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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Welle. Eine solche Lageranordnung kann insbesondere zur Lagerung einer Welle in einem Getriebe eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers dienen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Federelement für eine solche Lageranordnung.
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Bekannte Lageranordnungen umfassen häufig zusätzlich zu einem Radialnadellager noch ein Axialnadellager. Die Radialnadellager und die Axialnadellager werden als separate Elemente oder als eine integrierte Einheit zur Lagerung der Welle benötigt. Lageranordnungen mit derartigen Nadellagern sind aufgrund der vorzusehenden Aufnahmen für das Radialnadellager und das Axialnadellager und der einzuplanenden Presspassungen äußerst aufwendig herzustellen und zu montieren.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lageranordnung bereitzustellen, die einfach zu montieren ist und eine Welle in axialer Richtung abstützen kann.
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Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Lageranordnung zur Lagerung einer Welle umfasst wenigstens ein Lager und wenigstens eine Welle, die an wenigstens einer ihrer axialen Stirnflächen einen vorstehenden, abgerundeten Bereich aufweist. Die Welle ist zumindest abschnittsweise in dem wenigstens einen Lager aufgenommen. Die Lageranordnung umfasst ferner wenigstens ein Federelement. Das wenigstens eine Federelement greift an dem vorstehenden, abgerundeten Bereich an, um die Welle in axialer Richtung vorzuspannen.
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Aufgrund des wenigstens einen Federelements kann ein Endabschnitt der Welle in das Lager eingesetzt werden, ohne dass zusätzliche Presspassungen notwendig sind oder ein Einpressen der Welle in das Lager erforderlich ist. Das wenigstens eine Federelement spannt die Welle in axialer Richtung vor. Mit dem wenigstens einen Federelement können axiale Bewegungen der Welle durch eine elastische Deformation des Federelements aufgenommen bzw. ausgeglichen werden. Das zulässige Ausmaß der axialen Bewegungen der Welle wird durch das wenigstens eine Federelement vorgegeben. Aufgrund des vorstehenden, abgerundeten Bereichs der Welle, der in Kontakt mit dem wenigstens einen Federelement steht, kann die Welle rotieren, ohne dass spürbare zusätzliche Reibungseinflüsse die Rotation der Welle beeinträchtigen würden. Mit der Paarung aus dem wenigstens einen Federelement und dem in axialer Richtung vorstehenden, abgerundeten Bereich an der Stirnfläche der wenigstens einen Welle kann somit auf kostenintensive Axialnadellager oder Axialkugellager zur Lagerung der Welle verzichtet werden.
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Die Welle kann an jeder ihrer Stirnflächen einen vorstehenden, abgerundeten Bereich aufweisen. Der vorstehende, abgerundete Bereich kann von wenigstens einem Einsatzelement gebildet sein. Das Einsatzelement kann zumindest teilweise in einer Öffnung in der Stirnfläche der Welle aufgenommen sein, die zur Aufnahme des Einsatzelementes ausgestaltet ist. Die Welle kann an jeder ihrer Stirnflächen mit einer solchen Öffnung versehen sein, in der ein Einsatzelement abschnittsweise aufgenommen ist. Das Einsatzelement kann in die Öffnung in der Stirnfläche der Welle eingepresst sein. Alternativ kann der vorstehende, abgerundete Bereich auch an der Stirnfläche der Welle selbst ausgebildet sein. Der vorstehende, abgerundete Bereich kann an jeder der Stirnflächen der Welle ausgebildet sein. Der vorstehende, abgerundete Bereich kann somit einstückig mit der Welle ausgeführt sein. Das wenigstens eine Einsatzelement kann eine Kugel sein. Ferner kann das wenigstens eine Einsatzelement ein Element mit wenigstens einer abgerundeten Fläche sein. Dieses Element kann eine Stirnfläche aufweisen, die abgerundet ausgebildet ist. Ferner kann dieses Element im Querschnitt rund oder polygonal ausgebildet sein und in der Öffnung der Stirnfläche der Welle aufgenommen sein.
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Die Lageranordnung kann wenigstens einen Gehäuseabschnitt umfassen. Der wenigstens eine Gehäuseabschnitt kann einen Lagersitz zur Aufnahme des wenigstens einen Lagers bilden. Der Gehäuseabschnitt kann ferner das wenigstens eine Federelement aufnehmen. In dem wenigstens einen Gehäuseabschnitt kann somit das wenigstens eine Lager aufgenommen sein. Das wenigstens eine Lager kann in dem wenigstens einen Gehäuseabschnitt mittels einer Presspassung aufgenommen sein. Der wenigstens eine Gehäuseabschnitt kann einen zylindrischen Abschnitt und einen Wandabschnitt umfassen, der sich in axialer Richtung am Ende des zylindrischen Abschnitts befindet und mit diesem verbunden ist. Der Wandabschnitt kann sich rechtwinklig zur Mittelachse der Welle erstrecken. Das wenigstens eine Federelement kann zwischen dem Wandabschnitt und dem Lager angeordnet sein. Das wenigstens eine Lager kann mit seiner Außenumfangsfläche an der Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts des wenigstens einen Gehäuseabschnitts anliegen.
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Das wenigstens eine Federelement kann sich an dem wenigstens einem Gehäuseabschnitt abstützen. Es kann zwischen dem Wandabschnitt und der Stirnfläche der Welle angeordnet sein. Das wenigstens eine Federelement kann sich zum Vorspannen der Welle in axialer Richtung an dem Wandabschnitt des Gehäuseabschnitts abstützen. Das Federelement kann an dem Wandabschnitt anliegen.
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Das wenigstens eine Federelement kann derart ausgebildet sein, dass es sich an dem wenigstens einen Lager abstützt, insbesondere an einem Lageraußenring des wenigstens einen Lagers. Das wenigstens eine Federelement kann in axialer Richtung zwischen dem Wandabschnitt und dem Lager angeordnet sein. Das wenigstens eine Federelement kann sich somit an dem Wandabschnitt und an dem Lageraußenring des wenigstens einen Lagers abstützen. Das wenigstens eine Federelement kann wenigstens einen Fuß aufweisen, der sich an dem wenigstens einem Lager abstützt. Der wenigstens eine Fuß kann sich an dem Lageraußenring des Lagers abstützen. Der wenigstens eine Fuß kann sich von einem Grundkörper des wenigstens einen Federelements erstrecken. Der Grundkörper kann an dem Wandabschnitt des wenigstens einen Gehäuseabschnitts anliegen. Das wenigstens eine Federelement kann sich von dem Grundkörper gebogen in Richtung des wenigstens einen Lagers erstrecken. Der wenigstens eine Fuß kann an seinem Ende eine Anlagepratze aufweisen, die sich an den Lageraußenring des Lagers anlegen kann. Das wenigstens eine Federelement kann drei Füße umfassen, die jeweils eine Anlagepratze haben. Jede Anlagepratze kann sich radial einwärts erstrecken.
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Das wenigstens eine Federelement kann wenigstens einen Federarm zum axialen Vorspannen der Welle haben. Der wenigstens eine Federarm kann sich von dem Grundkörper des Federelements erstrecken. Der wenigstens eine Federarm kann einen gebogenen Federabschnitt und einen Anlageabschnitt aufweisen, der sich an dem vorstehenden, abgerundeten Bereich anlegen kann. Der Anlageabschnitt des Federarms ist über den Federabschnitt mit dem Grundkörper des Federelements verbunden. Der Anlageabschnitt kann sich im Abstand von dem Grundkörper erstrecken. Der Abstand zwischen dem Grundkörper und dem Anlageabschnitt gibt die maximal zulässige Deformation des Federarms und damit die maximal zulässige Verlagerung der Welle in axialer Richtung vor. Stützt sich der Federarm an dem Grundkörper ab, wird die Axialverlagerung der Welle begrenzt. Der Anlageabschnitt des Federarms kann mit dem Grundkörper abschnittsweise überlappen. Der Federabschnitt kann zumindest einen Teil der Vorspannkraft zum axialen Vorspannen der Welle bereitstellen. Der Anlageabschnitt des Federarms kann sich abgewinkelt zu dem Grundkörper erstrecken. Dadurch vergrößert sich der Abstand zwischen dem Anlageabschnitt und dem Grundkörper in Richtung des freien Endes des Anlageabschnitts.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Federelement zum axialen Vorspannen einer Welle. Das Federelement umfasst einen Grundkörper, wenigstens einen Federarm und wenigstens einen Fuß. Der wenigstens eine Federarm erstreckt sich von dem Grundkörper. Auch der wenigstens eine Fuß erstreckt sich von dem Grundkörper. Der wenigstens eine Federarm weist einen Federabschnitt und einen Anlageabschnitt auf, wobei der Anlageabschnitt unter elastischer Deformation des Federabschnitts in Richtung des Grundkörpers verlagerbar ist.
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Der Federarm kann mit seinem Anlageabschnitt einen vorbestimmten Abstand zu dem Grundkörper einstellen. Dieser Abstand gibt den maximal zulässigen Federweg des Federarms vor. Schlägt der Anlageabschnitt des Federarms an dem Grundkörper an, wird eine weitere elastische Deformation des Federabschnitts verhindert oder erschwert. Auf diese Weise kann auch die bereits beschriebene Verlagerung der Welle in axialer Richtung mittels des Federelementes wirksam begrenzt werden. Das Federelement kann einstückig ausgebildet sein.
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Der wenigstens eine Fuß kann eine Anlagepratze an seinem Ende aufweisen. Das wenigstens eine Federelement kann drei Füße umfassen, die jeweils eine Anlagepratze haben. Jede Anlagepratze kann sich vom zugehörigen Fuß radial einwärts erstrecken.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen elektromechanischen Bremskraftverstärker mit einer Lageranordnung der voranstehend beschriebenen Art oder einem Federelement gemäß der voranstehenden Beschreibung.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten, schematischen Figuren näher erläutert. Es stellen dar:
- 1 eine Schnittansicht einer Lageranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Schnittansicht einer Welle und eines Einsatzelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
- 3 eine perspektivische Ansicht eines Federelements.
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1 zeigt eine Schnittansicht einer Lageranordnung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Lageranordnung 10 umfasst ein Lager 12 für eine Welle 14. Das Lager 12 ist als Nadellager ausgeführt und in einem Gehäuseabschnitt 16 der Lageranordnung aufgenommen, der einen Lagersitz für das Lager 12 definiert. In dem Lager 12 ist ein Endabschnitt 18 der Welle 14 drehbar aufgenommen.
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Der Gehäuseabschnitt 16 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 20 und einen Wandabschnitt 22, der an einem Ende des zylindrischen Abschnitts 20 den zylindrischen Abschnitt 20 verschließt. Der Wandabschnitt 22 verläuft in radialer Richtung bzw. rechtwinklig zur Mittelachse der Welle 14 und erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu einer axialen Stirnfläche 24 der Welle 14.
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In dem Gehäuseabschnitt 16 ist ferner ein Federelement 26 aufgenommen, das in axialer Richtung der Welle 14 zwischen dem Wandabschnitt 22 und dem Lager 12 und dem Endabschnitt 18 der Welle 14 angeordnet ist. Das Federelement 26 dient zum Vorspann der Welle 14 in axialer Richtung. Um die Welle 14 in axialer Richtung vorzuspannen, greift das Federelement 26 an einem vorstehenden, abgerundeten Bereich 28 an der Stirnfläche 24 der Welle 14 an. Der vorstehende, abgerundete Bereich 28 ist hier von einer Kugel 30 gebildet, die in einer Öffnung 32 in der Stirnfläche 24 der Welle 14 aufgenommen ist. Die Kugel 30 kann in die Öffnung 32 eingepresst sein. Die Öffnung 32 hat einen zylindrischen Abschnitt und einen konisch zulaufenden Abschnitt, an dem sich die Kugel 30 abstützen kann. Die Kugel 30 kann so weit in die Öffnung 32 eingeführt oder eingepresst sein, dass ein halbkugelförmiger Abschnitt oder ein kleinerer Abschnitt der Kugel 30 in axialer Richtung aus der Öffnung 32 vorsteht.
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Das Federelement 26 steht über einen Federarm 34 mit dem vorstehenden, abgerundeten Bereich 28 bzw. der Kugel 30 in Kontakt. Der Federarm 34 erstreckt sich von einem Grundkörper 36 des Federelements 26 und umfasst einen Federabschnitt 38 und einen Anlageabschnitt 40, mit dem das Federelement 26 an dem vorstehenden, abgerundeten Bereich 28 bzw. der Kugel anliegt bzw. an ihr angreifen kann. Der gebogene Federabschnitt 38 erstreckt sich schleifenförmig zwischen dem Anlageabschnitt 40 und dem Grundkörper 36. Zwischen dem Grundkörper 36 und dem Anlageabschnitt 40 stellt sich in axialer Richtung ein Abstand ein. Dieser Abstand A besteht in Richtung der Mittelachse der Welle 14 zwischen dem Anlageabschnitt 40 und dem Grundkörper 36. Der Abstand A vergrößert sich längs des Anlageabschnitts 40 zum freien Ende des Anlageabschnitts 40 hin. Der geringste Abstand zwischen dem Grundkörper 36 und dem Anlageabschnitt 40 liegt somit am Übergang von dem Federabschnitt 38 zum Anlageabschnitt 40 vor. Dieser Abschnitt definiert eine maximal zulässige axiale Verlagerung der Welle 14, die durch eine elastische Deformation des Federabschnitts 38 des Federarms 34 aufgenommen werden kann.
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Das Federelement 26 hat ferner Füße 42, von denen in 1 nur einer vollständig gezeigt ist. Die Füße 42 stützen sich an dem Lager 12 ab. Dazu haben die Füße 42 Anlagepratzen 44 an ihren Enden. Die Anlagepratzen 44 erstrecken sich von dem jeweiligen Fuß radial einwärts. Die Füße 42 stützen sich über die Anlagepratzen 44 an einem Lageraußenring 46 des Lagers 12 ab. Die Stützbeine 42 können das Lager 12 zusätzlich in axialer Richtung abstützen. Der Grundkörper 36 des Federelements 26 liegt mit seiner der Welle 14 abgewandten Fläche an dem Wandabschnitt 22 des Gehäuseabschnitts 16 an. Ausgehend von dem Grundkörper 36 erstrecken sich sowohl der Federarm 34 als auch die Füße 42 gebogen in Richtung des Lagers 12 bzw. der Welle 14. Sollte es zu einer Verlagerung des Lagers 12 in axialer Richtung kommen, kann diese Verlagerung über die Füße 42 aufgenommen werden.
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Die Welle 14 umfasst einen weiteren Endbereich 48, der wie der Endbereich 18 in einem Lager 50 aufgenommen ist. Das Lager 50 ist in einer Öffnung 52 eines Gehäuseabschnitts 54 aufgenommen. Die Öffnung 52 ist gestuft ausgebildet und weist einen Abschnitt 52a mit größerem Durchmesser und einen kürzeren Abschnitt 52b mit kleinerem Durchmesser auf. In dem Abschnitt 52a mit größerem Durchmesser ist das Lager 50 aufgenommen. Im Abschnitt 52b mit kleinerem Durchmesser ist ein Lagerelement 56 angeordnet. Die Welle 14 stützt sich an dem Lagerelement 56 mit einem weiteren vorstehenden, abgerundeten Bereich 58 an der anderen Stirnseite 60 der Welle 14 ab. Die andere Stirnfläche 60 ist der Stirnfläche 24 der Welle 14 entgegengesetzt. Der vorstehende, abgerundete Bereich 58 ist hier von einer Kugel 62 gebildet, die in einer Öffnung 64 in der Stirnseite 60 der Welle 14 aufgenommen ist. Der von der Kugel 62 gebildete vorstehende, abgerundete Bereich 58 kann an dem Lagerelement 56 anliegen und die Welle 14 radial abstützen. Durch die Kugel 62 wird ein reibungsarmer Kontakt mit dem Lagerelement 56 hergestellt.
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Die beiden Endbereiche 18 und 48 der Welle 14 weisen eine regelmäßige Außenumfangsfläche 66 und 68 ohne Vorsprünge und Absätze oder dergleichen auf. Dadurch kann die Welle 14 schnell und einfach in die Lager 12 und 52 eingesetzt werden. Aufgrund des Federelements 26 und der vorstehenden, abgerundeten Bereiche 28 und 58 sind keine kostenintensiven und schwierig zu montierenden Axialnadellager mehr nötig. Die Lageranordnung 10 ist somit schnell und einfach mit kostengünstigen Komponenten zu montieren.
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2 zeigt eine Teilschnittansicht der Welle 14 mit einem vorstehenden, abgerundeten Bereich 28, der von einem Einsatzelement 70 gebildet ist. Das Einsatzelement 70 ist in der Öffnung 32 an der Stirnseite 24 der Welle 14 aufgenommen. Das Einsatzelement 70 weist einen zylindrischen Abschnitt 72 und eine den abgerundeten Bereich 28 bildende, gerundete Stirnfläche 74 auf, die mit einem Federelement 26 (siehe 1) in Anlage gebracht werden kann. Das Einsatzelement 70 steht in axialer Richtung über die Stirnfläche 24 der Welle 14 vor. Mit der Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 72 kann das Einsatzelement 70 analog dem ersten Ausführungsbeispiel an der Innenumfangsfläche der Öffnung 32 anliegen.
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Wird die Welle 14 mit dem Einsatzelement 70 für die Lageranordnung 10 verwendet, greift das Federelement 26 (siehe 1) an der abgerundeten Stirnfläche 74 des Einsatzelements 70 an. Die abgerundete Stirnfläche 74 ermöglicht einen reibungsarmen Kontakt mit dem Federarm 34 des Federelements 26, wenn die Welle 14 rotiert.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Federelements 26. Das Federelement 26 hat einen Grundkörper 36, von dem sich drei Füße 42a, 42b, 42c erstrecken. Ferner erstreckt sich von dem Grundkörper 36 ein Federarm 34. Der Federarm 34 hat einen Federabschnitt 38 und einen Anlageabschnitt 40. Der Federabschnitt 38 erstreckt sich schleifenförmig zwischen dem Anlageabschnitt 40 und dem Grundkörper 36. Der Anlageabschnitt 40 überlappt zumindest abschnittsweise mit dem Grundkörper.
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Zwischen dem Anlageabschnitt 40 und dem Grundkörper 36 stellt sich in axialer Richtung ein Abstand A ein, der sich entlang dem Anlageabschnitt 40 in Richtung des freien Endes des Anlageabschnitts 40 vergrößert. Der Bereich des geringsten Abstands A zwischen dem Grundkörper 36 und dem Anlageabschnitt 40 legt den maximal zulässigen Federweg des Federarms 40 relativ zu dem Grundkörper 36 bzw. in Richtung des Grundkörpers 36 fest. Der geringste Abstand zwischen dem Anlageabschnitt 40 und dem Grundkörper 36 liegt im Bereich des Übergangs zwischen dem Federabschnitt 38 und dem Anlageabschnitt 40 vor. Schlägt der Anlageabschnitt 40 des Federarms 34 an dem Grundkörper 36 an, wird die elastische Deformation des Federabschnitts 38 begrenzt bzw. deutlich erschwert. Auf diese Weise kann auch das Maß einer Verlagerung der Welle 14 (siehe 1 und 2) in axialer Richtung mittels des über Federelements 26 wirksam begrenzt werden.
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Die Füße 42 erstrecken sich ausgehend von einer Umfangsfläche des hier zumindest abschnittsweise kreisförmig ausgebildeten Grundkörpers 36. Die Füße 42a, 42b und 42c sind auf die gleiche Seite des Grundkörpers 36 gebogen wie der Federarm 34. Die Füße 42a, 42b, 42c weisen an ihren Enden Anlagepratzen 44 auf, die sich vom zugehörigen Fuß radial einwärts und hier zumindest im Wesentlichen parallel zum Grundkörper 36 erstrecken.
