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Die Erfindung betrifft einen Kugellagerkäfig eines Kugellagers für Längs- und Drehbewegungen, wobei der Kugellagerkäfig Taschen aufweist, in denen jeweils mehrere Kugeln angeordnet sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Kugellagerkäfige sind Käfige, die in Wälzlagern die als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper in Taschen aufnehmen. Kugellager mit derartigen Kugellagerkäfigen dienen beispielsweise der radialen und axialen Lagerung von Wellen wie Schaltwellen von Fahrzeugwechselgetrieben. Dazu sind die Kugellager relativ zu einem Getriebegehäuse längsverschiebbar und/oder schwenkbar an Tragelementen wie Bolzen, Schaltwellen oder Schaltschienen gelagert oder befestigt. Wenn die Schaltgabeln an dem Tragelement befestigt sind, ist das Tragelement relativ beweglich zum Getriebegehäuse in dem Getriebegehäuse oder anderen getriebefesten Bauelementen gelagert. Als Lager für die Tragelemente dienen dazu Wälz- oder Gleitlager für Längsbewegungen und/oder Drehbewegungen. Wenn die Betätigungsglieder auf den Tragelementen relativ beweglich zu den Tragelementen gelagert sind, erfolgt dies oftmals ebenfalls mit Wälz- oder Gleitlagern für Drehbewegungen. Dazu ist das Betätigungsglied mit einem Tragkörper versehen, der, meist als Nabe ausgebildet, eine Bohrung aufweist. In der Bohrung sind ein oder mehrere Wälz- oder Gleitlager aufgenommen. Bevorzugt sind Betätigungsglieder auf den Tragelementen mittels eines oder mehrerer Wälzlager gelagert. Die Wälzlager sind mit einem Außenring in die Bohrung des Tragkörpers eingepresst.
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Weitere Bestandteile einer Vorrichtung zum Übertragen von Wähl- und/oder Schaltbewegungen können z. B. Führungsgabeln und Dämpfungselemente sein. Mit den Führungsgabeln ist eine gelenkige Verbindung zu außenseitig angeordneten Schaltfingern oder anderen ähnlichen auf die Vorrichtung einwirkenden Gliedern hergestellt. Das oder die Dämpfungselemente dämpfen Stöße zwischen den relativ zueinander beweglichen Elementen der Vorrichtung wie z. B. einer Schaltgabel und einem zum Gehäuse des Wechselgetriebes feststehenden Anschlag. Der Anschlag kann z. B. durch eine andere Schaltgabel oder einen direkt am Gehäuse angeordneten Festpunkt gebildet sein. Mittels des Anschlages wird beispielsweise der Weg der bewegten Schaltgabel und damit der Schaltweg begrenzt. Eine derartige Begrenzung sichert eine exakte Schaltposition und damit einen exakt eingelegten Gang im Wechselgetriebe ab.
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In
DE 100 08 872 A1 weist ein Wälzlager Kugeln auf, die in größerer Anzahl hinter- bzw. nebeneinander in einem Käfig geführt sind. Die Wälzkörper rollen auf einer Innenlaufbahn ab. Die Innenlaufbahn ist durch die im Querschnitt gesehen kreisförmig ausgebildete Außenkontur der Schaltstange gebildet. Die Außenlaufbahn ist Bestandteil des Außenringes des Wälzlagers. Der Außenring ist durch eine dünnwandige sowie gezogene Hülse gebildet. Die Innenund Außenlaufbahnen sind in der Regel gehärtet ausgeführt. Bekannt sind Anwendungen, bei denen die Innenlaufbahn durch einen, beispielsweise gezogenen und auf der Schaltstange befestigten Innenring gebildet ist. Bekannt sind auch Anwendungen, bei denen der Querschnitt der Schaltstange oder eines anderen Tragelementes nicht rund ausgebildet ist, sondern ein rechteckiges oder ein beliebiges von der kreisrunden Form abweichendes Profil aufweist, wie es häufig bei aus Blech gestanzten Tragelementen zu finden ist. Das Wälzlager und seine Elemente sowie die Laufbahnen sind dann dieser Geometrie zweckentsprechend angepasst.
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An dem Außenring des Wälzlagers stützen sich mittels eines Tragkörpers in der Regel eine Schaltgabel, Schaltfinger und ggf. auch noch weitere Übertragungselemente wie ein Eingriff für einen Schaltfinger einer Schaltwelle, ab. Dazu ist das Wälzlager in eine Aufnahme, beispielsweise eine Bohrung, des Tragkörpers eingepresst. Diese Lösungen sind an sich sehr zuverlässig. Ist die Laufbahn allerdings aus relativ weichem Werkstoff ausgebildet, kann das Material unter Umständen ermüden, wenn die Wälzkörper immer auf der gleichen Spur laufen, wie es in der Neutralgasse einer Schaltwelle beim Wählen oder beim Schalten der Fall ist. Ein Vergrößern der Schaltwelle und der Wälzkörper ist dann prinzipiell zwar denkbar, erfüllt aber in der Regel vorgegebene Bauraumanforderungen nicht.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kugellagerkäfig zu schaffen, der die vorstehend genannten Nachteile vermeidet. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine kompakt bauende Schaltvorrichtung mit einer Schaltwelle zu schaffen, deren Lagerung gering belastet ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Kugellagerkäfig eines Kugellagers für Längs- und Drehbewegungen, wobei der Kugellagerkäfig Taschen aufweist, in denen jeweils mehrere Kugeln angeordnet sind, und wobei die Taschen zur Axialrichtung und zur Umfangsrichtung gewinkelt angeordnet sind. Damit verlaufen die Taschen weder in Axialrichtung noch in Umfangsrichtung und damit nicht in einer der vorgesehenen Bewegungsrichtungen. Das hat zur Folge, dass zwei in einer Tasche benachbarte Wälzkörper in Bewegungsrichtung zueinander versetzt geführt werden. Damit ist sowohl bei Bewegung in Axialrichtung als auch in Umfangsrichtung sicher gestellt, dass die Laufbahnen der beiden benachbarten Kugeln in einer Bewegungsrichtung gesehen nicht überlappen. Diese Ausbildung reduziert die lokale Belastung der Laufbahnen. Erfindungsgemäß ist sowohl vorgesehen, dass alle oder nur eine Teilmenge der Taschen derartig ausgebildet sind, wobei in letzterem Fall die Belastung nur teilweise reduziert ist. Dadurch dass die Kugeln nicht axial hintereinander angeordnet sind, wird außerdem eine hohe Laufruhe erreicht, da die Tragpunkte gleichmäßiger über die Oberfläche der Lagerringe verteilt sind.
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Unter der gewinkelten Anordnung einer Tasche wird verstanden, dass die Mittelachse der Tasche unter einem Winkel ϕ von 0 < ϕ < 90 zur Axialrichtung verläuft, sofern die Tasche als einfaches Langloch ausgebildet ist. Ist der Taschenverlauf nicht gerade, sondern aus mehreren geraden Teilstücken zusammengesetzt, sollten die Mittelachsen der Teilstücke entsprechend gewinkelt sein. Weisen die Taschen einen oder mehrere Knicke, Winkel oder Kurvenabschnitte auf, so ist der Taschenverlauf so auszurichten, dass die Kugeln in der Tasche zumindest in einer Bewegungsrichtung, vorzugsweise in beiden Bewegungsrichtungen versetzt zueinander angeordnet sind.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Taschen so ausgebildet, dass die Kugeln auch in Umfangsrichtung gesehen zueinander teilweise oder vollständig auf versetzten Laufbahnen angeordnet sind. Damit wird erreicht, dass bei Drehbewegungen die Kugeln nicht hintereinander auf der gleichen Laufbahn laufen und ein Eingraben von Laufbahnrillen vermieden wird. Dazu können die Taschen beispielsweise axial zueinander versetzt angeordnet sein.
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Insbesondere bei schmalen Kugelkäfigen oder infolge hoher Hertzscher Pressung nicht mehr rein punktförmigem Kontakt der Kugeln ist es auch vorgesehen, dass nicht jede Kugel in Bewegungsrichtung auf einer individuellen Laufbahn abrollt. Der Effekt, den Laufbahnkörper weniger zu belasten, wird auch erreicht, wenn die Kugeln jeder zweiten, dritten oder vierten Tasche auf der gleichen Laufbahn abwälzen und lediglich die Kugeln in den Taschen dazwischen auf anderen Laufbahnen angeordnet sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind eine oder mehrere Taschen ähnlich zueinander ausgebildet. Darunter wird verstanden, dass die Taschen die gleiche Ausnehmungsgrundform aufweisen und in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Das erleichtert ein maschinelles, taschenweises Befüllen mit den Kugeln.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind einige und vorzugsweise jede der Taschen auf einer axial anderen Höhe angeordnet. Damit können ähnliche Taschen in einen Kugellagerkäfig eingebracht werden, wobei gleichzeitig jeweils individuelle Laufbahnen der Kugeln in Drehrichtung sichergestellt ist. Die Taschenenden weisen damit einen individuellen Abstand von jeweils einer Stirnseite auf. Insbesondere können die Taschen so ausgebildet sein, dass bei einem abgewickelten Kugellagerkäfig die Taschenenden auf einer Geraden liegen und damit jeweils zwei benachbarte Taschenenden um den gleichen Betrag axial versetzt sind. Aufgrund des Punktkontakts ist in der Regel ein kleiner Versatz ausreichend, so dass der erfindungsgemäße Kugellagerkäfig nur unwesentlich breiter als ein Kugellagerkäfig aus dem Stand der Technik ist.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Taschen als Langlöcher ausgebildet, die bei Abwicklung des Käfigs gerade verlaufen. Derartige Langlöcher lassen sich beispielsweise durch Stanzen in ein Blechband leicht herstellen. Im Falle von ähnlichen Langlöchern weisen die Käfigstege eine konstante Dicke auf und können daher relativ dünn ausgeführt werden. Derartig gerade Langlöcher können im Betrieb eines Lagers mit einem derartigen Lagerkäfig jedoch eine unerwünschte Axialkraftkomponente erzeugen.
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Einer derartigen Axialkraftkomponente kann entgegen gewirkt werden, indem die Form der Langlöcher angepasst wird. Dazu können die Langlöcher eine Art Knick aufweisen, indem das Langloch aus zwei oder mehreren Teillanglöchern, die unterschiedlich gewinkelt sind, als einzelnen Abschnitten zusammengesetzt ist. Bei den unterschiedlichen Winkeln sollte die die Mittelachse der Langlöcher unterschiedlich geneigt sein, d.h. zumindest eine der Mittelachsen sollte in positiver Drehrichtung verlaufen und zumindest eine der Mittelachsen in negativer Drehrichtung.
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Vorzugsweise sind die Abschnitte gleich lang und ihre Neigung ist entgegengesetzt gleich, so dass die Axialkraftkomponente minimiert wird.
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Weisen die Langlöcher Kurvenabschnitte auf, gilt Entsprechendes. Die Langlöcher können in diesem Fall eine parabelartige, ellipsenabschnittsartige oder S-förmige Kontur aufweisen.
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Die Kugeln können innerhalb der Langlöcher durch geeignet ausgebildete Langlochränder stationär gehalten sein.
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Als Werkstoff für den Kugellagerkäfig ist Blech vorgesehen, in das die Langlöcher beispielsweise gestanzt werden können. Alternativ kann der Kugellagerkäfig beispielsweise aus Kunststoff oder Messing bestehen.
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In einer Anwendung der Erfindung ist der Kugellagerkäfig in einer Hülse angeordnet, die den Verschiebeweg des Kugellagerkäfig axial begrenzt. Dazu weist die Hülse beispielsweise nach innen gerichtete, einteilige Borde auf, die einen Anschlag für den Kugellagerkäfig bilden können. Damit ist der Kugellagerkäfig in der Hülse verliergesichert und kann auch ohne Innenlaufbahn transportiert werden, wenn die Kugeln beispielsweise im Kugellagerkäfig verclipst sind. Die Innenlaufbahn kann durch eine separat montierbare Welle gebildet werden.
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Ein derartiges Kugellager eignet sich besonders zur Lagerung einer Schaltwelle eines Kraftfahrzeugwechselgetriebes.
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In einer anderen Anwendung ist vorgesehen, dass der Kugellagerkäfig Teil eines Rillenkugellagers ist, das mehrere Bahnen in seinem Stützkörper aufweist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kugellagerkäfigs,
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2 eine perspektivische Ansicht eines Kugellagers mit dem Kugellagerkäfig nach 1 und
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3 eine abgewickelte Ansicht des Kugellagerkäfigs nach 1.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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2 zeigt ein Kugellager 1 mit einer Hülse 2 und einem Kugellagerkäfig 3, wobei die Kugeln nicht dargestellt sind. Die Hülse 2 bildet den äußeren Lagerring mit einer Außenlaufbahn 4 zur Lagerung einer ebenfalls nicht dargestellten Welle als einen inneren Lagerring. Der Kugellagerkäfig 3 ist in Umfangsrichtung beweglich aufgenommen und weist Taschen 5 zur Aufnahme jeweils mehrerer Kugeln auf. Jeweils mindestens zwei der Kugeln, aber bevorzugt mehr als zwei, sind axial in einer Reihe in jeweils einer im Wesentlichen axial gerichteten Tasche 4 des Käfigs aufgenommen. In Umfangsrichtung sind die Kugeln in der jeweiligen Tasche 4 mit den für Kugellagerkäfige 3 üblichen engen Spielen um das eigene Kugelzentrum drehbar aber nicht in Umfangsrichtung gegenüber dem Kugellagerkäfig 3 frei beweglich gehalten. In axiale Richtung ist dies aufgrund der schräg zur Axialrichtung verlaufenden Taschenwandung ebenfalls der Fall.
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Die jeweilige Tasche 5 des Kugellagerkäfigs 3 erstreckt sich der Länge nach nutförmig so, dass die Kugeln in beide Bewegungsrichtungen in berührenden Kontakt mit der Außenlaufbahn 4 und einer Innenlaufbahn auf dem inneren Lagerring stehen können. Die Anzahl der Kugeln einer Tasche 5 ist so gewählt, dass die gewünschte Tragfähigkeit erreicht wird.
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Mehrere der Taschen 5 sind in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 6 zueinander benachbart angeordnet und parallel zueinander ausgerichtet. Der Kugellagerkäfig 3 ist, vorbehaltlich eines geringen montage- und toleranzbedingten Spieles bzw. eines Bewegungsspieles für die umfangsgerichtete Rotationsfreiheit des Kugellagerkäfigs 3, axial relativ zum Lagerring gegenüber einer Axialstütze nahezu unbeweglich gehalten. Die Strecke, um die die Kugeln einer Reihe gegenüber dem Kugellagerkäfig 3 axial beweglich ist, ist größer als ein axiales Bewegungsspiel des Kugellagerkäfigs 3 gegenüber einer Axialstütze Die Strecke entspricht mindestens der Hälfte der Strecke des maximalen axialen Ausgleichs, der mit dem Kugellager 1 durchgeführt werden soll. Die Kugeln sind nicht in Rillen der Laufbahnen geführt, sondern laufen auf im Wesentlichen innen- und außenzylindrisch ausgebildeten Wälzlaufbahnen ab. Deshalb können sie umfangsgerichtet oder axial gerichtet bzw. gleichzeitig umfangsgerichtet und axial gerichtet abwälzen. Der Kugellagerkäfig 3 kann mit den Kugeln aus einer Endposition in eine axiale Richtung oder aus einer Ausgangsstellung zwischen zwei axialen Axialstützen in beide axiale Richtungen insgesamt soviel Weg zurücklegen, wie zur Ausübung des funktionsbedingten Hubs notwendig ist.
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Die Taschen 5 des Kugellagerkäfigs 3 sind so ausgebildet, dass die Kugeln in Umfangsrichtung mit möglichst wenig Taschenspiel geführt sind.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, ist jede Tasche 5 von den Axialrändern des Kugellagerkäfigs 3 mit einem anderen Abstand beabstandet, so dass sich ein Versatz 10 ergibt. Dadurch laufen die in den Taschen 5 anordbaren Kugeln in Umfangsrichtung gesehen jeweils auf einer eigenen Laufbahn. Die Taschen weisen mittig einen Knick 7 auf, wobei vom Knick 7 ausgehend zu den Taschenenden ein erster Abschnitt 7 und ein zweiter Abschnitt 8 angeordnet sind, für die jeweils zwei Kugeln zur Aufnahme vorgesehen sind. Die Winkel der beiden durch die Abschnitte 7 und 8 gebildeten Teiltaschen zur Rotationsachse 6 sind gleich groß, aber entgegen gesetzt gerichtet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugellager
- 2
- Hülse
- 3
- Kugellagerkäfig
- 4
- Außenlaufbahn
- 5
- Tasche
- 6
- Rotationsachse
- 7
- Knick
- 8
- erster Abschnitt
- 9
- zweiter Abschnitt
- 10
- Versatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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