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Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Radialführung.
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Hintergrund
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In Bauteilen, die in großen Stückzahlen produziert werden, und /oder die kostengünstig hergestellt werden müssen, bilden Radialführungen einen kostengünstigen Ersatz zu Gleitlagern. Um als Führung wirken zu können, müssen die Radialführungen aber sowohl axial, als auch radial fest positionierbar sein. Um einen festen Sitz der Radialführungen zu gewährleisten, ist es daher notwendig, dass das Bauteil welches die Radialführung hält, passgenau gefertigt ist. Allerdings weisen diese Bauteile in der Realität oft einen vergrößerten Toleranzbereich auf, so dass der feste Sitz der Radialführung nicht unter allen Umständen sichergestellt ist.
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Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine Radialführung mit einer verbesserten axialen Positionsfixierung an einer Zylinderoberfläche, insbesondere einer Hohlzylinderinnenfläche, mit vergrößertem Toleranzbereich bereitzustellen.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß geschaffen ist eine Radialführung umfassend: einen scheibenartigen Abschnitt; und einen in Bezug auf den scheibenartigen Abschnitt im Wesentlichen mittig angeordneten zylindrischen Abschnitt; wobei in dem scheibenartigen Abschnitt Öffnungen vorgesehen sind, wobei durch die Öffnungen in dem scheibenartigen Abschnitt elastische Stege zur Aufnahme von Radialkräften gebildet sind.
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Der scheibenartige, vorzugsweise kreisförmige Abschnitt der Radialführung ist durch die Öffnungen durchbrochen. Die Öffnungen sind so angeordnet, dass sich in einem in radialer Richtung äußeren Bereich des scheibenartigen Abschnittes parallel zum Umfang verlaufende dünne Bereiche, die Stege, ausbilden. Die Stege sind aufgrund ihrer durch die Öffnungen vorgegebenen Dimensionierung dazu ausgebildet sich elastisch verformen zu können. Die elastischen Stege bilden radiale Federelemente und erlauben die Klemmung der Radialführung z.B. in ein Gehäuse oder eine Druckkapsel, beispielsweise eines Nadelventils, insbesondere in einen Hohlzylinder mit Toleranzen an der Kontaktstelle zur Radialführung, zur radialen Fixierung eines drehenden Bauteiles. Die elastischen Stege erzeugen einen radialen Anpressdruck gegen das Gehäuse und sorgen für festen Sitz der Radialführung in axialer Richtung und in Umlaufrichtung. Die elastischen Stege können je nach Materialkonstante und Formgebung durch die Öffnungen als kreisförmig ausgelegte Linearfedern (Radialfedern) betrachtet werden. Die elastischen Stege liefern eine radiale Kraft oder Druck nach außen. Die elastischen Stege können zur Toleranzaufnahme oder zur Selbstzentrierung der Radialführung in dem Gehäuse verwendet werden. Der zylindrische Abschnitt bildet eine Aufnahmevorrichtung für ein Bauteil. Seine Lage im Raum, insbesondere relativ zu dem Gehäuse, kann durch die Ausformung des scheibenartigen Abschnittes, insbesondere durch die elastischen Stege, festgelegt werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen über den Umfang des scheibenartigen Abschnittes gleichverteilt angeordnet, insbesondere weist jeder Quadrant eine Öffnung auf. Wenn die Öffnungen gleichverteilt sind, sind durch die Öffnungen in dem scheibenartigen Abschnitt gleichverteilte (und wenn die Öffnungen denselben Umriss haben auch gleichgeformte) elastische Stege angeordnet. Die so angeordneten elastischen Stege bilden über den Umfang des scheibenartigen Abschnittes gleichverteilte, gleichartige Radialfedern. Dadurch werden bei Einbau in das Gehäuse auch gleichverteilte Anpresskräfte erzeugt. Dies hat eine Zentrierwirkung. Daher wird die Radialführung durch die elastischen Stege in dem Gehäuse zentriert, bzw. ist selbstzentrierend.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Stege jeweils mindestens eine Verdickung oder Erweiterung in radialer Richtung auf, insbesondere ist die Verdickung oder Erweiterung im Wesentlichen mittig in den Stegen angeordnet. Im montierten Zustand der Radialführung kontaktieren die Verdickungen das Gehäuse in radialer Richtung. Bei Einpassung in das Gehäuse werden die elastischen Stege radial in Richtung eines Mittelpunkts der Radialführung verformt, insbesondere komprimiert. Die größte Verformung erfahren die elastischen Stege in ihrer Mitte, d.h. am Ort ihres größten Abstandes von einer radialen Abstützung. Diese Orte sind bei Verformung auch die Orte der größten Spannungen. Die Spannungsmaxima treten dabei an den Oberflächen der elastischen Stege, d.h. an den Außenseiten der Querschnitte der elastischen Stege am Ort der geringsten radialen Abstützung auf. Die Verdickung bewirkt, dass der Querschnitt an Stellen der größten Spannung vergrößert ist, d.h. dass dort mehr Material angeordnet ist. Dadurch wird die Spannungsbelastung besser kompensiert und Materialversagen durch Ermüdung vermindert. Bei der Herstellung treffen genau an dem Ort der geringsten radialen Abstützung, welcher auch genau der Ort ist, der von zwei Zuflüssen beim Gießprozess am weitesten entfernt ist, zwei Fließfronten aufeinander. Die aufeinander treffenden Fließfronten bilden eine Zone aus, in der Fasern des Fließmaterials, insbesondere Glasfasern, keine einheitliche Orientierung haben, sondern ungeordnet vorliegen. Dadurch haben die Fasern an dem Ort der größten Spannungen keine Vorzugsrichtung. Daher ist das Material am Ort der größten Spannungen geschwächt. Die Verdickung hat den Vorteil, dass bei der Herstellung der Radialführung durch Spritzgießen, in diesem Bereich aufeinander treffende Fließfronten durch langsamere Fließgeschwindigkeiten eine bessere und/oder kontrolliertere Faserorientierung, insbesondere bei Verwendung von Glasfaser, ausbilden können.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung bildet die Verdickung oder Erweiterung in radialer Richtung einen Vorsprung an einer Umfangsfläche des scheibenartigen Abschnittes. Dies bewirkt, dass beim Einpassen in das Gehäuse die elastischen Stege elastisch verformt werden und damit eine Vorspannung in radialer Richtung möglich ist. Dadurch ist die Haltekraft weiter verbessert.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der zylindrische Abschnitt konzentrisch zu dem scheibenartigen Abschnitt angeordnet und bildet eine Aufnahmevorrichtung für ein Bauteil.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der zylindrische Abschnitt ein Hohlzylinder, der in axialer Richtung, insbesondere an einer Seite des scheibenförmigen Abschnittes, eine kreisförmige Öffnung zur Aufnahme des Bauteils, insbesondere einer Welle oder eines drehenden Bauteils aufweist. Dadurch ist ein drehendes Bauteil durch die Radialführung aufnehmbar und die Radialführung kann zur axialen Festlegung und zur radialen Festlegung einer Welle verwendet werden.
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Insbesondere ist innerhalb der kreisförmigen Öffnung, insbesondere an einer geschlossenen Stirnseite des zylindrischen Abschnitts, eine Erhebung angeordnet. Die Erhebung kann zapfen- oder hügelförmig sein und ist dazu vorgesehen mit einer Stirnseite eines in der Radialführung aufgenommenen drehenden Bauteils zusammenzuwirken. Die Erhebung wirkt dabei nach Art eines Zentrierblocks (Pin und Vertiefung zur Führung von drehenden Teilen). Die Erhebung kann daher zur axialen Führung des drehenden Bauteils verwendet werden. Die Erhebung bildet zusammen mit der in der zylindrischen Öffnung aufgenommenen Welle eine Art Zentrierblock.
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Ferner ist zumindest ein Teil der geschlossenen Stirnseite des zylindrischen Abschnitts nach Art einer elastischen Membran ausgebildet und die Erhebung ist auf der Membran mittig, insbesondere konzentrisch, mit dem in dem zylindrischen Abschnitt aufnehmbaren Bauteil angeordnet. Die geschlossene Stirnseite ist elastisch und umfasst die Erhebung. Wenn ein Bauteil in der Radialführung aufgenommen ist, kann durch axialen Druck auf die Erhebung die Membran ausgelenkt und elastisch verformt werden. Dies erlaubt die Vorspannung des Bauteils, z.B. gegen ein Kugellager (welches das drehende Bauteilteil lagert) bei der Montage. Dadurch wird das Axialspiel des Bauteils reduziert.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der zylindrische Abschnitt an seinem dem scheibenartigen Abschnitt abgewandten Ende kuppelartig abgeschrägt. Dies erlaubt die formschlüssige Einpassung in ein Gehäuse, insbesondere eine Kapsel/Kuppel und damit die Übertragung der Abstützkräfte einer ggf. axialen Abstützung der Welle auf das Gehäuse.
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Ferner wird ein Nadelventil mit zumindest einer erfindungsgemäßen Radialführung vorgeschlagen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
- die 1 eine Draufsicht auf eine beispielhafte Radialführung gemäß der Erfindung;
- die 2 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Radialführung gemäß der Erfindung;
- die 3 eine beispielhafte Radialführung gemäß der Erfindung in einem Einbauzustand in einem Nadelventil.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt eine Draufsicht auf eine beispielhafte Radialführung 1 gemäß der Erfindung. Die Radialführung 1 weist einen kreisförmigen, scheibenartigen Abschnitt 2 und einen zylindrischen Abschnitt 3 auf. Der zylindrische Abschnitt 3 ist in Bezug auf den scheibenartigen Abschnitt 2 mittig, insbesondere konzentrisch angeordnet. Der zylindrische Abschnitt 3 bildet eine Aufnahmevorrichtung für ein Bauteil (nicht dargestellt). Der scheibenartige Abschnitt 2 umfasst Öffnungen 4, die Durchbrüche bilden. Durch die Öffnungen 4 sind entlang eines Umfangs 5 des scheibenartigen Abschnittes 2 elastische Stege 6 gebildet. Die elastischen Stege 6 bilden Radialfedern. Die Öffnungen 4 und dadurch die elastischen Stege 6 sind entlang des Umfanges 5 gleichverteilt angeordnet. Die Öffnungen 4 weisen denselben Umriss auf. Jeder Quadrant des scheibenartigen, kreisförmigen Abschnittes 2 weist eine Öffnung 4 gleichen Umrisses auf. Dadurch sind entlang des Umfanges 5 gleichverteilte und gleichartige Radialfederelemente (die elastischen Stege 6) gebildet. Die elastischen Stege 6 weisen in ihrer Mitte eine sich radial erstreckende Verdickung oder Erweiterung 7 auf. Die Verdickung 7 befindet sich an dem Ort der größten radialen Kompression der elastischen Stege 6 und somit am Ort der größten Spannungen, die in einem Einbauzustand der Radialführung 1 auftreten. Die Verdickung oder Erweiterung 7 bildet einen Vorsprung 8 an dem Umfang 5, d.h. auf einer Umfangsfläche, des scheibenartigen Abschnittes.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Radialführung 1 gemäß 1. Der zylindrische Abschnitt 3 ist mit seiner Zylinderachse konzentrisch zu einem gedachten Kreismittelpunkt des scheibenartigen Abschnittes 2 angeordnet. Der zylindrische Abschnitt 3 ist als Hohlzylinder ausgeführt und weist an der Seite des scheibenartigen Abschnittes 2 (nicht sichtbar) eine kreisförmige Öffnung 9 zur Aufnahme des Bauteils auf. Eine geschlossene Stirnseite 10 des Hohlzylinders ist in axialer Richtung elastisch, insbesondere als elastische Membran 11, ausgebildet.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Nadelventils
16, welches zu einer Manipulation eines Fluidstroms in einem Fluidkanal
17 ausgelegt ist. Das Nadelventil
16 umfasst einen Schaft
18 sowie eine Nadel
23 zum Öffnen oder Schließen des Fluidkanals
17. Derartige Nadelventile sind beispielswiese aus der
DE 10 2017 110 343 A1 bekannt. Das Nadelventil
16 umfasst neben dem Schaft
18 eine Antriebseinheit
19 zum rotatorischen Antrieb des Schafts
18. Der Nadel
23 wird mittels des Schafts
18 linear in Richtung des Fluidkanals
17 bewegt, um die Querschnittsfläche des Fluidkanals
17 zu verringern oder den Fluidkanal
17 vollständig zu verschließen. Die Nadel
19 wird mittels des Schafts
18 linear aus dem Fluidkanal
17 hinaus bewegt, um die Querschnittsfläche des Fluidkanals
17 zu vergrößern oder den verschlossenen Fluidkanal
17 zu öffnen.
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Die Antriebseinheit 19 ist als ein Elektromotor ausgebildet, welcher einen Stator 20 und einen Rotor 21 umfasst. Die Antriebseinheit 19 ist als ein Innenläufermotor ausgebildet. Um den Schaft 18 zu bewegen, wird eine Spannung an die Statorwicklungen der Antriebseinheit 19 angelegt, wodurch der in dem Stator 20 angeordnete Rotor 21 in eine Drehbewegung versetzt wird. Der Rotor 21 dreht den Schaft 18, der mit dem Rotor 21 drehfest verbunden ist. Über ein Gewinde 24 wird die Drehbewegung des Schafts 18 in eine Linearbewegung der Nadel 23 umgewandelt. Somit kann durch die Steuerung der Antriebseinheit 19 der Schaft 18 innerhalb einer Druckkapsel 12 des Nadelventils 16 bewegt werden. Ferner umfasst das Nadelventil 16 eine Leiterplatte 22, auf welcher elektronische Schaltungen zur Steuerung der Antriebseinheit 19 angeordnet sind.
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3 zeigt ferner die Radialführung 1 gemäß den 1 und 2 in einem Einbauzustand. Die Radialführung 1 ist in die Druckkapsel 12 des Nadelventils 16 eingesetzt. Die Druckkapsel 12 weist einen kuppelartigen Abschnitt 13 auf. Die Radialführung 1 ist in dem kuppelartigen Abschnitt 13 aufgenommen. Dazu ist der zylindrische Abschnitt 3 der Radialführung kuppelartig abgeschrägt und dem kuppelartigen Abschnitt 13 der Druckkapsel 12 angepasst. Ein rotationssymmetrisches Bauteil 14 ist in dem zylindrischen Abschnitt 3 aufgenommen und wird durch diesen radial festgelegt. Innerhalb des zylindrischen Abschnittes 3 ist eine Erhebung 15 angeordnet. Die Erhebung ist auf dem elastischen Teil, insbesondere auf der elastischen Membran 11, der geschlossenen Stirnseite 10 des zylindrischen Abschnittes 3, angeordnet. Die Erhebung 15 wirkt mit dem Bauteil 14 zusammen und bildet eine Art Zentrierblock. Die Erhebung 15 überträgt eine Vorspannkraft, die durch Auslenkung der elastischen Membran 11 entsteht, auf das Bauteil 14. Die Radialführung 1 ist in radialer Richtung durch die elastischen Stege 6 festgelegt, insbesondere ist die Radialführung 1 unter Kompression der elastischen Stege 6 über die Vorsprünge 8 in die zylindrische Druckkapsel 12 eingepresst und dadurch sowohl axial, als auch radial festgelegt. Der zylindrische Abschnitt 3 bildet durch seine kuppelartige Abschrägung einen formschlüssigen Anstoß an dem kuppelartigen Abschnitt 13 des Druckkapsel 12 und kann zumindest einseitig Axialkräfte abstützen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radialführung
- 2
- scheibenartiger Abschnitt
- 3
- zylindrischer Abschnitt
- 4
- Öffnungen
- 5
- Umfang
- 6
- elastische Stege
- 7
- Verdickung/Erweiterung
- 8
- Vorsprung
- 9
- kreisförmige Öffnung
- 10
- geschlossene Stirnseite
- 11
- elastische Membran
- 12
- Druckkapsel
- 13
- kuppelartiger Abschnitt der Druckkapsel
- 14
- Bauteil
- 15
- Erhebung
- 16
- Nadelventil
- 17
- Fluidkanal
- 18
- Schaft
- 19
- Antriebseinheit
- 20
- Stator
- 21
- Rotor
- 22
- Leiterplatte
- 23
- Nadel
- 24
- Gewinde
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017110343 A1 [0019]
