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Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit einem Lagerinnenring und einem relativ zu dem Lagerinnenring wälzgelagerten Lageraußenring. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen mit dieser Lageranordnung versehenen Aktor für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise zum Betätigen einer Kupplung, zum Ändern einer Fahrwerkseinstellung, oder zum Ansteuern eines Riemenspanners.
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Aus der
DE 10 2009 009 528 A1 ist eine Riemenscheibe mit einer Schlingfederanordnung bekannt. Hierüber kann eine Freilaufkupplung realisiert werden, da die Schlingfeder in einer Richtung eine Drehmomentübertragung ermöglicht, in der anderen Drehrichtung dagegen einen freien Lauf über eine entsprechende Lagerstelle. Es ist durch solch eine Anordnung mit einer Schlingfeder als Freilaufkupplung allerdings nicht möglich eine Vorrichtung zu schaffen, in der eine Lageranordnung vorhanden ist, so dass in der einen Richtung zwar ein freier Lauf möglich ist, in der anderen Richtung aber ausschließlich eine Reibung vorhanden ist. In dieser zweiten Richtung kann ausschließlich eine Sperrung erfolgen, eine nichtdestruktive Überwindung der Sperrung, z.B. für selbsthemmend ausgeführte Anordnungen mit Lager ist nicht möglich.
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Gattungsgemäße Aktorausbildungen sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Zum Beispiel offenbart die
EP 3 052 826 B1 eine Aktorbaugruppe mit einer Reibeinrichtung, bei der eine Doppelschlingfeder eingesetzt werden kann. Weitere aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungen sind mit der
DE 10 2015 220 920 A1 und der
DE 10 2015 217 164 A1 bekannt.
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Somit ist es bereits bekannt, Schlingfedern zur Ausbildung drehrichtungsabhängig wirkender Reibeinrichtungen zu verwenden. Ein Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Reibeinrichtungen besteht jedoch darin, dass diese relativ viel Bauraum beanspruchen, was auch den gesamten Aktoraufbau relativ groß werden lässt. Des Weiteren besteht der Nachteil, dass bei Einsatz in hochintegrierten Varianten in Planetengetrieben / Planetenwälzgetrieben, Bauteile zueinander blockiert werden, die eigentlich für eine Wälzbewegung ausgelegt sind.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere eine möglichst kompakte Reibeinrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine eigenständige und separat prüfbare Einheit bildet.
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Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst, nämlich, wonach direkt zwischen den Lagerringen (Lagerinnenring und Lageraußenring der Lageranordnung), unter Ausbildung einer drehrichtungsabhängig wirkenden Reibeinrichtung, eine Doppelschlingfeder derart eingesetzt ist, dass ein erster Federabschnitt der Doppelschlingfeder mit einer radialen Innenfläche des Lageraußenrings in Reibkontakt steht oder bringbar ist und ein, radial innerhalb des ersten Federabschnittes angeordneter, zweiter Federabschnitt der Doppelschlingfeder mit einer radialen Außenfläche des Lagerinnenrings in Reibkontakt steht oder bringbar ist.
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Dadurch ergibt sich eine vorzugsweise unmittelbar als Wälzlager ausgebildete Lageranordnung, die möglichst bauraumsparend sowie als separat prüfbare Einheit umgesetzt ist. Somit ist auch der Aufbau des die Lageranordnung aufnehmenden Aktors möglichst kompakt umgesetzt.
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Weiterführende, vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Ist die Doppelschlingfeder axial vollständig in einen radialen Zwischenraum zwischen den Lagerringen eingeschoben / angeordnet, ist der axiale Aufbau noch kompakter realisiert.
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Für die Ausbildung der Doppelschlingfeder ist es weiterhin zweckdienlich, wenn der erste Federabschnitt und der zweite Federabschnitt jeweils einen mehrere Windungen aufweisenden Schraubenfederabschnitt ausbilden, wobei die beiden Federabschnitte zu einer gemeinsamen axialen Seite der Doppelschlingfeder ineinander übergehen. Besonders bevorzugt ist die Windungsanzahl der beiden Federabschnitte gleich.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Lagerinnenring auf einer Welle befestigt ist. Denn dadurch wird eine möglichst einfach verbaubare Einheit geschaffen.
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In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls zweckmäßig, wenn der Lageraußenring bereits in einem Gehäuse fest aufgenommen ist.
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Diesbezüglich ist zudem von Vorteil, wenn der Lagerinnenring axial an der Welle und/oder der Lageraußenring axial an dem Gehäuse festgelegt sind/ist.
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Ist eine axiale Sicherung des Lagerinnenrings oder des Lageraußenrings mittels eines Sicherungsrings und/oder einer Anlaufscheibe umgesetzt, wird eine axial kompakte Lageranordnung erzielt.
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Ist eine zwischen den Lagerringen ausgebildete Wälzkörperlaufbahn außermittig zu einer axialen Mitte des Lagerinnenrings und/oder des Lageraußenrings angeordnet, kann die Doppelschlingfeder beliebig in ihrer axialen Länge angepasst werden.
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Zum Festlegen der Doppelschlingfeder ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeder Federabschnitt ein Ende der Doppelschlingfeder aufweist, wobei das Ende des ersten Federabschnittes in eine Umfangsrichtung formschlüssig an dem Lageraußenring aufgenommen ist und das Ende des zweiten Federabschnittes in einer Umfangsrichtung formschlüssig an dem Lagerinnenring aufgenommen ist.
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Zur effizienten Nutzung der Reibeinrichtung ist es des Weiteren vorteilhaft, wenn eines der Enden um einen (bestimmten) Winkelbereich relativ zu dem ihm zugeordneten Lagerring verdrehbar angeordnet ist.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Aktor zum Betätigen einer Kupplung eines Kraftfahrzeuges, mit einem Elektromotor sowie einer erfindungsgemäßen Lageranordnung nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen, wobei ein Stator des Elektromotors in einem Gehäuse, in dem auch der Lageraußenring aufgenommen ist, angebracht ist und eine mit einem Rotor des Elektromotors verbundene Rotorwelle mit dem Lagerinnenring verbunden ist.
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Mit anderen Worten ausgedrückt ist erfindungsgemäß ein Lager (Lageranordnung) mit integrierter Doppelschlingfeder bzw. ein Aktuator / Aktor mit Doppelschlingfeder integriert in einem Lager umgesetzt. Dabei ist ein Innen- / Außenbereich der Doppelschlingfeder vorhanden, um eine richtungsabhängige Reibung bereitzustellen.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Lageranordnung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie sie bereits zwischen einer Welle und einem Gehäuse eingesetzt ist,
- 2 eine Längsschnittdarstellung der in 1 als Wälzlager eingesetzten Lageranordnung in alleiniger Darstellung,
- 3 eine perspektivische Ansicht der in Längsrichtung geschnittenen Lageranordnung nach 1, sowie
- 4 eine Längsschnittdarstellung eines perspektivisch dargestellten Aktors mit einer Lageranordnung nach den 1 bis 3.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In Verbindung mit 4 ist zunächst ein bevorzugter Einsatzbereich einer erfindungsgemäßen Lageranordnung 1, wie sie dann detailliert in den 1 bis 3 dargestellt ist, gezeigt. Die Lageranordnung 1 dient demnach zum Lagern einer Welle 11, die hier unmittelbar eine fest mit einem Rotor 23 eines Elektromotors 21 verbundene Rotorwelle 24 ausbildet. Die Welle 11 ist relativ zu einem Gehäuse 12 des Elektromotors 21 gelagert. In dem Gehäuse 12 ist weiterhin ein Stator 22 des Elektromotors 21 aufgenommen.
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Neben dem Elektromotor
21 weist der Aktor
20 ein Planetengetriebe
25 / Planetenwälzgetriebe auf. Dieses Planetengetriebe
25 ist derart ausgebildet, dass bei Verdrehung einer Spindel
26 (unter Ausbildung einer Sonne des Planetengetriebes
25) ein Hohlrad
27 axial verschoben wird, um eine Kupplung eines Kraftfahrzeuges zu betätigen. Die Spindel
26 ist ebenfalls Bestandteil der Welle
11. In diesem Zusammenhang wird in Bezug auf die weitere Funktion und den weiteren Aufbau des Aktors auf den in der
EP 3 052 826 B1 beschriebenen Aktor verwiesen, die hierin als integriert gilt.
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Erfindungsgemäß ist nun eine drehrichtungsabhängig wirkende Reibeinrichtung 4, aufweisend eine Doppelschlingfeder 5, unmittelbar in der Lageranordnung 1, die zur Wälzlagerung der Welle 11 relativ zu dem Gehäuse 12 dient, eingesetzt. Unter der drehrichtungsabhängig wirkenden Reibeinrichtung 4 versteht man eine Reibeinrichtung 4, die in den beiden unterschiedlichen Relativdrehrichtungen zweier Lagerringe 2, 3 der Lageranordnung 1 unterschiedliche, hemmend auf die Relativbewegung zwischen den Lagerringen 2, 3 wirkende Reibkräfte / Reibmomente erzeugt.
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In Verbindung mit den 1 bis 3 ist die Lageranordnung 1 in verschiedenen Darstellungen detaillierter dargestellt, die den erfindungsgemäßen Aufbau dieser Lageranordnung 1 erkennen lassen.
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Die Lageranordnung 1 ist unmittelbar als Wälzlager, hier in Form eines Kugellagers, ausgebildet. Die Lageranordnung 1 ist gemäß 1 zwischen einem Gehäuse 12 und einer Welle 11 eingesetzt. Die Lageranordnung 1 weist einen Lagerinnenring 2 auf, der (in Bezug auf eine zentrale Drehachse 28 bezogen) radial innerhalb ihres Lageraußenrings 3 angeordnet ist. Der Lageraußenring 3 ist relativ zu dem Lagerinnenring 2 über mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Wälzkörper 29, hier in Form von Kugeln, gelagert.
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In einer axialen Richtung versetzt zu den Wälzkörpern 29 befindet sich die Doppelschlingfeder 5 in einem radialen Zwischenraum 10 zwischen den beiden Lagerringen 2, 3. Die Doppelschlingfeder 5 weist zwei radial zueinander versetzt sowie axial auf gleicher Höhe angeordnete Federabschnitte 6, 8 auf, die zu einem gemeinsamen axialen Ende / einer gemeinsamen axialen Seite 30 - hier jener Seite, die dem Wälzkörper 29 zugewandt ist - ineinander übergehen. Beide Federabschnitte 6, 8 sind in dieser Ausführung gleich lang (axiale Länge) realisiert, sodass sie die gleiche Anzahl an Windungen aufweisen. Die beiden Federabschnitte 6, 8 bilden somit jeweils einen schraubenfederartigen Abschnitt aus, der bei einer relativen Verdrehung der Lagerringe 2, 3, seinen Durchmesser verändert.
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Jener erste Federabschnitt 6 liegt radial außerhalb des zweiten Federabschnittes 8 und steht mit einer radialen Innenfläche 7 des Lageraußenrings 3 in Reibkontakt oder ist mit dieser Innenfläche 7 in Reibkontakt bringbar. Der zweite Federabschnitt 8 ist mit einer Außenfläche 9 des Lagerinnenrings 2 in Reibkontakt bringbar oder befindet sich mit dieser Außenfläche 9 bereits in Reibkontakt.
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Des Weiteren ist jeder Federabschnitt 6, 8 an dem ihm zugewiesenen Lagerring 2, 3 angebracht / gesichert. Der erste Federabschnitt 6, der ein erstes Ende 18a der Doppelschlingfeder 5 bildet, ist mit diesem ersten Ende 18a in Drehrichtung / Umfangsrichtung formschlüssig an dem Lageraußenring 3 aufgenommen. Der zweite Federabschnitt 8, der ein zweites Ende 18b der Doppelschlingfeder 5 bildet, ist mit dem zweiten Ende 18b an dem Lagerinnenring 2 in Drehrichtung formschlüssig aufgenommen. Bevorzugt ist einer dieser beiden Federabschnitte 6, 8 seitens seines Endes 18a, 18b in einem gewissen Winkelbereich relativ zu dem ihm zugeordneten Lagerring 2, 3 verdrehbar.
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Wie besonders gut in 2 zu erkennen, befindet sich eine (axiale) Mitte 16 der Lagerringe 2, 3 versetzt / beabstandet zu einer Mitte (/ axialen Mitte) 17 der die Wälzkörper 29 aufnehmenden Wälzkörperlaufbahn 15 des jeweiligen Lagerrings 2, 3.
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Aus den 1 und 3 geht Weiteren eine axiale Fixierung des Wälzlagers / der Lageranordnung 1 anschaulich hervor. Der Lageraußenring 3 ist in dieser Ausführung zwischen einer (ersten) Schulter 31 des Gehäuses 12 sowie einem Sicherungsring 13 und einer Anlaufscheibe 14 in axialer Richtung gesichert / fixiert. Die Anlaufscheibe 14 befindet sich auf typische Weise zwischen dem in einer Nut 19 des Gehäuses 12 verrasteten Sicherungsring 13 und dem Lageraußenring 3.
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Der Lagerinnenring 2 ist wiederum zu einer axialen Richtung hin an einer (zweiten) Schulter 32 der Welle 11 abgestützt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass jene axiale Abstützung der Lagerringe 2, 3 auch umdrehbar ist, sodass der Lagerinnenring 2 in einer weiter bevorzugten Ausführung zwischen der zweiten Schulter 32 und einem dann mit der Welle 11 verrasteten Sicherungsring fixiert ist und der Lageraußenring 3 stattdessen nur zu einer axialen Seite hin an einer entsprechenden Schulter 31 in Anlage ist.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß ein Doppel-Schlingfeder-Reibelement 5 in einer Lagereinheit 1 integriert. Dabei wird die Doppel-Schlingfeder 5 direkt zwischen Lagerinnen- und Lageraußenring 2, 3 platziert. Als Vorteile gegenüber dem Stand der Technik sind zu nennen, dass sich dadurch eine prüfbare Einheit ergibt. Durch die günstigeren Einbautoleranzen ergeben sich bessere Lauftoleranzen der DSF-Reibflächen 7, 9 zueinander (kurze Toleranz-Kette). Zudem ist der Gesamtbauraumbedarf (Lager 1 + Reibelement 4) für integrierte Varianten geringer als für Konstruktionen mit Lager und separatem DSF-Reibsystem. Es ist möglich die Lageranordnung 1 als Standarteinheit einzusetzen.
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Die in den Figuren dargestellte Lösung (insbesondere die Axialsicherung mit Borde 33 auf der Welle 11 und Anlaufscheibe 14 und Sicherungsring 13 stellt nur eine Variante dar. Denkbar sind auch Varianten, in denen die Axialsicherungselemente in den Lagerinnenring 2 und den Lageraußenring 3 integriert sind. Der Bauraumbedarf für die Baueinheit wird damit etwas größer, kann aber dann wie ein Standard-Lager verbaut werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lageranordnung
- 2
- Lagerinnenring
- 3
- Lageraußenring
- 4
- Reibeinrichtung
- 5
- Doppelschlingfeder
- 6
- erster Federabschnitt
- 7
- Innenfläche
- 8
- zweiter Federabschnitt
- 9
- Außenfläche
- 10
- Zwischenraum
- 11
- Welle
- 12
- Gehäuse
- 13
- Sicherungsring
- 14
- Anlaufscheibe
- 15
- Wälzkörperlaufbahn
- 16
- Mitte der Lagerringe
- 17
- Mitte der Wälzkörperlaufbahn
- 18a
- erstes Ende
- 18b
- zweites Ende
- 19
- Nut
- 20
- Aktor
- 21
- Elektromotor
- 22
- Stator
- 23
- Rotor
- 24
- Rotorwelle
- 25
- Planetengetriebe
- 26
- Spindel
- 27
- Hohlrad
- 28
- Drehachse
- 29
- Wälzkörper
- 30
- Seite
- 31
- erste Schulter
- 32
- zweite Schulter
