DE10039636A1 - Linear-Kugellager - Google Patents

Abstract

Es wird ein Linear-Kugellager, insbesondere für die Anwendung bei mechanischen Kraftfahrzeug-Schaltgetrieben zur dreh- und axialverschiebbaren Führung und Lagerung der Schaltstange, vorgeschlagen. Das Lager weist einen in einer Lagerhülse (3) angeordneten Kugelkäfig (1) auf, dessen Kugeln (2) bei Relativbewegungen zwischen Lagerhülse (3) und Kugelkäfig (1) sowohl an der Innenfläche (6) der Lagerhülse (3) als auch an der Umfangsfläche der Stange (5) abwälzen. Um zu verhindern, daß der Kugelkäfig (1) in eine seiner Grenzlagen gelangen bzw. darin verharren kann, ist vorgesehen, daß mindestens an einem Ende der Lagerhülse (3) eine zusammendrückbare Feder (7) innerhalb der Lagerhülse (3) vorgesehen ist, die bei Annäherung des Kugelkäfigs (1) an das Ende der Lagerhülse (3) unter Abstützung an diesem Ende eine zunehmende Rückstellkraft auf den Kugelkäfig (1) ausübt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Linear-Kugellager, umfassend einen Kugelkäfig mit auf seinem Umfang verteilt angeordneten Kugeln, die in mehreren parallel zur Mittelachse des Kugelkäfigs aus­ gerichteten Reihen vorgesehen sind, und eine den Kugelkäfig dreh- und verschiebbar aufnehmende zylindrische Lagerhülse, die an ihren beiden Enden mit nach innen gerichteten Flanschen zur Begrenzung der Verschiebebewegung des Kugelkäfigs versehen ist, wobei durch den Kugelkäfig eine Stange oder Welle hin­ durchführbar ist, so daß die Kugeln sowohl an der Lagerhülse als auch an der Stange oder Welle bei Relativbewegungen zwi­ schen diesen Teilen abwälzen.

Derartige Linear-Kugellager werden beispielsweise bei mechani­ schen Kraftfahrzeug-Schaltgetrieben zur dreh- und axialver­ schiebbaren Führung und Lagerung der Schaltstange eingesetzt. Hierbei kann es zu Störungen und Hemmungen an der inneren Schaltkulisse kommen, in welche ein Führungsstift eingreift, beispielsweise wenn dieser von der Schaltkulisse geführt aus dem 5. Gang in den 4. Gang übertreten soll.

Es wurde festgestellt, daß bei Auftreten dieser Hemmungen der Kugelkäfig sich in einer seiner beiden Grenzlagen befindet und dem betreffenden Flansch der Lagerhülse anliegt. Bei etwa senkrechter Ausrichtung der Schaltstange liegt dabei der Ku­ gelkäfig mit seinem unteren Ende dem unteren Flansch der La­ gerhülse an. In dieser Stellung können die praktisch still­ stehenden Kugeln des Kugelkäfigs nicht mehr an der Lagerhülse und/oder der Stange abwälzen, wodurch eine erhöhte Reibung zwischen der Stange und den Kugeln auftritt, welche für die Durchführung von Relativbewegungen zwischen Lagerhülse und Stange einen erhöhten Kraftaufwand erforderlich macht.

Bei einem bekannten Linear-Kugellager der eingangs angegebenen Ausbildung (DE 91 12 658 U1) sollen ungewollte Verschiebungen des Kugelkäfigs dadurch vermieden werden, daß mindestens einer der Wälzkörper bzw. eine der Kugeln in dem Wälzlager bzw. Ku­ gelkäfig aus einem gummielastischen Material besteht und ge­ genüber den anderen Wälzkörpern/Kugeln Übermaß aufweist. Auf­ grund dieser Ausbildung soll erreicht werden, daß der gummi­ elastische Wälzkörper ungewollten Verschiebungen einen erheb­ lichen Reibungswiderstand entgegensetzt, aber rollende Bewe­ gungen aufgrund seiner Materialeigenschaften ohne weiteres ausführt. Aufgrund dieser Anordnung setzt der gummielastische Wälzkörper aber auch gewollten Verschiebungen einen erhöhten Reibungswiderstand entgegen. Wenn aber der Wälzlagerkäfig trotz der erhöhten Reibung innerhalb der Lagerhülse eine sei­ ner durch die Flansche begrenzten Endpositionen erreicht hat, dürfte wegen der dann mindestens erschwerten Wälzbewegungen der Wälzkörper die Reibung durch den gummielastischen Wälzkör­ per noch erhöht werden. Darüber hinaus unterliegen gummiela­ stische Werkstoffe einer natürlichen Alterung, wodurch der Reibungskoeffizient sich so ändern kann, daß die gummielasti­ schen Wälzkörper ungewollte Verschiebungen nicht mehr verhin­ dern können. In die gleiche Richtung wirken auch Schmiermit­ tel, die in die bekannten Linear-Kugellager eindringen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Linear-Kugella­ ger der eingangs angegebenen Ausbildung bereitzustellen, bei welchem mit einfachen Mitteln verhindert wird, daß der Kugel­ käfig in eine seiner Grenzlagen gelangen bzw. darin verharren kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst. Die davon abhängigen Ansprüche betref­ fen vorteilhafte oder zweckmäßige Weiterbildungen, die nach­ folgend ebenfalls näher beschrieben sind.

Dadurch, daß erfindungsgemäß mindestens an einem Ende der La­ gerhülse zwischen dem Flansch dieses Endes und dem Kugelkäfig eine zusammendrückbare Feder innerhalb der Lagerhülse mit Ra­ dialspiel zu der Lagerhülse und zu der Stange oder Welle ange­ ordnet ist, die bei Annäherung des Kugelkäfigs an den betref­ fenden Flansch unter Abstützung an diesen Flansch eine zuneh­ mende Rückstellkraft auf den Kugelkäfig ausübt, wird folgendes erreicht. Sollte der Kugelkäfig bei einer axialen Relativver­ schiebung zwischen der Lagerhülse und der Stange oder Welle in die Nähe des Flansches gelangen, an welchem sich die Feder ab­ stützt, schiebt die Feder den Kugelkäfig wieder in eine ab­ wälzfähige mittlere Position in der Lagerhülse zurück, so daß bei Einleitung einer erneuten oder weiteren Axialverschiebung der Stange oder Welle der Kugelkäfig nicht an dem betreffenden Flansch der Lagerhülse anliegen kann und die Kugeln ungehin­ dert an den Wandungen der Lagerhülse und der Stange frei ab­ wälzen können. Die eingangs geschilderten Störungen oder Hem­ mungen von Relativbewegungen zwischen der Lagerhülse und der Stange oder Welle infolge erhöhter Reibung können daher bei dem erfindungsgemäßen Linear-Kugellager nicht auftreten.

Im Verfolg des Erfindungsgedankens können zu beiden Seiten des Kugelkäfigs entsprechende Federn angeordnet sein, die sich je­ weils an dem benachbarten Flansch der Lagerhülse abstützen können. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die besonde­ ren Wirkungen des erfindungsgemäßen Linear-Kugellagers nicht nur einseitig, sondern beidseitig erzielt werden. Eine solche Anordnung kann bei etwa horizontaler Achslage des Linear-Ku­ gellagers von Vorteil sein. Bei etwa senkrechter Achslage ist es aber in der Regel ausreichend, wenn eine Feder nur zwischen dem unteren Flansch der Lagerhülse und dem unteren Ende des Kugelkäfigs angeordnet ist.

Für die Zwecke der Erfindung ist es ausreichend, wenn die Fe­ der gemäß Anspruch 2 auf einfache Weise als Federring ausge­ bildet ist, weil eine größere Axialabmessung der Feder nicht erforderlich ist. Selbstverständlich sind beispielsweise auch kurze Schraubendruckfedern einsetzbar. Geeignet sind prinzipi­ ell alle einfachen Biegefedern, die sich in dem begrenzten In­ nenraum des Linear-Kugellagers unterbringen lassen.

Vorteilhaft ist entsprechend Anspruch 3 der Federring aus ei­ nem dünnen Federstahlblech ausgeschnitten, an einer Stelle durch einen Schlitz unterbrochen und ausgehend von einem etwa dem Schlitz gegenüberliegenden Ringbereich mit seinen beiden Enden in entgegengesetzte Richtungen abgebogen. Diese Feder ist bei einfachster Gestaltung sehr wirksam, dennoch preiswert herzustellen und läßt sich infolge des Schlitzes auch nach­ träglich in die Lagerhülse trotz der nach innen gerichteten Flansche durch die verbleibenden kreisförmigen Öffnungen hin­ durch unter elastischer Deformation einsetzen.

Die Feder bzw. die beiden Federn können auch während der Fer­ tigung des Linear-Kugellagers zusammen mit dem Kugelkäfig in die Lagerhülse eingesetzt werden, bevor die Endbereiche der Lagerhülse zur Bildung der Flansche umgebördelt werden.

Die Feder kann sich in dem ihr zugewiesenen, sich bei Relativ­ verschiebungen zwischen dem Kugelkäfig und der Lagerhülse in seiner axialen Dimension ändernden Raum, geführt durch die Innenfläche der Lagerhülse und die Umfangsfläche der Stange, frei bewegen. Vorzugsweise ist jedoch gemäß Anspruch 4 vorge­ sehen, daß das dem betreffenden Flansch der Lagerhülse zuge­ kehrte Ende der Feder an diesem Flansch festgelegt ist, so daß die Feder bezüglich der Lagerhülse ortsfest ist. Diese Festle­ gung der Feder kann auf einfache Weise nach Anspruch 5 dadurch realisiert werden, daß die Feder mit einem Teilbereich ihres Umfangs in eine an den betreffenden Flansch angrenzende Um­ fangsnut in der Innenfläche der Lagerhülse eingreift. Der freie Teilbereich des Federumfangs steht dabei elastisch ver­ formbar, d. h. biegbar, von dem betreffenden Flansch in Rich­ tung des Kugelkäfigs vor.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch ein Linear- Kugellager mit hindurchgeführter Stange, bei nichtgeschnittenem Kugelkäfig und mit einer an einem Ende der Lagerhülse festgelegten Feder,

Fig. 2 einen weiteren axialen Längsschnitt durch das Lager gemäß Fig. 1, jedoch gegenüber der Dar­ stellung nach Fig. 1 um 90° um die Achse ge­ dreht,

Fig. 3 einen anderen axialen Längsschnitt durch das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Lager, je­ doch mit nicht an der Lagerhülse festgelegter Feder, mit geschnittenem Kugelkäfig,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Feder,

Fig. 5 die Seitenansicht der Feder gemäß Fig. 4 in der Blickrichtung entsprechend dem Pfeil V in Fig. 4 und

Fig. 6 einen axialen Längsschnitt durch ein in eine Führungsbuchse eines mechanischen Kraftfahr­ zeug-Schaltgetriebes eingesetztes Linear-Kugel­ lager, ähnlich dem in Fig. 2 dargestellten, je­ doch mit geschnittenem Kugelkäfig, ohne Schalt­ stange.

Das in den Fig. 1 bis 3 und 6 dargestellte Linear-Kugella­ ger besitzt einen Kugelkäfig 1 mit auf seinem Umfang verteilt angeordneten Kugeln 2, die in mehreren, beispielsweise vier­ zehn, parallel zur Mittelachse des Kugelkäfigs 1 ausgerichte­ ten Reihen vorgesehen sind. Der Kugelkäfig 1 ist innerhalb ei­ ner zylindrischen Lagerhülse 3 angeordnet, die an beiden Enden mit nach innen gerichteten Flanschen 4 zur Begrenzung der Ver­ schiebebewegung des Kugelkäfigs 1 in der Lagerhülse 3 vorgese­ hen sind. Durch das Linear-Kugellager ist eine im Durchmesser auf die Lagerabmessungen so abgestimmte zylindrische Stange 5 hindurchführbar, daß bei relativen Axialverschiebungen zwi­ schen der Lagerhülse 3 und der Stange 5, aber auch bei Drehbe­ wegungen der Stange 5 in der Lagerhülse 3 die Kugeln 2 sowohl an der Innenwand 6 der Lagerhülse 3 als auch an der Umfangs­ fläche der Stange 5 abwälzen. Die Flansche 4 bzw. die von ih­ nen eingeschlossenen kreisförmigen Öffnungen sind so bemessen, daß die Stange 5 berührungsfrei hindurchtreten kann. Das bis­ her beschriebene Linear-Kugellager entspricht dem Stand der Technik.

In den Fig. 1 bis 3 und 6 ist durch die gezeichnete Lage des Linear-Kugellagers angedeutet, daß dieses innerhalb der Gesamtkonstruktion eines Kraftfahrzeug-Schaltgetriebes etwa senkrecht angeordnet ist. Die nachfolgenden beschreibenden Hinweise "unten" und "oben" beziehen sich auf diese Lage des Linear-Kugellagers.

Am unteren Ende der Lagerhülse 3 ist zwischen dem unteren Flansch 4 und dem Kugelkäfig 1 eine elastisch zusammendrück­ bare Feder 7 innerhalb der Lagerhülse 3 angeordnet. Die als Federring ausgebildete Feder 7, die in ihrer bevorzugten Aus­ führungsform nachfolgend noch näher beschrieben wird, weist sowohl gegenüber der Innenwand 6 der Lagerhülse 3 als auch ge­ genüber der Umfangsfläche der Stange 5 Radialspiel auf, so daß sie auch bei elastischer Verformung im Sinne einer Annäherung an ihre Planlage nicht in der Lagerhülse 3 und auch nicht an der Stange 5 verklemmen kann.

Die Feder 7 in ihrer bevorzugten in den Fig. 4 und 5 näher dargestellten Ausführungsform ist aus dünnem Federstahlblech geformt. Bei einem Linear-Kugellager von etwa 23 mm Außen­ durchmesser der Lagerhülse 3 ist das Federstahlblech etwa 0,5 mm dick. Außen- und Innendurchmesser der Feder 7 betragen hierbei etwa 20 mm bzw. etwa 16 mm, so daß eine Ringbreite von etwa 2 mm resultiert. Die Ringstruktur der Feder 7 ist durch einen Schlitz 8 von etwa 3 mm Breite unterbrochen. Ausgehend von einem dem Schlitz 8 gegenüberliegenden ebenen Ringbereich 9 ist der Federring mit seinen beiden Enden in entgegenge­ setzte Richtungen abgebogen, so daß zwischen den beiden Feder­ enden ein Abstand in axialer Richtung von etwa 5 mm entstanden ist. Damit beträgt der Federweg maximal etwa 5 mm, was sich für den mit der Erfindung beabsichtigten Zweck als ausreichend herausgestellt hat.

Die Feder 7 kann frei, d. h. nicht an der Lagerhülse 3 (oder dem Kugelkäfig 1 festgelegt, in den unteren Raum zwischen dem unteren Flansch 4 und dem Kugelkäfig 1 eingesetzt werden, wie das in Fig. 3 dargestellt ist. Die Feder 7 kann aber auch mit ihrem dem unteren Flansch 4 der Lagerhülse 3 zugekehrten Ende bzw. einem Teilbereich ihres Umfangs an diesem Flansch 4 bzw. in seiner unmittelbaren Nähe festgelegt sein. Wie die Fig. 1, 2 und 6 zeigen, ist zu diesem Zweck an einem Ende der La­ gerhülse 3 eine an den Flansch 4 angrenzende Umfangsnut 10 in der Innenfläche 6 der Lagerhülse 3 vorgesehen, in welche die Feder 7 eingreift. Der Schlitz 8 in der Ringkonstruktion der Feder 7 erlaubt in jedem Fall eine derartige elastische Defor­ mation der Feder 7, daß diese durch die untere Öffnung der La­ gerhülse 3 hindurch in die Lagerhülse eingesetzt werden kann. Selbstverständlich kann die Feder 7 schon bei der Herstellung des Linear-Kugellagers, d. h. vor dem Bördeln der Flansche 4, eingesetzt werden. Obwohl für die hier behandelte Gebrauchs­ lage des Linear-Kugellagers nur unten eine Feder 7 angeordnet ist, kann auch oben eine Feder 7 zwischen Flansch 4 und Kugel­ käfig 1 eingesetzt sein, wie es beispielsweise für etwa hori­ zontale Gebrauchslagen des Linear-Kugellagers sinnvoll sein kann. Dementsprechend kann an beiden Enden der Lagerhülse 3 eine Umfangsnut 10 zum Festlegen von Federn vorgesehen werden.

In Fig. 6 ist das Linear-Kugellager in eine Führungsbuchse 11 eingesetzt dargestellt. Das obere Ende der Führungsbuchse 11 nimmt einen Radialwellendichtring 12 auf, welcher gegenüber der nicht dargestellten Welle oder Stange abdichtet.

Die Feder 7 verhindert zuverlässig, daß der Kugelkäfig 1 sich in die untere Endstellung auf Anschlag mit dem unteren Flansch 4 verschiebt oder sogar dort verbleibt, so daß die Kugeln 2 nicht. mehr an der Innenfläche 6 der Lagerhülse 3 und der Um­ fangsfläche 5 abwälzen können. Die Feder 7 übt bei Annäherung des R:ugelkäfigs an den Flansch 4 unter Abstützung an diesen Flansch eine zunehmende Rückstellkraft auf den Kugelkäfig 1 aus. Auf diese Weise sorgt die Feder 7 dafür, daß der Kugelkäfig 1 relativ zur Lagerhülse 3 stets in eine abwälzfähige Stellung verlagert wird.

Es wird ein Linear-Kugellager, insbesondere für die Anwendung bei mechanischen Kraftfahrzeug-Schaltgetrieben zur dreh- und axialverschiebbaren Führung und Lagerung der Schaltstange, vorgeschlagen. Das Lager weist einen in einer Lagerhülse ange­ ordneten Kugelkäfig auf, dessen Kugeln bei Relativbewegungen zwischen Lagerhülse und Kugelkäfig sowohl an der Innenfläche der Lagerhülse als auch an der Umfangsfläche der Stange abwäl­ zen. Um zu verhindern, daß der Kugelkäfig in eine seiner Grenzlagen gelangen bzw. darin verharren kann, ist vorgesehen, daß mindestens an einem Ende der Lagerhülse eine zusammen­ drückbare Feder innerhalb der Lagerhülse vorgesehen ist, die bei Annäherung des Kugelkäfigs an das Ende der Lagerhülse unter Abstützung an diesem Ende eine zunehmende Rückstellkraft auf den Kugelkäfig ausübt.

Claims (5)

1. Linear-Kugellager, umfassend einen Kugelkäfig (1) mit auf seinem Umfang verteilt angeordneten Kugeln (2), die in mehre­ ren parallel zur Mittelachse des Kugelkäfigs (1) ausgerichte­ ten Reihen vorgesehen sind, und eine den Kugelkäfig (1) dreh- und verschiebbar aufnehmende zylindrische Lagerhülse (3), die an ihren beiden Enden mit nach innen gerichteten Flanschen (4) zur Begrenzung der Verschiebebewegung des Kugelkäfigs (1) ver­ sehen ist, wobei durch den Kugelkäfig (1) eine Stange oder Welle hindurchführbar ist, so daß die Kugeln (2) sowohl an der Lagerhülse (3) als auch an der Stange (5) oder Welle bei Rela­ tivbewegungen zwischen diesen Teilen abwälzen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens an einem Ende der Lagerhülse (3) zwischen dem Flansch (4) dieses Endes und dem Kugelkäfig (1) eine zusammendrückbare Feder (7) innerhalb der Lagerhülse (3) mit Radialspiel zu der Lagerhülse (3) und zu der Stange (5) oder Welle angeordnet ist, die bei Annäherung des Kugelkäfigs (1) an den betreffenden Flansch (4) unter Abstützung an diesem Flansch (4) eine zunehmende Rückstellkraft auf den Kugelkäfig (1) ausübt.

2. Linear-Kugellager, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (8) als Federring ausgebildet ist.

3. Linear-Kugellager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Federring (Feder 7) aus einem dünnen Federstahl­ blech ausgeschnitten ist, an einer Stelle durch einen Schlitz (8) unterbrochen ist und ausgehend von einem dem Schlitz (8) gegenüberliegenden Ringbereich (9) mit seinen beiden Enden in entgegengesetzte Richtungen abgebogen ist.

4. Linear-Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das dem betreffenden Flansch (4) der Lagerhülse (3) zugekehrte Ende der Feder (7) an diesem Flansch (4) festgelegt ist.

5. Linear-Kugellager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Feder (7) mit einem Teilbereich ihres Umfangs in eine an den betreffenden Flansch (4) angrenzende Umfangsnut (10) in der Innenfläche (6) der Lagerhülse (3) eingreift.