-
Die Erfindung betrifft ein Exzenterkugellager mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Exzenterkugellager ist insbesondere für ein elektrohydraulisches Kolbenpumpenaggregat einer hydraulischen Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Solche Pumpenaggregate werden zur Erzeugung eines hydraulischen Bremsdrucks zu einer Bremsbetätigung in schlupfgeregelten- und/oder Fremdkraft-Bremsanlagen verwendet.
-
Stand der Technik
-
Die Offenlegungsschrift
DE 10 2010 028 598 A1 offenbart ein Exzenterlager mit einer Welle, einem Lagerring, der die Welle exzentrisch umschließt, und mit Rollen, die in einem Spalt zwischen der Welle und dem Lagerring angeordnet sind. Der Lagerring kann auch als Außenring bezeichnet werden. Die Rollen weisen verschiedene Durchmesser entsprechend einer unterschiedlichen Spaltbreite zwischen der Welle und dem zur Welle exzentrischen Lagerring auf. Wird die Welle des bekannten Exzenterlagers drehend angetrieben und der Lagerring drehfest gehalten, wälzen die Rollen auf der Welle und im Lagerring und laufen um die drehende Welle um. Der Lagerring bewegt sich dabei auf einer Kreisbahn, weil die umlaufenden Rollen mit dem größten Durchmesser den Lagerring von der Welle abdrücken und sich der Lagerring auf der gegenüberliegenden Seite bei den Rollen mit dem kleinsten Durchmesser der Welle nähert.
-
In einer Kolbenpumpe oder einem Kolbenpumpenaggregat liegen ein oder mehrere radial zum Exzenterlager angeordnete Pumpenkolben mit ihren Stirnenden außen am Lagerring an und werden von dem sich auf einer Kreisbahn bewegenden Lagerring zu einer Hubbewegung angetrieben. Die Pumpenkolben werden beispielsweise mit Federn von außen in Anlage an den Lagerring gedrückt, der ein Außenring des Exzenterlagers ist. In einem elektrohydraulischen Kolbenpumpenaggregat für eine hydraulische Bremsanlage von Kraftfahrzeugen wandelt das Exzenterlager eine Drehbewegung eines Elektromotors oder eines an einen Elektromotor angeflanschten Getriebes in eine Hubbewegung zum Antrieb der Pumpenkolben.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Exzenterkugellager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist einen Innenring, einen Außenring, der den Innenring exzentrisch umschliesst, und Kugeln als Wälzkörper auf, die in einem Spalt zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind. Die Kugeln können gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sein. Aufgrund der Exzentrizität des Außenrings zum Innenring ändert sich eine Spaltbreite eines Spalts zwischen dem Innenring und dem Außenring, der Spalt weist eine engste und eine breiteste Stelle auf, er erweitert sich von der engsten Stelle in beiden Umfangsrichtungen bis zur breitesten Stelle. Die Kugeln weisen verschiedene Durchmesser entsprechend der unterschiedlichen Spaltbreite zwischen dem Innenring und dem Außenring auf. Durchmesser der Kugeln sind so groß wie die Spaltbreite des Spalts zwischen dem Innenring und dem Außenring an der Umfangsstelle, an der sich die jeweilige Kugel befindet.
-
Wird der Innenring des erfindungsgemäßen Exzenterkugellagers drehend gegenüber dem Außenring angetrieben, wälzen die Kugeln auf dem Innenring und im Außenring und laufen um den Innenring um, wie es von Kugellagern bekannt ist. Das erfindungsgemäße Exzenterkugellager ist ein Wälzlager. Bei Ihrem Umlauf drücken die Kugeln mit dem größten Durchmesser den Außenring vom Innenring ab und auf der gegenüberliegenden Seite, wo sich die Kugeln mit dem kleinsten Durchmesser befinden, nähert sich der Außenring der Innenring. Es läuft sozusagen die sich ändernde Spaltbreite zusammen mit den Kugeln um den gegenüber dem Außenring drehend angetriebenen Innenring um, d.h. die breiteste, die engste und jede andere Spaltbreite laufen mit den Kugeln um den Innenring um. Der Außenring bewegt sich auf einer Kreisbahn um den Innenring.
-
Erfindungsgemäß weisen der Innenring und/oder der Außenring des Exzenterkugellagers Laufbahnen mit verschiedenen Laufbahndurchmessern für die Kugeln mit den verschiedenen Durchmessern auf. Die Kugeln mit den verschiedenen Durchmessern wälzen auf dem Innenring und/oder im Außenring auf Laufbahnen mit verschiedenen Laufbahndurchmessern. Die Erfindung ermöglicht eine Abstimmung der Laufbahndurchmesser auf die verschiedenen Durchmesser der Kugeln des Exzenterkugellagers. Dadurch lässt sich ein Schlupf, d. h. ein Gleiten der Kugeln auf dem Innenring und im Außenring minimieren. Der Schlupf ist dem Wälzen der Kugeln auf dem Innenring und im Außenring überlagert und normalerweise unerwünscht. Er erhöht Reibung und Verschleiß.
-
Ein weiterer Vorteil der Ausbildung des erfindungsgemäßen Exzenterlagers als Kugellager mit Kugeln als Wälzkörpern ausser der Möglichkeit der verschiedenen Laufbahndurchmesser für die Kugeln mit verschiedenen Durchmessern ist eine Axialführung der Kugeln auf dem Innenring und im Außenring, wenn die Laufbahnen rinnenförmig sind. Das erfindungsgemäße Exzenterkugellager kann Axialkräfte vom Innenring auf den Außenring und umgekehrt übertragen und benötigt keine Axialsicherung des Innenrings und des Außenrings. Die Laufbahnen können Rinnen mit kreisförmigem Querschnitt, nicht-kreisförmigem rundem Querschnitt, V-förmigem Querschnitt oder mehrkantförmigem Querschnitt sein. Der Querschnitt der Laufbahnen kann auch mehrere Kreis- oder sonstige Bogenabschnitte aufweisen. Die Aufzählung ist beispielhaft und nicht abschließend.
-
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Exzenterkugellagers ist dessen einfacher und kostengünstiger Aufbau. Es sind Innenringe, Außenringe und Kugeln handelsüblicher Kugellager verwendbar, d. h. Standardteile.
-
Anstelle des Innenrings kann das erfindungsgemäße Exzenterkugellager eine Welle aufweisen, als Innenring im Sinne der Erfindung ist auch eine Welle zu verstehen.
-
Das erfindungsgemäße Exzenterkugellager ist insbesondere zur Verwendung in einem elektrohydraulischen Kolbenpumpenaggregat zur Erzeugung eines Bremsdrucks in einer hydraulischen Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, wo es die Drehbewegung eines Elektromotors in eine Hubbewegung zum Antrieb von Pumpenkolben wandelt. Die Erfindung ist allerdings nicht auf diese Verwendung beschränkt sondern richtet sich darüber hinaus auf das Exzenterkugellager als solches.
-
In einer Kolbenpumpe oder einem Kolbenpumpenaggregat führt eine Drehbewegung des Innenrings des erfindungsgemäßen Exzenterkugellagers zu einer Kreisbewegung seines Außenrings und wird in eine Hubbewegung eines oder mehrerer außen am Außenring anliegender Pumpenkolben gewandelt. Unter der Annahme eines nicht mit dem Innenring mitdrehenden Außenrings laufen die Kugeln mit der halben Drehgeschwindigkeit des Innenrings um, ebenso halbiert sich die Geschwindigkeit, mit der sich der Außenring auf der Kreisbahn bewegt. Das erfindungsgemäße Exzenterkugellager weist eine Geschwindigkeitsuntersetzung auf, eine Umlaufgeschwindigkeit der Exzentrizität des Außenrings ist bei drehfestem Außenring halbiert im Verhältnis zur Drehgeschwindigkeit des Innenrings. Die Geschwindigkeitsuntersetzung hat den Vorteil, dass ein Antrieb mit höherer Drehzahl möglich ist, was bei gleicher Leistung die Verwendung eines kleineren und leichteren Elektromotors ermöglicht.
-
Außer als Radialkugellager kann das erfindungsgemäße Exzernterkugellager auch als Schrägkugellager ausgebildet sein. Die Aufzählung ist beispielhaft und nicht abschließend.
-
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
-
Figurenliste
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Exzenterkugellager in Stirnansicht; und
- 2a - c Ringquerschnittdarstellungen an verschiedenen Umfangsstellen des Exzenterkugellagers aus 1.
-
Ausführungsform der Erfindung
-
Das in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Exzenterkugellager 1 weist einen Innenring 2 in einem Außenring 3 auf, der achsparallel und exzentrisch zum Innenring 2 angeordnet ist. Aufgrund der Exzentrizität weist ein Spalt 4 zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 eine sich über einen Umfang ändernde Spaltbreite auf, der Spalt 4 verbreitert sich von einer engsten Stelle in beiden Umfangsrichtungen zu einer breitesten Stelle auf einer gegenüberliegenden Seite des Exzenterkugellagers 1. In dem Spalt 4 zwischen dem Außenring 3 und der Innenring 2 sind Kugeln 5 als Wälzkörper angeordnet, die entsprechend der sich ändernden Spaltbreite verschiedene Durchmesser aufweisen. Ein Durchmesser der Kugeln 5 ist so groß wie Spaltbreite an der Stelle des Umfangs, an der sich die jeweilige Kugel 5 befindet.
-
Der Innenring 2 ist auf eine Welle 6 eines nicht gezeichneten Elektromotors oder eines an den Elektromotor angeflanschten Getriebes aufgepresst, mit dem die Welle 6 um ihre Achse drehbar ist, die zugleich ihre Drehachse ist.
-
Das Exzenterkugellager 1 ist ein Wälzlager, bei einem drehenden Antrieb des Innenrings 2 und drehfest gehaltenem Außenring 3 wälzen die Kugeln 5 auf dem Innenring 2 und im Außenring 3 und laufen dabei mit halber Drehgeschwindigkeit wie die Innenring 2 um. Zusammen mit den beiden Kugeln 5 mit den größten Durchmessern läuft die größte Spaltbreite des Spalts 4 zwischen dem Außenring 3 und der Innenring 2 um. Ebenso läuft die kleinste Spaltbreite des Spalts 4 zwischen dem Außenring 3 und dem Innenring 2 mit der Kugel 5 mit dem kleinsten Durchmesser mit der halben Drehgeschwindigkeit wie der Innenring 2 um. Anders ausgedrückt läuft eine Exzentrizität des Außenrings 3 in Bezug auf den Innenring 2 bei einem Drehantrieb des Innenrings 2 um den Innenring 2 um, wobei die Umlaufgeschwindigkeit der Exzentrizität halb so groß wie die Drehgeschwindigkeit der Innenrings 2 ist, wenn der Außenring 3 nicht mitdreht. Der Außenring 3 bewegt sich auf einer Kreisbahn um die Achse des Innenrings 2, die zugleich seine Drehachse ist, wobei eine Geschwindigkeit der Kreisbewegung des Außenrings 3 halb so groß wie die Drehgeschwindigkeit des Innenrings 2 ist, es findet also eine Geschwindigkeitsuntersetzung statt.
-
Das Exzenterkugellager 1 weist einen Kugelkäfig 7 auf, wie er von herkömmlichen Kugellagern bekannt ist, der die Kugeln 5 in ihrem Abstand voneinander hält.
-
Der Innenring 2 und der Außenring 3 des Exzenterkugellagers 1 weisen Laufbahnen 8 mit verschiedenen Laufbahndurchmessern d1, d2 , d3 , D1 , D2 , D3 für die Kugeln 5 mit den verschiedenen Durchmessern auf. Den Sachverhalt veranschaulichen die 2a bis c, die Querschnitte des Innenrings 2 und des Außenrings 3 mit jeweils einer Kugel 5 an verschiedenen Umfangsstellen des Exzenterkugellagers 1 zeigen. Es ist jeweils eine Kugel 5 zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 zu sehen, wobei die Kugel 5 in 2a einen kleinsten Durchmesser, die Kugel 5 in 2c einen größten Durchmesser und die Kugel 5 in 2b einen Durchmesser zwischen dem kleinsten und dem größten Durchmesser aufweist. Der Innenring 2 weist eine umlaufende Rinne an seinem Außenumfang und der Außenring 3 weist eine umlaufende Rinne an seinem Innenumfang auf, die die Laufbahnen 8 bilden. An einem Grund weisen die Rinnen einen kreisbogenförmigen Querschnitt auf, der eine Laufbahn 8 für die Kugel 5 mit dem kleinsten Durchmesser bildet. Seitlich im Querschnitt der Rinnen schließen sich spiegelbildlich zu einer Radialmittelebene des Exzenterkugellagers 1 jeweils zwei kreisbogenförmige Abschnitte für die Kugeln 5 mit dem nächstgrößeren Durchmesser an. Das setzt sich fort bis zu den Kugeln 5 mit dem größten Durchmesser. Durch diesen Querschnitt weisen die Rinnen für jede Kugel 5 mit einem Durchmesser eine Laufbahn 8 mit einem Laufbahndurchmesser d1,d2 , d3 , D1 , D2 , D3 auf. Für eine Kugel 5 mit einem anderen Durchmesser weisen die Rinnen eine Laufbahn 8 mit einem anderen Laufbahndurchmesser d1, d2 , d3 , D1 , D2 , D3 auf. Im Querschnitt der Rinnen sind die Kreisbogenabschnitte, die die Laufbahnen 8 bilden, so angeordnet, dass Kugeln 5 mit größerem Durchmesser auf dem Innenring 2 auf einem größeren Laufbahndurchmesser d1, d2 , d3 und im Au-ßenring 3 auf einem kleineren Laufbahndurchmesser D1 , D2 , D3 , wälzen. Es sind auch gerade, V-förmig angeordnete Querschnittsabschnitte der Rinnen als Laufbahnen möglich, auf denen die Kugeln 5 mit den verschiedenen Durchmessern auf verschiedenen Laufbahndurchmessern wälzen (nicht dargestellt). Die Laufbahndurchmesser d1, d2 , d3 , D1 , D2 , D3 des Innenrings 2 und des Außenrings 3 sind auf die Kugeln 5 mit den verschiedenen Durchmessern abgestimmt.
-
Durch die rinnenförmigen Laufbahnen 8 übertragen der Innenring 2 und der Außenring 3 eine Axialkraft auf die Kugeln 5, so dass das Exzenterkugellager 1 eine Axialführung zwischen Innenring 2 und Außenring 3 aufweist.
-
Außen liegen Pumpenkolben 10 mit ihren Stirnenden am Außenring 3 an. Die Pumpenkolben 10, von denen in der Zeichnung lediglich Stirnenden dargestellt sind, sind radial zum Exzenterkugellager 1 angeordnet und werden von nicht dargestellten Kolbenfedern von außen gegen den Außenring 3 gedrückt. Die Pumpenkolben 10 sind in Pumpenbohrungen 11 eines Pumpengehäuses 12 axial verschieblich, d.h. radial zum Exzenterkugellager 1 verschieblich aufgenommen. Das Exzenterkugellager 1 befindet sich in einem zylindrischen Exzenterraum 13 des Pumpengehäuses 12 zwischen den beiden Pumpenkolben 10, die im Ausführungsbeispiel einander gegenüber, also in Boxeranordnung angeordnet sind. Durch drehenden Antrieb des Innenrings 2 bewegt sich der Außenring 3, ohne sich mit der Innenring 2 mitzudrehen, mit halber Geschwindigkeit wie der Drehgeschwindigkeit der Innenring 2 auf einer Kreisbahn um die Achse des Innenrings 2, die zugleich seine Drehachse ist. Die Kreisbewegung des Außenrings 3 treibt die Pumpenkolben 10 zu einer Hubbewegung an. Das Exzenterkugellager 1 wandelt somit eine Drehbewegung des Innenrings 2 in eine Hubbewegung zum Antrieb der Pumpenkolben 10. Das Pumpengehäuse 12 ist Bestandteil eines sog. Hydraulikblocks, in dem außer den Pumpenkolben 10 weitere, nicht dargestellte hydraulische Bauelemente wie Magnetventile einer Schlupfregeleinrichtung für eine hydraulische Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs angeordnet und hydraulisch miteinander verschaltet sind. Solche Hydraulikblöcke sind an sich bekannt und sollen hier nicht weiter erläutert werden.
