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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, insbesondere zur Lagerung eines Spindeltriebs in einem Aktuator, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Wälzlager sind in vielen unterschiedlichen Ausführungsformen als Lagerung zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Teilen bekannt. Dabei weisen Wälzlager in der Regel zwei Lagerringe mit integrierten Laufbahnen auf, zwischen denen die Wälzkörper abrollen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wälzlager zu entwickeln, das ungewollte rotative Bewegungen der beiden Lagerringe zueinander verhindert.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird das im Anspruch 1 angegebene Wälzlager sowie in Anspruch 4 dessen Verwendung vorgeschlagen. Optionale vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ganz oder teilweise aus den abhängigen Ansprüchen.
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Es wird von folgenden Vorüberlegungen ausgegangen: Wälzlager werden beispielsweise in Aktuatoren mit Spindeltrieben verwendet. Ein Spindeltrieb umfasst in der Regel eine Gewindespindel sowie eine Spindelmutter. Üblicherweise wird die Spindelmutter oder die Spindel in einem Gehäuse des Aktuators über ein Wälzlager gelagert. Der Aktuator weist somit zwei relativ zueinander bewegliche Teile auf, die durch auftretende Störungen, zum Beispiel Kräfte und Momente, zueinander ungewollt verstellt werden können. Um diese unerwünschten Stellbewegungen zu vermeiden, sind Lösungen basierend auf Reibschluss verwendbar, wie beispielsweise in der Druckschrift
DE 10 2008 024 910 A1 offenbart. Alternativ können auch pneumatische und/oder hydraulische Sperren eingesetzt werden.
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Das erfindungsgemäße Wälzlager, insbesondere zur Lagerung eines Spindeltriebs in einem Aktuator, weist einen Lageraußenring, einen Lagerinnenring und eine Vielzahl dazwischen angeordneter Wälzkörper, die in einem Lagerkäfig geführt sind, auf. Das erfindungsgemäße Wälzlager zeichnet sich durch einen im Wälzlager integrierten Sperrmechanismus aus, der dazu ausgebildet ist, den Lagerinnenring gegenüber dem Lageraußenring zu sperren. Der Sperrmechanismus wird dabei rein mechanisch ausgelöst und realisiert eine formschlüssige Verdrehsicherung zwischen Lagerinnenring und Lageraußenring. Durch die Sperrung der rotativen Bewegung der beiden Lagerringe zueinander wird sogleich eine Sperrung der rotativen Bewegung des gelagerten Bauteils, wie zum Beispiel einer Spindelmutter oder einer Spindel, erreicht. Das heißt, dass ungewünschte Stellbewegungen, unter anderem auch Verdrehungen, der gelagerten Bauteile verhindert werden.
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Vorzugsweise umfasst der Sperrmechanismus mindestens einen im Lagerinnenring angeordneten Sperrstift sowie eine mit dem Sperrstift korrespondierende Rastkontur des Lageraußenrings. Das heißt, dass im Lagerinnenring mindestens ein Sperrstift angeordnet ist. Vorzugsweise sind zwei Sperrstifte im Lagerinnenring angeordnet, die um 180° in Umfangsrichtung zueinander ausgerichtet sind. Das heißt, dass die Sperrstifte diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Jeder Sperrstift ist dabei derart in dem Lagerinnenring angeordnet, dass ein Ende des Sperrstifts, ausgehend von der Rotationsachse des Wälzlagers, radial nach außen aus dem Lagerinnenring herausragt. Der Lageraußenring weist eine Rastkontur auf, die den herausragenden Enden der Sperrstifte entspricht. Beispielsweise weist der Lageraußenring eine Vielzahl an Nuten oder Bohrungen auf, in denen der Sperrstift einrasten kann. Die Bohrungen können als durchgehende Bohrungen oder als Sacklochbohrungen ausgebildet sein. Die maximale Anzahl an Sperrpositionen ist abhängig vom Durchmesser des Lageraußenrings, der Größe der Sperrstifte sowie der geforderten Wandstärke zwischen den einzelnen Sperrpositionen.
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Alternativ ist es auch denkbar, dass die Sperrstifte im Lagerkäfig oder im Lageraußenring angeordnet sind.
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Es ist des Weiteren zweckmäßig, wenn der Sperrstift federbelastet ist, so dass der Sperrstift radial nach außen gedrückt wird. Hierfür wird vorzugsweise eine Druckfeder verwendet.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Lagerkäfig mindestens eine Rampenkontur aufweist, die so ausgebildet ist, dass der Sperrstift des Lagerinnenrings bei Verdrehung der beiden Lagerringe zueinander in die Rastkontur des Lageraußenrings einrastet. Unter Rampenkontur werden zwei zueinander verlaufende Schrägen verstanden, die eine spitze Dachform bilden. Die beiden Schrägen schließen vorzugsweise einen Winkel ein, der im Bereich zwischen 60° und 140° liegt. Der Schnittpunkt der beiden Schrägen der Rampenkontur, der auch als Mitte der Rampenkontur bezeichnet wird, ist im Hinblick auf die Innenwandung des Lagerkäfigs radial am weitesten von der Rotationsachse des Wälzlagers entfernt. Somit wird der Sperrstift aufgrund der radial nach außen drückenden Feder bei einer Verdrehung des Lagerinnenrings zum Lageraußenring hin an der Rampenkontur des Lagerkäfigs entlang bis zur Mitte der Rampenkontur, geführt. Beim Erreichen der Mitte der Rampenkontur ragt der Sperrstift soweit aus dem Lagerinnenring heraus, dass der Sperrstift in die Rastkontur des Lageraußenrings eingreift. Für einen sicheren Eingriff kann eine Fase oder Rundung an der Rastkontur vorgesehen werden.
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Der Lagerkäfig weist ferner vorzugsweise an beiden Stirnseiten jeweils einen Bord auf. Es ist des Weiteren vorteilhaft, wenn die Rampenkontur an einem der Borde des Lagerkäfigs ausgebildet ist.
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Das erfindungsgemäße Wälzlager ist für jegliche Anwendung geeignet, bei der eine ungewollte rotative Bewegung rein mechanisch unterbunden werden soll. Vorzugsweise wird das Wälzlager in Kraftfahrzeugen verwendet.
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Ferner wird das erfindungsgemäße Wälzlager bevorzugt zur Lagerung eines Spindeltriebs in einem Aktuator, bei dem eine formschlüssige Positionssicherung benötigt wird, verwendet. Das heißt, dass beispielsweise die Spindel oder die Spindelmutter des Spindeltriebs mit einem erfindungsgemäßen Wälzlager gelagert ist. Beispielsweise wird das Wälzlager in elektromechanischen Aktuatoren mit einem Kugelgewindetrieb, insbesondere in Fahrwerksaktuatoren, verwendet. Dadurch kann eine formschlüssige Positionssicherung gewährleistet werden. Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Wälzlager im Fahrwerksbereich bei Kraftfahrzeugen in mechanischen Niveauregulierungssystemen, in Spur- und Sturzversteller sowie in Hinterachsverstellungen angewandt werden, die auf einem Spindeltrieb basieren.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten, beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1 eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers mit zwei Sperrstiften in perspektivischer Ansicht,
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2 das Wälzlager aus 1 in perspektivischer Rückansicht,
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3 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Wälzlagers aus 1 im gesperrten Zustand,
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4 das Wälzlager im gesperrten Zustand aus 1 in Vorderansicht,
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5 eine Vergrößerung eines Ausschnitts der 4,
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6 eine Schnittansicht des Wälzlagers aus 1 im unversperrten Zustand,
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7 das Wälzlager im unversperrten Zustand aus 1 in Vorderansicht,
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8 eine Vergrößerung eines Ausschnitts der 7,
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9 eine beispielhafte Ausführungsform eines Sperrstifts in perspektivischer Ansicht,
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10 eine weitere Ansicht des Sperrstifts aus 9.
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In den 1 bis 8 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen rotativen Wälzlagers 1 mit einer Rotationsachse AR in unterschiedlichen Ansichten gezeigt. In der 1 und 2 ist das Wälzlager 1 in perspektivischer Vorder- und Rückansicht dargestellt. Das Wälzlager 1 weist einen Lagerinnenring 2, einen Lageraußenring 3 sowie einen zwischen beiden Lagerringen 2, 3 angeordneten Lagerkäfig 4 auf. Der Lageraußenring 3 weist in radialer Richtung verlaufende durchgehende Bohrungen 5 auf. Die Abstände in Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Bohrungen 5 sind jeweils gleich groß ausgebildet. Des Weiteren ist der Lageraußenring 3 in einem Gehäuse, das hier nicht dargestellt ist, drehfest arretiert. Der Lagerinnenring 2 hingegen ist mit einer Spindelmutter, die hier nicht dargestellt ist, drehfest verbunden.
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Der Lagerkäfig 4 wird von einem hier nicht dargestellten Motor angetrieben und weist eine Ringform auf, an deren beiden Stirnseiten jeweils ein Bord 6, 7 ausgebildet ist. Der erste Bord 6 erstreckt sich berührungslos zwischen Innendurchmesser des Lageraußenrings 3 und Außendurchmesser des Lagerinnenrings 2. Der zweite Bord 7 hingegen erstreckt sich berührungslos zwischen Innendurchmesser des Lageraußenrings 3 und Innendurchmesser des Lagerinnenrings 2. Das heißt, der zweite Bord 7 des Lagerkäfig 4 verdeckt näherungsweise den gesamten Lagerinnenring 2. Am Innendurchmesser des zweiten Bords 7 ist eine Aussparung 8 vorhanden, die für den Eingriff einer Passfeder dient, um eine formschlüssige Momentenübertragung von einer Antriebswelle des hier nicht dargestellten Motors auf den Lagerkäfig 4 zu gewährleisten.
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In dem angetriebenen Lagerkäfig 4 wird eine Vielzahl an Wälzkörpern 9 geführt, die in der 3 und in der 6 zu sehen sind. Die Wälzkörper 5 sind in dieser Ausführungsform als Rollen ausgebildet. Andere Ausführungsformen der Wälzkörper sind auch denkbar.
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Des Weiteren weist gemäß den 1 bis 8 der Lagerkäfig 4 an der Innenwandung des ersten Bords 6 zwei Rampenkonturen 10 auf. Beide Rampenkonturen 10 sind identisch ausgebildet und bestehen aus zwei schräg zueinander verlaufenden Schrägen 11, die sich in einem Schnittpunkt S schneiden. Die Rampenkonturen 10 sind dabei radial nach außen gerichtet, so dass die Innenwandung des ersten Bords 6 zwei gleich große, in Umfangsrichtung um 180° zueinander angeordnete, radial nach außen verlaufende Dreiecksformen aufweist.
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Das erfindungsgemäße Wälzlager 1 gemäß den 1 bis 8 weist des Weiteren einen Sperrmechanismus 12 auf. Der Sperrmechanismus 12 weist zwei im Lagerinnenring 2 in Umfangsrichtung um 180° zueinander angeordnete Sperrstifte 13 sowie eine Rastkontur 14 am Lageraußenring 3, in der die Sperrstifte 13 einrasten können, auf. Die durchgehenden Bohrungen 5 im Lageraußenring 3, die bereits beschrieben wurden, bilden diese Rastkontur 14.
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In der 9 und 10 ist eine beispielhafte Ausführungsform der Sperrstifte 13 in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. Die Sperrstifte 13 sind gemäß den 1 bis 8 derart in dem Lagerinnenring 2 angeordnet, dass ein Ende 15 jedes Sperrstifts 13 aus dem Lagerinnenring 2, ausgehend von der Rotationsachse AR, radial herausragt. Die Sperrstifte 13 sind des Weiteren mittels einer Druckfeder 16 federbelastet, so dass die Sperrstifte 13 radial nach außen gedrückt werden. Das jeweilig herausragende Ende 15 der Sperrstifte 13 weist eine zur Rastkontur 14 korrespondierende Kontur 17 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel eine zylindrische Form darstellt. Des Weiteren weisen die Sperrstifte 13 eine zur Rampenkontur 10 des Lagerkäfig 4 entsprechende Gegenkontur 18 auf. Beide Konturen 17, 18 der Sperrstifte 13 sind, bezogen auf die Rotationsachse AR des Wälzlagers 1, leicht axial zueinander versetzt, so dass die Gegenkontur 18 der Rampenkontur 10 auf der axialen Höhe des ersten Bords 6 des Lagerkäfig 4 verläuft. Die mit der Rastkontur 14 korrespondierende Kontur 17 des Sperrstifts 13 ist axial zwischen beiden Borden 6, 7 des Lagerkäfig 4 angeordnet, so dass der Sperrstift 13 in die Rastkontur 14 des Lageraußenrings 3 einrasten kann.
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Der Lagerkäfig 4 weist des Weiteren vier Anschläge 19 auf. Jede Rampenkontur 10 ist von zwei Anschlägen 19 in Umfangsrichtung umgeben. Die Anschläge 19 dienen als Anschlag für die Sperrstifte 13, so dass der Lagerkäfig 4 mit der gleichen Drehzahl des Lagerinnenrings 2 mitgenommen wird. Das bedeutet auch, dass die Wälzkörper 9 im Lagerkäfig 4 nicht über den gesamten Kreisdurchmesser gleichmäßig verteilt sind, sondern die Wälzkörper 9 symmetrisch zwischen Anschlag 19 des ersten Sperrstifts 13 und Anschlag 19 des zweiten Sperrstifts 13 angeordnet sind.
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In der 3 bis 5 ist das erfindungsgemäße Wälzlager 1 im gesperrten Zustand dargestellt. Im Vergleich dazu zeigen die 6 bis 8 das Wälzlager 1 im unversperrten Zustand. Im gesperrten Zustand ist der Lagerinnenring 2 durch die Sperrstifte 13 am Lageraußenring 3 arretiert. Wird nun der Lagerkäfig 4 mittels des hier nicht dargestellten Motors in eine beliebige Drehrichtung verdreht, führt die Verdrehung zu einer axialen Verschiebung der Sperrstifte 13. Durch diese axiale Verschiebung werden die Sperrstifte 13 aufgrund der Rampenkontur 10 aus der Rastkontur 14 des Lageraußenrings 3 herausbewegt. Sobald die Sperrstifte 13 vollständig aus dem Lageraußenring 3 entfernt sind und an einen der Anschläge 19 anliegen, ist eine Drehbewegung des Lagerinnenrings 2 wieder möglich. Hingegen dazu ist eine Verdrehung des Lagerinnenrings 2 durch ein auftretendes Störmoment, welches von der Abtriebsseite wirkt, nicht möglich, da der Sperrstift 13 hierbei über die Rampenkontur 10 wieder in die Rastkontur 14 des Lageraußenrings 3 einrasten würde. Eine Verdrehung des Lagerinnenrings 2 ist somit nur in eine der beiden Richtungen möglich um im unversperrten Zustand zu bleiben. Sobald kein Antriebsmoment mehr am Lagerkäfig 4 anliegt, wird der Lagerinnenring 2 in der nächsten Sperrposition arretiert, da die Druckfedern 16 den Sperrstift 13 aufgrund der Rampenkontur 10 im Lagerkäfig 4 axial verschieben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Lagerinnenring
- 3
- Lageraußenring
- 4
- Lagerkäfig
- 5
- Bohrung
- 6
- erste Bord des Lagerkäfigs
- 7
- zweite Bord des Lagerkäfigs
- 8
- Aussparung
- 9
- Wälzkörper
- 10
- Rampenkontur
- 11
- Schräge der Rampenkontur
- 12
- Sperrmechanismus
- 13
- Sperrstift
- 14
- Rastkontur
- 15
- herausragendes Ende eines Sperrstifts
- 16
- Druckfeder
- 17
- korrespondierende Kontur zur Rastkontur
- 18
- Gegenkontur zur Rampenkontur
- 19
- Anschlag für Sperrstift
- AR
- Rotationsachse des Wälzlagers
- S
- Schnittpunkt beider Schrägen einer Rampenkontur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008024910 A1 [0005]
