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Die
Erfindung betrifft ein Linearlager, mit einem eine Ausnehmung bildenden
Gehäuse und mit einer Führungstange, die in einer
Längsrichtung verschieblich in die Ausnehmung des Gehäuses
eintauchen kann, um eine lineare Relativbewegung in Längsrichtung
zwischen dem Gehäuse und der Führungsstange zu
ermöglichen, wobei das Gehäuse im Bereich der
Ausnehmung sich in Längsrichtung erstreckende Laufbahnen
für Wälzkörper aufweist und wobei die
Führungsstange an ihrem Außenumfang sich in Längsrichtung
erstreckende Laufbahnen für die Wälzkörper
aufweist.
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Ein
derartiges 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
Gehäuse 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. Damit kann sichergestellt
werden, dass das Linearlager im Betrieb spielfrei ist, was für
mansche Anwendungen wichtig ist, beispielsweise für die
Lagerung einer Lenksäule in einem Kraftfahrzeug.
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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. Demgemäß ist die vorbekannte Lagerung
relativ kostenintensiv. Daher hat sich insbesondere für
die Anwendung eines gattungsgemäßen Linearlagers
in einer Lenksäule eine solche vorbekannte 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 Gehäuse und die in ihm translatorisch verschiebbare
Führungsstange fertigungstechnischen Toleranzen unterworfen
sind.
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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 Gehäuses,
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.
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Die
Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die sich im Gehäuse des Linearlagers in Längsrichtung
erstreckenden Laufbahnen für die Wälzkörper
durch mindestens ein Laufbahnblech gebildet werden, das mit Befestigungsmitteln
im Gehäuse befestigt ist, wobei sich das mindestens eine
Laufbahnblech in mindestens einem ersten Bereich an die die Ausnehmung bildende
Innenwandung des Gehäuses anlegt und wobei das Laufbahnblech
in mindestens einem zweiten Bereich jedenfalls im lastfreien Zustand
einen Abstand zur Innenwandung hat.
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Der
mindestens eine erste Bereich, in dem sich das Laufbahnblech an
die Innenwandung des Gehäuses anlegt, ist dabei bevorzugt
in einem Abschnitt des Laufbahnblechs vorgesehen, der keinen Kontakt
mit den Wälzkörpern hat. In diesem Bereich liegt
das Laufbahnblech also an der Wandung an und kann nicht nachgeben.
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Der
mindestens eine zweite Bereich, in dem das Laufbahnblech im lastfreien
Zustand einen Abstand zur Innenwandung hat, ist indes bevorzugt
in einem Abschnitt des Laufbahnblechs vorgesehen, der Kontakt mit
den Wälzkörpern hat. Demgemäß kann
das Laufbahnblech in diesem Bereich in radiale Richtung federn und
erlaubt es, die Wälzkörper elastisch zwischen
Laufbahnblech und Führungstange zu beaufschlagen und so
spielfrei zu halten.
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Ein
zweiter Bereich, in dem das Laufbahnblech im lastfreien Zustand
einen Abstand zur Innenwandung hat, kann von zwei ersten Bereichen
flankiert werden, in dem sich das Laufbahnblech an die Innenwandung
des Gehäuses anlegt. Demgemäß liegt das
Laufbahnblech beidseitig der Lasteinleitung von dem Wälzkörper
auf das Laufbahnblech an der Innenwandung des Gehäuses
an, was eine entsprechend hohe Steifigkeit der Federung des Laufbahnblechs
hervorruft.
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Das
Laufbahnblech kann im Kontaktbereich des Laufbahnblechs mit den
Wälzkörpern jedenfalls im lastfreien Zustand im
Abstand äquidistant zur Innenwandung verlaufen.
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Der
Abstand zur Innenwandung beträgt dabei zumeist zwischen
0,05 mm und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 0,8 mm, besonders
bevorzugt zwischen 0,15 mm und 0,5 mm.
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Die
Befestigungsmittel zur Festlegung des Laufbahnblechs im Gehäuse
können gemäß einer ersten Ausbildungsform
der Erfindung durch eine in Längsrichtung gesehen schlaufenförmige
Ausformung des Laufbahnblechs gebildet werden, wobei die schlaufenförmige
Ausformung in einer sich in Längsrichtung erstreckenden
kongruent ausgebildeten Nut im Gehäuse angeordnet ist.
Bevorzugt sind beidseitig der schlaufenförmigen Ausformung
des Laufbahnblechs Bereiche angeordnet, die jeweils Kontakt mit
den Wälzkörpern haben. Es ist aber auch möglich,
dass die schlaufenförmige Ausformung des Laufbahnblechs
an einen einzigen Bereich angrenzt, der Kontakt mit den Wälzkörpern
hat.
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Die
Befestigungsmittel zur Festlegung des Laufbahnblechs im Gehäuse
können gemäß einer alternativen Lösung
durch ein Verbindungselement gebildet werden, das das Laufbahnblech
mit einem ersten verbreiterten Abschnitt hintergreift und mit einem zweiten
verbreiterten Abschnitt in einer Nut im Gehäuse angeordnet
ist. Das Laufbahnblech kann dabei zum Durchtritt des Verbindungselements
einen sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitz aufweisen.
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Das
Laufbahnblech besteht bevorzugt aus Federstahl.
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Die
Wälzelemente sind zumeist Kugeln. Die Kugeln werden bevorzugt
in Kugelumlaufführungen geführt.
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Äquidistant
um den Umfang der Führungsstange herum können
mehrere, insbesondere vier, Kugelreihen angeordnet sein.
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Die
Laufbahnen für die Wälzkörper können
in den Außenumfang der Führungsstange eingeschliffen
sein.
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Das
Gehäuse des Linearlagers besteht bevorzugt aus einem gezogenen
oder stranggepressten Profil. Es kann aus Leichtmetall, insbesondere aus
Aluminium, bestehen.
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Das
vorgeschlagene Linearlager kann Bestandteil einer Lenksäule
eines Kraftfahrzeugs sein.
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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.
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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. Je nach
Anwendung eignet sich die vorgeschlagene Lösung für drehgesicherte
Führungen und auch für runde Standardwellen, wobei
Zwei- oder Vierpunktkontakt möglich ist.
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Generell
nutzt die vorliegende Erfindung den Toleranzausgleich durch das
Vorliegen einer Federeigenschaft des Laufbahnblechs. Hervorzuheben
ist, dass hierzu das Laufbahnblech teilweise fest an einer Anlagefläche
des Gehäuses gestützt wird, dass es allerdings
in einem anderen Bereich mit einem Spalt zur Wandung des Gehäuses
angeordnet ist, so dass es hier federnd nachgeben kann. Die Elastizität
des Laufbahnblechs aus Federstahl wird also durch die geometrisch
Ausbildung des Gehäuses und namentlich der für
das Laufbahnblech vorgesehenen Anlageflächen so ausgenutzt,
dass ein Federn zum Ausgleich von Spiel genutzt werden kann.
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Damit
kann gezielt, jedoch kostengünstig das Spiel im Linearlager
eliminiert werden. Durch die Wahl der Federkonstante des Laufbahnblechs
kann das Maß definiert werden, wie stark der vorgeschlagene
Spielausgleichsmechanismus wirken soll.
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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.
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Das
Gehäuse ist so ausgebildet, dass hier der Kugelrücklauf
stattfinden kann, d. h. die Kugelumlaufführung ist entsprechend
mit in das Gehäuse integriert.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:
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1 ein
Wälzlager für Längsbewegungen im Querschnitt,
betrachtet in Längsrichtung der Verschiebung,
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2 das
Wälzlager nach 1 in perspektivischer Darstellung
mit teilweise freigeschnittenen Teilen,
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3 eine
alternative Ausführungsform des Wälzlagers in
der Darstellung gemäß 1,
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4 das
Wälzlager nach 3 in perspektivischer Darstellung
mit teilweise freigeschnittenen Teilen,
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5 eine
weitere alternative Ausführungsform des Wälzlagers
in der Darstellung gemäß 1,
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6 das
Wälzlager nach 5 in perspektivischer Darstellung
mit teilweise freigeschnittenen Teilen,
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7 eine
nochmals andere alternative Ausführungsform des Wälzlagers
in der Darstellung gemäß 1,
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8 das
Wälzlager nach 7 in perspektivischer Darstellung
mit teilweise freigeschnittenen Teilen,
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9, 10 und 11 ein
Laufbahnblech des Wälzlagers in der Vorderansicht, in der Draufsicht
und in perspektivischer Darstellung,
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12a und 12b ein
Verbindungselement zur Befestigung eines Laufbahnblechs in dem Gehäuse
des Linearlagers in der Vorderansicht und in perspektivischer Darstellung,
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13a und 13b eine
alternative Ausgestaltung des Verbindungselements in der Vorderansicht
und in perspektivischer Darstellung,
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14a und 14b eine
weitere, bevorzugte alternative Ausgestaltung des Verbindungselements
in der Vorderansicht und in perspektivischer Darstellung und
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15 die
Einzelheit „X” gemäß 7.
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In 1 und 2 ist
ein Linearlager dargestellt, das im wesentlichen zwei Teile aufweist,
nämlich ein Gehäuse 3 mit einer Ausnehmung 2 (hier
mit quadratische Form vorgesehen; möglich ist genauso eine
zylindrische Bohrung) und eine Führungsstange 4,
die in eine Längsrichtung L relativ zum Gehäuse 3 verschoben
werden kann, indem das eine Ende der Führungsstange 4 in
die Ausnehmung 2 mehr oder weniger eintritt.
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Wie
insbesondere in der Schnittdarstellung gemäß 1 gesehen
werden kann, sind in den Außenumfang 7 der Führungsstange 4 Laufbahnen 8 eingearbeitet,
in denen Wälzkörper in Form von Kugeln 6 laufen
können. Die Kugeln 6 laufen am Gehäuse 3 an
Laufbahnplatten 9 an, die jeweilige Laufbahnen 5 haben.
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Die
sich im Gehäuse 3 in Längsrichtung L
erstreckenden Laufbahnen 5 für die Wälzkörper 6 werden
also durch vorliegend zwei Laufbahnbleche 9 mit jeweils
zwei Laufbahnen 5 gebildet. Die Laufbahnbleche 9 sind
mit Befestigungsmitteln 10 im Gehäuse 3 befestigt
bzw. fixiert. Dabei ist vorgesehen, dass sich das Laufbahnblech 9 in
mindestens einem ersten Bereich 11 – in Längsrichtung
L betrachtet – an die die Ausnehmung 2 bildende
Innenwandung 12 des Gehäuses 3 anlegt.
Indes hat das Laufbahnblech 9 in mindestens einem zweiten
Bereich 13 jedenfalls im lastfreien Zustand einen Abstand
s zur Innenwandung 12.
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Hierdurch
wird erreicht, dass das Laufbahnblech 9 zwar eine fest
Anlagefläche an der Innenwandung 12 des Gehäuses 3 hat
und daher fixiert ist. Allerdings ist der die Kugeln 6 kontaktierende
Bereich (zweiter Bereich 13) zumindest teilweise frei tragend ausgebildet,
d. h. es ist der Abstand s zwischen Laufbahnblech 9 und
Innenwandung 12 gegeben, so dass hier das aus Federstahl
bestehende Laufbahnblech 9 einfedern und Spiel im Linearlager
beseitigen kann. Vorliegend wird der frei tragende zweite Bereich 13 beidseitig
von ersten, stützenden Bereichen 11 begrenzt (in
Längsrichtung L betrachtet), so dass die Federkonstante
des Laufbahnblechs 9 im zweiten Bereich 13 relativ
hoch ist.
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Die
Befestigungsmittel 10 sind bei der Lösung nach 1, 2 so
ausgeführt, dass das Laufbahnblech 9 eine schlaufenförmige
Ausformung 14 aufweist. In das Gehäuse 3 ist
eine Nut 15 mit kongruenter Form eingearbeitet. In diese
Nut 15 wird die schlaufenförmige Ausformung 14 in
Längsrichtung L eingeschoben und das Laufbahnblech 9 so
im Gehäuse 3 fixiert.
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Die
Kugeln 6 werden in Kugelumlaufführungen umlaufend
geführt. Durch den Kugelrücklauf 20 werden
die lastfreien Kugeln 6 zurückgeführt.
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Die
Lösung gemäß 3 und 4 unterscheidet
sich von derjenigen gemäß der 1 und 2 dadurch,
dass hier Laufbahnbleche 9 eingesetzt werden, die nicht
zwei Laufbahnen 5, sondern nur eine aufweisen. Die Laufbahnbleche 9 sind
hier also nicht symmetrisch. Ein weiterer Unterschied zur Lösung
gemäß der 1 und 2 besteht
darin, dass die zweiten Bereiche 13 der Laufbahnbleche 9 quasi
fliegend gelagert ausgebildet sind, d. h. im Anschluss an den ersten
Bereich 11, der das Laufbahnblech 9 noch an der
Innenwandung 12 anliegen lässt, schließt
sich der zweite Bereich 13 an, bei dem vollumfäng lich
ein Abstand s zur Innenwandung 12 vorliegt. Demgemäß ist
die radiale Federsteifigkeit des Laufbahnblechs 9 hier
relativ gering.
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Eine
hierzu ähnliche Lösung ist in den 5 und 6 zu
sehen, wobei hier allerdings die Laufbahnbleche 9 wieder
symmetrisch ausgeführt sind und je zwei Laufbahnen 5 haben.
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Bei
der Lösung gemäß 7 und 8 ist eine
alternative Lösung hinsichtlich der Befestigung der Laufbahnbleche 9 im
Gehäuse 3 vorgesehen. Statt der schlaufenförmigen
Ausformung 14 ist hier ein Verbindungselement 16 als
separates Teil vorgesehen, das in verschiedenen möglichen
Ausführungsformen in den 12 bis 14 zu sehen ist. Das von diesem Verbindungselement 16 gehaltene
Laufbahnblech ist in den 9 bis 11 zu
sehen. Das in das Gehäuse 3 mittels des Verbindungselements 16 eingebaute
Laufbahnblech 9 ist in 15 im
Detail dargestellt.
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Das
Verbindungselement 16 ist ein beispielsweise stranggepresstes
Profil und hat an seinen gegenüberliegenden Enden je einen
ersten verbreiterten Abschnitt 17 und einen zweiten verbreiterten
Abschnitt 18, die gemäß der 12 bis 14 verschiedene
Ausgestaltungen haben können.
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Für
den zweiten verbreiterten Abschnitt 18 ist im Gehäuse 3 eine
Nut 15 (s. insbesondere 8) vorgesehen,
in die das Verbindungselement 16 mit seinem zweiten verbreiterten
Abschnitt 18 eingeschoben werden kann. Der zweite verbreiterte
Abschnitt 18 hintergreift durch einen Schlitz 19 im
Laufbahnblech 9 (s. insbesondere. 9 und 11) das
Laufbahnblech 9. Nach dem Einschieben des Verbindungselements 16 in
die Nut 15 ergibt sich demgemäß die in 15 dargestellte
Konstellation, mit der das Laufbahnblech 9 fest im Gehäuse 3 angeordnet
ist.
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Zur
Lösung gemäß 7 sei noch
erwähnt, dass hier die Laufbahnbleche 9 abgesehen
vom ersten Bereich 11 an zwei Punkten 21 (bzw.
Linien) an der Innenwandung 12 des Gehäuses 3 anliegen,
zwischen denen die Laufbahnplatte 9 mit Abstand s zur Innenwandung 12 angeordnet
ist.
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Es
sind also beispielsweise vier Kugelumläufe mit jeweils
gotischem Profil möglich (s. 1). Diese
Lösung hat eine höhere Steifigkeit als die gemäß 3,
da hier die Kugel-tragenden Abschnitte des Laufbahnblechs quasi
fliegend angeordnet sind. Es kann eine symmetrisch (1)
oder unsymmetrische (3) Ausführung des Laufbahnblechs
vorgesehen werden. Es ist nicht zwingend, dass alle Kugelumläufe
mit der erfindungsgemäßen Lösung versehen
sind. Es kann ausreichen, dass nur ein Kugelumlauf oder einige wenige
mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung versehen sind, während
andere Kugelumläufe klassisch ohne die erläuterte
Lösung arbeiten. Wie in 5 gesehen
werden kann, kann der die Kugeln tragende Abschnitt des Laufbahnblechs
so gestaltet sein, dass sich an zwei Punkten des Blechs die Anlage
der Kugel ergibt (Zweipunktkontakt).
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- 1
- Linearlager
(Wälzlager für Längsbewegungen)
- 2
- Ausnehmung
- 3
- Gehäuse
- 4
- Führungstange
- 5
- Laufbahn
- 6
- Wälzkörper
(Kugel)
- 7
- Außenumfang
der Führungsstange
- 8
- Laufbahn
- 9
- Laufbahnblech
- 10
- Befestigungsmittel
- 11
- erster
Bereich
- 12
- Innenwandung
des Gehäuses
- 13
- zweiter
Bereich
- 14
- schlaufenförmige
Ausformung
- 15
- Nut
- 16
- Verbindungselement
- 17
- erster
verbreiterter Abschnitt
- 18
- zweiter
verbreiterter Abschnitt
- 19
- Schlitz
- 20
- Kugelrücklauf
- 21
- Punkt
(Linie)
- L
- Längsrichtung
- s
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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