DE102005050541A1

DE102005050541A1 - Wälzlager für Längsbewegungen mit begrenztem Schiebeweg

Info

Publication number: DE102005050541A1
Application number: DE102005050541A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Ing. Metten; Thomas Dipl.-Ing. Wiesneth; Georg Dipl.-Ing. Draser
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2007-05-03
Also published as: KR20080050619A; WO2007045581A1; KR101336548B1

Abstract

Wälzlager für Längsbewegungen mit begrenztem Schiebeweg, umfassend eine Innenhülse zur Aufnahme oder Führung einer verschiebbaren Stange, wobei an der Außenseite der Innenhülse mehrere in Längsrichtung der Hülse verlaufende, um den Hülsenumfang verteilt angeordnete Wälzkörperlaufbahnen vorgesehen sind, in denen Wälzkörper geführt sind, über die das Wälzlager in der Montagestellung an einer es umgebenden Lauffläche läuft, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste Wälzkörperlaufbahnen (3) auf einem etwas größeren radialen Hüllkreis (H¶1¶) liegen als die übrigen zweiten Wälzkörperlaufbahnen (4), die direkt auf der Stange (10) abgestützt sind, während die ersten Wälzkörperlaufbahnen (3) bei Belastung in Richtung der Stange (10) einfedern können.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager für Längsbewegungen mit begrenztem Schiebeweg umfassend eine Innenhülse zur Aufnahme oder Führung einer verschiebbaren Stange, wobei an der Außenseite der Innenhülse mehrere in Längsrichtung der Hülse verlaufende, um den Hülsenumfang verteilt angeordnete Wälzkörperlaufbahnen vorgesehen sind, in denen Wälzkörper geführt sind, über die das Wälzlager in der Montagestellung an einer es umgebenden Lauffläche läuft.
Hintergrund der Erfindung
Solche Wälzlager, die häufig auch lediglich als „Innenhülse" bezeichnet werden, werden in der Regel zur spielfreien Lagerung von längsbeweglichen Stangen wie z.B. Schaltstangen oder Schaltschienen von Kraftfahrzeuggetrieben verwendet. Sie eignen sich aber auch für andere Anwendungen, in denen Schubstangen eingesetzt werden. Die Innenhülse sitzt auf der Stange und wird in der Montagestellung von einer Außenhülse umgriffen, die die Lauffläche für die Wälzkörper, in der Regel Kugeln, die an der Innenhülse vorgesehen sind, bildet.

Ein Wälzlager oder eine Innenhülse der beschriebenen Art ist beispielsweise aus dem Gebrauchsmuster DE 299 07 217 U1 bekannt. Bei dieser sind drei Wälzkörperlaufbahnen vorgesehen, die allesamt in der Montagestellung unmittelbar an der Schaltstange anliegen. Nachdem über die Innenhülse beziehungsweise das Wälzlager eine spielfreie Lagerung der Stange in der Außenhülse realisiert werden soll, ist die Innenhülse äußerst genau zu fertigen, da mit nach Aufsetzen auf die Stange zum einen die gewünschte Vorspannung für eine spielfreie Lagerung erreicht werden soll, zum anderen darf diese aber nicht zu groß werden, da ansonsten der spannungsbedingte Rollwiderstand zu groß wird.

Diese Schwierigkeiten resultieren letztlich daraus, dass bei den bekannten Wälzlagern beziehungsweise Innenhülsen der beschriebenen Art sowohl die radiale Vorspannung als auch die Lastaufnahme im Falle der Bewegung der Stange stets über die selben Wälzkörperlaufbahnen dargestellt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Wälzlager anzugeben, das bei hinreichend einfacher Ausgestaltung und Montage eine ausreichende, der spielfreien Lagerung dienende Vorspannung ohne die eingangs genannten Nachteile bei gleichzeitiger direkter Lastaufnahme über die Wälzkörperlaufbahnen ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Wälzlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass mehrere erste Wälzkörperlaufbahnen auf einem etwas größeren radialen Hüllkreis liegen als die übrigen zweiten Wälzkörperlaufbahnen, die direkt auf der Stange abgestützt sind, während die ersten Wälzkörperlaufbahnen bei Belastung in Richtung der Stange einfedern können.

Erfindungsgemäß sind die Wälzkörperlaufbahnen für die Erzeugung der Vorspannung und die Wälzkörperlaufbahnen für die Lastaufnahme während der Stangenbewegung getrennt, anders als dies bisher generell im Stand der Technik der Fall war. Hierzu ist die Innenhülse derart ausgestaltet, dass die ersten und zweiten Wälzkörperlaufbahnen und mithin die jeweiligen Wälzkörper, bei denen es sich um gleichgroße Kugeln handelt, auf zwei unterschiedlichen Hüllkreisen liegen, wobei die ersten Wälzkörperlaufbahnen radial gesehen etwas weiter außen liegen als die zweiten Wälzkörperlaufbahnen, die ihrerseits direkt an der Stange abgestützt sind und der Lastaufnahme dienen. Infolge der weiter außen liegenden Anordnung der einfedernden ersten Wälzkörperlaufbahnen liegen die darin geführten Kugeln, die Vorspannung erzeugend, an der Außenhülse beziehungsweise deren Lauffläche an. Die in den zweiten Wälzkörperlaufbahnen angeordneten, der Lastaufnahme dienenden Kugeln sind im lastfreien Fall nicht in Berührung mit der Lauffläche der Außenhülse. Wird nun die Stange bewegt, welche Bewegung auch eine radial Komponente beinhaltet, so federn je nach Richtung der Radiallast eine oder mehrere erste Wälzkörperlaufbahnen in Richtung der Stange ein, was dazu führt, dass mehrere der zweiten Wälzkörperlaufbahnen in lastaufnehmende Anlage an die Lauffläche der Außenhülse gelangen. An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass der Einfederweg beziehungsweise der Abstand der in den zweiten Wälzkörperlaufbahnen aufgenommenen Kugeln zur Lauffläche der Außenhülse nur wenige zehntel Millimeter beträgt.

Infolge der Trennung der Laufbahnen für Vorspannung und Lastaufnahme können die der Vorspannung dienenden Wälzkörperlaufbahnen beziehungsweise die Innenhülse in diesem Bereich derart ausgeformt und elastisch gestaltet werden, dass zum einen ohne weiteres die gewünschte Vorspannung erreicht werden kann, da diese Wälzkörperlaufbahnen nicht an der Stange abgestützt sind, mithin also die beim Stand der Technik gegebenen Schwierigkeiten hier nicht gegeben sind. Sie können so elastisch gestaltet werden, dass die bei der Stangenbewegung gegebene Biegebeanspruchung ohne weiteres aufgenommen werden kann. Die zweiten Wälzkörperlaufbahnen erfahren demgegenüber keine Biegebeanspruchung, nachdem sie nicht in Anlage an der Lauffläche der Außenhülse sind, sondern erst nach Beendigung der Einfederung in Anlage gelangen.

Bevorzugt sind zwei einander gegenüberliegende erste Wälzkörperlaufbahnen vorgesehen, zwischen denen bevorzugt jeweils zwei zweite Wälzkörperlaufbahnen vorgesehen sind. Mithin sind hier also sechs Wälzkörperlaufbahnen (zwei erste und vier zweite Wälzkörperlaufbahnen) vorgesehen, die radial äquidistant verteilt angeordnet sind.

Infolge der erfindungsgemäßen Trennung zwischen der Vorspannung und der Lastaufnahme dienenden Wälzkörperlaufbahnen ist es mit besonderem Vorteil möglich, die Innenhülse geschlossen auszugestalten, so dass sie auf die Stange aufpressbar ist, anders als bei bisherigen längsgeschlitzten Innenhülsen, wie sie beispielsweise in DE 299 07 217 U1 beschrieben ist, welche Hülsen aufgeklippst werden. Hierdurch ist gewährleistet, dass die lasttragenden Wälzkörperlaufbahnen deutlich besser unterstützt sind.

Pro Wälzkörperlaufbahn sind wenigstens zwei Kugeln vorgesehen, wobei alle Kugeln bevorzugt an einem gemeinsamen Käfig gehaltert sind.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht es ferner, an einem Ende der einteiligen Innenhülse eine sich radial nach Innen erstreckende Anlagefläche für ein mit der Stange gekoppeltes und der Stangenbewegung dienendes kolbenartiges Bewegungselement vorzusehen. Dieses kolbenartiges Bewegungselement, das üblicherweise als an der gegenüberliegenden Seite mit einem Fluid beaufschlagte Kolbenscheibe ausgeführt ist, stützt sich also großflächig an der Anlagefläche ab. Diese Ausgestaltung mit der radial nach innen verlaufenden Anlagefläche ermöglicht es ferner, in dieser eine Aussparung vorzusehen, die in der Montagestellung von einem an der Stange vorgesehenen Ansatz durchgriffen werden kann, welcher Ansatz zur axialen Fixierung des Wälzlagers die Anlagefläche hintergreifend verprägt ist. Diese Aussparung, die beispielsweise knochenförmig sein kann, wird am einfachsten bei der Herstellung der Innenhülse, die bevorzugt aus einem Bandmaterial hergestellt ist, insbesondere tiefgezogen ist, ausgestanzt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen.
1 eine Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Wälzlagers in Form einer Prinzipdarstellung,
2 einen Längsschnitt durch das Wälzlager aus 1,
3 einen Querschnitt durch das Wälzlager aus 1,
4 eine Stirnseitenansicht des Wälzlagers aus 1 mit Blick auf den Innenhülsenboden,
5 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Wälzlagers in der Montagestellung im unbelasteten Zustand, und
6 eine Prinzipdarstellung gemäß 5 im belasteten Zustand.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wälzlager 1, umfassend eine Innenhülse 2, die als einstückiges Bauteil bevorzugt aus einem Metallband tiefgezogen ist. Die Innenhülse 2 weist mehrere Wälzlagerlaufbahnen auf, von denen zwei erste Wälzlagerlaufbahnen 3 (siehe 3) sowie vier zweite Wälzlagerlaufbahnen 4 zu unterscheiden sind. Die Wälzlagerlaufbahnen 3, 4 sind äquidistant um den Umfang der Innenhülse verteilt angeordnet. In ihnen laufen im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils zwei Wälzkörper in Form von Kugeln 5, die allesamt gleichen Durchmessers sind und an einem gemeinsamen Kugelkäfig 6 gehaltert sind.
Die Innenhülse 2 ist an ihrem vorderen Einsteckende 7, von wo aus sie auf eine hier nicht näher gezeigte Stange aufgesteckt wird, offen, während am gegenüberliegenden Ende ein Hülsenboden 8, der radial nach innen gezogen ist, vorgesehen ist, in welchem eine Ausnehmung 9 vorgesehen ist, die im gezeigten Beispiel knochenförmig ausgebildet ist, und durch welche in der Montagestellung ein Ansatz oder eine Lasche der nicht näher gezeigten Stange durchgreift, die verprägt wird und den Hülsenboden 8, der in diesem Bereich nach Innen gekröpft ist, hintergreift und in der Einkröpfung derart aufgenommen ist, dass er nicht aus der Bodenebene hervorsteht. Der Hülsenboden 8 bildet eine Anlagefläche für ein nicht näher gezeigtes kolbenartiges Bewegungselement, üblicherweise eine Kolbenscheibe, über die in der Montagestellung im Falle einer Verwendung des erfindungsgemäßen Wälzlagers in einem Schaltgetriebe die Stangenbewegung hydraulisch gesteuert wird.
Erfindungsgemäß ist nun die Innenhülse 2 derart ausgeführt, dass die ersten und zweiten Wälzkörperlaufbahnen 3, 4 auf unterschiedlichen Hüllkreisen liegen, wobei die ersten Wälzkörperlaufbahnen 3 auf einem vom Durchmesser her etwas größeren Hüllkreis liegen als die zweiten Wälzkörperlaufbahnen 4. Dies führt dazu, dass die in den ersten Wälzkörperlaufbahnen 3 geführten Kugeln 5 auf einem etwas größeren Radius liegen als die in den zweiten Wälzkörperlaufbahnen 4 geführten Kugeln 5. In 4 ist dies durch die Hüllkreislinien H₁ für die Kugeln in den ersten Wälzkörperlaufbahnen 3 beziehungsweise H₂ für die Kugeln in den zweiten Wälzkörperlaufbahnen dargestellt.
In der Montagestellung stützen sich lediglich die zweiten Wälzkörperlaufbahnen 4 unmittelbar an der Stange ab, während die ersten Wälzkörperlaufbahnen 3 von der Stange beabstandet sind, mithin also in Richtung dieser einfedern können.
3 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung das erfindungsgemäße Wälzlager 1 in der Montagestellung. Die Innenhülse 2, die geschlossen, mithin also nicht längsgeschlitzt ist, ist auf die hier gezeigte Stange 10 aufgepresst. Die Stange 10 weist entsprechende Abschnitte 11 auf, an denen die zweiten Wälzkörperlaufbahnen beziehungsweise die entsprechenden Abschnitte der Innenhülse 2 unmittelbar aufliegen. Ersichtlich sind die ersten Wälzkörperlaufbahnen 3 von der Schaltschiene 10 beabstandet, also bezüglich dieser frei beweglich.
Wie 5 deutlich zeigt, liegen in der Montagestellung lediglich die in den ersten Wälzkörperlaufbahnen 3 geführten Kugeln 5 unmittelbar an der Lauffläche 12 der Außenhülse 13 an. Hierüber wird die für eine spielfreie Aufnahme erforderliche Vorspannung erzeugt, die, nachdem die ersten Wälzkörperlaufbahnen 3 nicht direkt an der Stange 10 abgestützt sind, sondern bezüglich dieser einfedern können, in ihrer Größe beliebig über die entsprechende geometrische Ausgestaltung der Innenhülse 2 im Bereich der ersten Wälzkörperaufnahmen 3 beziehungsweise durch entsprechende Materialwahl etc. eingestellt werden kann.
Die in den zweiten Wälzkörperaufnahmen 4 geführten Kugeln 5 sind von der Lauffläche 12 in der unbelasteten Montagestellung, wie sie in 5 gezeigt ist, beabstandet. Es ist also eine Trennung zwischen den die Vorspannung erwirkende Wälzkörperlaufbahnen, nämlich den ersten Wälzkörperlaufbahnen 3 und den darin geführten Kugeln 5, sowie den primär lasttragenden Wälzkörperlaufbahnen, nämlich den zweiten Wälzkörperlaufbahnen 4 beziehungsweise deren Kugeln 5 realisiert.
Wird nun die Stange 10 bewegt, so beinhaltet die Bewegung beispielsweise bei Integration in eine Schalteinheit eines Getriebes, stets auch eine radiale Bewegungskomponente.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist der Einfachheit halber angenommen, dass die Schaltstange 10 linear nach unten bewegt wird. Dies führt nun dazu, dass zunächst die in 6 gezeigte untere Wälzkörperlaufbahn 3 etwas einfedert, und zwar soweit, bis die benachbarten und in den lasttragenden zweiten Wälzkörperlaufbahnen 4 geführten Kugeln 5 in lastaufnehmende Anlage an die Lauffläche 12 der Außenhülse 13 gelangen. In diesem Moment erfolgt also die primäre Lastaufnahme über diese in den zweiten Wälzkörperlaufbahnen 4 geführten Kugeln 5 beziehungsweise die Wälzkörperlaufbahnen 4, die direkt an der Stange 10 anliegen. Bei Entlastung federt die erste Wälzkörperlaufbahn 3 wieder aus, so dass sich der vorgespannte Zustand gemäß 5 wieder einstellt.
Je nachdem, in welcher Richtung die radial Bewegungskomponente der Stange 10 liegt, können die Anlageverhältnisse auch anders sein. Wird beispielsweise ausgehend von 5 die Schaltstange angenommener Weise linear nach rechts bewegt, so federn infolge der Kugelanlage beide erste Wälzkörperlaufbahnen 3 ein, bis die beiden in 5 rechts gezeigten und in den zweiten Wälzkörperlaufbahnen 4 geführten Kugeln an der Lauffläche 12 anliegen.
Steht die angenommenermaßen lineare Bewegungskomponente der Schaltstange 10 beispielsweise unter einem Winkel von 45° zur soeben beschriebenen Bewegungsrichtung, so wird das Wälzlager 1 beispielsweise schräg nach rechts unten ausgehend von 5 bewegt, während welcher Bewegung primär die untere Wälzkörperlaufbahn 3 einfedert und in der Endstellung die Kugeln 5 der beiden in 5 rechts dargestellten Wälzkörperlaufbahnen 4 sowie die Kugeln 5 der links von der unteren Wälzkörperlaufbahn 3 gezeigten Wälzkörperlaufbahn 4 lastaufnehmend an der Lauffläche 12 anliegen.

1: Wälzlager
2: Innenhülse
3: Wälzlagerlaufbahn
4: Wälzlagerlaufbahn
5: Kugeln
6: Kugelkäfig
7: Einsteckende
8: Hülsenboden
9: Ausnehmung
10: Stange
11: Abschnitt
12: Lauffläche
13: Außenhülse
H₁: Hüllkreislinie
H₂: Hüllkreislinie

Claims

Wälzlager für Längsbewegungen mit begrenztem Schiebeweg umfassend eine Innenhülse zur Aufnahme oder Führung einer verschiebbaren Stange, wobei an der Außenseite der Innenhülse mehrere in Längsrichtung der Hülse verlaufende, um den Hülsenumfang verteilt angeordnete Wälzkörperlaufbahnen vorgesehen sind, in denen Wälzkörper geführt sind, über die das Wälzlager in der Montagestellung an einer es umgebenden Lauffläche läuft, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste Wälzkörperlaufbahnen (3) auf einem etwas größeren radialen Hüllkreis (H₁) liegen als die übrigen zweiten Wälzkörperlaufbahnen (4), die direkt auf der Stange (10) abgestützt sind, während die ersten Wälzkörperlaufbahnen (3) bei Belastung in Richtung der Stange (10) einfedern können.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei einander gegenüberliegende erste Wälzkörperlaufbahnen (3) vorgesehen sind.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vier zweite Wälzkörperlaufbahnen (4) vorgesehen sind, wobei die ersten und die zweiten Wälzkörperlaufbahnen (3, 4) radial äquidistant verteilt vorgesehen sind.
Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (2) im Umfang geschlossen und auf die Stange (10) aufpressbar ist.
Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Wälzkörperlaufbahn (3, 4) wenigstens zwei Kugeln (5) vorgesehen sind, wobei alle Kugeln (5) an einem gemeinsamen Käfig (6) gehaltert sind.
Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende der Innenhülse (2) eine sich radial nach Innen erstreckende Anlagefläche (8) für ein mit der Stange (10) gekoppeltes und der Stangenbewegung dienendes kolbenartiges Bewegungselement vorgesehen ist.
Wälzlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anlagefläche (8) eine Aussparung (9) vorgesehen ist, die in der Montagestellung von einem an der Stange (10) vorgesehenen Ansatz durchgriffen ist, der zur axialen Fixierung des Wälzlagers (1) die Anlagefläche (8) hintergreifend verprägt ist.
Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (2) aus einem Bandmaterial hergestellt, insbesondere tiefgezogen ist.