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Die
Erfindung betrifft einen mechanischen Mechanismus zum Ausüben einer
Kraft mit Kraftverstärkung,
der eine spezielle Anwendung zum Bereitstellen einer einstellbaren
Vorbelastung auf ein Kugellager oder ein Lager mit ähnlichen
Wälzelementen besitzt.
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Wälzelementlager,
die einander gegenüberliegend
paarweise angeordnet sind, werden weit verbreitet verwendet, wenn
die Forderung besteht, dass das Drehelement axiale oder Schubbelastungen
sowie radiale Belastungen aufnehmen muss. Beispiele sind Lager für die Räder von
Fahrzeugen. Eine Vorbelastung ist für derartige Lager notwendig,
um den erforderlichen Widerstand für axiale oder Schubbelastungen
zu schaffen, eine Vorbelastung vergrößert jedoch auch die Reibung.
Eine zu große
Vorbelastung kann einen frühen
Ausfall des Lagers bewirken, wohingegen eine zu geringe Vorbelastung
ein zu großes
Spiel zulässt
(was sich bei Rädern
als Axialschlag bemerkbar macht), das ebenfalls die Lebensdauer
des Lagers verringern kann. Bei Lagern, die in Raumfahrzeugen verwendet
werden, auf die die vorliegende Erfindung besonders zutrifft, besteht
die zusätzliche
Forderung, dass die Lager idealerweise vorbelastet werden, um eine
annehmbare Steifigkeit zu schaffen, um während des Starts Schwingungen zu
widerstehen und um schwingungsinduzierte Lager- oder Schmierungsschäden zu verhindern.
Diese Funktion wird vorteilhaft durch eine einstellbare Vorbelastung
bereitgestellt, die auf einen großen Wert eingestellt werden
kann, wodurch die Steifigkeit vergrößert und das Lager bei Schwingungen
geschützt wird.
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Im
Stand der Technik sind mehrere Anordnungen vorgeschlagen worden,
um eine einstellbare Vorbelastung zu schaffen und um das Problem
der lösbaren
Verriegelung eines Lagers in einem Raumfahrzeug zu behandeln. Beispiele
sind die Patentspezifikationen
US
5.488.871 ,
US 4.850.719 ,
US RE34310 und
US 5.094.551 allgemein
für eine
einstellbare Vorbelastung und
US
3.985 209 und
US 5.030.016 ,
die das Verriegeln von Lagern in einem Raumfahrzeug während des
Starts betreffen.
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Probleme,
insbesondere für
eine Raumfahrzeuganwendung, bestehen durch die Forderungen nach
Kompaktheit, nach einer starken maximalen Vorbelastung, die mit
minimalem Energieaufwand aufrechterhalten und entfernt werden kann,
nach einer späteren
Einstellung der Betriebs-Vorbelastung für eine optimale Leistungsfähigkeit,
nach dem Aufrechterhalten einer gleichförmigen Druckverteilung rund um
das Lager und nach keiner Minderung der Lagerausrichtung oder der
radialen Steifigkeit.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mechanischen
Mechanismus zum Ausüben
einer Kraft mit Kraftverstärkung
zu schaffen, der sich bei seiner Anwendung zum Bereitstellen einer einstellbaren
Vorbelastung in einem Lager diesen Problemen widmet.
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Die
Erfindung schafft in einem ihrer Aspekte einen mechanischen Mechanismus
zum Ausüben
einer Kraft mit Kraftverstärkung,
um eine Änderung
des Abstandes zwischen einem ersten Widerlagerelement und einem
zweiten Widerlagerelement, wobei der Mechanismus versehen ist mit
einem Aktuatorelement, wenigstens einem Zwischenverbindungsarm,
der mit einem Ende mit dem Aktuatorelement verbunden ist und mit
dem anderen Ende mit dem ersten Widerlagerelement verbunden ist,
wenigstens einem andere Zwischenverbindungsarm, der mit einem Ende
mit dem Aktuatorelement verbunden ist und mit dem anderen Ende mit
dem zweiten Widerlagerelement verbunden ist, und Mitteln, um eine
Kraft auszuüben,
die bestrebt ist, das Aktuatorelement in Bezug auf das erste Widerlagerelement
und das zweite Widerlagerelement zu bewegen, um so die Winkelorientierungen
der Zwischenverbindungsarme relativ zu den Widerlagerelementen,
mit denen sie verbunden sind, zu ändern, und dadurch eine Kraft auszuüben, die
bestrebt ist, den Abstand zwischen dem ersten Widerlagerelement
und dem zweiten Widerlagerelement zu ändern, wobei eine Bewegung des
Aktuatorelements, um die Winkelorientierungen der Zwischenverbindungsarme
zu ändern,
größer ist als
die entsprechende Änderung
des Abstandes der Widerlagerelemente, so dass die ausgeübte Kraft durch
die Zwischenverbindungsarme verstärkt wird.
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Das
Aktuatorelement befindet sich zwischen und vorzugsweise insbesondere
in der Mitte zwischen dem ersten Widerlagerelement und dem zweiten
Widerlagerelement.
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Um
eine Stabilität
zu schaffen, sind das erste Widerlagerelement und das zweite Widerlagerelement
vorzugsweise durch einen Verbindungsarm miteinander verbunden, um
eine geringe Änderung
des Abstandes zwischen dem ersten Widerlagerelement und dem zweiten
Widerlagerelement zu ermöglichen, jedoch
eine Relativbewegung in irgendeiner anderen Richtung zwischen dem
ersten und dem zweiten Widerlagerelement zu verhindern.
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Vorzugsweise
begrenzt ein Anschlag die Winkelbewegung der Zwischenverbindungsarme
in einem Richtungssinn auf eine Position direkt jenseits derjenigen,
die in dem Fall, in dem sich das Aktuatorelement zwischen dem ersten
Widerlagerelement und dem zweiten Widerlagerelement befindet, der maximalen
Trennung des ersten Widerlagerelements und des zweiten Widerlagerelements
entspricht, wodurch die Zwischenverbindungsarme dazu veranlasst
werden können,
sich in dieser Position in der Nähe
des maximalen Abstandes zu fixieren, wobei eine Winkelbewegung der
Zwischenverbindungsarme in dem entgegengesetzten Richtungssinn nicht auf
diese Weise begrenzt ist.
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In
dem Fall, in dem sich das Aktuatorelement nicht zwischen dem ersten
Widerlagerelement und dem zweiten Widerlagerelement befindet, begrenzt der
Anschlag die Winkelbewegung der Zwischenverbindungsarme in einem
Richtungssinn auf eine Position direkt jenseits derjenigen, die
dem minimalen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Widerlagerelement
entspricht, wodurch die Zwischenverbindungsarme dazu veranlasst
werden können,
sich in dieser Position in der Nähe
des minimalen Abstandes zu fixieren, wobei eine Winkelbewegung der
Zwischenverbindungsarme in dem entgegengesetzten Richtungssinn nicht
auf diese Weise begrenzt ist.
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Um
eine Stabilität
zu schaffen, haben die Zwischenverbindungsarme die Form plattenähnlicher
Rippen, die sich zwischen dem ersten Widerlagerelement und dem zweiten
Widerlagerelement erstrecken, wobei jede plattenähnliche Rippe mit einem entsprechenden
Widerlagerelement längs
einer Kante der Rippe in Eingriff und daran befestigt ist, wodurch
die Änderung
der Winkelorientierungen der Zwischenverbindungsarme relativ zu
den Widerlagerelementen, mit denen sie verbunden sind, auf eine einzige
Ebene eingeschränkt
wird.
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Insbesondere
bei der Verwendung zum Schaffen einer Vorbelastung für ein Lager,
umfassen das erste Widerlagerelement und das zweite Widerlagerelement
vorzugsweise koaxial angeordnete Kreisringe und es gibt wenigstens
zwei Paare Zwischenverbindungsarme, die zwischen sie und das Aktuatorelement
geschaltet sind. Bei dieser Anordnung umfasst das Aktuatorelement
vorzugsweise einen Kreisring zwischen dem ersten Widerlagerelement
und dem zweiten Widerlagerelement sowie koaxial mit diesen und die
Zwischenverbindungsarme haben die Form von plattenähnlichen
Rippen, wobei die Ebene der plattenähnlichen Rippen in radial verlaufenden
Ebenen liegt, die die Achsen enthalten, die durch die Kreisringe
des Aktuatorelements und das erste Widerlagerelement und das zweite
Widerlagerelement definiert sind.
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Das
erste Widerlagerelement und das zweite Widerlagerelement sind vorzugsweise
durch wenigstens zwei Verbindungsarme miteinander verbunden, wie
oben erwähnt
wurde, wobei die Verbindungsarme durch Schlitze in dem Aktuatorelement
verlaufen, wobei die Schlitze so bemessen sind, dass sie die erforderliche
Bewegung des Aktuatorelements in Bezug auf das erste Widerlagerelement
und das zweite Widerlagerelement ermöglichen, wobei die Verbindungsarme
jeweils einen ersten starren Abschnitt, der sich parallel zu der
Achse erstreckt und an dem ersten Widerlagerelement fest angebracht
ist, einen zweiten starren Abschnitt, der sich parallel zu der Achse
erstreckt, jedoch in Umfangsrichtung von dem ersten Abschnitt beabstandet
ist und an dem zweiten Widerlagerelement fest angebracht ist, und
einen dritten verhältnismäßig flexiblen
Abschnitt, der sich quer zu der Achse erstreckt und an dem ersten
Abschnitt sowie an dem zweiten Abschnitt fest angebracht ist und
diese verbindet, umfasst.
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Um
die Aufrechterhaltung der axialen Ausrichtung des ersten ringförmigen Widerlagerelements und
des zweiten ringförmigen
Widerlagerelements zu unterstützen,
haben die Verbindungsarme eine im Wesentlichen radiale Erstreckung.
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Für die Anwendung
von Antriebskraft ist ein Motor, der an einem der Widerlagerelemente
angebracht ist, so verbunden, dass er eine Antriebskraft auf das
Aktuatorelement ausübt,
um die Beaufschlagung des Aktuatorelements mit einer Drehbewegung um
die Achse relativ zu den Widerlagerelementen zu begünstigen.
Eine Antriebswelle des Motors befindet sich vorteilhaft in einer Öffnung im
anderen der Widerlagerelemente und die Antriebskraft wird ausgehend
von der Drehung der Antriebswelle über einen Nocken und eine Nockenfolgerfläche auf
das Aktuatorelement ausgeübt.
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Die
Erfindung schafft in einem weiteren ihrer Aspekte ein Kugellager
oder Lager mit ähnlichen Wälzelementen,
das eine innere Druckringbaueinheit mit einer ersten inneren Laufbahn
und einer zweiten inneren Laufbahn, eine äußere Druckringbaueinheit mit
einer ersten äußeren Laufbahn
und einer zweiten äußeren Laufbahn,
die axial und radial auf die erste bzw. die zweite innere Laufbahn
ausgerichtet sind, mehrere Wälzelemente,
die zwischen der ersten inneren Laufbahn und der ersten äußeren Laufbahn sowie
zwischen der zweiten inneren Laufbahn und der zweiten äußeren Laufbahn
angeordnet sind, und einen mechanischen Mechanismus, um auf das
Lager eine einstellbare Vorbelastung auszuüben, umfasst, wobei der Mechanismus
versehen ist mit einem ersten Widerlagerelement und einem zweiten
Widerlagerelement, die so beschaffen sind, dass sie im Betrieb mit
der ersten Laufbahn bzw. mit der zweiten Laufbahn in Eingriff gelangen,
so dass die Größe der Vorbelastung
durch die Größe einer
Kraft bestimmt ist, die bestrebt ist, den Abstand zwischen dem ersten
Widerlagerelement und dem zweiten Widerlagerelement zu ändern, einem
Aktuatorelement, wenigstens einem Zwischenverbindungsarm, der mit
einem Ende mit dem Aktuatorelement und mit dem anderen Ende mit
dem ersten Widerlagerelement verbunden ist, wenigstens einem weiteren
Zwischenverbindungsarm, der mit einem Ende mit dem Aktuatorelement
und mit dem anderen Ende mit dem zweiten Widerlagerelement verbunden
ist, und Mitteln, um eine Kraft auszuüben, die bestrebt ist, das
Aktuatorelement relativ zu dem ersten Widerlagerelement und dem
zweiten Widerlagerelement zu bewegen, um so die Winkelorientierungen
der Zwischenverbindungsarme relativ zu den Widerlagerelementen,
mit denen sie verbunden sind, zu ändern, und um dadurch eine Kraft
auszuüben,
die bestrebt ist, die Trennung des ersten Widerlagerelements und
des zweiten Widerlagerelements zu ändern, wobei eine Bewegung
des Aktuatorelements, um die Winkelorientierungen der Zwischenverbindungsarme
zu ändern,
größer ist
als die entsprechende Änderung
des Abstandes der Widerlagerelemente, so dass die ausgeübte Kraft
durch die Zwischenverbindungsarme verstärkt wird.
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Der
genaue Aufbau des Mechanismus und der Lager, die die Erfindung ausführen, wird
nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die gleichzeitig eingereichte
Zeichnung beschrieben, in der:
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1 eine
perspektivische Ansicht des Mechanismus ist;
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2 eine
Draufsicht des Mechanismus ist;
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3 eine
Schnittansicht des Mechanismus längs
der Linie A-A von 2 ist;
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4 eine
Schnittansicht des Mechanismus längs
der Linie C-C von 2 ist;
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5 eine
teilweise geschnittene Ansicht eines Lagers in einer Anordnung mit einander
zugewandten Rückseiten
ist, die einen Mechanismus enthält,
der dem in den 1 bis 4 gezeigten
Mechanismus ähnlich
ist; und
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6 eine
teilweise geschnittene Ansicht eines Lagers in einer Anordnung mit
einander zugewandten Vorderseiten ist, die einen Mechanismus enthält, der
dem in den 1 bis 4 gezeigten Mechanismus ähnlich ist.
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In 1 umfasst
der Mechanismus einen ringförmigen
oberen Druckring 11, einen koaxialen unteren Druckring 12 und
einen Aktuatorring 13, der in der Mitte zwischen dem oberen
Druckring 11 und dem unteren Druckring 12 und
koaxial mit diesen angeordnet ist. Der obere Druckring 11 und
der untere Druckring 12 sind durch vier gleichmäßig beabstandete
Aufhängungsschienen 14 miteinender
verbunden. Jede Aufhängungsschiene
umfasst einen im Wesentlichen starren Säulenabschnitt 14a,
der parallel zu der Achse der Druckringe von dem unteren Druckring 12 durch
einen Schlitz 15 in dem Aktuatorring 13 verläuft; einen
entsprechenden im Wesentlichen starren Säulenabschnitt 14b,
der parallel zu der Achse der Druckringe von dem oberen Druckring 11 zu
dem unteren Druckring 12 verläuft, jedoch in Umfangsrichtung
relativ zu dem Ort des Säulenabschnitts 14a verlagert
ist; und einen verhältnismäßig flexiblen
Abschnitt 14c, der parallel zu der Ebene der Druckringe
und des Aktuatorrings verläuft
und die entsprechenden Säulenabschnitte
miteinander verbindet. Die Säulenabschnitte 14b, 14a sind
an ihren entsprechenden Druckringen 11 bzw. 12 starr
befestigt und der verhältnismäßig flexible
Abschnitt 14c ist ebenfalls an den Säulenabschnitten starr befestigt. Obwohl
die drei Abschnitte der Aufhängungsschienen 14 separat
hergestellt und miteinander sowie mit den entsprechenden Druckringen
durch Schweißen oder
andere Anbringungsmittel verbunden sein können, ist es am besten, wenn
sie als eine einteilige Struktur hergestellt werden.
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Die
Aufhängungsschienen 14 besitzen
eine radiale Erstreckung, die gleich jener der Druckringe 11 und 12 ist,
und ihre Konfiguration hat die Wirkung, dass sie eine Relativbewegung
zwischen dem oberen Druckring 11 und dem unteren Druckring 12 in
einer axialen Richtung zulassen, jedoch eine andere Relativbewegung
in einer beliebigen weiteren Richtung verhindern. Das verleiht dem
Mechanismus eine radiale Steifigkeit. Insbesondere dann, wenn der
untere Druckring 12 an dem festen Teil der Lagerstruktur
befestigt ist, schafft die Anordnung eine große radiale Steifigkeit an dem
oberen Druckring 11.
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Der
Aktuatorring 13 besitzt eine größere radiale Erstreckung als
die Druckringe 11 und 12, um die Schlitze 15 bereitzustellen,
durch die die Aufhängungsschienen 14 verlaufen.
Die Schlitze 15 müssen ausreichend
weit sein, um die vollständige
Erstreckung bereitzustellen, die für eine Drehbewegung des Aktuatorrings 13 relativ
zu den Druckringen 11 und 12 erforderlich ist,
wie später
genauer erläutert wird.
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Die
relative axiale Position der Druckringe 11 und 12 ist
durch eine Gruppe aus mehreren dünnen axialen
Strukturelementen definiert, die als Gelenkstützelemente 16 bezeichnet
werden. Die Gelenkstützelemente 16 sind
in Paaren angeordnet, wovon in diesem Beispiel zwölf vorhanden
sind. Jedes Paar aus Gelenkstützelementen 16 stellt
ein entsprechendes Paar aus gegenüberliegenden Verbindungsarmen
zwischen dem Aktuatorring 13 und dem oberen Druckring 11 bzw.
dem unteren Druckring 12 bereit. Die plattenähnliche
Rippenform der Gelenkstützelemente 16 und
ihre feste Anbringung längs
der vollständigen
radialen Erstreckung ihres Kontakts mit dem Aktuatorelement 13 und
dem jeweiligen Druckring 11 oder 12 versehen die
Struktur mit einer größeren radialen
Steifigkeit.
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Es
wird anerkannt, dass eine Drehung des Aktuatorrings 13 relativ
zu den Druckringen 11 und 12 über eine Hebelarmwirkung der
Gelenkstützelemente 16 eine
Kraft ausübt,
die bestrebt ist, den axialen Abstand zwischen dem oberen Druckring 11 und dem
unteren Druckring 12 zu ändern. Die Drehposition des
Aktuatorrings 13 in Übereinstimmung
mit den Gelenkstützelementen 16 in
jedem axial ausgerichteten Paar entspricht dem maximalen axialen
Abstand zwischen dem oberen Druckring 11 und dem unteren Druckring 12.
Um eine Lagervorbelastung auszuüben,
ist der Mechanismus so dimensioniert, dass die erforderliche maximale
Vorbelastungskraft durch die Gelenkstützelemente 16 ausgeübt wird,
wenn sie sich in dieser "Mittelposition" befinden. Ein Anschlag, der
eine relative Drehbewegung des Aktuatorrings 13 in einem
Richtungssinn zu einer Position direkt jenseits dieser "Mittelposition" ermöglicht,
schafft eine Fixierwirkung jenseits der Mittelstellung, wodurch den
Mechanismus in dem vorbelasteten Zustand selbsttätig verriegelt wird. Eine größere relative
Drehbewegung in dem entgegengesetzten Richtungssinn, nachdem die "Mittelposition" überschritten wurde, ist zulässig und
kann somit auf einen gewählten
Pegel der Vorbelastung eingestellt werden, der kleiner als der Maximalwert
ist. Die erforderlichen "Anschläge" sind vorteilhaft
durch geeignete Abmessungen der Schlitze 15 in dem Aktuatorring 13 vorgesehen.
Die "Anschlagwirkung" wird in einem Richtungssinn durch
den Eingriff von einer Seite der Schlitze 15 an den zugehörigen Säulen der
Aufhängungsschienen 14 und
in dem anderen Richtungssinn durch den Eingriff der anderen Seite
der Schlitze 15 an den Säulen geschaffen.
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Jedes
Gelenkstützelement 16 ist
mit einem Mittelsteg 16a gebildet, um einen Widerstand
gegen das Knicken des Gelenkstützelements
zu schaffen.
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Es
ist ein besonderer Vorteil des Mechanismus dieses Beispiels, dass
der Mechanismus aus einem einzigen Materialstück hergestellt werden kann. Auf
diese Weise kann die Wirkung des flexiblen Gelenkstützelements 16 geometrisch
auf die Genauigkeit synchronisiert werden, die für eine wirkungsvolle Anwendung
der Lagervorbelastung erforderlich ist. Das empfohlene Material
ist eine Titanlegierung, die einen großen Wert des Verhältnisses
Festigkeit/Steifigkeit besitzt, an den Lagerstahl thermisch gut
angepasst ist und eine verhältnismäßig geringe
Dichte besitzt. Sie besitzt außerdem
annehmbare Ermüdungseigenschaften.
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Eine
Ansteuerung für
den Aktuatorring 13 ist in diesem Beispiel durch ein Paar
aus piezoelektrischen Haupt- und Ersatzmotor 17 vorgesehen,
die einander diametral gegenüberliegend
auf dem unteren Druckring 12 angeordnet sind. Der Raum
zum Aufnehmen der Motore 17 wird durch integrale "n"-förmige
Buckel 18 in dem Aktuatorring 13 geschaffen. Die
Antriebswelle der Motore 17 verläuft durch eine Öffnung in
den Buckeln 18 und in ein Lagerloch 19 in dem
oberen Druckring 11. Eine (nicht gezeigte) Nockenfläche, die
an jeder der Antriebswellen der Motore 17 vorgesehen ist,
wirkt mit einer Nockenfolgerfläche
zusammen, die in geeigneter Weise in jeder der Öffnungen der Buckel 18 gebildet ist,
so dass eine Drehung der Antriebswellen eine Drehbewegung des Aktuatorrings 13 relativ
zu den Druckringen 11 und 12 bewirkt.
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5 veranschaulicht,
wie der Mechanismus verwendet wird, um eine Vorbelastung auf eine Lagerkonfiguration
mit einander zugewandten Rückseiten
ausgeübt
wird. In 5 sind eine erste innere Laufbahn 21 und
eine zweite innere Laufbahn 22 mit einem festen Abstand,
der durch einen Abstandshalter 23 definiert ist, an einer
Welle 24 fest angebracht. Die inneren Laufbahnen sind durch
eine Mutter 25 in ihrer Position an der Welle 24 festgeklemmt.
Eine erste äußere Laufbahn 26 ist
mit einem Flansch versehen, durch den sie an einem "unteren" Druckring 12 eines
Vorbelastungsmechanismus des in den 1 bis 4 gezeigten
Typs (der in 5 nicht mit allen Einzelheiten
gezeigt ist) in Eingriff ist und gemeinsam mit dem unte ren Druckring 12 an
einer festen Statorhalterung 27 befestigt ist.
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Der "obere" Druckring 11 des
Mechanismus ist in einer Bohrung 28 in der Halterung 27 aufgenommen
(ist jedoch durch diese Bohrung nicht radial festgelegt). Der obere
Druckring 11 und die zweite äußere Laufbahn 29 sind
beide mit Flanschen versehen, wobei die Flansche in gegenseitigem
Eingriff sind, so dass der Abstand zwischen dem unteren Druckring 12 und
dem oberen Druckring 11 den Abstand zwischen den äußeren Laufbahnen 26 und 29 definiert und
die Druckkräfte,
die durch die Gelenkstützelemente 16 ausgeübt werden,
die Vorbelastung auf das Lager definieren. Die erforderliche axiale
Bewegungsfreiheit für
den oberen Druckring 11 wird durch einen kleinen Spalt 31 zwischen
dem oberen Druckring 11 und der Schulter, die durch das
Ende der Bohrung 28 gebildet ist, in der er aufgenommen
ist, geschaffen. Vorsprünge
(nicht gezeigt) in der Wand der Bohrung 28 können vorgesehen
sein, um mit den Ausschnitten 32 an dem oberen Druckring 11 zusammenzuwirken,
um den oberen Druckring 11 weiter gegen eine Drehbewegung
zu stabilisieren.
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6 veranschaulicht
eine Anordnung für die
Verwendung des Mechanismus zum Ausüben einer Vorbelastung an einem
Lager bei der Konfiguration mit einander zugewandten Vorderseiten.
Komponenten, die den in 5 gezeigten Komponenten entsprechen,
sind mit dem gleichen Bezugszeichen angegeben, wobei sie durch den
Buchstaben c unterschieden werden. Der "untere" Druckring 12c und die erste äußere Laufbahn 26c sind
in der Statorhalterung 27c fest angebracht, sind jedoch
für die
Konfiguration mit einander zugewandten Vorderseiten beabstandet.
Der "obere" Druckring 11c legt
die zweite äußere Laufbahn 29c fest
und übt
eine Lagervorbelastung darauf in einer Weise aus, die der in 5 gezeigten
Weise entspricht, wobei die Belastung jedoch in der entgegengesetzten
Richtung ausgeübt
wird.
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Die
Verwendung eines Biegesystems, das durch die Aufhängungsschienen 14 zum
Unterstützen
des oberen Druckrings 11 und dadurch zum Anbringen eines
Lagers bereitgestellt wird, ermöglicht eine
Messung der Vorbelastung unter Verwendung von herkömmlichen
Spannungsmessgeräten
oder spannungsempfindlichen Filmen an den Aufhängungsschienen 14.
Der Pegel der Biegespannung in den Aufhängungsschienen 14 ist
zu der eingestellten Vorbelastung direkt proportional. Somit wird
die Lagervorbelastung durch die Überwachung
des Ausgangs des Spannungserfassungssystems wirkungsvoll überwacht.
Diese Rückkopp lungsinformationen können bei
der Steuerung der Motoren 17 zum Einstellen der Vorbelastung
verwendet werden und es wird anerkannt, dass eine derartige aktive/adaptive Steuerung
der Lagervorbelastung mit einem Rückkopplungssystem mit geschlossener
Regelschleife (die bzw. geöffnet
werden kann) bereitgestellt werden kann.
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Im
Betrieb wird der Mechanismus für
eine Lageranwendung in einem Raumfahrzeug aktiviert, um die Gelenkstützelemente 16 jenseits
der Mittelstellung, d. h. jenseits der maximalen Vorbelastungsposition
des "oberen Totpunkts" in einer Position
mit großer
Vorbelastung zu fixieren, die das Lager vor Beschädigungen
durch Startschwingungen zu schützen.
In diesem Zustand kann die Stromversorgung zu den Antriebsmotoren 17 abgeschaltet
werden, nachdem sich die Gelenkstützelemente 16 über die
Mittelstellung hinaus bewegt haben. In der Umlaufbahn bringt eine
geeignete Aktivierung des Haupt- oder des Hilfsantriebsmotors 17,
um ein mittleres Drehmoment auf den Aktuatorring 13 auszuüben, die
Gelenkstützelemente 16 aus
ihrem Zustand jenseits der Mittelstellung in einen optimalen Betriebszustand
der Antriebsverbindung. Das hebt die große Vorbelastung auf und anschließend kann
durch eine geeignete Bewegung des Aktuatorrings 13 eine
einstellbare Vorbelastung festgelegt werden. Das (nicht gezeigte) Vorsehen
einer wesentlichen passiven Arretierung in dem Aktuatorsystem würde ermöglichen,
dass die Energiezufuhr abgeschaltet werden kann, wenn die gewünschte Betriebsvorbelastung
erreicht ist, wobei eine Energiezufuhr nur bei Operationen zur Änderung
der Vorbelastung verwendet wird.
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Wenn
jedoch eine derartige passive Arretierung in dem Aktuatorsystem
nicht vorgesehen ist, sind die erforderlichen Haltekräfte und
Drehmomente in dem Hauptregime der Betriebsvorbelastung verhältnismäßig gering
und benötigen
sehr wenig Energie.
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Der
Aufbau des Mechanismus des vorhergehenden Beispiels, der als einteilige
Konstruktion hergestellt werden kann, schafft mehrere Vorteile,
die enthalten:
- (i) niedrige Kosten/geringe
Komplexität,
wobei eigentlich keine Montage oder Einstellungen erforderlich sind
außer
jenen, die mit normalen Lagereinstellungen verbunden sind;
- (ii) zuverlässiger
Betrieb unter Verwendung von mehreren Antriebsmotoren ohne die Notwendigkeit
der Synchronisation und ohne zusätzliche
Lager;
- (iii) großes Übertragungsverhältnis ohne
Totgang, keine Coulomb-Reibung/Haftreibung und kein Verschleiß;
- (iv) verteilte strukturelle Redundanz.
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Die
Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der vorhergehenden Beispiele
beschränkt.
Der Antrieb des Aktuatorrings 13 muss z. B. nicht notwendigerweise
durch piezoelektrische Motoren vorgesehen sein, sondern kann durch
eine andere geeignete Form des Antriebsmechanismus vorgesehen sein, wie
etwa piezokeramische bimorphe Lamellen; magnetorestriktive oder
raupenförmige
Piezovorrichtungen und pseudohydraulische Vorrichtungen. Für Anwendungen,
die lediglich zwei umschaltbare Vorbelastungszustände benötigen (d.
h. eine starke Anfangsvorbelastung und eine Nennvorbelastung) wären außerdem Aktuatoren
mit Formgedächtnis
und Paraffin-Vorrichtungen geeignet.
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Die
Lage des Aktuatorrings 13 zwischen dem oberen Druckring 11 und
dem unteren Druckring 12 ist für die beschriebenen Anwendungen
am vorteilhaftesten. Es wird jedoch anerkannt, dass der Aktuatorring
so angeordnet sein könnte,
dass sich einer der Druckringe zwischen dem Aktuatorring und dem anderen
Druckring befindet. Das würde
eine größere Komplexität bei der
Formung der Gelenkstützelemente
einführen,
um die Verbindungsarme zwischen dem Aktuatorring und dem fernen
Druckring zu bilden. Das würde
außerdem
bedeuten, dass die Länge der
Verbindungsarme zu einem Druckring von der Länge der Verbindungsarme zu
dem anderen Druckring verschieden wäre. Ferner würde die
Mittelposition einer jenseits der Mittelstellung erfolgenden Fixierungsaktion
der Verbindungsarme mit der Position des minimalen Abstands zwischen
den Druckringen und nicht des maximalen Abstands übereinstimmen.
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In
der Beschreibung erfolgte aus Gründen der
Bequemlichkeit eine Bezugnahme auf "obere" und "untere" Druckringe, um die entsprechenden Druckringe
in ihrer Lage, die in 1 gezeigt ist, zu unterscheiden.
Es wird anerkannt und aus den 5 und 6 deutlich,
dass die relative Lage der Druckringe von der Ausrichtung des Lagers
im Gebrauch oder von anderen Vorrichtungen, in denen der Mechanismus
verwendet wird, abhängt.
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Eine
Anwendung des Mechanismus zum Ausüben einer Vorbelastung auf
ein Lager in einem Raumfahrzeug wurde beschrieben, es wird jedoch anerkannt,
dass das Vorsehen einer einstellbaren Vorbelastung für Lager
in einem großen
Bereich weiterer Anwendungen nützlich
ist.