DE102008039848B4

DE102008039848B4 - Wälzlager für Längsbewegungen

Info

Publication number: DE102008039848B4
Application number: DE102008039848.9A
Authority: DE
Inventors: Doreen Wiesenau; Erwin Jeschka; Henryk Velde; Erwin Stahl; Ludwig Edelmann; Uwe Mayer
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2015-03-26
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: DE102008039848A1

Abstract

Wälzlager (1) für Längsbewegungen, mit einem eine zylindrische Ausnehmung (2) bildenden Hülsenteil (3) und mit einer Führungstange (4), die in einer Längsrichtung (L) verschieblich in die zylindrische Ausnehmung (2) des Hülsenteils (3) eintauchen kann, um eine lineare Relativbewegung in Längsrichtung (L) zwischen dem Hülsenteil (3) und der Führungsstange (4) zu ermöglichen, wobei das Hülsenteil (3) im Bereich der zylindrischen Ausnehmung (2) sich in Längsrichtung (L) erstreckende Laufbahnen (5, 6) für Wälzkörper (7) aufweist, wobei die Führungsstange (4) an ihrem Außenumfang (8) sich in Längsrichtung (L) erstreckende Laufbahnen (9) für die Wälzkörper (7) aufweist, wobei die im Hülsenteil (3) angeordneten Laufbahnen (5, 6) für die Wälzkörper (7) zumindest teilweise jeweils von zwei Laufbahnplatten (10, 11) gebildet werden, die sich in Längsrichtung (L) erstrecken, wobei jede Laufbahnplatte (10, 11) einen bestimmten und unterschiedlichen Umfangsabschnitt der Wälzkörper (7) unterstützt, dadurch gekennzeichnet, dass jede Laufbahnplatte (10, 11) gleitend an einer Anlagefläche (12, 13) im Hülsenteil (3) anliegt, die zur radialen Richtung (R) des Wälzlagers (1) einen Winkel (α) einschließt, wobei ein Federelement (14) zwischen den beiden Laufbahnplatten (10, 11) wirksam angeordnet ist, das eine Federkraft erzeugen kann, die die beiden Laufbahnplatten (10, 11) auf der Anlagefläche (12, 13) gleitend voneinander weg drückt, und wobei der Winkel (α) zwischen der radialen Richtung (R) des Wälzlagers (1) und der Anlagefläche (12, 13) zwischen 20° und 70° beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager für Längsbewegungen, mit einem eine zylindrische Ausnehmung bildenden Hülsenteil und mit einer Führungstange, die in einer Längsrichtung verschieblich in die zylindrische Ausnehmung des Hülsenteils eintauchen kann, um eine lineare Relativbewegung in Längsrichtung zwischen dem Hülsenteil und der Führungsstange zu ermöglichen, wobei das Hülsenteil im Bereich der zylindrischen Ausnehmung sich in Längsrichtung erstreckende Laufbahnen für Wälzkörper aufweist, wobei die Führungsstange an ihrem Außenumfang sich in Längsrichtung erstreckende Laufbahnen für die Wälzkörper aufweist, wobei die im Hülsenteil angeordneten Laufbahnen für die Wälzkörper zumindest teilweise jeweils von zwei Laufbahnplatten gebildet werden, die sich in Längsrichtung erstrecken, wobei jede Laufbahnplatte einen bestimmten und unterschiedlichen Umfangsabschnitt der Wälzkörper unterstützt.
Ein solches Linearlager ist aus der DE 600 27 225 T2 bekannt, Hier sind zwei Laufbahnplatten in einer im Querschnitt rechteckförmigen Nut im Hülsenteil angeordnet, wobei zwischen den beiden Laufbahnplatten ein Federelement angeordnet ist, das auf die Laufbahnplatten eine radial wirkende Kraft ausübt.
Ein ähnliches Linearlager ist aus der EP 1 106 851 B1 bekannt. Dort ist zur Erhöhung der Führungsgenauigkeit des Lagers vorgesehen, dass zwischen einer Laufbahnplatte und einer diese aufnehmenden Ausnehmung im Hülsenteil Federmittel angeordnet sind, die in Umfangsrichtung wirken. Demgemäß sind Federelemente unterhalb der Laufbahnen eingelegt, so dass eine Kraft in radialer Richtung auf die Laufbahnplatte ausgeübt wird.
Andere Linearlager einer ähnlichen Bauart sind aus der US 4 952 075 A und aus der EP 1 635 081 A1 bekannt.
Nachteilig ist bei dieser Lösung, dass enge Toleranzen für das Hülsenteil, die Führungsstange und die Laufbahnplatten gefordert werden müssen, um eine funktionssichere Lagereinheit zu erhalten.
Insbesondere für die Anwendung eines gattungsgemäßen Linearlagers in einer Lenksäule hat sich eine solche Lösung als aufwändig herausgestellt. Dennoch ist gerade bei einer solchen Anwendung die Sicherstellung von Spielfreiheit besonders wichtig. Diese muss auch dann gewährleistet sein, wenn das Hülsenteil und die in ihm translatorisch verschiebbare Führungsstange fertigungstechnischen Toleranzen unterworfen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Wälzlager für Längsbewegungen, wie er eingangs definiert wurde, so fortzubilden, dass es in kostengünstiger Weise und einfach möglich ist, Toleranzen der Bauteile, namentlich des Hülsenteils, der Führungsstange und der Laufbahnplatten, ausgleichen zu können und eine spielfreie Führung sicherzustellen. Die Lagereinheit soll ferner drehmomentsteif ausgebildet werden können, so dass sie sich insbesondere für eine LKW-Lenkung eignet.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Laufbahnplatte gleitend an einer Anlagefläche im Hülsenteil anliegt, die zur radialen Richtung des Wälzlagers einen Winkel einschließt, wobei ein Federelement zwischen den beiden Laufbahnplatten wirksam angeordnet ist, das eine Federkraft erzeugen kann, die die beiden Laufbahnplatten auf der Anlagefläche gleitend voneinander weg drückt und wobei der Winkel zwischen der radialen Richtung des Wälzlagers und der Anlagefläche zwischen 20° und 70° beträgt.
Der Winkel zwischen der radialen Richtung des Wälzlagers und der Anlagefläche liegt dabei bevorzugt zwischen 35° und 55°.
Die Laufbahnplatten können in Längsrichtung betrachtet entlang ihrer Erstreckung unterschiedliche Breiten aufweisen. Sie können insbesondere keilförmig ausgebildet sein.
Die Laufbahnplatten sind dabei gemäß einer möglichen Lösung an ihrer den Anlageflächen zugewandten Fläche eben ausgebildet. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Laufbahnplatten an ihrer den Anlageflächen zugewandten Fläche konvex ausgebildet sind.
Entsprechend können die Anlageflächen eben ausgebildet sein. Alternativ sind die Anlageflächen konkav ausgebildet.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass bei konvexer Ausbildung der Laufbahnplatten und konkaver Ausbildung der Anlageflächen die Krümmung der konvexen Fläche der Laufbahnplatte größer ist als die Krümmung der konkaven Anlagefläche. Damit kann die Laufbahnplatte auf der Anlagefläche zwecks Ausgleichs des Spiels eine Wippbewegung ausführen.
Der oben genannte Winkel ist bei eben ausgebildeten Anlageflächen einfach definiert. Im Falle von konkaver Ausbildung ist hierunter der Winkel zu verstehen, der von der Tangente im Kontaktpunkt zwischen Laufbahnplatte und Anlagefläche zur radialen Richtung eingeschlossen wird.
Das Federelement kann als gewundene oder gebogene Metallschiene ausgebildet sein, insbesondere als Federmetallstreifen. Hierzu wird insbesondere auf ein Federelement zurückgegriffen, wie es aus der EP 1 106 851 B1 bekannt und dort beschrieben ist.
Um den Umfang des Hülsenteils bzw. der Führungstange sind vorzugsweise drei oder vier Reihen Wälzelemente angeordnet – insbesondere äquidistant über den Umfang verteilt.
Die Wälzelemente sind bevorzugt Kugeln. In diesem Falle können die Kugeln in Kugelumlaufführungen angeordnet sein.
Die Laufbahnen für die Wälzkörper sind bevorzugt in den Außenumfang der Führungsstange – in Längsrichtung verlaufend – eingeschliffen.
Das Linearlager ist besonders bevorzugt Bestandteil einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs.
Mit der vorgeschlagenen Lösung kann eine kostengünstige Herstellung verwirklicht werden, wobei die Spielfreiheit der Linearlagerung auch bei Vorliegen von Toleranzen sichergestellt ist.
Die Linearlagereinheit weist auch eine hohe Steifigkeit der Führung auf.
Der bevorzugte Einsatzfall der vorgeschlagenen Linearlagereinheit ist die Lenksäule von Nutzfahrzeugen. Generell kann die vorgeschlagene Lagerung natürlich aber auch für andere Anwendungen eingesetzt werden. Dabei ist insbesondere an den Ersatz für genormte Standard-Linearkugellager in Verbindung mit Wellen und Gehäusen größerer Durchmessertoleranzen gedacht.
Generell nutzt die vorliegende Erfindung den Toleranzausgleich durch Zustellen der Laufbahnplatten durch eine Feder. Hervorzuheben ist die gezielte Ausbildung der Geometrie der Laufbahnplatten und/oder der Anlageflächen der Laufbahnplatten des Hülsenteils derart, dass durch das Federelement ein Wippen bzw. ein Verschieben der Laufbahnplatten erfolgt, das sich direkt auf das vorhandene Spiel der Linearlagerung auswirkt. Durch die Wahl der Federkonstante des Federelements kann das Maß definiert werden, wie stark der vorgeschlagene Spielausgleichsmechanismus wirken soll.
Der Toleranzausgleich kann in allen Kugelreihen vorgenommen oder auch nur auf eine einzige Kugelreihe beschränkt werden, was von der Genauigkeit der Umbauelemente, d. h. von der Toleranzkette abhängt. Hier spielt die Axialität der Führungsstange und des Hülsenteils eine untergeordnete Rolle.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 in der Vorderansicht den prinzipiellen Aufbau eines Wälzlagers für Längsbewegungen,
2a den Schnitt F-F gemäß 1 durch das Wälzlager gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2b die Einzelheit „A” gemäß 2a,
3a den Schnitt F-F gemäß 1 durch das Wälzlager gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
3b die Einzelheit „B” gemäß 3a,
4a den Schnitt F-F gemäß 1 durch das Wälzlager gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
4b die Einzelheit „C” gemäß 4a,
5a den Schnitt F-F gemäß 1 durch das Wälzlager gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
5b die Einzelheit „D” gemäß 5a,
6a den Schnitt F-F gemäß 1 durch das Wälzlager gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung und
6b die Einzelheit „E” gemäß 6a.
In 1 ist ein Wälzlager 1 für Längsbewegungen skizziert, das im wesentlichen zwei Teile aufweist, nämlich ein Hülsenteil 3 mit einer zylindrischen Ausnehmung (Bohrung) 2 und eine Führungsstange 4, die in eine Längsrichtung L relativ zum Hülsenteil 3 verschoben werden kann, indem das eine Ende der Führungsstange 4 in die Ausnehmung 2 mehr oder weniger eintritt.
Wie in der Schnittdarstellung gemäß 2a/2b gesehen werden kann, sind in den Außenumfang 8 der Führungsstange 4 Laufbahnen 9 (in 2 bis 5 nur schematisch angedeutet, in 6 indes detaillierter dargestellt) eingearbeitet, in denen Kugeln 7 laufen können. Die Kugeln 7 laufen am Hülsenteil 3 an zwei Laufbahnplatten 10 und 11 an, die jeweilige Laufbahnen 5 und 6 haben. Die Laufbahnplatten 10, 11 liegen an der inneren Oberfläche des Hülsenteils 3 an, nämlich an zwei Anlageflächen 12 und 13, die in die Ausnehmung 2 eingebracht, z. B. eingeschliffen, sind.
Wesentlich ist, dass zwischen den beiden Laufbahnplatten 10, 11 ein Federelement 14 wirksam angeordnet ist, das die beiden Laufbahnplatten 10, 11 derart mit einer Federkraft beaufschlagen kann, dass diese voneinander weg gedrängt werden.
Hierzu wird zunächst auf 2 Bezug genommen. Wie hier zu sehen ist, sind die beiden Anlageflächen 12 und 13 eben ausgebildet, wenngleich die Kontaktfläche der Laufbahnplatten 10, 11 an den Anlageflächen 12, 13 ballig ausgebildet sind, nämlich mit einer Konvexität, so dass die Laufbahnplatten 10, 11 eine Kipp- bzw. Wippbewegung auf ihren Anlageflächen 12, 13 ausführen können, wenn sie von dem Federelement 14 abgedrängt werden. Wie ferner zu sehen ist, weisen die Laufbahnplatten 10, 11 – in Längsrichtung L gesehen – keine konstante Breite auf, sondern die Breite wachst über die Erstreckung der Laufbahnplatte 10, 11 etwa keilförmig (s. hierzu die eingetragene Breiten B₁ und B₂ in 3b).
Demgemäß gelangt beim Abdrängen der beiden Laufbahnplatten 10, 11 durch das Federelement 14 ein Abschnitt mit größerer Breite in den Eingriff zwischen Kugeln 7 und Hülsenteil 3, so dass Speil ausgeglichen werden kann. Ermöglicht wird dies dadurch, dass die Laufbahnplatten 10, 11 gleitend an ihren Anlageflächen 12, 13 anliegen. Ferner schießt die Tangente an die Anlagefläche 12, 13 zur radialen Richtung R des Wälzlagers 1 einen Winkel α ein (s. 2b).
Um den gewünschten Effekt zu bewerkstelligen, sind diverse Ausgestaltungen möglich.
In 2 sind konvex ausgebildete Laufbahnplatten 10, 11 mit eben geformten Anageflächen 12, 13 gepaart. Die Laufbahnplatten 10, 11 haben eine leicht keilförmige Gestalt – betrachtet in Längsrichtung L.
In 3 sind sowohl die Laufbahnplatten 10, 11 an ihrer Auflagefläche eben ausgebildet als auch die Anlageflächen 12, 13 eben ausgeführt. Die Laufbahnplatten 10, 11 haben aber hier wieder eine leicht keilförmige Gestalt (gesehen in Längsrichtung L), so dass sich die Kugel 7 beim Auseinanderdrücken der beiden Laufbahnplatten 10, 11 durch das Federelement 14 in radiale Richtung in Richtung der Führungsstange 4 bewegt und so Spiel ausgeglichen werden kann.
Während in 3 die Laufbahn 5, 6 für die Kugeln 7 ballig (konkav) ausgeführt ist, ist dies bei der Lösung gemäß 4 nicht der Fall; hier ist die der Kugel 7 zugewandte Fläche der Laufbahnplatte 10, 11 eben.
In 5 ist zu sehen, dass als Federelement ein – in Längsrichtung L gesehen – L-förmig gebogenes Federblech eingesetzt werden kann.
In 6 ist schließlich zu sehen, dass sowohl die Laufbahnplatten 10, 11 als auch die Anlageflächen 12, 13 an ihrer Kontaktfläche mit einer gekrümmten Oberfläche versehen sind, wobei die beiden Krümmungen gleich groß sind. Demgemäß gleiten die Laufbahnplatten 10, 11 beim Auseinanderdrücken derselben durch das Federelement 14 auf den Anlageflächen 12, 13, bis die spielfreie Position erreicht ist.
Es ergibt sich damit eine einfache Einstellbarkeit der Lagerung, so dass stets Spielfreiheit gewährt ist.
Sind die beiden Laufbahnplatten 10, 11 zum Spielausgleich erst einmal durch das Federelement 14 abgedrängt, können sie aufgrund der gewählten Geometrie und die Wirkung des Federelements 14 nicht mehr in die Ausgangslage zurückkehren, da insoweit Selbsthemmung der Laufbahnplatten 10, 11 auf den Anlageflächen 12, 13 vorliegt.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager für Längsbewegungen
2: zylindrische Ausnehmung
3: Hülsenteil
4: Führungstange
5: Laufbahn
6: Laufbahn
7: Wälzkörper (Kugel)
8: Außenumfang
9: Laufbahn
10: Laufbahnplatte
11: Laufbahnplatte
12: Anlagefläche
13: Anlagefläche
14: Federelement
L: Längsrichtung
R: radiale Richtung
α: Winkel
B₁: Breite
B₂: Breite

Claims

Wälzlager (1) für Längsbewegungen, mit einem eine zylindrische Ausnehmung (2) bildenden Hülsenteil (3) und mit einer Führungstange (4), die in einer Längsrichtung (L) verschieblich in die zylindrische Ausnehmung (2) des Hülsenteils (3) eintauchen kann, um eine lineare Relativbewegung in Längsrichtung (L) zwischen dem Hülsenteil (3) und der Führungsstange (4) zu ermöglichen, wobei das Hülsenteil (3) im Bereich der zylindrischen Ausnehmung (2) sich in Längsrichtung (L) erstreckende Laufbahnen (5, 6) für Wälzkörper (7) aufweist, wobei die Führungsstange (4) an ihrem Außenumfang (8) sich in Längsrichtung (L) erstreckende Laufbahnen (9) für die Wälzkörper (7) aufweist, wobei die im Hülsenteil (3) angeordneten Laufbahnen (5, 6) für die Wälzkörper (7) zumindest teilweise jeweils von zwei Laufbahnplatten (10, 11) gebildet werden, die sich in Längsrichtung (L) erstrecken, wobei jede Laufbahnplatte (10, 11) einen bestimmten und unterschiedlichen Umfangsabschnitt der Wälzkörper (7) unterstützt, dadurch gekennzeichnet, dass jede Laufbahnplatte (10, 11) gleitend an einer Anlagefläche (12, 13) im Hülsenteil (3) anliegt, die zur radialen Richtung (R) des Wälzlagers (1) einen Winkel (α) einschließt, wobei ein Federelement (14) zwischen den beiden Laufbahnplatten (10, 11) wirksam angeordnet ist, das eine Federkraft erzeugen kann, die die beiden Laufbahnplatten (10, 11) auf der Anlagefläche (12, 13) gleitend voneinander weg drückt, und wobei der Winkel (α) zwischen der radialen Richtung (R) des Wälzlagers (1) und der Anlagefläche (12, 13) zwischen 20° und 70° beträgt.
Linearlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen 35° und 55° beträgt.
Linearlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnplatten (10, 11) in Längsrichtung (L) betrachtet entlang ihrer Erstreckung unterschiedliche Breiten (B₁, B₂) aufweisen.
Linearlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnplatten (10, 11) an ihrer den Anlageflächen (12, 13) zugewandten Fläche eben ausgebildet sind.
Linearlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnplatten (10, 11) an ihrer den Anlageflächen (12, 13) zugewandten Fläche konvex ausgebildet sind.
Linearlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen (12, 13) eben ausgebildet sind.
Linearlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen (12, 13) konkav ausgebildet sind.
Linearlager nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der konvexen Fläche der Laufbahnplatte (10, 11) größer ist als die Krümmung der konkaven Anlagefläche (12, 13).
Linearlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (14) als gewundene oder gebogene Metallschiene ausgebildet ist.
Linearlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass um den Umfang des Hülsenteils (3) bzw. der Führungstange (4) drei oder vier Reihen Wälzelemente (7) angeordnet sind.
Linearlager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzelemente (7) Kugeln sind.
Linearlager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (7) in Kugelumlaufführungen angeordnet sind.
Linearlager nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnen (9) für die Wälzkörper (7) in den Außenumfang (8) der Führungsstange (4) eingeschliffen sind.
Linearlager nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es Bestandteil einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs ist.