DE102007027767A1

DE102007027767A1 - Verschiebelagerung

Info

Publication number: DE102007027767A1
Application number: DE102007027767A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang DÖPPLING
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-06-16
Filing date: 2007-06-16
Publication date: 2008-12-18

Abstract

Verschiebelagerung zur Übertragung von Drehmomenten zwischen einer ersten Welle und einer axial verschiebbaren zweiten Welle, mit einem Gehäuse, mit zwischen äußeren Laufbahnen der Welle und inneren Laufbahnen eines in das Gehäuse eingesetzten Käfigs angeordneten Kugeln, die bei einer axialen Relativbewegung zwischen Welle und Gehäuse in einem Umlauf bewegbar sind, wobei das Gehäuse (2) Federelemente (11) aufweist, die direkt oder über Abstützelemente (13) zumindest auf einen Teil der Kugeln (5, 6, 7, 8) eine Vorspannkraft ausüben.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Verschiebelagerung zur Übertragung von Drehmomenten zwischen einer ersten Welle und einer axial verschiebbaren zweiten Welle, mit einem Gehäuse, mit zwischen äußeren Laufbahnen der Welle und inneren Laufbahnen eines in das Gehäuse eingesetzten Käfigs angeordneten Kugeln, die bei einer axialen Relativbewegung zwischen Welle und Gehäuse in einem Umlauf bewegbar sind.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Verschiebelagerungen werden zum Beispiel bei teleskopischen Lenkwellen für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Dabei wird ein Drehmoment mittels Kugeln von einer Welle über ein Gehäuse der Verschiebelagerung auf eine zweite Welle übertragen. Die Kugeln laufen in Laufbahnen, die an der Außenseite der Welle bzw. an der Innenseite des Gehäuses ausgebildet sind. Diese Verschiebelagerungen sind so aufgebaut, dass das Drehmoment in jedem Betriebszustand übertragen wird, auch wenn Welle und Gehäuse relativ zueinan der axial verschoben werden. Herkömmliche Verschiebelagerungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass das mit der Welle zusammenwirkende Gehäuse in einem aufwändigen Vorgang durch Umformen hergestellt wird. Auch der Zusammenbau der einzelnen präzisen Komponenten ist schwierig, sodass die Verschiebelagerung vergleichsweise hohe Herstellungskosten verursacht.
Aus der DE 41 19 451 A1 ist eine teleskopische Lenkwelle für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der die Drehmomentübertragung von einem äußeren Wellenteil auf ein inneres Wellenteil über Kugeln erfolgt. Diese Lenkwelle weist jedoch ebenfalls einen komplizierten Aufbau auf.
Eine weitere Lagerung für axial zueinander verschiebbare Wellenteile ist aus der DE 37 30 393 A1 bekannt. Allerdings sind die Kugeln dort nicht in einem Umlauf bewegbar, stattdessen werden die axialen Laufbahnen an beiden Seiten von Endanschlägen begrenzt. Es handelt sich somit nicht um eine Verschiebelagerung mit Endloshub.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verschiebelagerung anzugeben, die einfach aufgebaut ist und deren Herstellungskosten verringert sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Verschiebelagerung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse Federelemente aufweist, die direkt oder über Abstützelemente zumindest auf einen Teil der Kugeln eine Vorspannkraft ausüben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Federelemente eingesetzt werden können, um gegebenenfalls vorhandene Bauteiltoleranzen zu kompensieren. Dementsprechend können die Einzelkomponenten der erfindungsgemäßen Verschiebelagerung kostengünstiger hergestellt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Verschiebelagerung können die Federelemente derart angeordnet sein, dass sie zumindest auf im Vorlauf befindliche Kugeln eine Vorspannkraft ausüben. Diese Vorspannkraft wird von den Kugeln auf die Welle übertragen, sodass permanent ein Drehmoment zwischen Welle und Gehäuse übertragen werden kann. Alternativ kann die Vorspannkraft von den Federelementen über Abstützelemente an die Kugeln übertragen werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Federelemente oder die Abstützelemente einen ersten, zumindest teilweise an dem Käfig anliegenden Abschnitt und einen zweiten, gegenüber dem ersten Abschnitt abgewinkelten, gekrümmten Abschnitt aufweisen, dessen Krümmung an den Außendurchmesser der Kugeln angepasst ist. Die Federelemente können eine längliche Grundform aufweisen und gegenüber der Längsrichtung zumindest geringfügig gebogen sein, sodass sie einerseits an dem Käfig und andererseits an den Kugeln abgestützt sind.
Im Rahmen der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass der Käfig nach außen abstehende Vorsprünge aufweist, die sich bei Übertragung eines Drehmoments an Anschlagflächen im Gehäuse abstützen. Diese vom Käfig abstehenden äußeren Vorsprünge wirken bei einer Überlastung als Endanschläge, die verhindern, dass die Federelemente beschädigt werden, selbst wenn der Käfig verformt wurde.
Es wird besonders bevorzugt, dass der Käfig zwei einander gegenüberliegende äußere Vorsprünge aufweist. Vorzugsweise sind die Federelemente bzw. die Paare der Federelemente jeweils um 90° im Umfangsrichtung gegenüber den Vorsprüngen versetzt, sodass die Vorsprünge und die Federelemente einander im Umfangsrichtung abwechseln.
Eine besonders gute Drehmomentübertragung ergibt sich, wenn die Federelemente vorzugsweise paarweise an den Seiten eines axialen Stegs des Käfigs angeordnet sind. Dabei kann an jeder Seite des Stegs ein Federelement ange ordnet sein, das auf mehrere Kugeln einwirkt und eine Vorspannkraft auf die Kugeln ausübt.
Bei der erfindungsgemäßen Verschiebelagerung wird es bevorzugt, dass der Käfig aus einem Kunststoffmaterial besteht. Ein aus Kunststoff bestehender Käfig kann durch Spritzgießen hergestellt sein und ist daher vergleichsweise kostengünstig. Die Laufbahnsegmente können demgegenüber aus Metall hergestellt sein.
Es wird besonders bevorzugt, dass das Gehäuse der erfindungsgemäßen Verschiebelagerung eine zentrale für eine Welle vorgesehene Ausnehmung aufweist. Das Gehäuse kann an dem der Lagerung entgegen gesetzten Ende in eine Welle übergehen, sodass durch die erfindungsgemäße Verschiebelagerung zwei Wellen miteinander gekoppelt werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:
1 eine geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Verschiebelagerung;
2 eine perspektivische Ansicht des Käfigs der Verschiebelagerung; und
3 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses der Verschiebelagerung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die in 1 in einer geschnittenen Ansicht gezeigte Verschiebelagerung 1 kann bei Lenkwellen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden und ermöglicht die Übertragung von Drehmomenten von einer ersten Welle über ein Gehäuse der Verschiebelagerung auf eine zweite Welle, wobei die Wellen axial verschiebbar sind.
Die Verschiebelagerung 1 umfasst ein Gehäuse 2, das als Endabschnitt einer Welle ausgebildet ist oder eine Welle oder einen Wellenabschnitt aufweist, wie in 3 gezeigt ist. Im Inneren des Gehäuses 2 befindet sich ein Käfig 3, der aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und als Kugeln 4 ausgebildete Wälzkörper aufnimmt. Bei einer axialen Verschiebung der beiden Wellen werden die Kugeln 4 in einem Umlauf bewegt, in der in 1 gezeigten Ansicht befinden sich die Kugeln 5, 6 der oberen Kugelreihen und die Kugeln 7, 8 der unteren Kugelreihen im Vorlauf, die übrigen, in 1 an der linken und der rechten Seite dargestellten Kugeln 9 befinden sich im Rücklauf. Wie am besten in 2 zu sehen ist, liegen sowohl die Kugeln 5, 6, 7, 8 im Vorlauf als auch die Kugeln 9 im Rücklauf mit einer Seite an einem aus Metall hergestellten Abstützelement 13 an. Das Abstützelement 13 hat die Form eines rechteckigen Rahmens und wird von einem an dem Käfig 3 ausgebildeten Vorsprung gehalten. Im Querschnitt besteht das Abstützelement 13 aus einem im Wesentlichen geraden Abschnitt, der an einem Federelement 11 anliegt, sowie einem sich daran anschließenden gebogenen Abschnitt, der an den Außendurchmesser der Kugeln 4 bis 9 angepasst ist. Im eingebauten Zustand, der in 1 gezeigt ist, wird durch die Federelemente 11 eine auf die Kugeln wirkende Vorspannung erzeugt.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst der Käfig 3 zwei gegenüberliegende sich in Axialrichtung erstreckende Stege 10, an denen die geraden Abschnitte der Abstützelemente 13 jeweils beidseitig anliegen. An beiden Seiten der Abstützelemente 13 befinden sich Federelemente 11, die im Einbauzustand an Abstützflächen 12 im Gehäuse 2 anliegen. Wie auch in der perspektivischen An sicht von 2 zu sehen ist, entspricht die Länge eines Federelements 11 näherungsweise der Länge des Stegs 10. Das Federelement 11 ist bezogen auf die Axialrichtung gekrümmt, sodass es sich elastisch zwischen der Abstützfläche 12 im Gehäuse 2 und dem Abstützelement 13 des Käfigs 3 abstützt.
Die Kugeln 5, 6, 7, 8, die sich im Vorlauf befinden, liegen an einer Welle 14 an, die eine quadratische Grundform besitzt und durch Umformen hergestellt ist. Im Bereich der Ecken sind Laufbahnen 15 für die Kugeln 5, 6, 7, 8 ausgebildet. Bei einer axialen Verschiebung der Welle 14 gegenüber dem Gehäuse 2 werden alle Kugeln 4 bis 9 in einem Umlauf bewegt, diese Bewegung erfolgt mit erheblich reduzierter Reibung.
Wenn über die Welle 14 ein Drehmoment aufgebracht wird, wird dieses von den Kugeln 4 bis 9 über die Abstützelemente 13 auf die Federelemente 11 übertragen. Die Federelemente 11 werden zusammengedrückt und das Drehmoment wird über Anschlagflächen 16, die an nach außen abstehenden Vorsprüngen 18 des Käfigs 3 ausgebildet sind, auf Anschlagflächen 17 im Gehäuse 2 übertragen, indem sich die Vorsprünge 18 an der Innenseite 19 des Gehäuses 2 abstützen. Selbst wenn es bei einer Überlastung zu Beschädigung des Käfigs 3 durch das aufgebrachte Drehmoment kommt, wirken die Anschlagflächen 16 als Anschlag im Gehäuse 2, sodass eine Beschädigung der Federelemente 11 vermieden wird.

1: Verschiebelagerung
2: Gehäuse
3: Käfig
4: Kugel
5: Kugel
6: Kugel
7: Kugel
8: Kugel
9: Kugel
10: Steg
11: Federelement
12: Abstützfläche
13: Abstützelement
14: Welle
15: Laufbahn
16: Anschlagfläche
17: Anschlagfläche
18: Vorsprung
19: Innenseite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4119451 A1 [0003]
- DE 3730393 A1 [0004]

Claims

Verschiebelagerung zur Übertragung von Drehmomenten zwischen einer ersten Welle und einer axial verschiebbaren zweiten Welle, mit einem Gehäuse, mit zwischen äußeren Laufbahnen der Welle und inneren Laufbahnen eines in das Gehäuse eingesetzten Käfigs angeordneten Kugeln, die bei einer axialen Relativbewegung zwischen Welle und Gehäuse in einem Umlauf bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) Federelemente (11) aufweist, die direkt oder über Abstützelemente (13) zumindest auf einen Teil der Kugeln (5, 6, 7, 8) eine Vorspannkraft ausüben.
Verschiebelagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (11) derart angeordnet sind, dass sie eine Vorspannkraft auf im Vorlauf befindliche Kugeln (5, 6, 7, 8) ausüben.
Verschiebelagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (11) oder die Abstützelemente (13) einen ersten, zumindest teilweise an dem Käfig (3) anliegenden Abschnitt und einen zweiten, gegenüber dem ersten Abschnitt abgewinkelten, gekrümmten Abschnitt aufweisen, dessen Krümmung an den Außendurchmesser der Kugeln (5, 6, 7, 8) angepasst ist.
Verschiebelagerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (3) nach außen abstehende Vorsprünge (18) aufweist, die sich bei Übertragung eines Drehmoments an Anschlagflächen (17) im Gehäuse (2) abstützen.
Verschiebelagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (3) wenigstens zwei einander gegenüberliegende Vorsprünge (18) aufweist.
Verschiebelagerung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (18) und die Federelemente (11) oder Paare der Federelemente (11) einander in Umfangsrichtung abwechseln.
Verschiebelagerung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorsprünge (18) in Axialrichtung erstrecken.
Verschiebelagerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (11) vorzugsweise paarweise an den Seiten eines axialen Stegs (10) des Käfigs (3) angeordnet sind.
Verschiebelagerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (11) an gegenüberliegenden Seiten des Käfigs (3) angeordnet sind.
Verschiebelagerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (3) aus einem Kunststoffmaterial besteht.
Verschiebelagerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine zentrale für eine Welle (14) vorgesehene Ausnehmung aufweist.