DE102006053731A1

DE102006053731A1 - Vorrichtung mit einem auf Temperaturwechsel reagierenden Kompensationselement

Info

Publication number: DE102006053731A1
Application number: DE200610053731
Authority: DE
Inventors: Thorsten Dipl.-Ing. Biermann (FH); Jan Dipl.-Ing. Georgi (FH); Umberto Rocca
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2008-05-21
Also published as: WO2008058815A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2, 34), die wenigstens ein auf Temperaturwechsel mit Volumenänderungen reagierendes Kompensationselement (3) aufweist und die mittels der Volumenänderungen des Kompensationselements (3) in wenigstens einer axialen Abstandsgröße veränderlich zwischen mindestens zwei Maschinenelementen (4,5) axial so eingespannt ist, dass Abweichungen der Abstandsgröße vom Sollwert zwischen den zwei axial gegeneinander angeordneten Maschinenelementen (4, 5) durch Änderung des Volumens einstellbar sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Kompensationselemente, die die Folgen unterschiedlicher Wärmeausdehnung von Bauteilen aus verschiedenen Materialien kompensieren, sind insbesondere aus der Wälzlagertechnik bekannt. DE 42 21 802 A1 beschreibt derartige Elemente in einer Anordnung mit Kegelrollenlagern, mit denen die für Kegelrollenlager notwendige axiale Vorspannung in allen Betriebszuständen abgesichert wird. Die in diesem Fall eingesetzte Vorrichtung ist durch einen im Längsschnitt der Lageranordnung s-förmig profilierten Stützring gebildet. Durch die axial ausgerichteten Schenkel des s-Profils ist in jeder von zwei Kammern ein Kompensationselement radial gehalten. Die Kompensationselemente sind aus einem Kunststoff, dessen Werkstoff einen Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist, der weit höher ist als die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Werkstof fe der Bauteile der Lageranordnung einschließlich des Gehäuses. Jedes der Kompensationselemente ist in einer Richtung axial an dem Stützring und in die andere Richtung an einem axialverschiebbaren Lagerring des Kegelrollenlagers bzw. an dem Gehäuse angeordnet. Volumenänderungen aus Wärmedehnung werden als axialer Schub von dem Kompensationselement an den Lagerring weitergegeben.
DE 42 00 917 A1 beschreibt eine Lagerung einer Getriebewelle eines Kraftfahrzeugs. Die Getriebewelle ist in einem Getriebegehäuse gelagert, das einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als die Getriebewelle weil das Gehäuse aus Leichtmetall ist und die Wellen-Lageranordnung vornehmlich Bauteile aus Stahl aufweist. Die Folgen der Wärmedehnung werden in dieser Anordnung durch eine Vorrichtung ausgeglichen, die zwischen einem Festlager und einem Wellenabsatz der Getriebewelle eingespannt ist. Die Vorrichtung ist durch einen Metalltopf gebildet, der mit einer Kunststoffdehnmasse gefüllt ist. Volumenänderungen aus Temperaturänderungen resultieren in axialer Ausdehnung des radial zwischen Topf und Getriebewelle eingefassten sowie axial einseitig abgestützten Kompensationselements.
Die Verwendung von Bauteilen unterschiedlichen Werkstoffen, die auch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, kann zu erheblichen Längen-beziehungsweise Volumendifferenzen an Bauteilen von Baugruppen und somit zu ungewollt großen Axialspielen oder zum Nachlassen von axialen Vorspannungen zwischen den gegeneinander vorgespannten Bauteilen führen. Unter Spiel ist ein axialer Abstand zwischen zwei Bauteilen zu verstehen, innerhalb dessen diese aufeinander zu oder voneinander weg freibeweglich sind. Unter Spiel ist jedoch auch ein negativer Abstand zu verstehen, um den zwei gegeneinander verspannte und unter Vorspannung stehende Bauteile aufgrund der Vorspannung elastisch eingefedert sind. Negatives Axialspiel entsteht, wenn zum Beispiel zwei Lagerstellen axial gegeneinander vorgespannt bzw. gegeneinander verspannt sind, so dass deren Material und u.U. auch das aus deren Umgebung um einen geringen Betrag (= negatives Spiel) elastisch einfedert sind. Sobald sich die Vorspannung verringert wird das negative Spiel zwischen den beiden Lagerstellen geringer und ist beim Wegfall der Vorspannung = Null bzw. ist positives Spiel (ein axialer Luftspalt). Die positiven und negativen Abstände, Vorspannungen bzw. Spiele sind in den Schutzansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung unter dem Begriff axiale Abstandsgrößen zusammengefasst.
Ein Beispiel für eine Anwendungen einer gattungsgemäßen Vorrichtung ist der Einsatz dieser in einem Hinterachsgetriebe eines Kraftfahrzeugs, wie dieses auch in DE 42 00 917 A1 beschrieben ist. In Hinterachsgetrieben ist in der Regel eine Ritzelwelle zweifach gelagert. Das Ritzel der Ritzelwelle steht mit einem Tellerrad im Eingriff. Das Tellerrad ist auf einer Welle angeordnet und die Welle ist zweifach gelagert. Die Lager sind zumeist Schräglager in Form von Schrägkugellagern oder in Form von Kegelrollenlagern. Die Lagerstellen werden in so genannten O-beziehungsweise X-Anordnungen mit Vorspannung gegeneinander angestellt. Oft ist das Gehäuse dieser Differenziale aus Leichtmetalllegierungen gefertigt. Die Welle mit Ritzel oder Tellerrad und die Lageranordnung dagegen sind aus Stahl, so dass in Abhängigkeit von der Temperatur Unterschiede in der Ausdehnung der Materialien auftreten. Dies führt bei Temperaturanstieg an der Ritzelwelle zu einer Zunahme der Vorspannung zwischen den in O-Anordnung gegeneinander angestellten Lagern. Die Vorspannung in den Lagerstellen mit X-Anordnung zur Lagerung der Welle mit Tellerrad dagegen verliert aufgrund des Temperaturanstiegs an Vorspannung.
Mit den zuvor beschriebenen Anordnungen sind die unerwünschten Einflüsse aus Wärmedehnung selten in vollem Umfang kompensierbar. Das ist dadurch bedingt, dass der zur Verfügung stehende Bauraum für derartige Vorrichtungen begrenzt ist. Die Kompensationselemente sind deshalb sehr klein, so dass der axiale Hub dieser entsprechend gering und häufig kleiner als ist als die zu korrigierenden Abweichungen groß sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der vorgenannten Gattung zu schaffen, mit der die zuvor genannten Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 und davon abhängiger Ansprüche gelöst.
Die Vorrichtung ist in ihren axialen Abmessungen beziehungsweise Vorspannungen veränderlich zwischen mindestens zwei Maschinenelementen axial eingespannt oder alternativ auch mit Spiel angeordnet und weist wenigstens ein auf Temperaturwechsel mit Volumenänderungen reagierendes Kompensationselement auf. Die aus Temperaturänderungen resultierenden Volumenänderungen des Kompensationselements sind quer zu der Ausrichtung der möglichen Abstandsgrößen (Spiel- und Vorspannrichtung) gerichtet, mit denen die Vorrichtung auf die Maschinenelemente wirkt. Quer gerichtet heißt quer zu axialen Richtungen der Lageranordnung gerichtet und ist wahlweise radial gerichtet, umfangsseitig gerichtet oder tangential gerichtet.
Die Erfindung sieht in der Vorrichtung eine Mechanik für das Umsetzen von Änderungen der Abmessungen/des Volumens des Kompensationselements in axiale Bewegungen vor, wobei diese Änderungen zunächst an dem Kompensationselement aus radialer oder umfangsseitiger bzw. tangentialer Verstellrichtungen aufgenommen werden und dann mittels der Mechanik in axial gerichtetes Einstellen oder Regeln der Abstandgrößen umgewandelt wird. Änderungen sind temperaturabhängige Änderungen der geometrischen Abmessungen durch Zusammenziehen, Ausdehnen, Vergrößern, Verkleinern, Schrumpfen oder Schwellen der Abmessungen bzw. des Volumens des Kompensationselements, die mittels der Mechanik in axiale Verstell-, Regel- bzw. Einstellbewegungen umgesetzt werden. Verstell-, Regel- bzw. Einstellbewegungen sind beispielsweise axiales Spreizen oder Zusammenziehen der Vorrichtung, das in Änderungen von axialen Abständen und/oder in Änderungen der Vorspannung zwischen zwei gegeneinander verspannten Bauteilen resultiert.
Es ist ein Verfahren zur Einstellung der axialen Abstandsgrößen zwischen wenigstens zwei axial zueinander beabstandeten Bauteilen mittels der Vorrichtung vorgesehen. Das Verfahren sieht vor, dass mittels der Vorrichtung quer zu axialen Abstandsgröße gerichtete Volumenänderungen wenigstens ein Verstellelement quer zu axialen Abstandsgrößen betätigt wird. Zunächst wird das Verstellelement also mittels der aus den Volumenänderungen resultierenden quer zur axialen Richtungen gerichteten Verstellbewegungen des Kompensationselements betätigt. Dann wird/werden in der Vorrichtung mittels dieses Verstellelements ein weiteres oder weitere Verstellelemente betätigt, an denen oder mittels derer die quer gerichteten Verstellbewegungen in axiale Verstellbewegungen zur Änderung der Abstandsgrößen gewandelt/umgesetzt bzw. übersetzt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Baugruppen eingesetzt, in denen wenigstens zwei Bauelemente axial gegeneinander vorgespannt werden sollen. Alternativ sollen mittels der Vorrichtung definierte Abstände zwischen wenigstens zwei Bauelementen gehalten werden. Das betrifft insbesondere Vorrichtungen, die als Vorspannelement oder als Abstandhalter zwischen Lageranordnungen für Wellen und Achsen vorgesehen sind oder mit denen ein konstanter Abstand beziehungsweise eine konstante Vorspannung zwischen Getriebeelementen wie z.B. zwischen Gehäusen, Zahnradrädern und Lagerstellen gehalten werden sollen.
Die Vorrichtung weist wenigstens ein Bauteil auf, das aufgrund seiner Funktion Verstellelement genannt ist. Ein erstes Verstellelement ist quer zu der axialen Abmessung gerichtet und somit in Verstellrichtung beweglich und durch die quer zu den Abstand gerichteten Volumenänderungen verstellbar. Das erste Verstellelement ist mit mindestens einem weiteren Bauteil, das als zweites Verstellelement bezeichnet ist, gekoppelt. Die mechanische Wirkverbindung zwischen beiden Verstellelementen ist zum Beispiel getrieblich mit Verzahnungselementen oder mittels Nocken verstellt.
Nocken sind in diesem Fall beliebige axial oder radial aus dem Verstellelement herausragende Vorsprünge mit kurvenartigen oder keil- bzw. rampenartig verlaufenden Anlaufkonturen. An den Anlaufkonturen läuft das weitere Verstellelement, dem Anstieg mit axialen Verstellbewegungen folgend, ab.
Die Ablaufbewegung an der Anlaufkontur wird aufgrund des axialen Anstiegs in eine geradlinige axiale Bewegung entweder nur des zweiten Verstellelements oder beider Verstellelemente gewandelt. Durch die axiale Verlagerung eines der Verstellelemente, das durch axiale Verlagerung der sich aneinander abstützenden Verstellelemente wird die Vorrichtung axial zusammen- oder auseinandergespreizt, axial gespannt oder entspannt. Denkbar ist auch, dass beide der Verstellelemente die nockenartigen Vorsprünge aufweisen, die dann an den Anlaufkonturen gegeneinander verspannt sind oder aneinander anliegen und bei Verstellbewegungen auch aneinander ablaufen. Einen Stellelement ist axial nicht verschiebbar ortsfest abgestützt oder mit dem anderen Verstellelement schwimmend verschiebbar zwischen den Bauelementen angeordnet.
Der nockenartige Vorsprung, gegen dessen Anlaufkontur das andere der Verstellelemente beweglich und axial anliegt, steht von einer gedachten und senkrecht von der Rotationsachse durchdrungenen Ebene aus in Richtung des anderen der Verstellelemente aus dem Verstellelement heraus. Die Stirnseite eines scheibenförmigen Verstellelements liegt beispielsweise in dieser Ebene. Dabei verläuft die Anlaufkontur beispielsweise radial nach außen oder alternativ tangential bzw. umfangsseitig ausgerichtet. Vorteilhafterweise sind mindestens zwei der nockenartigen Vorsprünge an einem der Verstellelemente oder je mindestens zwei an jedem der gepaarten Verstellelemente ausgebildet. Die Vorsprünge sind dann beispielsweise umfangsseitig zueinander benachbarte und radial bzw. tangential ausgerichtete Keile oder Nockenbahnen, die umfangsseitig aufeinander folgen.
Diese Bauteile sind z.B. gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ringscheibenförmig bzw. segmentförmig und sitzen um die Symmetrieachse eines Wellenabschnitts schwenkbar auf dem Wellenabschnitt. Der Wellenabschnitt ist beispielsweise ein Abschnitt einer Getriebewelle. Die Bauelemente, deren Ab standgröße mit der Vorrichtung in diesem Fall geregelt oder eingestellt werden soll, sind beispielsweise zwei Schräglager bzw. deren Laufringe zur Lagerung der Getriebewelle. Die Vorsprünge sind beispielsweise radial mittels wenigstens eines Kompensationselements spannbare oder lösbare Keile die mit konischen Konturen des weiteren Verstellelements verspannt sind. Vorsprünge sind auch umfangsseitig aufeinander folgende Nockenbahnen, die mit entsprechenden axialen Vorsprüngen mit Nockenbahnen am anderen Verstellelement zusammenwirken.
Das oder mehrere der Kompensationselemente stehen zumindest mit dem Verstellelement in einer Wirkverbindung. Es ist auch denkbar, dass das oder dass die Kompensationselement(e) mit zwei oder mehr Verstellelementen in Wirkverbindungen stehen. Das Kompensationselement stützt sich in Verstellrichtung gegen einen ortsfesten Punkt, beispielsweise die Getriebewelle, und in die andere entgegengesetzte Richtung an dem Verstellelement ab. Alternativ ist das Kompensationselement in entgegengesetzte Richtungen an zwei der Verstellelemente abgestützt.
Im Gegensatz zu Vorrichtungen mit Kompensationselementen des Standes der Technik, mit denen die unerwünschten Einflüsse aus Wärmedehnung selten in vollem Umfang kompensierbar sind, sind die Einflüsse mit der Vorrichtung gemäß Erfindung kompensierbar. Zum einen deshalb, da das oder die Kompensationselement(e) in der erfindungsgemäßen Vorrichtung größere Kompensationshübe ausführen können und zum anderen deshalb, weil die Kompensationshübe mit der Mechanik durch Unter- oder Übersetzung noch vergrößert werden können. Der den Kompensationselementen zur Verfügung stehende radiale Bauraum für die Kompensationshübe ist größer als der axiale Bauraum. Die axialen Abmessungen der Kompensationselemente sind, wie die des Standes der Technik auch sehr klein und beanspruchen deshalb nicht mehr sondern eher weniger axialen Bauraum als die Vorrichtungen des Standes der Technik. Da diese jedoch umfangsgerichtet, tangential oder radial wirken sind aufgrund des größeren Volumens und des umfangsseitig größeren Wegs bzw. radialen Bauraums wesentlich größere Volumenänderungen als Verstellgrößen nutzbar. Der Hub des Kompensationselements (Ausdehnen und Zusammenziehen quer zur Axialrichtung) in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wesentlich größer als der von den Kompensationselementen des Standes der Technik mit vergleichsweise gleichen axialen Abmessungen. Durch geeignete Auslegung der Mechanik, d.h. der Wirkverbindungen der zwischen den Verstellelementen lassen sich die Kompensationshübe weiter vergrößern, so dass auch große axiale Spiele zwischen den Bauelementen mit der Vorrichtung ausgeglichen werden können. Eine derartige Vorrichtung ist auch zum dauerhaften Einstellen von Spielen oder Vorspannungen einsetzbar, wenn zum Beispiel die miteinander in Wirkverbindung stehenden Rampen mit Winkeln im Selbsthemmungsbereich aneinander verkeilt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 Detail einer Lageranordnung in einem Gehäuse mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zwischen dem Lager und dem Gehäuse längs entlang der Rotationsachse des Lagers geschnitten dargestellt,
2 eine Lageranordnung wie nach 1, jedoch mit einem weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zwischen dem Lager und dem Gehäuse,
3 eine mögliche Ausführung der Grundelemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Gesamtansicht,
4 ein Querschnitt der Vorrichtung nach 3,
5 ein Verstellelement der Vorrichtung nach 3 in einer Ge samtansicht,
6 eine Lageranordnung wie nach 1, jedoch mit einem weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zwischen dem Lager und dem Gehäuse,
7 eine Teilansicht der Vorrichtung nach 6, in einer Schnittdarstellung entlang der Linie VI-VI,
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Lageranordnung mit einem Kegelrollenlager 1 mit einer Vorrichtung 2. Die Vorrichtung 2 weist auf Temperaturwechsel mit Volumenänderungen reagierende Kompensationselemente 3 und 15 auf und ist in axiale Richtung, also in diesem Fall im Bild nach links und nach rechts, ausgehend vom Abstand A veränderlich zwischen einem Gehäuse 8 (Maschinenelement 4) und einem Lagerring 7 des Kegelrollenlagers (Maschinenelement 5) axial eingespannt. Mittels der Vorrichtung 2 ist die betriebsnotwendige Vorspannung zwischen dem Kegelrollenlager 1 und einem weiteren nicht dargestellten, jedoch auf der Welle 6 gegenüberliegenden Kegelrollenlager während des Betriebs der Lageranordnung abzusichern.
Der Abstand A entspricht in diesem Fall der axialen Abmessung des Lagerrings 8 vor dem Einbau des Kegelrollenlagers 1 abzüglich einer Abstandsgröße. Die Abstandsgröße ist in diesem Fall beispielsweise ein Anteil an elastischer Einfederung, mit der die Elemente Lageranordnung nach dem Einstellen der Vorspannung bei Normtemperatur eingefedert sind. Bei Betrieb und steigenden Temperaturen ist es möglich, dass sich die Vorspannung aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnung des Gehäuses 7 und den Bauteilen der Baugruppe Welle und Kegelrollenlager verringert oder verliert. Die Vorrichtung 2 kompensiert diese Verringerungen bzw. Verluste.
Die Abstandsgröße kann aber auch ein axiales Spiel (ein axialer Luftspalt) zwischen dem Lagerring 8 und dem Gehäuse 7 sein, dessen Größe sich wie im Kapitel „Hintergrund der Erfindung" schon beschrieben, unvorteilhaft verringern oder vergrößern kann. Mit den in der weiteren Beschreibung beschriebenen Vorrichtungen sind auch derartige Spiele kompensierbar.
Die Lageranordnungen nach 1 und die im Kapitel „Hintergrund der Erfindung" beschriebenen Lageranordnungen des Standes der Technik nach DE 42 21 802 A1 sind mit Ausnahme der Vorrichtungen gleich. Dieser Vergleich der beiden Anordnungen soll im selben Einbau ein Hinweis darauf geben, dass in fertigen Anordnungen die Vorrichtungen des Standes der Technik zumeist ohne Probleme gegen Vorrichtungen der Erfindung austauschbar sind. Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind jedoch vergleichsweise größere axiale Abstandsgrößen kompensierbar.
Die Vorrichtung 2 ist durch einen Stützring 9, Verstellelemente 16 und 17 sowie durch Kompensationselement der 13 und 15 gebildet. Der Stützring 9 ist im Längsschnitt der Lageranordnung s-förmig profiliert. Je ein Kompensationselement 3 oder 15 ist durch die axial ausgerichteten Schenkel 10, 11 und 12 des s-Profils in je einer von zwei Kammern 13 und 14 radial gehalten. In axialer Richtung sind die Kompensationselemente 3 und 15 jeweils zwischen einem ersten Verstellelement 16 und einem zweiten Verstellelements 17 gehalten.
Die Kompensationselemente 3 oder 15 sind zum Beispiel aus einer Kunststoffdehnmasse, deren Werkstoff einen Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist, der weit höher ist als die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe der Bauteile 4 und 5 der Lageranordnung einschließlich des Gehäuses 7. Jedes der Kompensationselemente 3, 15 ist die eine Richtung axial an einem ersten Verstellelement 16 und in die andere Richtung an einem zweiten Verstellring 17 abgestützt. Volumenänderungen aus Wärmedehnung werden als axialer Schub von den Kompensationselementen 3 und 15 an den Lagerring 8 weitergegeben. Dazu drückt ein Verstellelement 17 axial auf den Stützring 9 und eins auf den Lagerring 8.
2 zeigt eine Lageranordnung mit dem Kegelrollenlager 1, in der eine Vorrichtung 34 eingesetzt ist, und mit der analog zur Vorrichtung 2 der Lagerring 8 verschoben und somit eine Kegelrollenlageranordnung vorgespannt wird. Die Vorrichtung 34 weist mindestens einen Verstellelement 16, ein Verstellelement 17 sowie mindestens eines der Kompensationselemente 3 auf.
Die Grundelemente einer Vorrichtung, die so ausgebildet sein kann wie die Vorrichtung 2 und 34, sind in 3 bis 5 dargestellt. Die Vorrichtung 2 weist zwei dieser Anordnungen auf, die im Aufbau identisch sind, jedoch unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Die Vorrichtung 34 weist zwei identisch ausgebildete Verstellelemente 16 und 17 auf. In 3 bis 5 wird auf einem maßstäbliche Darstellung der Teile verzichtet, so dass die Grundelemente trotz Größeunterschiede nur einmal dargestellt sind. Die Verstellelemente 16 und 17 sind in diesem Fall identisch ausgebildete scheibenförmigrotationssymmetrische Grundkörper 18 und weisen einteilig mit dem Grundkörper 18 ausgebildete nockenartige Vorsprünge 19 auf..
Die Vorsprünge 19 sind rampenartig ausgebildet. Die Anlaufkontur 20 ist durch eine plane Ebene gebildet, die mit einer senkrecht von der Symmetrieachse 21 durchstoßenen planen Ebene 22 einen spitzen Winkel α einschließt. Die Symmetrieachse 21 entspricht in diesem Fall der Rotationsachse des Kegelrollenlagers 1. Eine Stirnseite des scheibenförmig ausgebildeten Grundkörpers 18 liegt in der Ebene 22.
Die Verstellelemente 16 und 17 laufen axial aneinander so an, dass deren parallel zueinander verlaufenden Anlaufkonturen 20 zumindest teilweise aufeinander liegen. Wenn beispielsweise das Verstellelement 16 um die Symmetrieachse 21 geschwenkt wird, wird der jeweilige Vorsprung 19 des Verstellelements 17 auf der Rampe des gegenüberliegenden Vorsprunges 19 am Verstellelement 16 aufsteigen, wenn das Verstellelement 16 axial ortsfest abgestützt ist oder wenn es mit einer geringeren Geschwindigkeit geschwenkt wird als das gleichzeitig schwenkender Verstellelement 16. Anders gesagt, der jeweilige Vorsprung 19 des Verstellelements 17 wird nur dann aufsteigen, wenn dieser nicht zum Beispiel durch hohe Reibwerte der Reibpaarung in Schwenkrichtung ohne Schlupf mitgenommen wird (Selbsthemmung). In der Reibpaarung, d.h. an den Oberflächen in der Anlaufkonturen 20, sind deshalb Reibbeiwerte (Reibzahlen) μ von 0,05 bis 0,3 vorgesehen. Die Selbsthemmung ist jedoch nicht nur von der Reibpaarung abhängig sondern auch von den spitzen Winkeln, mit denen die Anlaufkonturen 20 über der Ebene 22 ansteigen.
Für alle denkbaren Anwendungen der Erfindung sind Rampenwinkel (spitze Winkel α), die die Funktion der Vorrichtung außerhalb des Selbsthemmungsbereiches also eine kontinuierliche Spreizung zulassen in der Größenordnung von größer 5°, vorzugsweise größer 8° vorgesehen. Wenn Vorrichtungen gemäß Erfindung für dauerhaftes Einstellen im Selbsthemmungsbereich vorgesehen sind, so weisen diese hohe Reibwerte in der Reibradpaarung auf und sind mit Rampenwinkeln kleiner 8° beziehungsweise kleiner 5° versehen.
Die Vorrichtung ist auch in Anwendungen vorgesehen, in denen beide Verstellelemente zugleich mit gleichem oder mit entgegengesetzten Drehsinn gegeneinander verdreht werden und/oder in denen beide Verstellelemente zeitgleich Axialhübe ausüben.
Die 3 und 4 zeigen, dass die Kompensationselemente 3 und 15 bogenförmig und in Umfangsrichtung ausgerichtet sind und jeweils axial von den Verstellelementen 16 und 17 eingefasst sind. In der Vorrichtung 2 werden die in Umfangsrichtung also die in Längsrichtung der Kompensationselemente 3 und 15 gerichteten Volumenänderungen in die axialen Spreizbewegungen umgesetzt. Deshalb sind die Kompensationselemente 3 und 15 in beide Umfangsrichtungen an den Vorsprüngen 19 umfangsseitig beziehungsweise so tangential abgestützt, dass ein Ende 23 der beiden in Umfangsrichtung gerichteten Enden 23 und 24 des jeweiligen Kompensationselements 3 bzw. 15 umfangsseitig oder tangential an einem nockenartigen Vorsprung 19 des Verstellelements 16 und das andere umfangsseitigen entgegengesetzt gerichtete Ende 24 umfangsseitig oder tangential an einem nockenartigen Vorsprung 19 des Verstellelements 17 anliegt. Volumenänderungen in Folge Temperaturerhöhungen resultieren in umfangsseitig und damit quer zur Symmetrieachse 21 gerichteten Ausdehnungen des jeweiligen Kompensationselements 3 oder 5 und somit in Schwenken eines oder beider Verstellelemente 3 und 15 quer zur Symmetrieachse 21 beziehungsweise zur Rotationsachse des Kegelrollenlagers 1. Die Schwenkbewegung wird dann, wie anfangs schon beschriebenen, an den rampenartig ausgebildeten Vorsprüngen in Axialhub umgesetzt.
6 und 7 zeigen das Kegelrollenlager 1 in einer weiteren Anordnung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 25. Die Vorrichtung 25 ist aus einem als Druckring 26 ausgebildeten Verstellelement 16, aus mehreren Kompensationselementen 27 und aus der Verstellelementen 17 in Form von Schiebern 28 gebildet. Der Druckring 26 ist in dem Gehäuse 7 (Maschinenelement 4) verschiebbar geführt und liegt an dem Lagerring 8 (Maschinenelement 5) axial an.
Wie aus 7 ersichtlich ist, weist der Druckring 26 radial ausgerichtete Schlitze 29 auf. In jedem der Schlitze 29 ist mindestens ein Kompensationselement 27 und ein radial ausgerichteter Schieber radialbeweglich geführt. Jedes der Kompensationselemente 27 ist radial nach außen gegen einen Rand 30 des Druckrings 26 abgestützt und radial nach innen gegen einen Schieber 28 und damit quer zur axialen Richtung der Symmetrieachse 21 vorgespannt. Der Schieber 28 ist an einem Ende keilförmig ausgebildet und weist deshalb eine um den spitzen Winkel α zur Querebene 31 geneigte Anlaufkontur 32 auf. Die Anlaufkontur 32 liegt vorgespannt an einer schrägen Anlaufkontur 33 des Druckrings 26. Der Druckring 26 ist um den gleichen spitzen Winkel α zu der Querebene 31 geneigt. Deshalb sind die Anlaufkonturen 32 und 33 zueinander parallel. Volumenänderungen der Kompensationselemente 27 werden quer zur Symmetrieachse 21 gerichtet als Druck auf den jeweiligen Schieber 28 übertragen. Der Schieber 28 ist dadurch bestrebt sich radial in Richtung der Symmetrieachse 21 zu verschieben. Diese radiale Bewegung wird an den Anlaufkonturen 32 und 33 in axialen Druck bzw. in axiale Bewegungen des Druck rings 26 umgesetzt und von dort an den Lagerring 8 zur Einstellung beziehungsweise Regelung einer der Abstandsgrößen weitergegeben.

1: Kegelrollenlager
2: Vorrichtung
3: Kompensationselement
4: Maschinenelement
5: Maschinenelement
6: Welle
7: Gehäuse
8: Lagerring
9: Stützring
10: Schenkel
11: Schenkel
12: Schenkel
13: Kammer
14: Kammer
15: Kompensationselement
16: Verstellelement
17: Verstellelement
18: Grundkörper
19: nockenartige Vorsprung
20: Anlaufkontur
21: Symmetrieachse
22: Ebene
23: Ende
24: Ende
25: Vorrichtung
26: Druckring
27: Kompensationselement
28: Schieber
29: Schlitz
30: Rand
31: Querebene
32: Anlaufkontur
33: Anlaufkontur
34: Vorrichtung

Claims

Vorrichtung (2, 34), die wenigstens ein auf Temperaturwechsel mit Volumenänderungen reagierendes Kompensationselement (3) aufweist und die mittels der Volumenänderungen des Kompensationselements (3) in wenigstens einer axialen Abstandsgröße veränderlich zwischen mindestens zwei Maschinenelementen (4, 5) axial so eingespannt ist, dass Abweichungen der Abstandsgröße vom Sollwert zwischen den zwei axial gegeneinander angeordneten Maschinenelementen (4, 5) durch Änderung des Volumens einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Abstandsgröße der Vorrichtung (2, 34) zumindest durch quer zu der axialen Abstandsgröße gerichtete Volumenänderungen des Kompensationselements (3) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2, 34) wenigstens ein erstes Verstellelement (16) aufweist, welches durch die Volumenänderungen quer zu der axialen Abmessung gerichtet beweglich verstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2, 34) wenigstens ein erstes Verstellelement (16) aufweist, welches durch die Volumenänderungen quer zu der axialen Abmessung gerichtet antreibbar verstellbeweglich ist, und dass die Vorrichtung (2, 34) wenigstens ein zweites Verstellelement (17) aufweist, welches an dem ersten Verstellelement (16) anläuft und mittels des ersten Verstellelements (16) axial verstellbeweglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verstellelement (17) durch die Volumenänderungen quer zu der axialen Abmessung antreibbar verstellbeweglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verstellelement (17) an dem ersten Verstellelement (16) anläuft und axial verstellbeweglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verstellelement (17) mittels des ersten Verstellelements (16) axial verschiebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verstellelement (16) mittels des zweiten Verstellelements (17) axial verschiebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verstellelement (17) mittels des ersten Verstellelements (16) axial verschiebbar ist und dabei wenigstens eines der Verstellelemente (16, 17) zumindest einen axialen nockenartigen Vorsprung (19) aufweist, gegen dessen Anlaufkontur (20) das andere der Verstellelemente beweglich und axial anliegt, wobei der Vorsprung (19) von einer gedachten und senkrecht von der Rotationsachse durchdrungenen Ebene aus in Richtung des anderen der Verstellelemente aus dem Verstellelement herausragt und dabei dessen Anlaufkontur (20) von der Ebene aus über der Ebene axial ansteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das zweite Verstellelement mittels des ersten Verstellele ments (16) axial verschiebbar ist und dabei das erste Verstellelement und das zweite Verstellelement jeweils mindestens einen axialen nockenartigen Vorsprung (19) aufweist, gegen dessen Anlaufkontur (20) der andere der nockenartigen Vorsprünge beweglich und axial anliegt, wobei jeder der Vorsprung (19) von einer gedachten und senkrecht von der Rotationsachse durchdrungenen Ebene aus in Richtung des anderen Vorsprungs (19) aus dem jeweiligen Verstellelement herausragt und dabei deren jeweilige Anlaufkontur (20) von der Ebene aus über der Ebene axial ansteigt..
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenelemente eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen, dass das erste Verstellelement mit wenigstens einem Vorsprung (19) versehen ist, der rampenartig ausgebildet ist, wobei die Anlaufkontur (20) von einer gedachten und von der Rotationsachse senkrecht durchdrungenen ersten Ebene aus ansteigend verläuft und dabei die Anlaufkontur (20) der Rampe einen ersten spitzen Winkel zwischen sich und der ersten Ebene einschließt, dass das zweite Verstellelement wenigstens einen rampenartig ausgebildeten Vorsprungs (19) aufweist, wobei die Anlaufkontur (20) von einer gedachten und von der Rotationsachse senkrecht durchdrungen zweiten Ebene aus ansteigt und dabei die Anlaufkontur (20) der zweiten Radialebene einen zweiten spitzen Winkel zwischen sich und der zweiten Radialebene einschließt und wobei die Anlaufkonturen (20) parallel zueinander ausgerichtet sind und zumindest teilweise axial aneinander liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenänderungen des Kompensationselements (3) zumindest tangential oder umfangsgerichtet um eine Rotationsachse (21) eines der Bauteile gerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (3) wenigstens aus einem Werkstoff ist, der einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als der Werkstoff aufweist, aus dem wenigstens eines der Verstellelemente (16, 17) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (3) axial zwischen dem ersten und dem zweiten Verstellelement (16, 17) angeordnet und tangential in einer Richtung an dem ersten Verstellelement (16) sowie tangential in die andere Richtung an dem zweiten Verstellelement (17) abgestützt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit der zumindest Einflüsse aus Wärmedehnung auf die Anordnung der Maschinenelemente (4, 5) kompensierbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit der axiales Spiel und Vorspannung zwischen den Maschinenelementen (4, 5) dauerhaft herstellbar ist.