DE102007030887A1

DE102007030887A1 - Vorrichtung mit Aufnahme für einen Hebel

Info

Publication number: DE102007030887A1
Application number: DE102007030887A
Authority: DE
Inventors: Nikolaj Bechthold
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2008-11-13
Also published as: US7882746B2; WO2008138680A1; US20080277553A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) mit Aufnahme (9) für einen Hebel (2), der in der Vorrichtung (1) um eine Drehachse (3, 14, 15) zumindest schwenkbar ist, wobei die Aufnahme (9) zu der Drehachse (3, 14, 15) radial beabstandet und mit dem Hebel (2) um die Drehachse (3, 14, 15) schwenkbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Hebels, der mit der Vorrichtung um eine Drehachse schwenkbar oder drehbar ist, wobei die Vorrichtung zu der Drehachse radial beabstandet und mit dem Hebel um die Drehachse dreh- und oder schwenkbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Der Gegenstand der Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Messen von Reaktionsmomenten- und Kräften an einem Hebel. Die Hebel sind beispielsweise als Messbalken ausgebildet. In diesem Falle sind die Messbalken Bestandteil der Messvorrichtung, insbesondere zur Messung von Drehmomenten in Drehverbindungen. Alternativ sind die Hebel Abschnitte von Wellen- beziehungsweise an Gelenkwellen, die über ein Gelenk mit einem weiteren Abschnitt gelenkig verbunden sind. Die Reaktionskräfte bzw. Reaktionsmomente entstehen in der Vorrichtung als Reaktionen auf Drehmomente in Drehverbindungen bzw. in Lagern oder auf Beugemomente in Gelenken, wenn Drehverbindungen bzw. Lager gedreht beziehungsweise Gelenke gebeugt werden.
Die Momente von Drehverbindungen sind beispielsweise die Drehmomente, die aus Reibung und/oder Wälzkontakt in der Drehverbindung entstehen, wenn zwei aneinander oder ineinander drehbar gelagerte Bauteile, zum Beispiel der Innenring und der Außenring eines Wälzlagers, aneinander gleiten oder auf dazwischen angeordneten Wälzkörpern gegeneinander abgestützt sind. Dabei wird der Hebel mindestens einmal 360° um die Drehachse gedreht. Die Drehmomente von Wälzlagern sollten in der Regel möglichst niedrig sein.
Das Beugemoment ist in Gelenkwellenanordnungen des Antriebsstrangs von Fahrzeugen ein Maß für das in der Gelenkanordnung vorherrschende Spiel. Das Spiel ist beispielsweise in so genannten Gleichlaufgelenken aber insbesondere in Zapfenkreuzgelenken ein Bewertungskriterium für die Funktion der Gelenkwellenanordnung. Durch zu großes Spiel können Unwuchten um die Rotationsachsen der Gelenkwellenabschnitte entstehen.
Als Beugemoment wird der Widerstand im Gelenkknickpunkt eines Gelenkes bezeichnet, der dem Beugen von zwei mit dem Gelenk verbundenen Gelenkwellenabschnitten spürbar und somit messbar entgegen gerichtet ist. Das Beugemoment ist vom Aufbau der entsprechenden gelenkigen Verbindung abhängig und setzt sich beispielsweise an einem Gelenk einer Gelenkwelle eines Kraftfahrzeugs aus Reibmomenten und aus weiteren Widerständen des Wälzkontakts zusammen. In Zapfenkreuzgelenken wird der Wert des Beugemoments an der Spielfreiheit des Gelenks festgelegt, d. h. die Gelenke werden bewusst unter Vorspannung montiert. So wird beispielsweise zwischen den Stirnseiten der Zapfenkreuze und den Böden der Gelenkkreuzbüchsen absichtlich Reibung eingestellt. Zapfenkreuzgelenke sind Drehmomente übertragende gelenkige Verbindungen zwischen zwei Gelenkellenabschnitten, die in alle Richtungen möglichst spielfrei sind. in Zapfenkreuzgelenken ist jeder der Gelenkwellenabschnitte mit einer Gelenkgabel versehen. Die beiden Gelenkgabeln sind mittels eines Gelenkkreuzes um zwei Gelenkachsen schwenkbar verbunden und sind dazu in der Regel möglichst reibungsarm auf den Zapfen des Gelenkkreuzes mittels Wälzlagern gelagert. Jede der Gelenkachsen (Beugeachsen) entspricht einer der Achsen des Zapfenkreuzes, die senkrecht zueinander ausgerichtet sind und die sich im Mittelpunkt des Gelenkkreuzes kreuzen. Mit der Messung des Beugemoments kann dieser Widerstand zusammen mit weiteren Widerständen beispielsweise aus den Radialwälzlagern der Gelenkkreuzbüchsen überprüft werden. Dazu wird ein Gelenkabschnitt der Gelenkwellenanordnung festgehalten und der andere um eine der Achsen des Zapfenkreuzes geschwenkt.
Mit Gleichlaufgelenken wird zwischen zwei Gelenkwellenabschnitten eine gelenkige und Drehmomente übertragende Verbindung hergestellt, die axiale Relativbewegungen zwischen den Gelenkwellenabschnitten zulassen muss. Dazu weisen die Gelenke in der Regel in Laufbahnen geführte Wälzkörper auf, an denen die zwei Gelenkabschnitte relativ zueinander axialbeweglich abwälzen und über die die Gelenkabschnitte in Umfangsrichtung formschlüssig Drehmomente übertragend miteinander im Eingriff stehen. Die Reibmomente sollten in dieser Anordnung möglichst gering sein.
Geringes Spiel in Gelenkanordnungen ist wichtig für die Funktion der Gelenkwelle. Da die Gleichlaufgelenke axialen Ausgleich zulassen sollen, ist das Spiel positiv. Positive Spiele sind Luftspalte zwischen den aneinander gelagerten Elementen, die so gering wie möglich sein sollten aber vorhanden sind, auch um die Beugemomente gering zu halten. In den Zapfenkreuzgelenkanordnungen sind die Zapfenkreuze und die Gelenkgabeln dagegen, wie anfangs schon erwähnt, spielfrei und unter Vorspannung gegeneinander beweglich aneinander montiert. Die Elemente sind, um die Spielfreiheit abzusichern, vorzugsweise mit negativen Spiel also mit Vorspannung zueinander montiert. Ein Maß für die Spielfreiheit oder das Maß für die Vorspannung, mit dem die Gelenkgabeln und das Zapfenkreuz miteinander montiert werden sollen oder montiert sind, ist das Beugemoment, mit dem sich das vorgespannte Gelenk um die jeweilige Gelenkachse beugen lässt. Das für die Funktion notwendige Beugemoment jeder Gelenkwellenanordnung wird zunächst ermittelt und mit Refe renzwerten festgelegt. Die Referenzwerte werden dann beispielsweise in der Qualitätskontrolle für Vergleiche an Serienprodukten hinzugezogen.
DE 39 22 194 C1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung der allgemeinsten Form zum Messen von Beugemomenten in Zapfenkreuzgelenkanordnungen. Die Vorrichtung ist durch eine Halterung gebildet, mit der ein Gelenkwellenabschnitt ortsfest gehalten ist. Die Gelenkgabel dieses Gelenkabschnitts ist so in der Vorrichtung orientiert, dass der andere Gelenkwellenabschnitt durch einen Schwenkantrieb angetrieben um die Gelenkachsen des Zapfenkreuzes schwenkbar ist. Zwischen dem schwenkbeweglichen Gelenkabschnitt und dem Schwenkantrieb ist ein Biegestab angeordnet, dessen Fasern der Außenhaut abhängig von Beugerichtung und Widerstand des Gelenkes gestreckt oder gestaucht werden. Auf der Außenhaut sind Dehnmessstreifen angeordnet, mit denen die Dehnungen der Fasern erfasst und in entsprechende elektrische Spannungsgrößen umgewandelt werden.
Der Schwenkantrieb ist mit einer Radialführung und daran anschließend über ein Kugelgelenk mit dem Biegestab gelenkig verbunden. Die Radialführung ist mittels des Schwenkantriebs mit einem Schwenkwinkel von 90° um die Rotationsachse der Gelenkwellenanordnung im Rotationssinne schwenkbar.
Mit dem in DE 39 22 194 C1 beschriebenen Verfahren werden die beim Beugen des beweglichen Gelenkabschnitts gegenüber dem starren Gelenkabschnitt um die beiden Gelenkachsen entgegenwirkenden Biegemomente gemessen. Dazu wird die Radialführung mittels des Schwenkantriebs auf einem Bogen um 90° im Rotationssinne um die Rotationsachse geschwenkt. Dabei werden die an den Gelenkachsen entgegenwirkenden Beugemomente zunächst in Form von Spannungsgrößen an den Dehnmessstreifen des Biegestabs erfasst. Diese Spannungsgrößen sind Biegemomenten proportional, werden aufgezeichnet und wahlweise umgerechnet und in einer Anzeigeneinrichtung lesbar angezeigt.
DE 41 02 278 A1 zeigt und beschreibt eine Vorrichtung zum Messen von Kräften und Momenten in Gelenkwellenanordnungen mit Gleichlaufgelenken. Diese Vorrichtung weist eine ortsfeste Aufnahme auf, in der fest einer der Gelenkabschnitte aufgenommen ist. Der andere Gelenkwellenabschnitt ist mittels Gelenk zu dem festen Gelenkwellenabschnitt schwenkbar. Auf der Schwenkachse ist zwischen dem Angriff des Schwenkantriebs und dem Gelenk eine Vorrichtung zur Kraft – Wegmessung angeordnet, in der der schwenkbare Gelenkwellenabschnitt aufgenommen ist. Die Aufnahme, in der der schwenkbewegliche Gelenkwellenabschnitt aufgenommen ist, ist mit dem Gelenkwellenabschnitt mit beweglich. Radiale Bewegungen und Schwenkbewegungen werden an Kraft-Weg-Aufnehmern (Kraftmesssensoren) in entsprechenden Signale umgesetzt, die das Beugemoment am Gelenk wiedergeben. Die Beugemomente werden als Auslenkungen der Aufnahme umgesetzt, die in der Vorrichtung durch Reaktionskräfte auf die Momente an dem Lager verursacht sind.
Wenn der schwenkbewegliche Gelenkwellenabschnitt gebeugt und gleichzeitig um die Rotationsachse geschwenkt wird, wird sich abhängig vom Beugewinkel aufgrund toleranzbedingter Maß-, Form und Lageabweichungen von den Sollwerten in der Gelenkwelleanordnung und/oder der Vorrichtung der effektive Messabstand zwischen dem Schwenkantrieb und dem Gelenk oder zwischen der Aufnahme im Messblock und dem Schwenkantrieb verändern oder ist bestrebt dies zu tun. Das kann zu axial gerichteten Zwangkräften in der Anordnung führen. Sowohl die Abstandsänderungen als auch die Zwangskräfte können die Messergebnisse verfälschen. Form- und Lageabweichungen, zum Beispiel die Abweichungen von der Konzentrizität der Rotationsachsen der Gelenkwellenabschnitte oder Fluchtungsfehler zwischen den Rotationsachsen und der Längsachse der Aufnahme im Messblock, können zu wechselnden Zwangskräften beispielsweise zu Verspannungen des Gelenkwellenabschnitts in der Vorrichtung führen. In anderen Fällen kann das Spiel zwischen Aufnahme und Gelenkwellenabschnitt zu groß sein, so dass die Gelenkwelle bei Messungen innerhalb des Spiels in der Vorrichtung mit den entsprechenden nachteiligen Auswirkungen auf das Messergebnis beweglich ist.
Aufgabe der Erfindung
Der schwenkbewegliche bzw. drehbewegliche Hebel oder der schwenkbewegte Gelenkabschnitt sollte in diesen Aufnahmen in idealer Weise möglichst frei von Rückstellkräften und Zwangsmomenten aufgenommen sein, die aus den Einflüssen von Maß-, Form- und Lageabweichungen der einzelnen Bauteile und/oder der Baugruppe resultieren. Außerdem sollte die Messeinrichtung frei von Rückstellkräften aus Zwangsführung, Verklemmen oder durch Reibung aus der Messanordnung sein.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung mit einer Aufnahme zu schaffen, in der ein Hebel und insbesondere ein schwenkbewegter Gelenkabschnitt möglichst frei von Rückstellkräften aus Maß-, Form- und Lageabweichungen der einzelnen Bauteile der Gelenkwellenanordnung zueinander und auch frei von Rückstellkräfte aus Zwangsführung, Verklemmen oder durch Reibung aufnehmbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, dass der zumindest schwenkbare Hebel in der Vorrichtung auf einer Kugel gelagert ist. „Zumindest schwenkbar" heißt, dass diese Vorrichtung für Messungen mit Schwenkwinkeln des Hebels um die Dreh/Schwenkachse von < 360° und/oder >/= 360° vorgesehen ist. Diese Messungen können an Gelenkanordnungen durchgeführt werden, in denen um horizontal oder vertikal oder beliebig anders ausgerichteten Drehachsen geschwenkt wird. Die Kugel nimmt Gewichtskräfte des schwenkbaren Gelenkwellenabschnitts auf.
Die Auflage ist aufgrund der gewölbten Oberfläche der Kugel punktförmig, so dass im Kontakt zwischen dem Hebel und der Vorrichtung kaum Reibung entsteht. Wenn der schwenkbewegliche Hebel gebeugt oder um die Drehachse geschwenkt wird, wird sich abhängig vom Beugewinkel aufgrund toleranzbe dingter Maß-, Form und Lageabweichungen in der Vorrichtung der effektive Messabstand zwischen dem Schwenkantrieb und der Drehverbindung bzw. zwischen dem Gelenk/Aufnahme und dem Schwenkantrieb verändern. Die Hebel und die Aufnahme sind in diesem Falle frei von Zwangskräften, die Messergebnisse nachteilig verfälschen könnten, da die Anordnung den Zwangskräften durch die punktförmige Auflage auf der Kugel ausweichen kann. Der Hebel ist längs in Richtung seiner Rotationsachse verschiebbar auf der Kugel gelagert. Denkbar ist auch der Einsatz von zwei oder mehr Kugeln, die in der Vorrichtung entweder in Längsrichtung mit der Rotationsachse gleichgerichtet hintereinander angeordnet sind und/oder die umfangsseitig des Hebels stützen. Gewichtskräfte des Hebels sind entsprechend auf die Anzahl der Kugeln aufgeteilt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht in der Vorrichtung außer der oder den so genannten ersten Kugel(n), auf der/denen der Hebel gelagert ist, weitere Kugeln vor, an der/denen der schwenkbare Hebel längsbeweglich geführt ist, ohne dass diese Kugeln mit Gewichtsanteilen des Hebels belastet sind. Diese mit zweite Kugeln bezeichneten Kugeln sind vorzugsweise einander gegenüberliegend angeordnet, so dass der Hebel zwischen diesen Kugeln mit geringer Reibung längs mit der Rotationsachse gleichgerichtet, beispielsweise zum Ausgleich der Maß-, Form- und oder Lageabeichungen verschiebbar geführt ist.
Gegen den Hebel ist mindestens eine erste und/oder zweite Kugel federelastisch vorgespannt. Die jeweilige Kugel ist mittels eines oder mehrerer Federelemente am Gehäuse der Aufnahme abgestützt. Die Federelastische Lagerung der Kugel in oder an der Vorrichtung hat den Vorteil, dass die Vorrichtung nicht so anfällig gegen Stöße und Erschütterungen von außen ist, da Erschütterungen durch die Federanordnung gedämpft werden können. Des Weiteren kann der Hebel zwischen mindestens zwei Kugeln spielfrei eingespannt werden, so dass eine eventuelle Beeinflussung von Messergebnissen durch positives Spiel zwischen dem Hebel und den Führungen vermieden werden kann. Die Anordnung kann trotz Vorspannung Zwangsbewegungen ausgleichen, da die Vorspannung/Einspannung federelastisch ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die Abstützung der Kugel(n). in der Vorrichtung. So ist vorgesehen, dass die Kugel an einem Bolzen abgestützt oder gelagert ist. Die Bolzenachse des Bolzens ist auf den Hebel oder auf dem Gelenkwellenabschnitt, vorzugsweise auf die Längs- oder Rotationsachse gerichtet und zwar bevorzugt so, dass die Verlängerung der Bolzenachse die Längsachse bzw. Rotationsachse in einem Schnittpunkt schneidet. Der Bolzen ist mit der Kugel vorzugsweise eine Montageeinheit und entlang der Bolzenachse längsbeweglich, wahlweise federbelastet, in der Vorrichtung gelagert oder in diese eingepresst bzw. lösbar in dieser befestigt. Der jeweilige Bolzen ist für den Reparaturfall oder zum Umrüsten der Vorrichtung austauschbar.
Umgerüstet wird die Vorrichtung beispielsweise dann, wenn diese für die Messung einer Gelenkwellenanordnung mit anderen Abmessungen angepasst werden soll. In diesem Fall kann die Lage und Länge der Bolzens, die Größe der Kugel und/oder die Charakteristik des Federelements den veränderten Abmessungen des Gelenkwellenabschnitts angepasst sein. Die ansonsten gemäß vorstehenden Gesichtspunkten unterschiedlichen Bolzen weisen da zueinander die gleiche Form und Abmessungen auf, wo diese in einer normierten Aufnahme aufgenommen sind.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die Lagerung der ersten und zweiten Kugeln in der Vorrichtung oder an dem Bolzen. Die Kugeln sind in beliebige Richtungen um ihr Zentrum drehbar beispielsweise in einer Lagerschale ortsfest gelagert, die Gleitlagereigenschaften aufweist oder die als Gleitlager ausgebildet ist. Alternativ sind die Kugeln in einer vorzugsweise kalottenartig ausgebildeten Lagerschale auf Lagerkugeln gelagert. Die Lagerkugeln sind selbst auch um das eigene Zentrum in alle Richtungen drehbar, und vorzugsweise innerhalb der Lagerschale frei ortsveränderlich beweglich geführt. Der Lagerungskomfort für den schwenkbeweglichen Gelenkwellenabschnitt ist erhöht. Die Reibung bei Relativbewegungen zwischen dem Gelenkwellenab schnitt und der Vorrichtung ist nahezu vollständig aufgehoben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Messanordnung mit einer Vorrichtung zum Messen von Reaktionsmomenten- und Kräften an einem um eine Drehachse schwenkbaren oder drehbaren Hebel,
2 die Vorrichtung nach 1 in einer Messanordnung, in der die Beugemomente einer Gelenkwellenanordnung gemessen oder verglichen werden,
3 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung nach 1 und 2, und
4, 5 und 6 verschiedene Lagerungen der Kugeln und Bolzen an der Aufnahme.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist in einer Messanordnung 7 eine Vorrichtung 1 zum Messen von Reaktionsmomenten- und Kräften an einem Hebel 2 gezeigt. Eine Aufnahme 9 nimmt den Hebel 2 auf. Die Vorrichtung 1 ist mit dem Hebel 2 um eine Drehachse 3 zumindest schwenkbar oder auf einer Kreisbahn um die Drehachse 3 drehbar. Die Drehachse 3 ist in diesem Beispiel horizontal ausgerichtet, kann aber auch vertikal oder beliebig anders ausgerichtet sein. Die Vorrichtung 1 ist zu der Drehachse 3 radial beabstandet und mit dem Hebel 2 um die Drehachse 3 schwenkbar/drehbar.
Der Hebel 2 ist fest mit einer Drehverbindung 4 verbunden. Diese Drehverbindung 4 kann beispielsweise ein Gleit- oder Wälzlager sein. Der Hebel 2 ist dann zum Beispiel mit dem Außenring 5 des Lagers verbunden. Das Gewicht des Hebels 2 stützt sich üblicherweise an dem Zapfen 6 ab, der Bestandteil der Vorrichtung 1 und an dieser ortsfest ist und auf dem die Drehverbindung 4 bzw. ein Lager sitzt. Da die Gewichtskraft FG mit Abstand zur Zapfenmitte (zur Drehachse 3) am Hebel angreift, entstehen Querkräfte in der Drehverbindung 4. Derartige Querkräfte erzeugen in der Drehverbindung zusätzliche Momente die die ursprünglichen Momente der Drehverbindung 4 überlagern und die somit unerwünscht sind. Deshalb ist der Hebel 2 vorzugsweise an seinem Massenschwerpunkt 8 in der Aufnahme 9 aufgenommen, so dass die Drehverbindung 4 von den Einflüssen der Gewichtskraft FG frei ist.
In 2 zeigt die Vorrichtung 1 in einer Messanordnung 10 zur Messung von Beugemomenten eines Gelenks 12 in Form eines Zapfenkreuzgelenkes, das zwei schwenkbewegliche Gelenkwellenabschnitte 11 und 13 gelenkig verbindet. Der Hebel 2 ist der erste Gelenkwellenabschnitt 11, der mittels eines Gelenkes 12 mit einem zweiten Gelenkwellenabschnitt 13 gelenkig verbunden ist. In der Darstellung nach 2 wird die Vorrichtung 1 mit dem Gelenkwellenabschnitt um die vertikal ausgerichtete Drehachse 14 geschwenkt. Denkbar ist auch, dass Messungen um die in der Darstellung horizontal ausgerichtete Drehachse 15 vorgenommen werden. Üblich ist, dass zunächst Messungen um die schon im Bild vertikal orientierte Drehachse 14 ausgeführt werden, dann die Gelenkwellenanordnung mit Gelenk 12 so gedreht wird, dass die bisher horizontal ausgerichtete Drehachse 14 vertikal orientiert ist, und dann der Gelenkwellenabschnitt zu weiteren Messungen um die Drehachse 15 gebeugt wird. Die Vorrichtung 1 verhindert, dass das Gelenk 12 bei Messungen des Drehmomentes um die vertikal ausgerichtete Achse 14 nicht um die horizontale Achse 15 einknickt.
Die Gewichtskraft FG des Hebels 2 beziehungsweise des ersten Gelenkswellenabschnittes 11 ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 an einer ersten Kugel 16 abgestützt. Seitlich ist der Hebel 2 bzw. erste Gelenkwellenabschnitt 11 zwischen zwei sich einander gegenüberliegenden zweiten Kugeln 17 und 18 geführt und eingespannt (siehe auch 3). Die zweiten Kugeln 17 und 18 übertragen an der schwenkenden Vorrichtung 1 die Reaktionen, die aus den in der Messanordnung 10 zu messenden Drehmomenten in der Drehverbindung 4 oder in dem Gelenk 12 resultieren.
3 – Die Aufnahme 9 ist U-förmig mit einer Basis 19 und zwei senkrecht von dieser Basis abgehenden Schenkeln 20 und 21 ausgebildet. Zwischen den Schenkeln 20 und 21 ist der der Gelenkwellenabschnitt 11 zwangsfrei aufgenommen. Dazu sind an den Schenkeln 20 und 21 und an der Basis 19 Kugeln gelagert, die relativ zur Vorrichtung 1 in beliebigen Richtungssinn um ihr eigenes Zentrum rotierbar sind. Auf der ersten Kugel 16 ist der erste Gelenkwellenabschnitt 11 an seinem Massenschwerpunkt 8 schwerkraftseitig abgestützt.
Dadurch, dass die Kugel 16 drehbar gelagert ist, ist der Gelenkwellenabschnitt 11 auf der ersten Kugel 16 entlang seiner Längsachse 22 in der Vorrichtung 1 längsbeweglich gelagert. Die Längsachse 22 des Gelenkwellenabschnitts 11 ist die Achse, die die Drehachse 14 in Ideallage schneidet und die in der im Fahrzeug verbauten Gelenkwellenanordnung die Rotationsachse des Gelenkwellenabschnitts 11 ist.
Die zwei zu der ersten Kugel 16 um die Längsachse 22 des Gelenkwellenabschnitts umfangsseitig zueinander beabstandet angeordnete zweiten Kugeln 17 und 18 sind zur seitliche Führung des Gelenkwellenabschnitts 11 vorgesehen. Der Gelenkwellenabschnitt 11 berührt in diesem Fall insgesamt drei Kugeln 16, 17 und 18 ohne weiter im Kontakt mit der Aufnahme 9 zu sein. Da alle der Kugeln 16, 17 und 18 drehbar gelagert sind, richtet sich der Gelenkwellenabschnitt 11 in der Vorrichtung 1 nahezu reibungsfrei aus und ist von Zwangskräften frei.
Die zweiten Kugeln 17 und 18 liegen sich einander so gegenüber, dass eine deren Zentren verbindende gedachte Gerade 23 die Längsachse 22 schneidet. Wenn dies nicht so ist, und beispielsweise wie in 3, dargestellt ist, Ver satz S zwischen der Längsachse 22 und der Geraden vorliegt, kann dieser entweder durch Anheben oder Absenken der Kugel 16 korrigiert werden. Alternativ wird dieser Versatz S bewusst erzeugt oder ausgenutzt um den Gelenkwellenabschnitt 11 in der Aufnahme 9 besser zentriert zwischen den drei Kugeln 16, 17 und 18 einzuspannen.
Es ist auch denkbar, dass die Kugeln sich nicht an der Längsachse einander gegenüberliegen. Von den Zentren ausgehende gedachte Geraden schneiden die Längsachse an einem gemeinsamen Schnittpunkt und schließen einen spitzen Winkel zwischen sich ein. Denkbar ist auch dass die Kugeln sich nicht gegenüberliegen, sondern dass eine von dem Zentrum einer der zweiten Kugeln ausgehende gedachte Gerade die Längsachse in einem anderen Punkt schneidet als eine weitere von dem Zentrum der anderen zweiten Kugeln ausgehende gedachte Gerade.
Die eine der zweiten Kugeln 17 ist federelastisch nachgebend an der Aufnahme 9 abgestützt. Denkbar ist auch, dass beide der zweiten Kugeln 17 und 18 federelastisch und/oder die erste Kugel 16 an der Aufnahme 9 abgestützt sind.
Die jeweilige federelastisch an der Vorrichtung abgestützte Kugel 17 kann federelastisch gegen den Gelenkwellenabschnitt 11 vorgespannt sein oder nicht. Wenn die Kugel(n) 11 mit dem Federelement 24 nicht gegen den Gelenkwellenabschnitt 11 vorgespannt ist (sind), ist das jeweilige Federelement 24 ein Dämpfungselement, das Erschütterungen der Messanordnung dämpft. Wenn die Kugel(n) 17 gegen den Gelenkwellenabschnitt 11 vorgespannt ist (sind), ist der Gelenkwellenabschnitt 11 spielfrei zwischen den Kugeln 17 und 18 eingespannt. Der Gelenkwellenabschnitt 11 wird beim Einlegen in die Aufnahme 9 zwischen den Kugeln 17, 18 verrastet oder der Gelenkwellenabschnitt 11 wird nach dem Einlegen durch Zuführen der Kugel(n) 17, 18 eingespannt.
Der Hebel 2 bzw. der erste Gelenkwellenabschnitt 11 ist in Längsrichtung frei beweglich zwischen den Kugeln 17 und 18 eingespannt und an diesen wälzgelagert geführt. Abweichungen der Form und Lage, die zu Verspannungen des Hebels 2 oder des ersten Gelenkwellenabschnitts 11 in der Vorrichtung 1 bzw. der Messanordnung 7 bzw. 10 führen könnten, werden federnd nachgiebig ausgeglichen, so das die jeweilige Anordnung von Zwangskräften frei ist.
4 bis 6 – Die Kugeln 16, 17, 18 sind jeweils vorzugsweise an einem Bolzen 25 aufgenommen und an diesem drehbar gelagert. Der mit der jeweiligen Kugel 16, 17, 18 vormontierte Bolzen 25 wird entweder direkt in ein entsprechendes Loch 26 eingepresst (Detail X- 4 und 5) oder verschiebbar eingesetzt (6). Alternativ dazu wird der Bolzen 25 zunächst in einem Gehäuse 27 verschiebbar mittels eines Linearlagers 28 gelagert, dann mit einem Federelement 24 in Form einer Schraubenfeder 29 im Gehäuse 27 einfederbar vorgespannt und schließlich in die Vorrichtung 1 montiert. Denkbar ist auch, dass die erste Kugel 16 mit Bolzen 25 für Justiervorgänge mittels Druckmedium in Richtung Längsachse 22 anhebbar oder von dieser weg absenkbar ist. Dazu kann der Bolzen 25, der die erste Kugel 16 trägt über einen Druckraum 30 mit Druckmedium wie Öl oder Luft angesteuert werden.
Die Montage der Kugeln 16, 17 und 18 an Bolzen 25 hat verschiedene Vorteile. Die Kugeln 16, 17 und 18 sind durch die Änderung von Lage oder Länge des Bolzens 25 einfacher in Richtung der Längsachse 22 oder von dieser weg verschiebbar. Das ist beim Umrüsten der Vorrichtung beispielsweise auf Wellen oder Gelenkwellen mit anderen Durchmessern von Vorteil. Außerdem lassen sich die Vorrichtungen einfach auf geänderte Abmessungen von verschiedensten Gelenkwellen umrüsten wenn die Bolzen austauschbar sind. Dazu sind die Abmessungen der Löcher 26 oder Führungen des Bolzens 25 und des Gehäuses 27 so normiert, dass die sich beispielsweise in der Auswahl der Kugeln voneinander unterscheidenden Bolzen 25 beispielsweise alle einen gemeinsamen Durchmesser D am Schaft 31 aufweisen.
4 – In einer Führungsbuchse 32 sitzt ein Bolzen 25, an dem die erste Kugel 16 gelagert ist. Der Bolzen 25 ist mit dem Schaft 31 fest in die Führungsbuchse 32 eingepresst. Die Führungsbuchse ihrerseits sitzt fest in der Basis 19. Alternativ ist der der Bolzen rückseitig mit Druckmedium beaufschlagbar und deshalb verschiebbar in der Führungsbuchse.
5 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, nach der die erste Kugel 16 oder vorzugsweise wenigstens eine der zweiten Kugeln 17 und 18 an einem verschiebbaren Bolzen 25 gelagert sind. Der Bolzen 25 ist außenzylindrisch und in einem Loch 26 geführt. An einem von der jeweiligen Kugel 17 oder 18 abgewandten Ende des Bolzens 25 ist ein hohlzylindrischer Abschnitt 33 ausgebildet. In den hohlzylindrischen Abschnitt 33 greift als Federelement 29 das Ende einer Schraubenfeder 34 ein. Die Schraubenfeder 34 ist in dem Loch 26 abgestützt und gegen den Bolzen 25 vorgespannt.
6 zeigt eine montagefähige Einheit aus Gehäuse 27, Bolzen 25, Kugel 17 bzw. 18 und Schraubenfeder 29, die in die Aufnahme 9 eingeschraubt werden kann. Dazu weist die Einheit an dem Gehäuse 27 ein Außengewinde 35 und einen Sechskant 36 auf. Das Außengewinde 35 passt in ein Innengewinde der Vorrichtung. Zum Zwecke der Umrüstung sind dann verschiedene dieser Einheiten gegeneinander austauschbar, die zwar die gleichen Abmessungen des Gewindes der Einschraubhülse aufweisen, sich aber jedoch wahlweise in den Abmessungen des Bolzens, der Feder und der Kugeln voneinander unterscheiden.
In dem Gehäuse 27 sitzt eine Büchse 37. In der Büchse 37 ist mittels des Linearwälzlagers 28 der Bolzen 25 entlang seiner Symmetrieachse 37 verschiebbar gelagert. Der Bolzen 25 wird mittels der Schraubenfeder 34 gegen oder in Richtung des Randes der Büchse 37 vorgespannt und kann gegen die Kraft der Schraubenfeder 34 in die Büchse 37 einfedern.
An den Bolzen 16, 17 und 18 ist jeweils eine kalottenartig ausgebildete Aufnahme 38 ausgebildet, die mit Lagerkugeln 39 gefüllt ist. Der Durchmesser der Lagerkugeln 39 ist um ein Vielfaches kleiner als der Durchmesser der ersten Kugel 16 oder zweiten Kugeln 17 und 18. Die erste Kugel 16 nimmt das Gewicht des Hebels 2 oder des Gelenkwellenabschnitts 11 auf und ist an den Lagerkugeln 39 abgestützt. Die Lagerkugeln 39 sind in der Aufnahme 38 am Bolzen 25 abgestützt. Die zweite Kugel 17, 18 gibt die Führungskräfte an die Lagerkugeln 39 weiter, die sich ihrerseits an dem jeweiligen Bolzen 25 abstützen. Alternativ sind die Bolzen 25 mit Kugeln 17, 18 federnd gegen den Hebel 2 oder gegen den Gelenkwellenabschnitt 11 vorgespannt. Die Kugeln 16, 17, 18 sind jeweils durch einen eingeengten Rand 40 der Aufnahme 38 an dem Bolzen 25 gehalten.
Die Vorrichtung 1 ist auf einem Schlitten 41 befestigt, der auf einer nicht dargestellten Schiene verschoben werden kann. Mit dem Schlitten 41 ist der Abstand zwischen der Drehachse 3, 14 und 15 und der Aufnahme 9 an Hebel oder Gelenkwellenabschnitt unterschiedlicher Länge angepasst einstellbar.

1: Vorrichtung
2: Hebel
3: Drehachse
4: Drehverbindung
5: Außenring
6: Zapfen
7: Messanordnung mit Drehverbindung
8: Massenschwerpunkt
9: Aufnahme
10: Messanordnung mit Gelenkwelle
11: erster Gelenkwellenabschnitt
12: Gelenk
13: zweiter Gelenkwellenabschnitt
14: Drehachse
15: Drehachse
16: erste Kugel
17: zweite Kugel
18: zweite Kugel
19: Basis der Aufnahme
20: Schenkel der Aufnahme
21: Schenkel der Aufnahme
22: Längsachse
23: Gerade
24: Federelement
25: Bolzen
26: Loch
27: Gehäuse
28: Linearlager
29: Schraubenfeder
30: Druckraum
31: Schaft des Bolzens
32: Führungsbuchse
33: hohlzylindrischer Abschnitt
34: Schraubenfeder
35: Außengewinde
36: Sechskant
37: Büchse
38: kalottenartige Aufnahme
39: Lagerkugeln
40: Rand
41: Schlitten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3922194 C1 [0008, 0010]
- DE 4102278 A1 [0011]

Claims

Vorrichtung (1) mit Aufnahme (9) für einen Hebel (2), der in der Vorrichtung (1) um eine Drehachse (3, 14, 15) zumindest schwenkbar ist, wobei die Aufnahme (9) zu der Drehachse (3, 14, 15) radial beabstandet und mit dem Hebel (2) um die Drehachse (3, 14, 15) schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (9) wenigstens eine in beliebigen Richtungssinn um ihr eigenes Zentrum rotierbare erste Kugel (16) aufweist, auf der der Hebel (2) in der Aufnahme (9) schwerkraftseitig abstützbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (2) auf der ersten Kugel (16) entlang seiner Längsachse (22) zur Schwenkachse gleichgerichtet in der Vorrichtung (1) längsbeweglich lagerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (9) wenigstens zwei zu der ersten Kugel (16) um die Längsachse (22) umfangsseitig zueinander beabstandet angeordnete zweite Kugeln (17, 18) aufweist, an denen der Hebel (2) zumindest in zur Längsachse (22) senkrechte Richtungen abstützbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Kugeln (17, 18) sich einander gegenüberliegen und dabei den Hebel (2) zwischen sich nehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kugeln (17, 18) federelastisch nachgebend an der Aufnahme (9) abgestützt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kugeln (17, 18) federelastisch nachgebend an der Aufnahme (9) abgestützt ist, wobei die Kugel (17, 18) an einem Bolzen (25) gelagert ist und der Bolzen (25) mittels wenigstens einer Feder (29, 34) elastisch an der Aufnahme (9) abgestützt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der zweiten Kugeln (17) gegen den Hebel (2) vorspannbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der zweiten Kugeln (17) in Richtung der anderen zweiten Kugeln (18) federelastisch gegen den Hebel (2) vorspannbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kugeln (17) federelastisch nachgebend an der Aufnahme (9) abgestützt ist und gegen den Hebel (2) vorspannbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zweiten Kugeln (17) federelastisch spielfrei gegen den Hebel (2) vorspannbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (2) mit der Schwenkachse gleichgerichtet längsbeweglich an den zweiten Kugeln (17, 18) anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kugel (16, 17, 18) auf mehreren Lagerkugeln (39) in einer kalottenartigen Aufnahme (38) um ihr Zentrum drehbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kugel (16, 17, 18) auf mehreren Lagerkugeln (39) in einer kalottenartigen Aufnahme (38) um ihr Zentrum drehbar gelagert ist und dass die kalottenartig ausgebildete Aufnahme (38) an einem Bolzen (25) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kugel (16, 17, 18) auf mehreren Lagerkugeln (39) in einer kalottenartigen Aufnahme (38) um ihr Zentrum drehbar gelagert ist und dass die kalottenartig ausgebildete Aufnahme (38) an einem Bolzen (25) ausgebildet ist, wobei der Bolzen (25) fest einem Gehäuse der Aufnahme (9) sitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kugel (16, 17, 18) auf mehreren Lagerkugeln (39) in einer kalottenartigen Aufnahme (38) um ihr Zentrum drehbar gelagert ist und dass die kalottenartig ausgebildete Aufnahme (38) an einem Bolzen (25) ausgebildet ist, wobei der Bolzen (25) in Richtung des Hebels (2) relativ zur Aufnahme (9) verschiebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kugel (16, 17, 18) in einer kalottenartigen Aufnahme (38) um ihr Zentrum drehbar gelagert ist und dass die kalottenartig ausgebildete Aufnahme (38) an einem Bolzen (25) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kugel (16, 17, 18) in einer kalottenartigen Aufnahme (38) um ihr Zentrum drehbar gelagert ist und dass die kalottenartig ausgebildete Aufnahme (38) an einem Bolzen (25) ausgebildet ist, wobei der Bolzen (25) federelastisch nachgebend in einem Gehäuse der Aufnahme (9) aufgenommen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, zur Aufnahme eines schwenkbeweglichen Gelenkwellenabschnitts (11), der der Hebel (2) ist, der mittels eines Gelenkes (12) mit einem zweiten Gelenkwellenabschnitt (13) gelenkig verbunden ist, bei dem die Drehachse (14) wenigstens eine Schwenkachse (14, 15) des Gelenks (12) ist, um die der erste Gelenkwellenabschnitt (11) schwenkbar ist.