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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Erzeugung einer axialen Stellbewegung, umfassend einen ersten Lagerring, der stirnseitig mindestens eine Laufbahn für Wälzkörper aufweist, und einen zweiten Lagerring, der stirnseitig mindestens eine Laufbahn für die Wälzkörper aufweist, wobei die Wälzkörper zwischen den beiden Lagerringen angeordnet sind, wobei die Laufbahn des zweiten Lagerrings aus einer Anzahl rampenförmiger Abschnitte besteht.
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Gattungsgemäße Verstellvorrichtungen zur Erzeugung einer axialen Bewegung sind im Stand der Technik bekannt; sie werden teilweise als „Rampensteller“ bezeichnet. Durch die rampenförmige Ausgestaltung der Laufbahn des einen Lagerrings kann bei einer Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerring besagte Verstellbewegung realisiert werden.
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Solche Vorrichtungen bzw. Lager, die über die genannte Rampenform begrenzte, kurze und ansteigende Laufbahnen besitzen, können bei einer definierten Drehbewegung zwischen den beiden Lagerringen ihre Bauhöhe ändern und dabei hohe Axialkräfte erzeugen.
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Die Verwendung von Rampenflächen bei gattungsgemäßen Vorrichtungen ist also bekannt, um ein axiales Ausrücken von Lagerringen zu erzeugen. Gerne werden Kugeln als Wälzkörper bei gattungsgemäßen Vorrichtungen verwendet, weil für diese relativ einfach und in kostengünstiger Weise die Rampenlaufbahnen erzeugt werden können. Weiterhin haben Kugeln den Vorteil, günstig zu sein und mit geringer Reibung die benötigte Funktion zu ermöglichen.
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Nachteilig ist jedoch, dass insbesondere beim Einsatz von Kugeln die Tragzahl im Kugelkontakt begrenzt ist und damit auch die Fähigkeit der Vorrichtung zur Übertragung axialer Kräfte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung so fortzubilden, dass es möglich wird, die Fähigkeit zur Übertragung von axial wirkenden Kräften zu erhöhen. Dies soll mit möglichst einfachen und kostengünstigen Mitteln bewerkstelligt werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Laufbahnen so ausgebildet ist, dass der Wälzkörper oberhalb seines in der Laufbahn tiefstgelegenen Punkts an zwei gegenüber liegenden Kontaktstellen an der Laufbahn anläuft.
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Bevorzugt sind dabei beide Laufbahnen wie beschrieben ausgebildet.
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-Die Laufbahn weist dabei bevorzugt in einem Radialschnitt eine im wesentlichen V-förmige Ausgestaltung auf. Die Schenkel der V-förmigen Ausgestaltung der Laufbahn sind dabei bevorzugt im Radialschnitt konkav ausgebildet. Insofern ist also vorgesehen, dass die Laufbahn nach Art der Laufbahn eines Vierpunktlagers ausgebildet ist.
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Die Wälzkörper sind dabei bevorzugt Kugeln.
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Vorteilhafterweise sind zwischen 6 und 10 Wälzkörper zwischen den Lagerringen angeordnet.
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Der Durchmesser der Kugeln beträgt indes vorzugsweise zwischen 8 mm und 20 mm.
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Eine bevorzugte Fortbildung sieht vor, dass mindestens eine der Laufbahnen zusätzlich so ausgebildet ist, dass diese im Bereich des Einlaufs des Wälzkörpers in den rampenförmigen Abschnitt zunächst eine zirkuläre Form aufweist, so dass zwischen Wälzkörper und Laufbahn eine Ein-Punkt-Berührung vorliegt, bevor im weiteren Verlauf der Laufbahn im rampenförmigen Abschnitt die beiden gegenüber liegenden Kontaktstellen zwischen Laufbahn und Wälzkörper gegeben sind – wie oben erläutert. Demgemäß liegt zunächst – beim Einlauf in den rampenförmigen Abschnitt – ein Punktkontakt zwischen dem Wälzkörper und der Laufbahn vor; hier sind erst relativ geringe Kräfte zu übertragen. Im weiteren Bereich der Laufbahn geht dann der Kontakt zwischen Wälzkörper und Laufbahn in den beschriebenen Zwei-Punkt-Kontakt über; hier sind dann die zu übertragenden Kräfte größer.
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Zur Vergrößerung des axialen Stellbetrages sieht eine Fortbildung vor, dass ein dritter Lagerring mit einer stirnseitigen Laufbahn für die Wälzkörper vorhanden ist, wobei der zweite Lagerring an seinen beiden Stirnseiten Laufbahnen für die Wälzkörper mit rampenförmigen Abschnitten aufweist und wobei der zweite Lagerring zwischen dem ersten und dritten Lagerring angeordnet ist.
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Hinsichtlich der Dimensionierung ist vorteilhaft vorgesehen, dass die rampenförmigen Abschnitte eine solche Steigung aufweisen, dass bei einer Relativdrehung von 30° zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring und/oder zwischen dem zweiten Lagerring und dem dritten Lagerring eine Axialverschiebung zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring und/oder zwischen dem zweiten Lagerring und dem dritten Lagerring zwischen 3 mm und 6 mm entsteht, vorzugsweise zwischen 4 mm und 5 mm.
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Dabei kann vorgesehen werden, dass nur ein Lagerring (d. h. eine Scheibe) mit Rampen ausgeführt wird; der andere Lagerring kann nach Art eines gewöhnlichen Axiallagers ausgebildet sein, vorzugsweise allerdings auch nach Art eines Vierpunktlagers. Wird ein höherer Stellweg benötigt, kann der zweite Lagerring auf beiden Stirnseiten mit Rampen versehen werden; die Rampenstruktur wird demgemäß gespiegelt auf beiden Stirnseiten des zweiten Lagerrings aufgebracht. In diesem Falle sind es dann zwei Wälzkörperreihen, die durch eine gemeinsame Scheibe (d. h. durch den zweiten Lagerring) betätigt werden.
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Das erfindungsgemäße Konzept stellt also darauf ab, von dem vorbekannten einfachen Kugelkontakt je Laufbahn, wie er in einem Rillenkugellagern bzw. Axialkugellagern herrscht, auf einen zweifachen Kugelkontakt je Laufbahn überzugehen, wie er bei Vierpunktlagern gegeben ist. Hiermit wird eine deutlich höhere Kontaktfläche und Tragfähigkeit erreicht.
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Vorbekannte Rampenlager basierend auf Kugeln haben oft nicht genug Tragfähigkeit in ihren Punktkontakt, um die nötige Lebensdauer unter hohen Axiallasten zu erreichen. Trotz unbestreitbaren Vorzügen, wie Aufnahmen von Seitenkräften, günstige Bauteile, vergleichsweise einfache Herstellbarkeit der Teile, sind sie aufgrund dieser geringen Tragfähigkeit nicht das Mittel der Wahl. Hier schafft die vorliegende Erfindung Abhilfe.
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Demgemäß wird der vorbekannte mittige Kugelkontakt auf zwei nebeneinanderliegende Kontaktpunkte über eine Senke in der Laufbahnmitte geändert. Die erforderliche Tragzahl erhöht sich hierdurch wesentlich.
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Die Vorteile der Kugel können somit weiter genutzt werden, ohne jedoch durch den im Normalfall gegebenen geringen Traganteil zum Frühausfall zu führen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 die Seitenansicht einer Vorrichtung für die Erzeugung einer axialen Stellbewegung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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2 in perspektivischer Darstellung einen Teil des einen Lagerrings der Vorrichtung, ausgestattet mit mehreren rampenförmigen Laufbahnen für Wälzkörper,
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3 in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt aus der Darstellung gemäß 2, wobei zu erkennen ist, wie ein Wälzkörper in Form einer Kugel in seiner speziell ausgestalteten rampenförmigen Laufbahn liegt, und
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4 einen Radialschnitt durch den ersten und zweiten Lagerring der Vorrichtung mit Darstellung einige Einzelheiten der Laufbahnen in den Lagerringen.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 für die Erzeugung einer axialen Stellbewegung. Sie hat im Ausführungsbeispiel einen ersten Lagerring 2, einen zweiten Lagerring 5 sowie einen dritten Lagerring 12; diese drei Lagerringe sind in axiale Richtung a übereinander angeordnet.
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Im ersten Lagerring 2 ist eine Laufbahn 3 eingearbeitet, die zunächst weitgehend klassisch ausgebildet ist. Dasselbe gilt für die Laufbahn 13 im dritten Lagerring 12. Der zweite Lagerring 5 trägt indes auf beiden Stirnseiten eine Laufbahn 6 bzw. 14, die aus einer Anzahl rampenförmig ausgebildeter Abschnitte besteht. Zwischen den Lagerringen sind jeweils Wälzkörper 4 in Form von Kugeln angeordnet.
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Wird nun bei in Umfangsrichtung U festliegenden Lagerringen 2 und 12 der zweite Lagerring 5 in Umfangsrichtung verdreht, rollen die Kugeln 4 auf den rampenförmigen Abschnitten der Laufbahnen 6 und 14 des zweiten Lagerrings 5 ab, so dass sich der erste Lagerring 2 relativ zum dritten Lagerring 12 in axiale Richtung a bewegt, wie es bestimmungsgemäß bei der Vorrichtung 1 angestrebt wird. Hiermit können axiale Stellbewegungen realisiert werden.
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Die rampenförmige Ausgestaltung der Laufbahnen 6 und 14 geht für den zweiten Lagerring 5 und die Laufbahn 6 noch einmal aus 2 hervor.
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Damit die Fähigkeit der Vorrichtung zur Übertragung axialer Kräfte verbessert wird, ist nun vorgesehen, dass die Laufbahnen 3, 6, 13 und 14 so ausgebildet ist, dass der Wälzkörper 4 in Form einer Kugel oberhalb seines in der Laufbahn tiefstgelegenen Punkts 7 an zwei gegenüber liegenden sowie höher gelegenen Kontaktstellen 8 und 9 an der Laufbahn anläuft. Dies ist in den 3 und 4 illustriert.
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Hier ist zu erkennen, dass die Gestaltung der Laufbahnen nicht üblich, sondern nach Art eines Vierpunktlagers erfolgt. Demgemäß weist die Laufbahn im Radialschnitt eine Form auf (siehe hierzu insbesondere 4), die in etwa V-förmig ausgebildet ist und somit zwei (konkave ausgebildete) Schenkel 10 und 11 aufweist, die zwischen sich einen radial am tiefsten gelegenen Punkt 15 aufweisen. Der tiefstgelegene Punkt 7 der Kugel 4 erreicht folglich den am tiefsten gelegenen Punkt 15 der Laufbahn nicht. Vielmehr kontaktiert die Kugel 4 an zwei höher gelegenen seitlichen Kontaktstellen 8 und 9 die Laufbahn; diese beiden Kontaktstellen liegen also oberhalb des tiefstgelegenen Punkts 7 der Kugel 4 – bezogen auf die Laufbahnform.
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Somit liegen Kontaktverhältnisse vor, wie sie von Vierpunktlagern bekannt sind.
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Natürlich kann die vorgeschlagene Vorrichtung auch kinematisch umgekehrt gestaltet werden. Hiernach wären die rampenförmigen Laufbahnabschnitte beispielsweise im ersten und/oder dritten Lagerring angeordnet; dann kann der zweite Lagerring eine klassische zirkulär umlaufende Laufbahn aufweisen.
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Eine andere Modifikation sieht vor, dass sämtliche Lagerringe mit den besagten rampenförmigen Laufbahnabschnitten versehen sind. Hiermit kann dann im gegebenen Falle mit geringeren Relativverdrehungen zwischen den Lagerringen eine größere axiale Stellbewegung erzeugt werden.
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Derartige Variationen sind natürlich gleichermaßen von der vorliegenden Idee umfasst.
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Somit stellt die vorgeschlagene Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung einer axialen Stellbewegung zur Verfügung, die beispielsweise bei einem relativen Verdrehwinkel zwischen den Lagerringen von 30° einen Axialhub von 4 bis 5 mm erzeugt. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind hierfür 8 Kugeln 4 vorgesehen, die zwischen den Lagerringen platziert sind.
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Da Kugeln als Wälzkörper verwendet werden, ist eine geringe Reibung sichergestellt und eine kostengünstigere Realisierung der vorgestellten Vorrichtung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung für die Erzeugung einer axialen Stellbewegung
- 2
- erster Lagerring
- 3
- Laufbahn
- 4
- Wälzkörper
- 5
- zweiter Lagerring
- 6
- Laufbahn
- 7
- tiefstgelegener Punkt
- 8
- Kontaktstelle
- 9
- Kontaktstelle
- 10
- Schenkel
- 11
- Schenkel
- 12
- dritter Lagerring
- 13
- Laufbahn
- 14
- Laufbahn
- 15
- tiefster Punkt der Laufbahn
- a
- axiale Richtung
- U
- Umfangsrichtung
