DE102006057451A1 - Schwingungsdämpfende Lageranordnung - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung, insbesondere ein Wälzlager mit mehreren Wälzkörpern, welche zwischen einem inneren Laufkörper und einem äußeren Laufkörper abwälzen, wobei sich die Laufkörper konzentrisch zueinander um eine Symmetrieachse erstrecken, um die Laufkörper in radialer Richtung und/oder in Richtung der Symmetrieachse in einer Dreh- und/oder Linearbewegung zueinander zu führen, wobei die Lageranordnung eine radiale Lagerluft aufweist, um welche der innere Laufkörper gegenüber dem äußeren Laufkörper von einer ersten Grenzstellung zu einer gegenüberliegenden zweiten Grenzstellung radial verschiebbar ist.
- Lageranordnungen, welche mit einer radialen Lagerluft ausgeführt sind, können bei Schwingungsanregung bzw. bei Vibrationen Geräusche erzeugen, da der innere Laufkörper gegenüber dem äußeren Laufkörper radial beweglich ist. Die Lagerluft kann bei Wälzlagern nach bekannter Bauart Werte im unteren oder mittleren Mikrometerbereich aufweisen, wobei in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz der Schwingungen bzw. Vibrationen Resonanzen entstehen können, welche die Geräuschemission und die Schwingungsanregung noch verstärken. Die Lagerluft wird im allgemeinen auch als Lagerspiel bezeichnet, und reduziert sich im eingebauten Zustand gegenüber dem nicht eingebauten Zustand des Wälzlagers nur teilweise. Jedenfalls weist ein Wälzlager nach bekannter Ausführung in Form eines Rillenkugellagers, eines Zylinderrollenlagers, eines Nadellagers oder eines sonstigen Lagers ohne axiale Vorspannung mit einer Lagerluft keine nennenswerte oder zumindest nur eine geringe Dämpfung auf, mittels der Schwingungen zwischen dem inneren und dem äußeren Laufkörper gedämpft werden. Die Laufkörper können entweder als Lagerinnenring und Lageraußenring ausgebildet sein, wobei auch Lageranordnungen bekannt sind, welche als Kugelführungen dienen, so dass der innere Laufkörper nicht als Lagerinnenring ausgebildet ist, sondern beispielsweise in Form einer Welle. Ebenso sind Lageranordnungen bekannt, bei denen der äußere Laufkörper nicht als Lageraußenring ausgebildet ist sondern beispielsweise durch eine Hohlzylinderform, wie diese häufig bei Linearführungen zur Anwendung kommen. Bei einer Vibrationsanregung der Lageranordnung kann diese langfristig sogar Schaden nehmen, da die Vibrationen zwischen dem inneren und dem äußeren Laufkörper sowie den Wälzkörpern starke Hertz'sche Pressungen hervorrufen können, was zu Schäden und sogar zu einem Versagen der Lagerordnung führen kann.
- Ein besonderes Anwendungsgebiet derartiger Lageranordnungen sind Schaltgetriebe in Kraftfahrzeugen, in denen Lageranordnungen vorgesehen sind, um beispielsweise eine Schaltgabel auf einer Welle innerhalb des Schaltgetriebes sowohl in einer Rotationsbewegung als auch in einer Linearbewegung zu lagern. Aufgrund der erheblichen Vibrationen und Schwingungsanregungen des Schaltgetriebes, welche nicht zuletzt von der Brennkraftmaschine herrühren, können Lageranordnungen mit einer Lagerluft Schwingungen zwischen dem inneren und äußeren Laufkörper ausüben, welche zu einer Geräuschentwicklung führen, die vom Fahrer des Kraftfahrzeugs negativ wahrgenommen werden. Ferner muss festgestellt werden, dass die Schwingungen, welche insbe sondere bei der Lagerung der Schaltgabel auf der Welle innerhalb des Getriebes entstehen, von der Schaltgabel auf die Schaltwelle, und weiter auf den Seilzug bzw. auf das Schaltgestänge bis zum Schalthebel im Fahrzeug selbst übertragen werden können. Die Wahrnehmung derartiger Schwingungen wird vom Fahrer der Kraftfahrzeuges häuft negativ bewertet, so dass im Ergebnis eine Vermeidung der Schwingungsübertragung wünschenswert ist. Bisherige Lösungen, das Schwingungsproblem innerhalb der Lageranordnungen beim Einsatz in einem Schaltgetriebe zu vermeiden oder wenigstens zu reduzieren, bedienen sich vorgespannter Lageranordnungen zur Reduzierung der Lagerluft. Damit ist jedoch eine negative Auswirkung auf das Schaltgefühl verbunden, da aufgrund einer vergrößerten Vorspannung der Lageranordnung die Laufeigenschaften negativ beeinflusst werden.
- Zwar existieren verschiedene Dämpfungseinrichtungen zur Reduzierung und Vermeidung der Schwingungsübertragung, jedoch beziehen sich die Dämpfungseinrichtungen lediglich auf die Umbauteile, in denen die Lageranordnung aufgenommen ist. Das Schwingungsproblem in der Lageranordnung selbst ist damit jedenfalls nicht lösbar.
- Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lageranordnung zu schaffen, welche die vorgenannten Probleme gemäß des Standes der Technik löst und insbesondere eine Schwingungsdämpfung zur Reduzierung der Schwingungsausbildung in der Lageranordnung aufweist.
- Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Lageranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass wenigstens ein Wälzkörper als Nachgiebigkeitskörper ausgebildet ist, welcher bezogen auf die übrigen Wälzkörper einen vergrößerten Durchmesser aufweist, um eine Schwingungsdämpfung zwischen den Laufkörpern zu schaffen. Damit wird der Vorteil er reicht, dass die Dämpfungseinrichtung in der Lageranordnung selbst integriert ist. Der Nachgiebigkeitskörper weist eine größere Nachgiebigkeit als die übrigen Wälzkörper auf. Die Dämpfungswirkung durch den Nachgiebigkeitskörper wird zunächst dadurch erzielt, dass dieser einen größeren Wälzdurchmesser als die übrigen Wälzkörper hat. Dieser kann so bemessen sein, dass der Nachgiebigkeitskörper im unbelasteten Zustand der Lageranordnung die Lagerluft überwindet oder sogar zwischen dem inneren und dem äußeren Laufkörper einen radial vorgespannten Zustand einnimmt.
- Erfindungsgemäß ist der Nachgiebigkeitskörper aus einem Material ausgebildet, welches eine höhere Nachgiebigkeit aufweist als die übrigen Wälzkörper. Zur Übertragung des Kraftflusses innerhalb der Lageranordnung sind die normalen Wälzkörper zwischen den Laufkörpern vorgesehen, wobei bei einer Schwingung zwischen den Laufkörpern der Nachgiebigkeitskörper seine Dämpfungswirkung entfaltet. Dieser bewirkt eine Dissipation der Schwingungsenergie, wobei insbesondere die Geräuschentwicklung der zueinander schwingenden Laufkörper stark reduziert wird. Die Tragkraft der Lageranordnung wird lediglich um den Anteil der Nachgiebigkeitskörper reduziert, so dass die Wälzkörper beispielsweise aus einem konventionellen Wälzlagerstahlwerkstoff hergestellt sind, durch die der Kraftfluss bei Überwinden der Lagerluft zwischen dem inneren und dem äußeren Laufkörper aufnehmbar ist. Die Nachgiebigkeitskörper sind nicht als Tragkörper vorgesehen, sondern dienen lediglich der Schwingungsdämpfung.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Wälzkörper als Nachgiebigkeitskörper ausgebildet, wobei die jeweiligen Nachgiebigkeitskörper gleich verteilt zwischen den Laufkörpern angeordnet sind. Die Gleichverteilung kann entweder in einer Ebene auf dem Umfang der Lageranordnung vorgesehen sein, oder im Falle einer Kugelführung gleichverteilt in mehreren Wälzkörperebenen vorgesehen sein.
- Vorteilhafterweise sind die Nachgiebigkeitskörper aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet. Abhängig von der Wahl des Kunststoffmaterials kann dieser sehr gute Dämpfungseigenschaften besitzen, wobei das Kunststoffmaterial ferner eine gewisse Beständigkeit gegen Schmiermittel, thermischer Beeinflussung sowie einer dynamischen Belastung haben sollte. Beispielsweise kann vorgesehen sein, als Kunststoffmaterial ein Elastomer aus der Gruppe der Fluorelastomere, und insbesondere das Elastomer „Viton" (Hersteller: Dupont) zu verwenden.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Wälzkörper und der wenigstens eine Nachgiebigkeitskörper als Kugelkörper oder als Zylinderkörper ausgebildet, so dass die Lageranordnung ein Rillenkugellager oder ein Zylinderrollenlager bildet. Erfindungsgemäß kann jede geometrische Ausbildung der Wälzkörper und der Nachgiebigkeitskörper gewählt werden, welche eine Lageranordnung bildet, die eine Lagerluft aufweist. Axial vorgespannte Lager weisen im eingebauten Zustand keine Lagerluft auf, so dass lediglich diese Gruppe der Lageranordnungen nicht in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen. Folglich sind alle übrigen Lagerausbildungen wie Nadellager, Zylinderrollenlager, Doppelrillenkugellager, Kugellager im Allgemeinen sowie sämtliche Formen von wälzkörperbasierten Lageranordnungen mit verschiedenster Ausgestaltung der inneren und äußeren Laufkörper möglich und fallen in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
- Weiterhin erstreckt sich die vorliegende Erfindung auf Lageranordnungen in Gestalt einer Kugelführung zur Führung einer rotatorischen und/oder translatorischen Bewegung. Die Lageranordnung umfasst dabei meist hülsenartige Laufkörper, welche konzentrisch ineinander gebracht sind, und die eine Vielzahl von Wälzkörpern umfassen, die in einem Wälzkörperkäfig aufgenommen sind. Diese Kugelführungen oder Hülsenführungen führen beispielsweise nur hubbeweglich oder hubbeweglich und rotatorisch bewegte Wellen oder Hülsen, wobei sich die Wellen durch die Hülsen erstrecken und zwischen der Welle und der Hülse die Wälzkörper gleichverteilt auf dem Umfang angeordnet sind. Dabei besteht die Möglichkeit, dass der innere Laufkörper durch die Welle gebildet ist oder im Allgemeinen einen zylindrischen Stangenkörper bildet. Der äußere Laufkörper ist durch einen Lageraußenring gebildet, wobei der Lager außenring in der Ausführung einer Kugelführung auch durch einen Hohlzylinder gebildet sein kann.
- Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Lageranordnung zur rotatorischen und/oder translatorischen Führung der Schaltgabel auf einer Welle in einer Getriebeeinheit eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist. Die Schaltgabel innerhalb einer Getriebeeinheit und insbesondere innerhalb eines Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs wirkt mit einer Schiebemuffe bzw. Schaltmuffe zusammen, mit welcher eine Synchronisierungseinrichtung betätigt werden kann. Die Schaltgabel kann mittels einer erfindungsgemäßen Lageranordnung mit wenigstens einem integrierten Nachgiebigkeitskörper auf einer Welle befestigt sein, welche innerhalb des Gehäuses des Schaltgetriebes integriert ist. Die Schaltgabel kann dabei eine Linearbewegung in Erstreckungsrichtung der Welle ausführen und zugleich rotatorisch auf der Welle verdreht werden.
- Erfolgt nun eine Schwingungsanregung z.B. durch die Getriebeeingangswelle bzw. die Getriebeausgangswelle, so wird diese über die Schiebemuffe auf die Schaltgabel übertragen. Bei einer ungedämpften Lageranordnung der Schaltgabel auf der Welle kann die Schwingung ungehindert oder sogar verstärkt auf den Schaltstrang übertragen werden, so dass die Schwingungen über die Schaltgabel und die Schaltwelle auf den Seilzug und damit auf den Schalthebel im Fahrzeug selbst übertragen werden können. Wird nun eine erfindungsgemäße Lageranordnung zur Lagerung der Schaltgabel auf der Welle innerhalb des Getriebegehäuses vorgesehen, so kann eine Dämpfung der Schwingungen erreicht werden, so dass die Schwingungen nicht mehr über die Schaltgabel auf die Schaltwelle und damit auf den Seilzug bzw. den Schalthebel im Fahrzeug übertragen werden können. Damit ist der wesentliche Vorteil erreicht, dass derartige Schwingungen und Vibrationen nicht mehr vom Fahrer des Kraftfahrzeugs wahrgenommen werden können, und führt nicht weiter zu einem negativen Qualitätseindruck durch den Fahrer. Insbesondere Fluchtungsfehler, Rundlauffehler der Schiebemuffe auf der Getriebewelle und Rundlaufabweichungen, die Schwingungen erzeugen, treten mit einer erfindungsgemäßen Lageranordnung zur Lagerung der Schaltgabel auf der Welle somit nicht mehr oder zumindest nicht mehr in voller Stärke außerhalb des Gehäuses des Schaltgetriebes in Erscheinung.
- Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Lageranordnung im Querschnitt mit beispielhaft vier Nachgiebigkeitskörpern und -
2 eine schematische Anordnung einer Schaltgabel in der Einbausituation innerhalb eines Kraftfahrzeuggetriebes. - Die in der
1 gezeigte Lageranordnung1 umfasst beispielhaft zwei Kugelführungen, die jeweils Wälzkörper2 umfassen, die zwischen einem inneren Laufkörper3 und einem äußeren Laufkörper4 angeordnet sind. Der innere Laufkörper3 ist als Welle dargestellt, welche als Welle zur Aufnahme einer Schaltgabel ausgeführt ist. Die Schaltgabel ist mittels der erfindungsgemäßen Lageranordnung sowohl in Richtung einer Symmetrieachse5 translatorisch und um diese ebenfalls rotatorisch beweglich. Der äußere Laufkörper4 ist durch eine jeweilige Hülse dargestellt, so dass die Wälzkörper2 zwischen dem als Welle ausgeführten inneren Laufkörper3 und der als äußeren Laufkörper4 ausgebildeten jeweiligen Hülse angeordnet sind. Ein Doppelpfeil deutet die translatorische Beweglichkeit der Lageranordnung1 an, so dass sich die Wälzkörper2 relativ zur jeweiligen Hülse mit dem halben Weg bezogen auf die äußeren Laufkörper4 entlang der Symmetrieachse5 hin und her bewegen. Die Hülsen stellen daher den jeweiligen Lageraußenring9 dar, wobei die Lageraußenringe9 innerhalb des Grundkörpers der Schaltgabel10 aufgenommen sind. - Erfindungsgemäß sind mehrere Wälzkörper
2 als Nachgiebigkeitskörper7 ausgeführt, welche einen größeren Durchmesser aufweisen als die Wälzkörper2 . Der Wälzdurchmesser der Nachgiebigkeitskörper7 ist mit dem Bezugszeichen8 angedeutet, und in erkennbarer Weise größer ausgebildet als der Durchmesser der Wälzkörper2 . Bei einer Belastung zwischen der Schaltgabel10 und der Welle3 treten die Wälzkörper2 sowohl mit dem äußeren Laufkörper4 als auch mit der Welle3 in Kontakt, so dass ein Kraftfluss sichergestellt ist. Dabei werden die Nachgiebigkeitskörper7 komprimiert, so dass die Lagerluft6 überwunden wird. Erfolgt ein periodischer Wechsel der Lastrichtung zwischen der Schaltgabel10 und der Welle3 , so bewirkt die ebenfalls periodische Kompression der Nachgiebigkeitskörper7 eine Dämpfung zwischen der Schaltgabel10 und der Welle3 . Dadurch, dass die Nachgiebigkeitskörper7 die gleiche geometrische Grundform wie die Wälzkörper2 aufweisen, können sich diese ebenfalls sowohl mit der rotatorischen Bewegung als auch mit der translatorischen Bewegung der Schaltgabel10 gegenüber der Welle3 auf die gleiche Weise wie die Wälzkörper2 mitbewegen. -
2 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung einer Schaltgabel10 auf einer Welle3 , wobei die Schaltgabel10 mit einer Schiebemuffe11 zusammenwirkt. Wird die Schiebemuffe11 aufgrund von Rundlauffehlern auf der Getriebewelle bzw. aufgrund von Fluchtungsfehlern mit einer Schwingung angeregt, so überträgt sich diese auf die Schaltgabel10 . Beispielhaft ist ein Schwingungsausschlag12 der Schiebemuffe11 angedeutet, welche durch den Arm der Schaltgabel10 auf diese übertragen wird. Dieser Schwingungsausschlag12 kann zu einem ersten Schaltgabelversatz13 oder zu einem zweiten Schaltgabelversatz14 führen, welche beispielhaft mit einer gestrichelten bzw. einer kontinuierlichen Linie dargestellt sind. Der erste und zweite Schaltgabelversatz13 und14 wird erfindungsgemäß durch die Nachgiebigkeitskörper (Bezugszeichen7 in1 ) gedämpft, so dass diese entlang des weiteren Schaltstrangs unterbrochen werden können. Die Darstellung zeigt eine Schwingung unter einem Winkelversatz zur Symmetrieachse5 , wobei auch andere Schwingungsausbildungen möglich sind. - Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Somit besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Nachgiebigkeitskörper nicht direkt zwischen dem inneren Laufkörper
3 und dem als Lageraußenring9 dargestellten äußeren Laufkörper4 anzuordnen, sondern die Nachgiebigkeitskörper7 können erfindungsgemäß auch zwischen dem als Welle ausgeführten inneren Laufkörper3 und der Bohrung innerhalb der Schaltgabel10 angeordnet sein, wobei die Dämpfungswirkung durch entsprechend größere Nachgiebigkeitskörper7 weiter verstärkt werden kann. -
- 1
- Lageranordnung
- 2
- Wälzkörper
- 3
- innerer Laufkörper/Welle
- 4
- äußerer Laufkörper/Hülse
- 5
- Symmetrieachse
- 6
- Lagerluft
- 7
- Nachgiebigkeitskörper
- 8
- Wälzdurchmesser
- 9
- Lageraußenring
- 10
- Schaltgabel
- 11
- Schiebemuffe
- 12
- Schwingungsausschlag
- 13
- erster Schaltgabelversatz
- 14
- zweiter Schaltgabelversatz
Claims (10)
- Lageranordnung (
1 ), insbesondere Wälzlager mit mehreren Wälzkörpern (2 ), welche zwischen einem inneren Laufkörper (3 ) und einem äußeren Laufkörper (4 ) abwälzen, wobei sich die Laufkörper (3 ,4 ) konzentrisch zueinander um eine Symmetrieachse (5 ) erstrecken, um die Laufkörper (3 ,4 ) in radialer Richtung und/oder in Richtung der Symmetrieachse (5 ) in einer Dreh- und/oder Linearbewegung zueinander zu führen, wobei die Lageranordnung (1 ) eine radiale Lagerluft (6 ) aufweist, um welche der innere Laufkörper (3 ) gegenüber dem äußeren Laufkörper (4 ) von einer ersten Grenzstellung zu einer gegenüberliegenden zweiten Grenzstellung radial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wälzkörper (2 ) als Nachgiebigkeitskörper (7 ) ausgebildet ist, welcher bezogen auf die übrigen Wälzkörper (2 ) einen vergrößerten Wälzdurchmesser (8 ) aufweist, um eine Schwingungsdämpfung zwischen den Laufkörpern (3 ,4 ) zu schaffen. - Lageranordnung (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Nachgiebigkeitskörper (7 ) aus einem Material mit einer höheren Nachgiebigkeit als die übrigen Wälzkörper (2 ) ausgebildet ist. - Lageranordnung (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Nachgiebigkeitskörper (7 ) einen Wälzdurchmesser (8 ) aufweist, um im unbelasteten Zustand der Lageranordnung (1 ) die Lagerluft (6 ) zu überwinden oder einen zwischen den Laufkörpern (3 ,4 ) radial vorgespannten Zustand einzunehmen. - Lageranordnung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wälzkörper (2 ) als Nachgiebigkeitskörper (7 ) ausgebildet sind, die gleichverteilt und/oder unregelmäßig zwischen den Laufkörpern (3 ,4 ) angeordnet sind. - Lageranordnung (
1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Nachgiebigkeitskörper (7 ) aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist. - Lageranordnung (
1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (2 ) und der wenigstens eine Nachgiebigkeitskörper (7 ) als Kugelkörper oder Zylinderkörper ausgebildet sind, sodass die Lageranordnung (1 ) ein Rillenkugellager oder ein Zylinderrollenlager bildet. - Lageranordnung (
1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (2 ) aus einem Stahlwerkstoff und/oder einer Keramik hergestellt sind, durch die ein Kraftfluss bei Überwinden der Lagerluft (6 ) zwischen dem inneren und dem äußeren Laufkörper (3 ,4 ) aufnehmbar ist. - Lageranordnung (
1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Laufkörper (3 ) durch eine Welle oder einen zylindrischen Stangenkörper und der äußere Laufkörper (4 ) durch einen Lageraußenring (9 ) gebildet ist. - Lageranordnung (
1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (1 ) in Gestalt einer Wälzführung zur Führung einer rotatorischen und/oder einer translatorischen Bewegung ausgebildet ist. - Lageranordnung (
1 ) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (1 ) zur Führung der rotatorischen und/oder der translatorischen Bewegung einer Schaltgabel (10 ) und/oder ein anderes Bauteil auf einer Welle in einer Getriebeeinheit eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
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