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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zumindest teilweisen Kompensation eines unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhaltens in einer abschnittsweise konzentrischen Anordnung zweier Bauelemente, von denen ein äußeres Bauelement ein inneres Bauelement ringförmig umgibt und in Radialrichtung dieser Anordnung betrachtet zwei oder mehrere Ausgleichsringe mit keilförmigem Querschnitt zumindest partiell mit ihren Keilflächen aufeinander liegend zwischen diesen beiden Bauelementen vorgesehen sind. Zum Stand der Technik wird auf die zur Bildung des Oberbegriffs herangezogene
DE 10 2007 001 918 A1 und auf
DE 10 2010 052 842 A1 verwiesen.
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In einem Passungssystem zweier Bauelemente in Form eines Außenteils und eines Innenteils, welche aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, führen Temperaturänderungen zu einer Änderung der Passung. In der Regel wird die Passung zwischen solchen abschnittsweise konzentrisch angeordneten Bauelementen so gewählt, dass das Passungssystem bzw. die entsprechende Anordnung (von Außenteil bzw. äußerem Bauelement und Innenteil bzw. innerem Bauelement) sowohl bei der niedrigsten möglichen Betriebstemperatur als auch bei der höchsten möglichen Betriebstemperatur einwandfrei funktioniert. Dies ist jedoch nicht immer möglich, sodass es bei diversen Anordnungen oder Passungssystemen an den Grenzen des Temperaturbereichs zu Funktionsbeeinträchtigungen entweder durch ein zu großes Spiel zwischen dem Innenteil und dem Außenteil oder zu hohen Pressungen an der Schnittstelle der Bauelemente kommen kann.
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Mögliche Abhilfemaßnahmen für diese geschilderte Problematik sind für Wälzlager-Anordnungen in den eingangs genannten Schriften gezeigt. So zeigt die zur Bildung des Oberbegriffs herangezogene
DE 10 2007 001 918 A1 eine Wälzlager-Anordnung mit einer Möglichkeit zur Kompensation thermisch bedingter Spannungsänderungen radial belasteter Lager, wobei eine unterschiedliche radiale Ausdehnung des Lagers und eines dieses umgebenden Gehäuses ausgeglichen werden kann. Dabei sind zwei teilweise aufeinander geschobene Keilringe durch ein Spannelement in Form einer Druckfeder vorgespannt zwischen dem Lageraußenring und dem Gehäuse angeordnet. Wenn sich der Lageraußenring aufgrund einer Temperaturerhöhung mehr dehnt als das diesen umgebende Gehäuse, so weitet sich der auf dem Lageraußenring aufliegende und mindestens einmal geschlitzte Keilring auf und wird dabei von der feststehenden Keilfläche des anderen Keilrings gegen die Kraft des Federelements geringfügig axial verlagert. Aufgrund dieses (nachteiligerweise) aufwändigen Federelementes herrscht in dieser bekannten Anordnung stets eine nennenswerte Vorspannung, welche in diversen anderen Anwendungsfällen unerwünscht ist.
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Hiermit soll eine Möglichkeit zur zumindest teilweisen Kompensation eines unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhaltens in einem Passungssystem bzw. in einer Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt werden, die kein vorstehend beschriebenes Federelement benötigt (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung), wobei vorliegend die vorstehend im bekannten Stand der Technik beschriebenen Keilringe vorliegend als Ausgleichsringe mit keilförmigem Querschnitt bezeichnet sind.
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Die Lösung der vorstehenden Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs und ist für eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem der Bauelemente und dem diesem benachbarten Ausgleichsring ein Aufnahmering mit einer sich in Radialrichtung erstreckenden Schulter vorgesehen ist, an welcher der benachbarte Ausgleichsring in Axialrichtung der Anordnung betrachtet eingespannt anliegt, wobei sich der Wärmeausdehnungskoeffizient des Aufnahmerings vom Wärmeausdehnungskoeffizienten des benachbarten Ausgleichsrings unterscheidet. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche, wobei besonders bevorzugt zumindest einer der Ausgleichsringe zumindest einen sich zumindest anteilig in Axialrichtung der Anordnung erstreckenden Schlitz aufweist, um eine gewünschte radiale Aufweitung oder Schrumpfung zu ermöglichen. Falls dabei nur ein einziger Schlitz über dem Umfang des Ausgleichsrings vorgesehen ist, empfiehlt es sich, dass sich dieser Schlitz über die gesamte Breite des Ausgleichsrings erstreckt, während mehrere über dem Umfang des Ausgleichsrings verteilte Schlitze sich vorzugsweise nur über einen Teil der Breite des Ausgleichsrings erstrecken und abwechselnd vom linken und vom rechten Rand des Ausgleichsrings ausgehen.
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In anderen Worten ausgedrückt wird vorliegend für ein Passungssystem mit einem äußeren und einem inneren Bauelement, bei dem es sich beispielsweise um ein in einem Gehäuse vorgesehenes Lager handeln kann (nicht muss!) und dessen Komponenten unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, vorgeschlagen, ein zusätzliches Zwischenelement vorzusehen. Dieses Zwischenelement ändert seinen Durchmesser in Abhängigkeit von der Temperatur und kann bzw. soll damit eine temperaturbedingte Änderung der Passung im System, d.h. ob beispielsweise Spiel oder eine Vorspannung vorliegt, zumindest im Wesentlichen verhindern. Ziel ist es also, mittels dieses Zwischenelementes, welches analog dem bekannten Stand der Technik auch durch sog. Keilringe bzw. Ausgleichsringe, die mit ihren Keilflächen teilweise aufeinander liegen, gebildet ist, die Passungen zwischen dem äußeren Bauelement und dem Zwischenelement sowie zwischen dem Zwischenelement und dem inneren Bauelement über dem gesamten Betriebstemperaturbereich nahezu konstant zu halten.
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Das erfindungsgemäß vorgesehene Zwischenelement umfasst nun neben den zumindest zwei Ausgleichsringen mit keilförmigem Querschnitt weiterhin einen sog. Aufnahmering, welcher auch als Schale bezeichnet werden kann, da er zumindest eine in Radialrichtung abragende Schulter aufweist, an der einer der Ausgleichsringe anliegt und somit über diese Schulter in der erfindungsgemäßen Anordnung quasi eingespannt ist, wenn in Axialrichtung betrachtet der Ausgleichsring mit seinem der genannten Schulter abgewandten Ende ebenfalls geeignet abgestützt ist, so beispielsweise an einem Wandabschnitt des Gehäuses. Erfindungsgemäß unterscheidet sich nun der Wärmeausdehnungskoeffizient zumindest des auf dem Aufnahmering aufliegenden (und somit diesem benachbarten) Ausgleichsrings von demjenigen des Aufnahmerings, wobei vorzugsweise die beiden oder mehreren keilförmigen Ausgleichsringe aus dem gleichen Material gefertigt sind und somit den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Das vorliegend vorgeschlagene Zwischenelement, bestehend aus dem Aufnahmering und zumindest zwei keilförmigen Ausgleichsringen basiert nun weiterhin auf dem bekannten Grundprinzip der Keilringe und unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der beteiligten Bauteile, wobei eine axiale Wärmeausdehnung des auf dem Aufnahmering aufliegenden Ausgleichsrings weitestgehend verhindert wird, so dass die radiale Durchmesserveränderung des erfindungsgemäßen Zwischenelements verstärkt wird.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Aufnahmering an seinen beiden in Axialrichtung der Anordnung betrachteten Endbereichen eine sich in Radialrichtung erstreckende Schulter aufweist und zwischen den beiden Schultern des Aufnahmerings zumindest zwei Ausgleichsringe vorgesehen sind, deren Keilflächen zueinander gegensinnig geneigt sind und auf deren Keilflächen jeweils ein Ausgleichsring zumindest anteilig aufliegt. Letzteres zeigen auch die beiden im Folgenden erläuterten und in den beigefügten Figuren auf das Wesentliche beschränkt gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Es zeigt
- 1 einen Detailschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels,
- 2a einen mehrfach geschlitzten Ausgleichsring in isometrischer Darstellung,
- 2b einen Teil des mehrfach geschlitzten Ausgleichsrings aus 2a in Draufsicht,
- 2c einen einfach geschlitzten Ausgleichsring in isometrischer Darstellung,
- 3 einen Detailschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels.
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Zunächst auf 1 Bezug nehmend ist mit der Bezugsziffer 1 ein erstes inneres Bauelement und mit der Bezugsziffer 2 ein zweites äußeres Bauelement gekennzeichnet, welches das erste Bauelement 1 umgibt. Beispielsweise sei das erste Bauelement 1 eine (äußere) Lagerschale eines Gummilagers oder ein beliebiges anderes rotationssymmetrisches oder kreiszylindrisches Bauteil, welches in einer angepassten kreiszylindrischen Aussparung A des zweiten Bauelements 2, welches ein das Lager bzw. Bauelement 1 aufnehmendes Gehäuse sein kann, angeordnet ist. Im Hinblick auf Kreiszylindrizität des Bauteils 1 und die daran angepasste kreiszylindrische Aussparung A kann auch von einer abschnittsweise konzentrischen Anordnung der beiden Bauelemente 1, 2 gesprochen werden, wobei die Zentral-Achse Z oder vorliegend auch Zylinder-Achse Z beispielsweise entlang der unteren Kante des in 1 gezeigten Ausschnitts des Bauelements 1 verlaufe.
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Im Wesentlichen innerhalb der Aussparung A liegend bzw. sich über deren in Richtung der Zentral-Achse Z erstreckende Breite ersteckend ist auf das erste Bauelement 1 ein sogenannter Aufnahmering 3 aufgebracht, der an seinen beiden Enden jeweils mit einer in Radialrichtung R (diese steht senkrecht auf der Zentral-Achse Z) abragenden oder abstehenden Schulter S versehen ist. Zwischen diesen beiden Schultern S liegen nebeneinander und dabei geringfügig voneinander beabstandet zwei sogenannte Ausgleichsringe 4a, 5a mit jeweils keilförmigem Querschnitt, und zwar solchermaßen angeordnet, dass deren dem Aufnahmering abgewandte Keilflächen K gegensinnig zueinander geneigt sind. Weiter in Radialrichtung R nach außen gehend liegt auf jedem Ausgleichsring 4a, 5a bzw. genauer auf dessen Keilfläche jeweils ein weiterer Ausgleichsring 4b, 5b mit keilförmigem Querschnitt ebenfalls mit seiner Keilfläche K teilweise auf. Bei jedem äußeren Ausgleichsring 4b, 5b liegt somit die Keilfläche K mit Betrachtung in Radialrichtung R innen und bei jedem inneren Ausgleichsring 4a, 5a liegt die Keilfläche K mit Betrachtung in Radialrichtung R außen. In Radialrichtung R weiter nach außen schließt sich an die äußeren Ausgleichsringe 4b, 5b das zweite Bauelement 2 an, d.h. es ist ein oder das durch den Aufnahmering 3 und die hier insgesamt vier Ausgleichsringe 4a, 4b, 5a, 5b gebildetes und weiter oben vor der Figurenbeschreibung genanntes Zwischenelement E in die Aussparung A des äußeren, zweiten Bauelements 2 eingesetzt. Ferner umgibt dieses Zwischenelement E das innere, erste Bauelement 1.
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Bezüglich der direkt miteinander zusammen wirkenden, da teilweise aneinander anliegenden Ausgleichsringe 4a, 4b bzw. 5a, 5b, die jeweils als ein Paar von Ausgleichsringen betrachtet werden können, ist/sind zumindest einer der Ausgleichsringe eines Paares, also beispielsweise nur die Ausgleichsringe 4a, 5a geschlitzt ausgeführt, wie die 2a, 2b, 2c zeigen. Selbstverständlich können aber auch beide Ausgleichsringe eines Paares geschlitzt ausgeführt sein.
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2a zeigt einen mehrfach geschlitzten Ausgleichsring, und zwar hier den Ausgleichsring 5a, in isometrischer Darstellung. Man erkennt über dem Umfang des Ausgleichsrings 5a verteilt vorgesehene Schlitze L, die sich abwechselnd vom linken und vom rechten Rand ausgehend jeweils nur über einen Teil der Breite des Ausgleichsringes (5a) erstrecken. Dies geht auch aus der Draufsicht des Ausgleichsrings von 2a in 2b hervor. Eine alternative Ausführungsform eines nur einfach geschlitzten, d.h. nur mit einem sich über die gesamte Breite erstreckenden Schlitz L versehenen Ausgleichsrings 5a' zeigt 2c in isometrischer Darstellung.
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Nun vergrößere sich beispielsweise temperaturbedingt der in Radialrichtung R gemessene Durchmesser der Aussparung A im Gehäuse bzw. im äußeren, zweiten Bauelement 2. Auch die Ausgleichsringe 4a, 4b, 5a, 5b dehnen sich unter dem gleichen Wärmeeinfluss bzw. aufgrund von Temperaturerhöhung aus, wohingegen das Bauelement 1 und der Aufnahmering 3 aus anderen Materialien gefertigt sind und einen erheblich geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Ausgleichsringe 4a, 4b, 5a, 5b und das zweite Bauelement 2 besitzen. Da nun eine Ausdehnung der inneren Ausgleichsringe 4a, 5a in Axialrichtung, d.h. in Richtung der Zentral-Achse Z nach außen durch die Schultern S des Aufnahmerings 3 verhindert wird, schieben sich als Folge einer solchen Temperaturerhöhung der Ausgleichsring 4b weiter auf den Ausgleichsring 4a und der Ausgleichsring 5b weiter auf den Ausgleichsring 5a und somit jeweils weiter übereinander, so dass der in Radialrichtung R gemessene Außendurchmesser des gesamten Zwischenelements E bzw. der Außendurchmesser der äußeren keilförmigen Ausgleichsringe 4b, 5b vergrößert wird. Damit bleibt das innere Bauelement 1 trotz Temperaturerhöhung und größerer Wärmeausdehnung des äußeren Bauelements 2 in diesem ebenso wie vor dem Eintreten der besagten Temperaturerhöhung eingespannt.
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Das Ausdehnungsverhalten des erfindungsgemäßen und durch den Aufnahmering 3 mit zumindest zwei keilförmigen Ausgleichsringen 4a, 4b oder vorzugsweise zwei Paaren solcher Ausgleichsringe 4a, 4b und 5a, 5b gebildeten Zwischenelements E hängt dabei insbesondere von der jeweiligen Materialauswahl und selbstverständlich von der Dimensionierung ab, wobei auch der Keilwinkel oder Kegelwinkel der Ausgleichsringe - wie aus den 2a, 2b hervorgeht stellen diese ein Kegelsegment dar - , d.h. derjenige Winkel, den in der Darstellung von 1 die Keilfläche K mit der Zentral-Achse Z einschließt, das radiale Wärmeausdehnungsverhalten des Zwischenelements E nennenswert beeinflussen kann.
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3 zeigt ein dahingehend abgewandeltes Ausführungsbeispiel, dass zwischen den Schultern S eines einzigen Aufnahmerings 3 nun vier Paare von Ausgleichsringen nebeneinander vorgesehen sind, d.h. die zwei Paare von Ausgleichsringen 4a, 4b mit 5a, 5b aus 1 sind hier zweifach vorhanden. Selbstverständlich sind noch viele andere Abwandlungen möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007001918 A1 [0001, 0003]
- DE 102010052842 A1 [0001]
