DE10053988A1 - Lageranordnung für eine Welle - Google Patents

Lageranordnung für eine Welle

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DE2000153988
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Thomas Wiesneth
Rudolf Folk
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C31/00Bearings for parts which both rotate and move linearly
    • F16C31/04Ball or roller bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C25/00Bearings for exclusively rotary movement adjustable for wear or play
    • F16C25/06Ball or roller bearings
    • F16C25/08Ball or roller bearings self-adjusting

Abstract

Eine Lageranordnung für eine längsverschiebliche und drehbar/schwenkbare kreisrunde Welle, die an ihren voneinander beabstandeten Enden in einem Gehäuse über je ein Linearkugellager (2) aufgenommen ist, zeichnet sich dadurch aus, daß die Linearkugellager (2) vorgespannt sind. Dadurch werden unerwünschte Verkippungen der Welle vermieden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine längsverschiebliche und drehbare/schwenkbare kreisrunde Welle, die an ihrem voneinander beabstan­ deten Enden über je ein Linearkugellager in einem Gehäuse aufgenommen ist, wobei die Linearkugellager aus einer Hülse bestehen, die an beiden Enden je einen radial nach innen zeigenden Bord aufweist, zwischen denen ein rohrför­ miger Käfig mit Lagerkugeln angeordnet ist, deren Laufbahnen einerseits von der Welle und andererseits von der inneren Mantelfläche der Hülse gebildet sind.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige Lageranordnung für eine Welle ist beispielsweise aus dem Fachbuch Johannes Looman, Zahnradgetriebe, Grundlagen, Konstruktionen, Anwendungen in Fahrzeugen, dritte, neubearbeitete und erweiterte Auflage, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1995 vorbekannt. Auf Seite 153 ist eine solche im Querschnitt kreisrund gestaltete Welle als Schaltwelle in einem Gehäuse eines Zahnräderwechselgetriebes gezeigt. Diese Schaltwelle zur Übertragung von Wähl- und/oder Schaltbewegungen ist im Gehäuse sowohl längsverschieblich als auch dreh- bzw. schwenkbar über zwei voneinan­ der beabstandete Linearkugellager gehalten. Diese bestehen aus einer Hülse, die in einer zugehörigen Aufnahmebohrung des Getriebegehäuses aufgenom­ men ist. Die Hülse weist an ihren beiden gegenüberliegenden Enden je einen radial nach innen gerichteten Bord auf, um ein Herauswandern des rohrförmi­ gen Lagerkäfigs mit den Lagerkugeln aus der Hülse zu vermeiden. Die Lauf­ bahnen der Lagerkugeln sind einerseits von der Mantelfläche der Schaltwelle und andererseits von der inneren Mantelfläche der Hülse gebildet.

Nachteilig dabei ist, daß die Schaltwelle ein radiales Spiel aufweist. Dadurch ergeben sich Klappergeräusche und die Schaltwelle kann verkippen. Das Ver­ kippen wiederum führt zu einer unerwünschten Steigerung der Verschiebe- und Verdrehkraft, d. h. die Welle wird schwergängig. Dies wiederum wirkt sich durch deren ungenaue Führung auf den Schaltkomfort negativ aus.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Lageranordnung für eine längsver­ schiebliche und drehbar/schwenkbare Welle zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, daß die Linearkugellager vorgespannt sind. Dar­ unter ist zu verstehen, daß die Lagerkugeln der beiden Linearkugellager zu­ mindest teilweise unter allen Betriebsbedingungen sowohl die Außenlaufbahn als auch die Innenlaufbahn berühren, so daß ein radiales Bewegen der Welle in den Lageraufnahmebohrungen verhindert ist. Dieses nicht vorhandene ra­ diale Spiel der Welle erlaubt dann deren exakte Führung innerhalb des Ge­ häuses. Ein Verkippen, d. h. ein radiales Versetzen der Welle an einem ihrer Enden, ist somit verhindert. Auf diese Weise wird eine exakte saubere Führung der Welle im Gehäuse realisiert, die leichtgängig verschieb- und drehbar ist sowie auch keine Klappergeräusche mehr aufweist.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist das Linearkugellager dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse dünnwandig mit gleichmäßiger Wandstärke ausgebildet ist, deren Laufbahn in wenigstens ei­ nem Umfangsabschnitt im Querschnitt gesehen eine von ihrer Kreisform ab­ weichende elastisch nachgiebige Laufbahnwölbung aufweist, so daß wenig­ stens eine der Kugelreihen zwischen der Laufbahnwölbung und dieser gegen­ überliegenden Laufbahn radial vorgespannt ist.

Die Größe der auf die Welle aufgebrachten Vorspannung ist durch das ver­ wendete Material zum Bau der Hülse bzw. deren Wandstärke bestimmt. Je größer die Wanddicke des verwendeten Materials, um so größer wird die Vor­ spannung auf die Welle sein. Die Elastizität der in der Regel verwendeten Stahlwerkstoffe wird auch durch deren Härtung beeinflußt, wobei bei einer ge­ härteten dünnwandigen Hülse die Vorspannung erhöht ist.

Die Einstellung der Elastizität ist auch davon abhängig, an wievielen Stellen ihres Umfanges die Hülse eine von der Kreisform abweichende Laufbahnwöl­ bung aufweist. Zweckmäßigerweise ist deshalb nach Anspruch 3 vorgesehen, daß die Laufbahn der Hülse an drei um 120° zueinander versetzten Umfangs­ abschnitten eine Laufbahnwölbung aufweist.

Schließlich geht aus Anspruch 4 hervor, daß die Welle eine in einem Getriebe­ gehäuse angeordnete Schaltwelle für ein Zahnräderwechselgetriebe sein soll, wobei derartige Lageranordnungen jedoch nicht auf diese Anordnung be­ schränkt sind, sondern einen verhältnismäßig umfangreichen Einsatz im allge­ meinen Maschinenbau aufweisen werden.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Schaltwelle in einem Zahnräder­ wechselgetriebe nach dem bisherigen Stand der Technik,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Längsschnittes durch ein Li­ nearkugellager nach dem bisherigen Stand der Technik und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines erfindungsgemäßen Linear­ kugellagers im Querschnitt

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Gemäß Fig. 1 ist nach dem bisherigen Stand der Technik im Getriebegehäu­ se 1 eines Zahnräderwechselgetriebes über zwei voneinander beabstandete Linearkugellager 2 eine Schaltwelle 3 gelagert, die längs ihrer Achse 4 ver­ schiebbar und in Umfangsrichtung um diese schwenkbar ist. Die Schaltwelle 3 ist linksseitig mit dem Schaltelement 7 verbunden, das in Eingriff mit einer nicht dargestellten Schaltgabel, über eine nicht dargestellte Schiebemuffe mit einem ebenfalls nicht dargestellten Zahnrad des Zahnräderwechselgetriebes in Wirk­ verbindung steht. Um die einzelnen Stellungen der Schaltwelle 3 zu sichern, ist diese zwischen den beiden Linearkugellagern 2 mit der Rastierhülse 5 verse­ hen, in deren Ausnehmung die Rastkugel 8 des Arretierelementes 6 eingreift.

Wie die vergrößerte Fig. 2 zeigt, ist die Hülse 9 an ihren beiden äußeren ge­ genüberliegenden Enden mit je einem radial nach innen weisenden Bord 10 versehen, so daß der die Lagerkugeln 14 aufnehmende rohrförmige Käfig 11 diese nicht verlassen kann. Fig. 2 zeigt weiter, daß die axiale Ausdehnung des Käfigs 11 unter der axialen Ausdehnung der Hülse 9 liegt, wobei die innere Mantelfläche der Hülse 9 die äußere Laufbahn 12 für die Lagerkugeln 14 bildet. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß beim Verschieben der Schaltwelle 3 der Käfig 11 mitgehen kann. Wird nun in eine solche Hülse 9 die Schaltwelle 3 eingeführt, so ist stets ein radiales Spiel zwischen der Mantelfläche der Schaltwelle 3 und den Lagerkugeln 14 vorhanden, was zu den beschriebenen negativen Folgen führt.

Um dies zu verhindern, ist in erfindungsgemäßer Weise gemäß Fig. 3 die in der Aufnahmebohrung 13 des Getriebegehäuses 1 aufgenommene Hülse 9 bei ansonsten gleicher Ausbildung wie unter Fig. 2 beschrieben, polygonartig, d. h. dreieckförmig ausgebildet, wobei zur Verdeutlichung der Wirkungsweise die Hülse 9 stark überzeichnet dargestellt ist. Sie weist an drei gleichmäßig voneinander beabstandeten Umfangsabschnitten Laufbahnwölbungen 15 in Richtung auf die Schaltwelle 3 auf und ist demzufolge in der Aufnahmebohrung 13 über ebenfalls drei Anlagepunkte 16 gehalten. Die Laufbanwölbungen 15 sind in radialer nachgiebig und in etwa sichelförmig ausgebildet, so daß die Schaltwelle 3 durch die im Wölbungsbereich 15 angeordnete Lagerkugeln 14, die in diesem Betreich sowohl Kontakt zur äußeren Laufbahn 12 als auch zur inneren Laufbahn 17 haben, unter Vorspannung gehalten ist.

Bezugszeichen

1

Getriebegehäuse

2

Linearkugellager

3

Schaltwelle

4

Achse

5

Rastierhülse

6

Arretierelement

7

Schaltelement

8

Rastkugeln

9

Hülse

10

Bord

11

Käfig

12

äußere Laufbahn

13

Aufnahmebohrung

14

Lagerkugel

15

Laufbahnwölbung

16

Anlagepunkt

17

innere Laufbahn

Claims (4)

1. Lageranordnung für eine längsverschiebliche und drehba­ re/schwenkbare kreisrunde Welle, die an ihren voneinander beabstan­ deten Enden über je ein Linearkugellager (2) in einem Gehäuse aufge­ nommen ist, wobei die Linearkugellager (2) aus einer Hülse (9) beste­ hen, die an beiden Enden je einen radial nach innen zeigenden Bord (10) aufweist, zwischen denen ein rohrförmiger Käfig (11) mit Lagerku­ geln (14) angeordnet ist, deren Laufbahnen (17, 12) einerseits von der Welle und andererseits von der inneren Mantelfläche der Hülse (9) ge­ bildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearkugellager (2) vorgespannt sind.
2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (9) dünnwandig mit gleichmäßiger Wandstärke ausgebildet ist, deren Laufbahn (12) in wenigstens einem Umfangsabschnitt im Quer­ schnitt gesehen eine von ihrer Kreisform abweichende elastisch nach­ giebige Laufbahnwölbung (15) aufweist, so dass wenigstens eine der Kugelreihen (14) zwischen der Laufbahnwölbung (15) und dieser ge­ genüberliegenden Laufbahn (17) radial vorgespannt ist.
3. Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn (12) der Hülse (9) an drei um 120° zueinander versetzten Umfangsabschnitten eine Laufbahnwölbung (15) aufweist.
4. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle eine in einem Getriebegehäuse (1) angeordnete Schaltwelle (3) für ein Zahnräderwechselgetriebe ist.
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