorrichtung 1 des Ausführungsbeispiels
ein Ansteigen der Gleitreibung aufgrund einer Kippung und einem
nachfolgenden „Einschneiden" der Tellerfedern 3 relativ
zur Führungsachse
2 wirksam verhindert wurde.
- (3) Bei der Tellerfedervorrichtung 1 des Vergleichsbeispiels
wurde ein signifikanter Reibungsverschleiß an den geführten Flächen 3b einiger Tellerfedern 3 beobachtet,
die an bestimmten axialen Abschnitten der Führungsachse 2 angeordnet
waren, was in einer erhöhten
Gleitreibung zwischen diesen und der Führungsachse 2 führte. Andererseits
wiesen die geführten
Flächen 3b der Tellerfedern 3 im
Fall der Tellerfedervorrichtung 1 des Ausführungsbeispiels
lediglich an ihren die Führungsflächen 2c der
Führungsachse 2 berührenden
Teilen einen partiellen Reibungsverschleiß auf, und das Ausmaß dieses
Reibungsverschleißes
war lediglich klein. Aus dieser Tatsache konnte geschlossen werden,
dass im Falle der Tellerfedervorrichtung 1 des Ausführungsbeispiels
die Kontaktfläche
zwischen den Führungsflächen 2c der
Führungsachse 2 und
den geführten
Flächen 3b der
Tellerfedern 3 durch das Vorsehen der Ausnehmung 4 in
der Führungsachse 2 verringert
wurde und im Zusammenhang damit die Gleitreibung der Tellerfedern 3 relativ
zur Führungsachse 2 wirksam
verringert wurde.
-
2. Zweites
Ausführungsbeispiel
-
Als
Nächstes
wird ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 4 ist
eine Schnittdarstellung, die den Gesamtaufbau einer Tellerfedervorrichtung 1 nach
dem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegen Erfindung zeigt. 5 ist ein
Schnitt entsprechend der Linie A-A aus 1. Wie in
diesen Zeichnungen gezeigt, unterscheidet sich die Tellerfedervorrichtung 1 nach
diesem zweiten Ausführungsbeispiel
von derjenigen nach dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass
die Ausnehmung 4 als helixförmige Nut 2e auf der
Außenfläche der
Führungsachse 2 ausgebildet
ist. Im Übrigen ist
diese Vorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel identisch mit
derjenigen nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
-
Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
weist die Führungsachse 2 auf
ihrem axialen Abschnitt zwischen dem Gewindeteil 2a und
dem Vorsprungteil 2b auf ihrer Umfangsfläche Führungsflächen 2c und
die Nut 2e auf. In diesem Fall ist die Nut 2e,
wie am besten in 5 zu sehen, als Nut mit rechteckigem Querschnitt
ausgebildet. Des Weiteren ist die helixförmige Nut 2e so ausgebildet,
dass eine Mehrzahl von Nuten (im vorliegenden Beispiel vier), in
Umfangsrichtung voneinander beabstandet, und zwar mit einem vorbestimmten
Abstand entlang des Umfangs der Führungsachse 2, vorhanden
ist. Der Steigungswinkel der Nut 2e zur Achse der Führungsachse 2 sollte
nicht so groß sein,
dass das mittige Loch 3a der Tellerfeder 3 unabsichtlich
in die Nut 2e hineingerät.
Vorzugsweise beträgt
dieser Winkel 45° oder weniger.
Ferner erstreckt sich die Nut 2e wie am besten in 4 zu
sehen, über
den gesamten Bereich zwischen dem Gewindeteil 2a und dem
Vorsprungteil 2b. Dies bedeutet, dass die Nut 2e kontinuierlich über den
gesamten Führungsabschnitt
der Führungsachse 2,
die die Tellerfedern 3 führt, entlang deren Achse vorgesehen
ist. Die Führungsflächen 2c werden durch
Teile oder Segmente der Umfangsfläche der Führungsachse 2 gebildet,
die keine Nuten 2e aufweisen.
-
Für den Fall,
dass, wie in dem vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel vorgeschlagen,
eine helixförmige
Nut 2e in der äußeren Umfangsfläche der
Führungsachse 2 vorgesehen
ist, führt
eine Veränderung
in der Lage der Tellerfedern 3 und der Führungsachse 2 zueinander
aufgrund eines Zusammendrückens
der Tellerfedern 3 in ihrer Gesamtlänge zu einer entsprechenden Änderung
der Lagen der Nuten 2e bezüglich der geführten Flächen 3b der
jeweiligen Tellerfedern 3 in Umfangsrichtung. Daher kann
der pulverförmige
Reibungs-Abrieb, der zwischen der Führungsfläche 2c der Führungsachse 2 und
der geführten
Fläche 3b der
Tellerfeder 3 erzeugt wurde, in wirksamer Weise in die
Nut 2e geführt
werden. Im Ergebnis kann eine Fehlfunktion aufgrund einer Blockierung
durch Abrieb noch weiter eingeschränkt werden.
-
Im
vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel
entspricht die Nut 2e der „Ausnehmung 4" der Erfindung. Im Übrigen kann
die Querschnittsform und die Auslegung der Nut 2e wunschgemäß variiert
werden. Dementsprechend kann die Nut 2e einen bogenförmigen oder
v-förmigen
Querschnitt aufweisen. Des Weiteren können die Anzahl der Nuten 2e und die
Abstände
zwischen den Nuten 2e variabel gewählt werden, abhängig von
der erzeugten Menge an Abrieb. Beispielsweise können die Abstände zwischen
benachbarten helixförmigen
Nuten 2e nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung
in dieser Hinsicht abhängig
von ihrem axialen Ort auf der Führungsachse 2 variiert
werden. Insbesondere kann der Abstand der Nuten 2e an der
Seite des Lagerschilds 6 größer gewählt werden, als der Abstand an
der Seite des Anschlags 5, wenn das Ausmaß der Bewegung
der Tellerfedern 3 an der Seite des Lagerschilds 6 größer ist,
als das Ausmaß der
Bewegung der Tellerfedern 3, die an der Seite des Anschlags 5 angeordnet
sind, wobei der Abstand zwischen den Nuten 2e zur Seite
des Anschlags 5 hin kontinuierlich abnimmt. Des Weiteren
kann die Nut 2e anstatt als Helix geformt zu sein, als
eine Mehrzahl von Nuten ausgebildet sein, die geradlinig und parallel
zueinander entlang der Achse der Führungsachse 2 angeordnet
sind.
-
3. Drittes
Ausführungsbeispiel
-
Als
Nächstes
wird ein drittes Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 6 ist
ein Schnitt entsprechend A-A aus 1. Wie in
dieser Zeichnung gezeigt ist, unterscheidet sich die Tellerfedervorrichtung 1 nach
diesem dritten Ausführungsbeispiel
von derjenigen nach dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass
die Ausnehmung 4 nicht an der Führungsachse 2 vorgesehen
ist, sondern an der Tellerfeder 3. Im Übrigen ist diese Vorrichtung nach
dem dritten Ausführungsbeispiel
identisch zu derjenigen nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
-
Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
weist die Führungsachse 2 über den
gesamten Bereich zwischen dem Gewindeteil 2a und dem Vorsprungteil 2b hinweg
eine Außenfläche mit
kreisrundem Querschnitt auf, und diese gesamte Außenfläche bildet
die Führungsfläche 2c.
Andererseits weist die Tellerfeder 3 an der inneren Umfangsfläche des
mittigen Lochs 3a eine geführte Fläche 3b auf, die die
Führungsfläche 2c (die
Außenfläche) der
Führungsachse 2 berührt und
von dieser geführt
wird, und die Tellerfeder 3 weist eine Ausnehmung 4 auf,
die von der geführten
Fläche 3b radial
nach Außen
zurückspringt.
Insbesondere sind die mittigen Löcher 3a der
Tellerfedern 3, wie in 6 gezeigt,
als polygonförmige
Löcher
ausgeformt (im vorliegenden Beispiel als Achteck), wodurch in den
Ecken 3c Ausnehmungen gebildet werden. Das heißt, im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
wird die Ausnehmung 4 durch Ausformung des mittigen Lochs 3a als
Mehreck bzw. Polygon gebildet. Ferner bildet die Mitte jeder Mehreckseite
des mehreckigen Lochs 3a die geführte Fläche 3b der Tellerfeder 3,
die die Führungsfläche 2c der
Führungsachse 2 berührt. Im Übrigen ist
die Form des mittigen Lochs 3a nicht auf die gezeigte achteckige Form
begrenzt, sondern kann in unterschiedlichen Arten von Mehreckformen
variiert werden, wie fünfeckig,
sechseckig, siebeneckig, etc.
-
Sofern
die Ausnehmung 4 wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel
vorgeschlagen in der Tellerfeder 3 vorgesehen ist, wird
durch die Ausnehmung 4 ein Zwischenraum oder eine Lücke zwischen
dem Innenumfang des mittigen Lochs 3a der Tellerfeder 3 und
der Führungsfläche 2c der
Führungsachse 2 gebildet.
Dementsprechend kann der Abrieb, der im Zusammenhang mit der gegenseitigen
Gleitbewegung zwischen den Tellerfedern 3 und der Führungsachse 2 erzeugt
wird, in die Ausnehmung 4 wandern. Im Ergebnis können Störungen aufgrund
einer Blockierung zwischen der geführten Fläche 3b der Tellerfeder 3 und
der Führungsfläche 2c der
Führungsachse 2 durch
Abrieb eingeschränkt
werden. Ferner wird durch das Vorsehen der Ausnehmung 4 die
Kontaktfläche
zwischen der geführten
Fläche 3b der
Tellerfeder 3 und der Führungsfläche 2c der
Führungsachse 2 reduziert.
Dementsprechend kann die Reibung zwischen der Tellerfeder 3 und
der Führungsachse 2 verringert
werden, so dass die Lebensdauer der Tellerfeder 3 verlängert werden
kann.
-
4. Viertes
Ausführungsbeispiel
-
Als
Nächstes
wird ein viertes Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 7 ist
ein Schnitt entsprechend A-A aus 1. Wie in
dieser Zeichnung dargestellt, unterscheidet sich die Tellerfedervorrichtung 1 dieses
vierten Ausführungsbeispiels
von derjenigen des dritten Ausführungsbeispiels dadurch,
dass die Ausnehmung 4 durch Ausbrechungen 3d gebildet
ist, die an mehreren Orten entlang des Randes des mittigen Lochs 3a der
Tellerfeder 3 eingebracht sind. Im Übrigen ist diese Vorrichtung
des vierten Ausführungsbeispiels
identisch zu derjenigen des dritten Ausführungsbeispiels.
-
Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
weist die Führungsachse 2 in
ihrem gesamten Bereich zwischen dem Gewindeteil 2a und
dem Vorsprungteil 2b eine äußere Umfangsfläche mit
kreisrundem Querschnitt auf, und diese gesamte äußere Umfangsfläche bildet
die Führungsfläche 2c.
Andererseits weist die Tellerfeder 3 wie in 7 gezeigt
die voneinander beabstandeten Ausbrechungen 3d auf, und
zwar mit vorbestimmten Abständen
entlang der Umfangsrichtung des mittigen Lochs 3a. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
besitzt jede Ausbrechung 3d eine gebogenen Form (im Wesentlichen
halbkreisförmig),
und die Ausbrechungen 3d sind an sechs Stellen entlang
der Umfangsrichtung des mittigen Lochs 3a mit vorbestimmtem
Abstand untereinander vorgesehen. Jede dieser Ausbrechungen 3d bildet
die Ausnehmung 4. Die Teile der inneren Umfangsfläche des
mittigen Lochs 3a ohne Ausbrechungen 3d berühren die
Führungsfläche 2c der
Führungsachse 2 und
bilden die geführten
Flächen 3b der
Tellerfeder 3. Im Übrigen können die
Form und die Anzahl der Ausbrechungen 3d sowie die Abstände zwischen
den Ausbrechungen 3d in Umfangsrichtung wunschgemäß variiert werden.
Des Weiteren ist es nicht notwendig, dass die Mehrzahl an Ausbrechungen 3d mit
identischen Abständen
untereinander angeordnet sind.
-
Mit
dem oben beschriebenen Aufbau des vorliegenden Ausführungsbeispiels
können
im Wesentlichen dieselben vorteilhaften Wirkungen erzielt werden,
wie mit dem dritten Ausführungsbeispiel.
-
Im Übrigen ist
die Ausnehmung 4 bei den oben beschriebenen dritten und
vierten Ausführungsbeispielen
durch Verändern
der glatten Oberfläche des
mittigen Lochs 3a der Tellerfeder 3 realisiert. Gleichwohl
ist die Realisierung der Ausnehmung 4 nicht auf einen solchen
Aufbau be grenzt. Als Nächstes
werden verschiedene weitere Ausgestaltungen beschrieben, um die
Ausnehmung 4 in der Tellerfeder 3 vorzusehen.
-
5. Fünftes Ausführungsbeispiel
-
Als
Nächstes
wird ein fünftes
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. In der Tellerfedervorrichtung 1 nach diesem
fünften Ausführungsbeispiel
weist ein Teil des radial innen liegenden Bereichs der Tellerfeder 3,
der an das mittige Loch 3a angrenzt (der nachfolgend als „abgeflachter
Bereich 3e" bezeichnet
wird), eine verringerte Dicke im Vergleich zu demjenigen Teil der
Tellerfeder auf, der radial außen
an den abgeflachten Bereich 3e angrenzt, wodurch der abgeflachte
Bereich 3e die Ausnehmung 4 bildet. 8 ist
eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht, die den Aufbau der
Tellerfedervorrichtung 1 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
verdeutlicht. 9 ist eine Ansicht, die Details
der Berührungsbereiche
zwischen der Führungsachse 2 und
den Tellerfedern 3 der Tellerfedervorrichtung 1 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels
zeigt, und zwar die Führungsbereiche
zwischen der Führungsfläche 2c und
den geführten
Flächen 3b,
wobei 9 im Prinzip einer vergrößerten Ansicht dieser grundsätzlichen
Teile aus 1 entspricht. Wie in diesen
Zeichnungen dargestellt, weist nach dem vorliegenden fünften Ausführungsbeispiel der
abgeflachte Bereich 3e einen sich verjüngenden Querschnitt auf, der
zur radial innen liegenden Seite der Tellerfeder 3 hin
kontinuierlich dünner
wird. Hierdurch ist der abgeflachte Bereich 3e, d. h. ein
Teil des radial innen liegenden Bereichs der Tellerfeder 3,
der an das mittige Loch 3a angrenzt, als ein Bereich mit festgelegter
Breite ausgestaltet, der parallel zur inneren Umfangsfläche des
mittigen Lochs 3a der Tellerfeder 3 verläuft. Des
Weiteren ist der abgeflachte Bereich 3e durchgehend entlang
des gesamten Umfangs der Tellerfeder 3 bzw. des mittigen
Lochs 3a ausgebildet. Ferner ist ein abgeflachter Bereich 3e auf
jeder Stirnseite der Tellerfeder 3 vorgesehen.
-
Mit
dem Aufbau dieses Ausführungsbeispiels,
wie er in 9 gezeigt ist, bilden die Ausnehmungen 4,
die von den abgeflachten Bereichen 3e von benachbarten
Tellerfedern 3 umgeben sind, den Zwischenraum an den mittigen
Löchern 3a auch dann,
wenn eine Mehrzahl von Tellerfedern 3 mit gleicher Orientierung
entlang der Achse der Führungsachse 2 übereinander
angeordnet sind, und zwar an der radial inneren Seite des Bereichs,
der die übereinander
angeordneten Tellerfedern 3 berührt. Dementsprechend wird der
pulverförmige
Abrieb, der im Zusammenhang mit der Gleitbewegung zwischen den Tellerfedern 3 und
der Führungsachse 2 entsteht,
in die Ausnehmungen 4 wandern. Im Ergebnis können Fehlfunktionen
aufgrund einer Blockierung durch Abrieb zwischen der geführten Fläche 3b der Tellerfedern 3 und
der Führungsfläche 2c der
Führungsachse 2 verringert
werden. Daher kann die Lebensdauer der Tellerfedern 3 verlängert werden.
Des Weiteren kann der abgeflachte Bereich 3e (die Ausnehmung 4)
dann, wenn der abgeflachte Bereich 3e zur Bildung der Ausnehmung 4 durchgehend
entlang des gesamten Umfangs der Tellerfeder 3 (des mittigen
Lochs 3a) ausgebildet wird, leicht durch beispielsweise
einen einfachen Stanzvorgang an den gegenüberliegenden Seiten der Tellerfeder 3 hergestellt
werden.
-
5-1 Beispiel
-
10 ist
eine Tabelle, die die Ergebnisse eines Haltbarkeitstest betreffend
das vorliegende Beispiel einer Tellerfedervorrichtung nach den vorliegenden
Ausführungsbeispielen
der Erfindung und ein Vergleichsbeispiel zeigt. Die grundlegenden
Randbedingungen dieses Haltbarkeitstests waren dieselben als diejenigen
des Haltbarkeitstests des ersten Ausführungsbeispiels, wie oben beschrieben.
Die Tellerfedervorrichtung 1 nach dem vorliegenden Beispiel enthielt
eine Mehrzahl an Tellerfedern 3, von denen jede eine Scheibendicke
von 2,00 mm, einen Außendurchmesser
von 40,00 mm, einen Innendurchmesser von 20,40 mm und eine freie
Höhe von
3,10 mm aufwies. Ferner enthielt jede Tellerfeder 3 den
abgeflachten Bereich 3a mit dem sich verjüngenden
Querschnitt wie in den 8 und 9 gezeigt.
Dieser abgeflachte Bereich 3e wies eine radiale Ausdehnung
von 1,0 mm auf, und die Scheibendicke an dem an das mittige Loch 3a angrenzenden
Ort betrug 1,0 mm. Die Führungsfläche 2c der
Führungsachse 2 wies
einen Durchmesser von 20,38 mm auf. Sowohl die Oberfläche der
Führungsachse 2 als
auch diejenige der Tellerfeder 3 waren mit einem Fluor-Feststoff-Schmiermittel oberflächenbehandelt.
Des Weiteren waren drei Tellerfedern 3 mit derselben Orientierung übereinander
angeordnet, um jeweils eine Tellerfedergruppe zu bilden. 42 solcher
Gruppen waren mit alternierenden axialen Orientierungen von jeweils
benachbarten Gruppen koaxial am Umfang der Führungsachse 2 angeordnet.
Die insgesamt 42 Gruppen und 126 Tellerfedern 3 mit einer
freien Gesamtlänge
von 298,2 mm wurden dann auf eine Gesamtlänge von 277,4 mm vorgespannt
und unter dieser Vorspannung zwischen dem Anschlag 5 und
dem Lagerschild 6 gehalten. Die Tellerfedervorrichtung 1 nach
dem Vergleichsbeispiel hatte denselben Aufbau, mit Ausnahme dass
diese Vorrichtung mit konventionellen Tellerfedern 3 ohne
abgeflachten Bereich 3e ausgestattet war.
-
Der
Haltbarkeitstest wurde unter Verwendung eines Hydraulikzylinders
durchgeführt,
entsprechend einem solchen, wie er im eingangs als Stand der Technik
beschriebenen Maschinenwerkzeug (16) enthalten
ist, um wiederholt Last auf die Mehrzahl der Tellerfedern 3 aufzubringen,
die zwischen dem Anschlag 5 und dem Lagerschild 6 jeder Tellerfedervorrichtung 1 sowohl
des Beispiels als auch des Vergleichsbeispiels angeordnet waren. Dementsprechend
wurde eine Last zum Zusammendrücken
der vielen Tellerfedern 3 aus ihrem aufgrund des Aufschraubens
der Gewindebuchse des Anschlags 5 auf den Gewindeteil 2a der
Führungsachse 2 mit
einer freien Gesamtlänge
von 277,4 mm anfänglich
vorgespannten Zustand in einen zusammengedrückten Zustand mit einer Gesamtlänge von 269,8
mm mit einer Wiederholungsrate von 1 pro Sekunde aufgebracht. Nach
jeweils 1.000.000 Arbeitsgängen
bzw. Lasttakten wurde das Vorhandensein/Nichtvorhandensein nach äußerem Erscheinungsbild
beobachtet und die im wieder entspannten bzw. vorgespannten Zustand
von den vielen Tellerfedern 3 erzeugte Kraft ermittelt. 10 zeigt
die Ergebnisse dieses Haltbarkeitstests. In dieser Tabelle steht
O in der Spalte „Erscheinungsbild" für das Nichtvorhandensein
eines Bruchs während
das Zeichen X das Vorhandensein eines Bruchs, anzeigt. Wie in dieser
Tabelle gezeigt, waren die Tellerfedern 3 beim Vergleichsbeispiel,
das konventionelle Tellerfedern 3 aufwies, noch vor vier
Millionen Lasttakten gebrochen. Während dessen erfolgte im Falle
des Ausführungsbeispiels
kein Bruch der Tellerfedern 3 selbst bis nach annähernd acht
Millionen Lasttakten. Dies bewies, dass mit dem Vorhandensein der
Ausnehmung 4, die durch den abgeflachten Bereich 3e an
der radial innen liegenden, an das mittige Loch 3a angrenzenden
Seite der Tellerfeder 3 gebildet ist, eine signifikante
Verlängerung
der Lebensdauer der Tellerfedern 3 ermöglicht wird. Im Übrigen wurden, gleichwohl
gewisse Streuungen in der Federkraft im entlasteten Zustand auftraten,
keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Ausführungsbeispiel und
dem Vergleichsbeispiel beobachtet.
-
5-2 weitere Beispiele
-
Des
Weiteren ist der Aufbau des abgeflachten Bereichs 3e nicht
auf den in den 8 und 9 gezeigten
Aufbau begrenzt. Insbesondere ist die Form des abgeflachten Bereichs 3e nicht
auf den oben beschriebenen sich verjüngenden Querschnitt begrenzt.
Wie in 11 beispielsweise gezeigt, kann gemäß einem
alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiel
am radial inneren an das mittige Loch 3a der Tellerfeder 3 angrenzenden
Bereich ein abgeflachter Bereich 3e mit einem im Wesentlichen
bogenförmigen
Querschnitt vorgesehen sein. In diesem in 11 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist der abgeflachte Bereich 3e ebenfalls durchgehend entlang
des gesamten Umfangs der Tellerfeder 3 bzw. des mittigen
Lochs 3a ausgebildet, und zwar an beiden Stirnseiten der
Tellerfeder 3. Im Übrigen
ist die Querschnittsform des abgeflachten Bereichs 3e,
die in 11 gezeigt ist, lediglich ein
Beispiel. Weitere verschiedene Formen können ebenso verwendet werden.
-
Des
Weiteren muss der abgeflachte Bereich 3e nicht auf beiden
Stirnseiten der Tellerfeder 3 vorhanden sein. Beispielsweise
ist gemäß einem
weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie in 12 gezeigt,
der abgeflachte Bereich 3e in lediglich einer Stirnseite
der Tellerfeder 3 ausgebildet. Während 12 einen
Aufbau zeigt, bei dem der abgeflachte Bereich 3e nur auf
der konvexen Stirnseite der Tellerfe der 3 vorgesehen ist,
kann der abgeflachte Bereich 3e im Übrigen statt dessen auch lediglich
auf der konkaven Stirnseite der Tellerfeder 3 vorgesehen
sein. Ferner ist die Querschnittsform dieses abgeflachten Bereichs 3e nicht
auf den oben beschriebenen, sich verjüngenden Querschnitt eingeschränkt. Weitere
unterschiedliche Formen können ebenso
verwendet werden, so wie die eben beschriebenen Formen. Darüber hinaus
muss der abgeflachte Bereich 3e nicht notwendigerweise
durchgehend entlang des gesamten Umfangs der Tellerfeder 3 bzw.
des mittigen Lochs 3a ausgeformt sein. Stattdessen kann
beispielsweise wie in 13 gezeigt, der abgeflachte
Bereich 3e lediglich in einigen begrenzten Abschnitten
entlang der Umfangsrichtung des mittigen Lochs 3a ausgeformt
sein. Bei diesem Beispiel sind die abgeflachten Bereiche 3e an
mehreren Stellen entlang der Umfangsrichtung des mittigen Lochs 3a vorgesehen,
wobei die abgeflachten Bereich 3e mit einem vorbestimmten
Abstand voneinander beabstandet sind. In diesem Fall bildet jeder
dieser abgeflachten Bereiche 3e, die an den mehreren Stellen
vorgesehen sind, die Ausnehmung 4. Im Übrigen kann die Form und die
Anzahl der abgeflachten Bereiche 3e sowie der Abstand zwischen
diesen in Umfangsrichtung wunschgemäß variieren. Ferner ist es
für die
Mehrzahl an abgeflachten Bereichen 3e nicht notwendig,
dass sie mit demselben festen Abstand untereinander angeordnet sind.
-
6. Sechstes
Ausführungsbeispiel
-
Als
Nächstes
wird ein sechstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. 14 ist eine teilgeschnittene
perspektivische Darstellung, die einen Aufbau einer Tellerfeder 3 zeigt,
die in einer Tellerfedervorrichtung 1 gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Wie in dieser Zeichnung
dargestellt, ist die Ausnehmung 4 bei der Tellerfedervorrichtung 1 dieses
Ausführungsbeispiels durch
eine Nut 3f gebildet, die sich kontinuierlich entlang der
Umfangsrichtung des mittigen Lochs 3a der Tellerfeder 3 erstreckt
und mindestens zum mittigen Loch 3a hin offen ist. Der übrige Aufbau
ist identisch zu demjenigen des oben beschriebenen fünften Ausführungsbeispiels.
-
Insbesondere
weist die Nut 3f einen im Wesentlichen v-förmigen Querschnitt
auf, und sie ist durchgehend über
den gesamten Umfang der Tellerfeder 3 bzw. der inneren
Umfangsfläche
des mittigen Lochs 3a ausgebildet. Ferner ist die Nut 3f in
diesem Fall im Wesentlichen axial mittig im mittigen Loch 3a der
Tellerfeder 3 angeordnet. Die Nut 3f kann bezüglich des
mittigen Lochs 3a der Tellerfeder 3 auch helixförmig verlaufen.
Des weiteren ist die Form der Nut 3f nicht auf den oben
beschriebenen, im Wesentlichen v-förmigen Querschnitt begrenzt,
sondern kann unterschiedliche Formen aufweisen, wie einen im Wesentlichen
uförmigen
Querschnitt, einen rechtwinkligen Querschnitt etc.
-
7. Siebtes
Ausführungsbeispiel
-
Als
Nächstes
wird ein siebtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. 15 ist eine teilgeschnittene
perspektivische Ansicht, die einen Aufbau einer Tellerfeder 3 zeigt,
welche in einer Tellerfedervorrichtung 1 entsprechend dem
siebten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Wie in der Zeichnung
gezeigt, ist die Ausnehmung 4 bei der Tellerfedervorrichtung 1 dieses
Ausführungsbeispiels
durch eine Mehrzahl von Vertiefungen 3g gebildet, die in
die innere Umfangsfläche
des mittigen Lochs 3a der Tellerfeder 3 eingebracht
sind. Der übrige
Aufbau ist identisch mit demjenigen des oben beschriebenen fünften Ausführungsbeispiels.
Die Vertiefung 3g ist als kreisrunde Bohrung mit einer
vorbestimmten Tiefe in Radialrichtung der Tellerfeder 3 ausgebildet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind an einer Mehrzahl von entlang der Umfangsrichtung des mittigen Lochs 3a angeordneten
Stellen Vertiefungen 3g mit vorbestimmten Abstand zueinander
vorgesehen. In diesem Fall bildet jede dieser Vertiefungen 3g die Ausnehmung 4.
Im Übrigen
kann die Form und die Anzahl der Vertiefungen 3g sowie
die Abstände
zwischen den Vertiefungen 3g in Umfangsrichtung wunschgemäß variieren.
Des Weiteren ist es für
die Mehrzahl von Vertiefungen 3g nicht notwendig, dass sie
mit demselben festen Abstand voneinander beabstandet sind.
-
8. Weitere Ausführungsbeispiele
-
- (1) Die Ausgestaltung der Ausnehmung 4,
die in der Führungsachse 2 vorgesehen
ist, ist nicht auf diejenigen Formen begrenzt, die oben im ersten und
im zweiten Ausführungsbeispiel
beschrieben sind. Beispielsweise kann gemäß einem alternativen bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ein helixförmiger
abgefaster Abschnitt 2d entsprechend einem solchen, der
durch Übertragen
der Führungsachse 2 mit
abgefastem Abschnitt 2d auf das erste Ausführungsbeispiel
entsteht, vorgesehen sein, um die Ausnehmung 4 zu bilden.
Des Weiteren muss die Ausnehmung 4 nicht durchgehend entlang
der Axialrichtung der Führungsachse 2 ausgeformt
sein, sondern kann einige Diskontinuitäten oder Sprünge aufweisen.
Denn selbst mit einer solchen geänderten
Ausnehmung 4 mit Diskontinuitäten ist es gleichwohl möglich, einen
Zwischenraum zwischen der Führungsfläche 2c der
Führungsachse 2 und
der geführten Fläche 3b der
Tellerfeder 3 zu bilden, wodurch die vorteilhafte Wirkung
der vorliegenden Erfindung erzielt werden kann. Weiterhin kann die
Ausnehmung 4 jedwede andere Form annehmen, als eine abgefaste
Form oder eine Nut. Beispielsweise kann die Ausnehmung 4 aus
einer Mehrzahl von kreisrunden Bohrungen gebildet sein, die mit einer
vorbestimmten Tiefe in Radialrichtung der Führungsachse 2 in diese
eingebracht sind. In diesem Fall können die kreisrunden Bohrungen oder
dergleichen vorteilhafterweise sowohl entlang der Umfangsrichtung
als auch entlang der Axialrichtung der Führungsachse 2 angeordnet sein.
- (2) Des Weiteren war die Ausnehmung 4 in den oben beschriebenen
ersten und zweiten Ausführungsbeispielen über den
gesamten axialen Führungsbereich
der Führungsachse 2 vorgesehen, welcher
die Tellerfedern 3 führt.
Gleichwohl ist die Ausgestaltung dieses Bereichs, in der die Ausnehmung 4 vorgesehen
ist, nicht auf die obigen Ausgestaltungen begrenzt. Beispielsweise
kann gemäß eines
alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung die Ausnehmung 4 lediglich an einem Teil
des die Tel lerfedern 3 führenden Bereichs in Axialrichtung
der Führungsachse 2 vorgesehen
sein. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Ausnehmung 4 zumindest
auf einem Abschnitt zwischen den Tellerfedern und der Führungsachse 2 vorgesehen
ist, auf dem eine Blockierung durch Abrieb aufzutreten pflegt. Beispielsweise
ist eine Ansammlung von Abrieb auf demjenigen axialen Drittel des
gesamten die Tellerfedern 3 führenden Bereichs der Führungsachse 2,
das auf der Seite des Anschlags 5 liegt, wahrscheinlicher.
Daher ist es bevorzugt, dass die Ausnehmung 4 zumindest
auf diesem Abschnitt vorgesehen ist. Das heißt, zumindest auf der Fläche, die
das Blockieren durch Abrieb zu begünstigen pflegt, kann die Lücke oder
der Zwischenraum zwischen der Führungsfläche 2c der
Führungsachse 2 und
der geführten
Fläche 3b der Tellerfeder 3 ausgeformt
werden, so dass die vorteilhafte Wirkung der vorliegenden Erfindung
erzielt werden kann.
- (3) In den jeweiligen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
ist die Ausnehmung 4 entweder in der Führungsachse 2 oder
in den Tellerfedern 3 vorgesehen. Gleichwohl ist die vorliegende
Erfindung nicht auf solch einen Aufbau beschränkt. Vielmehr sind die Ausnehmungen 4 gemäß einem alternativen
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sowohl in der Führungsachse 2 als
auch in der Tellerfeder 3 vorgesehen. Bei allen Tellerfedern 3 gemäß des fünften bis siebten
Ausführungsbeispiels
der oben beschriebenen Erfindung weist das mittige Loch 3a einen kreisförmigen Grundriss
auf. Selbst wenn diese Tellerfedern zusammen mit irgendeiner der
Führungsachsen 2 mit
abgefasten Abschnitten 2d, Nuten 2e etc. verwendet
werden, um die Tellerfedervorrichtung 1 zu bilden, tritt
daher eine solche Biegung in der Tellerfeder 3 auf, bei
der kein unabsichtliches Einhaken in Umfangsrichtung erfolgt. Daher
sind solche Aufbauten besonders vorteilhaft.
- (4) Im vorangehenden Ausführungsbeispiel
wurde eine Mehrzahl (drei) von Tellerfedern 3 in gleicher
Orientierung übereinander angeordnet,
um eine Gruppe zu bilden, dann wurde eine Mehrzahl von solchen Gruppen
(42 Gruppen) koaxial auf die Führungsachse 2 gesetzt,
und zwar mit alternierenden axialen Orientierungen der Gruppen. Gleichwohl
kann die Anordnung der Tellerfedern 3 nach Wunsch variieren,
abhängig
von der erforderlichen Federkraft. Dementsprechend muss nicht erwähnt werden,
dass es beim Anordnen der Tellerfedern 3 genau so gut möglich ist,
die Orientierung von aneinander angrenzenden Tellerfedern 3 zu ändern oder
alle Tellerfedern mit gleicher Orientierung anzuordnen.
- (5) Gemäß einem
geänderten
und bevorzugten Ausführungsbeispiel
der oben jeweils beschriebenen Ausführungsbeispiele kann Schmierstoff
zwischen die Außenfläche der
Führungsachse 2 und die
inneren Umfangsflächen
der Tellerfedern 3 eingebracht werden. In den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen
war ein Feststoff-Schmierfilm als Schmierung zwischen der Führungsachse 2 und
der Tellerfeder 3 vorgesehen. In bestimmten Fällen kann
jedoch eine Schmierung durch Fett sinnvoller sein, beispielsweise
wenn eine Plattierung oder Härtung
der Oberflächen
der Führungsachse 2 und
der Tellerfedern 3 durchgeführt worden ist. In solchen
Fällen
kann bei den oben beschriebenen Aufbauten, die durch die vorliegende
Erfindung vorgeschlagen werden, auch eine große Menge an Fett in der Ausnehmung 4 vorgehalten
werden. Dementsprechend kann eine Qualitätsverschlechterung des Fettes
vorteilhafterweise verzögert
werden. Im Ergebnis kann eine gute Schmierung zwischen den Tellerfedern 3 und
der Führungsachse 2 über eine
verlängerte Zeitdauer
aufrechterhalten werden.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Die
vorliegende Erfindung kann bei einer Tellerfedervorrichtung eingesetzt
werden, die in einem Antriebsmechanismus einer Werkzeughaltevorrichtung
verwendet werden kann, wie sie in einem in 16 gezeigten
Maschinen werkzeug enthalten ist, oder in Antriebsmechanismen von
verschiedenen anderen Vorrichtungen, wie Vorrichtungen zum Öffnen und
Schließen
von Ventilen.