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Servokraftvorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Servokraftvorrichtung mit einem eine Außenlaufbahn
tragenden Außenring und einer eine Innenlaufbahn tragenden, gegenüber dem Außenring
axial verlagerbaren und drehbaren Welle und zwischen diesen beiden Laufbahnen umlaufenden
Wälzkörpern, die zwischen Borden der Außenlaufbahn oder der Innenlaufbahn axial
gehalten und zwischen Stegen eines ringförmigen Lagerkäfigs mit Steuerungsmitteln
bezüglich der Lage ihrer Rotationsachse relativ zu3 Achse der Welle einstellbar
geführt sind.
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Eine Servokraftvorrichtung der angegebenen Gattung ist bekannt, bei
der der Innenring eines Wälzlagers zum Erzeugen einer axialen Servokraft in Drehung
versetzt und die Drehachsen der Wälzkörper durch einen axial verschiebbaren Lagerkäfig
mit unterschiedlicher Schräge der Stege in eine schräge Lage zur Achse des Wälzlagers
gebracht werden (DE-OS 2 455 644). Diese bekannte Servokraftvorrichtung hat den
Nachteil, daß die Größe der Servokraft konstruktionmäßig festliegt, also nicht beim
Betätigen eingestellt werden kann denn diese ist von der Größe des in den Lagerkäfig
ein.
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gearbeiteten Scbrägungswinkels der Stege abhängig. Die Anwendung der
bekannten Servokraftvorrichtung ist dementsprechend auf solche Gebiete beschränkt,
wo mit einer Sersokraft einer von vornherein bestimmten Größe gearbeitet werden
kann.
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Aufgabe der in Anspruch 1 offenbarten erfindungsgeiäßen Servokraftvorrichtung
ist es, eine beliebig große axiale Sersokraft beim Betätigen der Servokraftvorrichtung
einstellen zu können.
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Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruches
1 gelöst. Dabei wird erreicht, daß durch die Krafteinleitungsmittel eine in ihrer
Größe veränderliche Betätigungskraft an einer oder an beiden Stirnflächen des Lagerkäfigs
in Umfangsrichtung wirkt. Die Betätigungskraft stellt die Größe des Schief-
6tellunoswinkels
der Wälzkörper ein, indem diese die biegeelastisch schiefstellbaren oder schwenkbaren
Stege des Lagerkäfigs mehr oder weniger schräg zur Achse der Welle einstellt und
dementsprechend die Größe der axialen Servokraft steuert.
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Die Unteransprüche beziehen sich auf Weiterbildungen der Erfindung.
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Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird erreicht, daß die Krafteinleitungsmittel
durch gleichmäßig aa Umfang der Stirnfläche(n) des Lagerkåfigs angreifende Gleitreibungskräfte
wirksam sind, die durch entsprechendes Anstellen der Hülse in ihrer Größe verändert
werden können.
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Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 bewirkt, daß auf der einen Stirnfläche
des Lagerkäfigs Gleitreibungekräfte in der einen Umfangsrichtung und auf der anderen
Stirnfläche gleichgroß Gleitreibungskräfte in entgegengesetzter Unfangsrichtung
angreifen, so daß die biegeelastisch schiefstellbaren oder schwenkbaren Stege durch
gleichmäßig am Lagerkäfig wirksame Gleitreibungskräfte eingestellt werden.
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Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 4 wird eine einfache gleichmäßige
Durchbiegung der Stege bei Betätigung der Servokraft-Vorrichtung erzielt, wobei
die Stege eine gleichmäßige Dick.
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und eine hohe Biegefestigkeit aufweisen und auch wirtschaftlich im
Gießverfahren mit den Seitenringen des Lagerkäfigs verbunden werden können.
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Anspruch 5 weist auf eine weitere Ausgestaltung hin, bei der die Stege
des Lagerkäfigs schwenkbar angeordnet sind, sich nicht elastisch verformen lnd somit
bei jeder tchiefstellungsuäßiger Einstellung eine formzenaue (gerade) Führungskante
für die Wälzkörper liefern,
Schließlich wird mit den Ansprüchen
6 und 7 erreicht, daß die Wälzkörper entsprechend ihrer Belastung im Betrieb als
herkömmlich gestaltete zylindrische bzw. kugelige Wälzkörper eingebaut werden können.
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Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Servokraftorrichtung
werden nachstehend anhand der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen naher erläutert.
Es zeigen Figur 1 einen Querschnitt durch eine Servokraftvorrichtung mit einer an
einer Stirnfläche des Lagerkäfigs angreifbar angeordneten Hülse als Krafteinleitungsmittel,
Figur 2 eine Draufsicht auf den Lagerkäfig der in Figur 1 gezeigten Servokraftvorrichtung
bei nieht-angreitender Hülse, Figur 3 eine Draufsicht auf den Laterkäfit der in
Figur 1 gezeigten Servokraftvorrichtung bei angreifender Hülse, Figur 4 einen Querschnitt
durch eine abgeänderte Servokraftvorrichtung mit an beiden Stirnflächen des Lagerkäfigs
antreibbar angeordneten Hülsen als Krafteinleitungsmittel, Figur 5 eine Draufsict
auf den Lagerkäfig der in Figur 4 dargestellten Servokraftvorrichtung bei beidseitig
angreifendem Hüleen, Figur 6 einen Querschnitt durch eine weitere abgeänderte Servokraftvorrichtung.
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Mit 1 ist in Figur 1 der die Außenlaufbahn 2 tragende Außenring einer
Servokraftvorrichtung bezeichnet. Der Außenring 1 ist in der Bohrung des nicht-rotierenden,
festgehaltenen Gehäuses 3 mit einem Flanschring 4 und den zugeharlgen Schrauben
5 festgesetzt. Im Gehäus 3 ist eine relativ zu diesem axial verlagerbare und drehbare
Welle 6 mit einer Innenlaufbahn 7 eingebaut. Zwischen der Außenlaufbahn 2 und der
Innenlaufbahn 7 sind umlaufende kugelige Wälzkörper
8 eingebaut,
die zwischen Borden der rillenförmigen Außenlaufbahn 2 axial gehalten sind. Im übrigen
laufen die Wälzkörper 8, wie besonders deutlich in den Figuren 2 und 3 zu sehen,
zwischen den Stegen 9 und 10 des ringförmigen lagerkäfigs 11. Diese Stege 9,10 weisen
in Umfangsrichtung runde Löcher 12 auf, in die die Wälzkörper 8 elastisch eingeschnappt
sind und an deren kreisförmigen Ränder die Wälzkörper 8 im Lagerkäfig 11 bezüglich
der Lage ihrer Rotationsachse relativ zur achse der Welle 6 einstellbar gefilhrt
sind.
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Die Stege 9,10 des Lagerkäfigs 11 sind durch ein mäanderförmig am
Umfang der Servokraftvorrichtung gewundenen Federstahlband 45 gebildet, welches
auf der einen Seite 13 der Stege 9,10 im Lagerkäfig 11 eingegossen und somit festgehalten
ist Die Stege 9,10 jedes Wälzkörpers 8 bilden eine den Wälzkörper 8 umgebende, freie
Mäanderschlaufe, die bei umlaufmäßiger Krafteinwirkung der Wälzkörper 8 bis zu einem
Anschlag 14 bzw. 15 biegeelastisch federn kann.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Krafteinleitungsmittel
durch die Hülse 16 gegeben, welche gegen die Stirnfläche 17 des rotierenden Lagerkäfigs
11 zum Erzeugen in Umfangerichtung des Lagerkäfigs 11 angreifender Gleitreibungskräfte
18 - siehe Figur 3 -gebildet sind.
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Die Hülse 16 ißt durch Betätigungsmittel (nicht gezeigt) in axialer
Richtung in der Bohrung des Flanschringes 4 verschiebbar und anstellbar angeordnet.
Die Arretiwrungsscheibe 19, welche durch die Schrauben 5 am Gehause befestigt ist
und mit einer Nase 20 in die Längsnut 21 der Hülse 16 eingreift, sichert die Hülse
16 gegenüber Verdrehen im Gehäuse 3.
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Die Welle 6 ist als Kupplungselement mit einem endseitigen Flansch
22 versehen und axial verschiebbar gelagert. Auf der Mastelfläche des
Flansches
22 sind gleichmäßig am Umfang verteilte, radiale Vertiefungen 23 angebracht, in
die, im eingekuppelten Zustand, kugelförmige Körper 24 des Gegenflansches 25 der
kuppelbaren, axial nicht verschiebbar gelagerten Welle 26 eingreifen. Diese Körper
24 wer den durch eine Schraubenfeder 27 elastisch in die Vertiefungen 23 hineingedrückt.
Durch eine Stiftschraube 28 ist jede Schraubenfeder 27 radial im Gegenflansch 25
der Welle 26 festgehalten.
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Mittels Anstellen und axiales Verschieben der Hülse 16 in Richtung
des Pfeiles 29 in Figur 1 gegen die Stirnfläche 17 des rotierenden Lagerkäfige 1.1
kommt die Stirn der Hülse 16 in gleitende Berührung mit dem lagerkäfig 11. Dabei
dreht die Welle 6 in Richtung des Pfeiles 30 in Figur 1.
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Aufgrund dieser Anstellung der Hülse 16 werden auf der Stirnfläche
17 des Lagerkäfigs 11 die mit dem Pfeil 18 in Figur 3 angedeuteten Gleitreibungskräfte
erzeugt, die ihrerseits den Lagerkäfig 11 entgegen der Wälzbewegung 31 der Wälzkörper
8 an seiner Rotationsbewegung hindern wollen. Je nach der Größe der durch die Anstellung
der Hülse 16 gesteuerten Gleitreibungskräfte 18 federn die Stege 9 und 10 mehr oder
weniger weit in Umfangsrichtung des Lagerkäfige11 und stellen die Rotationsachse
der Welle 6 mehr oder weniger schief, so daß auf die Welle 6 in an sich bekannter
Weise eine entsprechend groß. Axialkraft in Richtung des Pfeiles 29 wälzkontaktmäßig
ausgeübt wird und die Welle 6 zum Einkuppeln in Richtung der axial festgehaltenen
(axial nicht verschiebbar gelagerten) Welle 26 verlagert und über die kugelförmigen
Körper 24 mit dieser Welle 26 zum Übertragen einer Drehbewegung und eines Drehaoientes
gekuppelt wird. Die entsprechende gekuppelte Stellung der Wellen 6 und 26 ist in
Figur 1 dargestellt.
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Zum Entkuppeln der beiden Wellen 6,26 kann spiegelbildlich zur in
Figur 1 gezeigten Servokraftvorrichtung eine zweite, entgegengesetzt
auf
die Welle 6 wirkende Servokraftvorrichtung (nicht gezeigt) angeordnet sein, welche
durch Verschieben der gemeinsamen Hülse 16 entgegen der Richtung des Pfeiles 29
betätigt wird und dadurch die Welle 6 in der Zeichnung nach links bewegt. so daß
die Körper 24 aus ihren Vertiefungen 23 herausschnappen und dementsprechend die
Kupplung der Welle 6 nit der Welle 26 gelöst wird.
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Dabei kann der Flansch 22 der Welle 6 an der Gleitscheibe 78 des Gehouses
3 anlaufen, die aus mit Festschmierstoff gefülltem Kunststoff besteht.
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Ein sich gegenseitiges Lösen (Emtkuppeln) der Wellen 6 und 26 kann
aber auch dadurch hervorgerufen werden, daß die Welle 6 entgegen der mit Pfeil 30
im Figur 1 angedeuteten Drehrichtung gedreht wird, so daß also die Gleitreibungskräfte
18 in entgegengesetzter Richtung wirken, die Stege 9,10 ia entgegengesetzter Unfangerichtung
federn und die Wälzkörper 8 im entgegengesetzter Richtung schief zur Achse der Welle
6 im Lagerkäfig 11 geftihrt werden. Die Welle 6 wird dadurch von einer Servokraft,
die entgegengesetzt zur Sersokraft des Einkuppelns wirkt, beaufschlagt, so daß diese
von der axial nicht verschiebbar gelagerten Welle 26 weg (in der Zeichnung der Figur
1 nach links) verlagert und ntkuppelt wird.
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In Figur 4 ist eine abeeänderte Servokraftvorrichtung denonstriert,
welche auf der in der Zeichnung linken Seite die durch Betätigungsmittel (nicht
gezeigt) gegen die Stirnfläche 32 des Lagerkäfige 33 axial anstellbare, rotationsmäßig
festgehaltene Hülse 34 als Krafteialeitungssittel aufweist. Auf der in der Zeichnung
rechten Seite ist die Hülse 35 über das Rillenkugellager 36 ia Gehäuse 3 drehbar
gelagert. Diese Hülse 35 wirkt als weiteres Krafteinleitungsmittel, in der diese
gleitreibungsaäßig auf der Stirnfläche 37 des Lagerkäfigs 33 angreift. Sie ist mit
der Welle 38 umlaufend und gegenüber dieser axial verschiebbar angeordnet, inden
radiale Vorsprünge 39 in entsprechende Längsnuten der Welle 38 eingreifen.
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Wie in Figur 5 zu sehen, sind im Lagerkäfig 33 zylindrische Wälzkörper
40 eingebaut, welche durch schwenkbar zwischen den Seitenringen 41,42 gehaltenen,
biegesteifen, zylindrischen Abstandsstücken 43,44 geführt sind. Die aus Metall gefertigten
Abstandsstücke 43,44 sind übrigens drehbar in seitlichen kslotteaartigen Vertiefungen
der Seitenringe 41,42 aus Kunststoff gehalten und werden an ihren balligen (konvex)
ausgebildeten Enden auf der einen Seite auf dem ii Seitenring 41 eingegossenen Federstahlband
45 axial gestützt. Das Rillenkugellager 36 ist in der Bohrung des Gehäuses 3 durch
Tellerfedern 46 in der einen axialen Richtung elastisch gehalten, Bo daß etwaige
axiale Stoßbelastungen bei Betätigen der Servokraftvorrichtung von den Tellerfedern
aufge fangen werden, ohne daß das Rillenkugellager 36 überlastet wird.
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Auf der in der Zeichnung der Figur 4 rechten Seite ist das Ende der
Welle 38 durch einen aufgesetzten Flansch 47 gebildet, der durch die Stiftschraube
48 auf der Welle 38,gegen Verdrehen gesichert, festgehalten ist.
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Der Flansch 47 wirkt mit dem Flansch 49 der Welle 50 als Reibungskupplung,
wein beide Flasche 47,49 durch die Servokraftvorrichtung gegenseitig angedrückt
werden.
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Zum Andrücken und axialen Verschieben des Flansches 47 gegen den Flansch
49 wird die Hülse 34 gegen die Stirnfläche 32 des Lagerkäfige 33 geschoben, so daß
dort an der Stirnfläche 32 Gleitreibungskräfte 53 - siehe Figur 5 - angreifen. Auf
der gegenüberliegenden Stirnfläche 51 des Lagerkäfign 33 wird dieser durch die Hülse
35 gestützt, welche mit der Welle 38 in Richtung des Pfeilen 52 rotiert und dadurch
die in Figur 5 angedeuteten gleichgroßen Gleitreibungskräfte 53' erzeugt, welche
entgegengsetzt zu den Gleitreibungnkräften 53 der Stirnfläche 32 gerichtet sind.
Aufgrund
dieser Gleitreibungskräfte 53,53' wird der Seitenriag 41 gegenüber des Seitenring
42 in Umfangerichtung elastisch verlagert (verdreht), und zwar umso mehr, je größer
die durch die Hülse 34 gesteuerten Gleitreibungskräfte 50,53 eingestellt werden.
Dabei dient das in den Seitenringen 41 und 42 eingegossene Federstahlband 45 als
auf Biegung beanspruchtes Verbindungselement zwischen dem Seitenring 41 und dem
Seitenring 42. Die Rotationsachen 54 der Wälzkörper 40 wird in den Käfigtaschen
zwischen den Abstandsmtücken 43,44 relativ zur Achse der Welle 38 positiv (in d@
der einen "ponitiven" Richtung) schiefgestellt, so daß die Welle 38 in an sich bekannter
Weise durch eine axiale Servokraft in der Zeichnung der Figur 4 nach rechts verschoben
und axial gegen den Flansch 49 der Welle 50 angedrückt wird. Während der Zeit, in
der die Hülse 34 nit relativ geringer Betätigungakraft gegen die Stirifläche 32
gedrückt wird, wirkt eine große, durch diese Betätigungmkraft gesteuerte Servokraft,
welche die beiden Flansche 47,49 reibungsmäßig miteinander kuppelt.
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Sobald die Hülse 34 nun zurückgezogen wird und dementsprechend micht
mehr an der Stirnfläche 32 angreift, atellen sich die Abstandsstücke 43,44 infolge
der Federkraft des Federatahlbandes 45 im ihre Ausgangastellung zurück. Dabei werden
die Abstandestücke 43,44 in einen kleinen, zum vorhergehenden Winkel "negativ" gerichteten
Winkel schief zur Achse der Welle 38 (in der anderen "negativen" Richtung) gestellt,
so daß jetzt eine kleine axial Kupplungslösungskraft auf die Welle 38 wirkt, welche
diene von der Welle 50 weg, also in der Zeichnung der Figur 4 nach links, zu verschieben
sucht. Diese Kupplungslösungskraft zum gegenseitige Lösen der beiden Flansche 47
und 49 wird dauernd von Rillenkugellager 36 auf das Gehäuse 3 übertragen, wen auf
die Hülse 34 keine Betätigungnkraft einwirkt.
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Die axialen Vorsprünge 55 an den Seitenringen 41,42 führen die Wälzkörper
40 in axialer Richtung. Dabei ist die Schiefstellung der Wälzkörper 40 nicht gehindert,
weil diese Vorsprünge 55 die Stirnflächen der Wälzkörper 40 mittig berühren.
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In Figur 6 ist eine weitere abgeänderte Servokraftvorrichtung gezeigt,
die für die Peibungskupplung eines Kraftfahrzeuges dienen kann. Hier sind die zylindrischen
Wälzkörper 56 zwischen den Stegen 57, wie in Figur 5 gezeigt, geführt, haben aber
eine größere axiale Vernchiebemöglichkeit 59 in Lagerkäfig 58.
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Eine dünnwandige Büchse 60 ist in ihrer Bohrung durch eine elastische
Kunststoffbüchse 61 schwingungsdämpfend unterstützt. Auf der Mantelfläche der Büchse
60, welche die Innenlaufbahn für die Wälzkörper 56 darstellt, laufen die Wälzkörper
56 aufgrund der federnden Eigenschaften der dünnwandigen Büchse 60 unter kleiner
radialer Vorspannung.
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Die Wälzkörper 56 laufen übrigens zwischen den Borden der laufbahnrille
61 des Außenringes 62, der seinerseits mittels der Befestigungsringe 63 und 64 an
Kupplungsgehäuse 65, zum Beispiel durch Schrauben (nicht gezeigt), befestigt ist.
tn tkrenkupplungsseitigen hnde hat die Büchse 60 einen radialen Flansch 66, der
zum Ausrücken der Peibungskupplung (nicht gezeigt) in an sich bekannter Weise gegen
die Ausrückhebel 67 der Reibungskupplung drückt.
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Zwischen den Flansch 66 und der Stirnfläche 68 des lagerkäfigs 58
ist ein Axialkugellager 69 mit der lagerscheibe 70 eingebaut. Auf der gegenüberliegenden
Stirnfläche 71 des Lagerkäfigs 58 ist eine gegen diese axial anstellbare Hülse 72
verschiebbar gelagert und gegen Verdrehen im Befestigungsring 64, zum Beispiel durch
in
Länganuten des Befestigungsringes 64 eingreifende radiale Vorsprünge
(nicht gezeigt) der Hülse 72, gesichert.
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Im übrigen ist am den Ausrückhebeln 67 der Reibungskupplung (nicht
gezeigt) gegenüberliegenden Ende der Büchse 60 ein radialer Flansch 73 vorhanden.
Zwischen dem Flansch 73 und der Schulter 74 der Hülse 72 ist eine auf Druck beanspruchte
Schraubenfeder 75 eingebaut. In der Ringnut 76 der Hülse 72 können in an sich bekannter
Weise Greifelemente (nicht gezeigt) einer Betätigungsgabel zum Betätigen der Servokraftvorrichtung
eingreifen und die Hülse 72 axial in Richtung der Ausrückhebel 67 verschieben.
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Zum Ausrücken der Peibungakupplung (nicht gezeigt) wird also die Hülse
72 in der Zeichnung der Figur 6 nach links gegen die Stirnfläche 71 des Lagerkäfigs
58 geschoben und sn6eetellt, eo daß zwischen der nicht-rotierendei Hülse 72 und
dem rotierenden Lagerkäfig 58 in Umfangsrichtung angreifende Gleitreibungskräfte
erzeugt werden.
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Diese Gleitreibungskrafte versuchen den Umlauf der unter radialer
Vorspannung umlaufenden Wälzkörper 56 zu hemmen, so daß die Wälskörper 56, ähnlich
wie bei der vorhergehend beschriebenen Sersokraftvorrichtung in Figur 5 gezeigt,
durch elastische Federung des Lagerkäfigs 58 relativ zur Achse der Welle 77 zwischen
den Stegen 57 schiefgestellt werden, und zwar umso stärker, je größer die axiale
Betätigungskraft an der Hülse 72 ist. Die Folge davon ist, daß die Büchse 60 rollkontaktmäßig
gegen die Schraubenfeder 75 in Richtung der Ausrückhebel 67 mit gesteuerter Servokraft
verschoben wird und die Ausrückhebel 67 der Reibungskupplung (nicht gezeigt) in
an sich bekannter Weise ausrückt. Dabei wird der Lagerkäfig 58 innerhalb der axialen
Verschiebemöglichkeit 59 in axialer Richtung zu den Ausrückhebeln hin verlagert.
Das Axialkugell@ger 69 überträgt ohne größere Reibung (keine gleitende Reibung vorhanden!)
die Betätigungakraft der Hülse 72 über den lagerkäfig 58 auf den Flansch 66 der
Büchse 60.
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sobald die axiale Betätigungskraft, welche die Hülse 72 gegen den
lagerkäfig 58 abstellt, nachläßt oder rückgängig gemacht wird, kommt die Kraft der
Schraubenfeder 75 zur Geltung und drückt die Büchse 60 in die in Figur 6 gezeigte
Anfangslage axial zurück.
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Ihbei werden auch der Lagerkafig 58 und die Hülse 72 ijber das Axialkugellager
69 zurückgestellt.
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Die erfindungegemäße Servokraftvorrichtung kann im Rahmen des Erfindungsgedankens
weiter abgewandelt werden. Zum Beispiel brauchen die Krafteinleitungsmittel nicht
durch eine oder beide Stirnflächen des Lagerkäfigs anstellbare Hülsen zum Erzeugen
von Gleitreibungskräften gebildet zu sein. Vielmehr können auch elektrisch oder
elektromagnetisch gesteuerte Krafteinleitungsmittel am Lagerkäfig wirksam sein,
welche eine gesteuerte Anziehungs-oder Abstoßungskraft, die magnetisch sein kann,
zwischen elektrisch gesteuerter Hülse und Lagerkäfig erzeugen. Diese Anziehungs-
oder Abstoßungskräfte bewirken wiederum veränderlich gesteuerte Kräfte, die auf
der betreffenden Stirnfläche des Lagerkäfigs in Umfangsrichtung angreifen und ia
der beschriebenen Weise die Schiefstellungslage der Rotationsachse der Wälzkörper
relativ zur Achse der Welle zum Erzeugen einer axialen Servokraft beet im men.
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Außerdem brauchen die Borde zum axialen Halten der Wälzkörper nicht
an der Außenlautbahn (des Außenringes), sondern diese können an der Innenlaufbahn
(des Innenringes oder der Welle) angebracht sein.
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Schließlich brauchen nicht alle Wälzkörper einer Wälzkörperreihe am
Umfang zum Erzeugen der Servokraft schiefstellbar angeordnet zu sein, sondern nur
ein Teil dieser Wälzkörper.