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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager zur Lagerung einer Stange, wobei das Wälzlager einen axial beweglichen Käfig, in dessen Taschen Wälzkörper gehaltert sind, aufweist und einen Laufkörper, der eine Lagerlaufbahn für die Wälzkörper bildet.
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Ein derartiges Wälzlager weist mehrere Wälzkörper auf, welche zwischen zwei Laufkörpern, einem inneren und einem äußeren, abwälzen. Die Laufkörper erstrecken sich konzentrisch zueinander um eine Symmetrieachse und sind in radialer Richtung und/oder in Richtung der Symmetrieachse in einer Dreh- und/oder Linearbewegung zueinander geführt. Die Lageranordnung weist eine radiale Lagerluft auf, um welche der innere Laufkörper gegenüber dem äußeren Laufkörper von einer ersten Grenzstellung zu einer gegenüberliegenden zweiten Grenzstellung radial verschiebbar ist.
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Häufig ist es erforderlich, Wellen oder Stangen sowohl axial verschiebbar als auch drehbar zu lagern. Ein Lager, das sowohl eine Axial- als auch eine Radiallagerung zur längsverschieblichen und drehbaren Lagerung aufweist, ist beispielsweise aus
DE 31 05 632 A1 bekannt. Dort kommen zur Bildung des Axiallagers mehrere in einem Käfig gehalterte Wälzkörper in Form von Nadeln zum Einsatz. Die Drehlagerung erfolgt über einen weiteren, äußeren Nadelkranz mit axial ausgerichteten Nadeln. Diese Nadeln laufen sowohl auf dem die Axiallagernadeln halternden Käfig als auch der entsprechend ausgebildeten Außenfläche der zu lagernden Welle ab. Umgriffen wird der Nadelkranz von einem weiteren Laufring, der eine ballige Außenfläche besitzt, die wiederum in einer komplementär geformten Innenlauffläche eines weiteren Außenrings aufgenommen ist. Hierüber wird eine gewisse Verkippbarkeit sichergestellt, die es ermöglicht, kleinere Winkelfehler, die in der Montage auftreten können, auszugleichen, so dass die Axial- und Radiallager im Wesentlichen gleichmäßig belastet werden. Nachteilig ist jedoch der äußerst komplexe Aufbau dieser Lagereinheit. So sind zur Bildung des Axial- und Radiallagers mehrere unterschiedliche Lagergruppen, diverse Bauteile zur Bildung des Käfigs sowie der Außenführung des äußeren Nadelkranzes erforderlich.
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Die Lagerluft, auch als Lagerspiel bezeichnet, reduziert sich im eingebauten Zustand gegenüber dem nicht eingebauten Zustand des Wälzlagers nur teilweise. 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 Hertzsche Pressungen hervorrufen können, was zu Schäden und sogar zu einem Versagen der Lagerordnung führen kann.
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Ein Anwendungsgebiet derartiger Wälzlager sind Schaltgetriebe in Kraftfahrzeugen, bei denen Schaltgabeln auf einer Welle innerhalb des Schaltgetriebes sowohl rotatorisch als auch linear gelagert sind. Aufgrund der erheblichen Vibrationen und Schwingungsanregungen des Schaltgetriebes, welche unter anderem von der Brennkraftmaschine und von äußeren Erschütterungen herrühren, ist es bekannt, Lageranordnungen mit einer Lagerluft vorzusehen.
DE 10 2006 057 451 A1 zeigt eine derartige Lageranordnung. Über einige im Durchmesser vergrößerte und nachgiebige Wälzkörper kann eine Vorspannung eingebracht werden, über die die Lagerlaufbahnen auch im unbelasteten Zustand gekoppelt sind und über die eine Dissipation der Schwingungsenergie möglich und einer Geräuschentwicklung entgegengewirkt wird.
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Bei Stangen und Wellen, deren Rotationsachse in Richtung der Schwerkraft orientiert ist, kann ein sogenanntes Käfigrutschen auftreten. Darunter wird verstanden, dass der Käfig sich aufgrund extern eingebrachter Vibrationen oder seines Eigengewichts entlang der zu lagernden Welle verschiebt, bis er eine Endlage erreicht. Soll dann die Welle später axial verschoben werden, kann der Käfig unter Umständen nicht mehr relativ zur Welle verschoben werden, da er die Endlage bereits erreicht hat. Damit kann das Wälzlager durch die Hubbegrenzung nur noch als Gleitlager arbeiten. Dieser Effekt des Käfigrutschens erhöht die Reibung, den Verschleiß und die aufzubringende Kraft. Je nach Einbausituation und wechselnder Umgebungsbedingungen, die unterschiedliche Schwingungen erzeugen, ist der Effekt auch nicht notwendigerweise deterministisch.
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Die vergrößerten Wälzkörper in der
DE 10 2006 057 451 A1 üben zwar ein Haltemoment zwischen den beiden Laufkörpern aus, können ein Käfigrutschen aber nicht verhindern, sondern den Effekt lediglich vermindern. Die vergrößerten Wälzkörper erhöhen die Reibung zwischen den beiden Laufkörpern. Allerdings können Schwingungen, wie sie beim Überfahren von Unebenheiten oder aufgrund der Vibrationen der Brennkraftmaschine eingebracht werden, immer noch den Käfig verschieben. Um diese wirksam zu unterbinden, müsste der Durchmesser der nachgiebigen Wälzkörper so weit vergrößert werden, dass sie mit den übrigen Kugeln in einer Tasche kein axiales Spiel mehr aufweisen. Ist aber dieses Spiel eliminiert, erhöht sich die Reibung des Wälzlagers erheblich, weil dann die tragenden Kugeln auch bei der Axialbewegung des Lagers untereinander spielfrei abwälzen.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lageranordnung zu schaffen, welche den vorgenannten Zielkonflikt löst und ein reibungsarmes Linearwälzlager bereitstellt, bei dem ein Käfigrutschen vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Wälzlager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Dadurch dass die die Haltekraft für den Käfig nicht über ein Vorspannen von Wälzkörpern, sondern über ein Anfedern des Käfigs erzeugt wird, kann für die Wälzkörper weiterhin ein axiales Spiel vorgehalten werden, so dass sich die Rollreibung nicht wesentlich erhöht. Damit ist für die Aufrechterhaltung der Axialposition des Käfigs in Grenzen gesichert; erst, wenn ein Schwellwert durch eine von außen aufgebrachte Kraft überschritten wird, erfolgt ein Auf-Block-Fahren der Feder. Die Erfindung ermöglicht damit ein Halten des Käfigs auch in ungünstigen Belastungssituationen. Ferner kann durch den Verzicht auf Kunststoffkugeln die Tragfähigkeit des Lagers erhöht werden, und die Montage ist aufgrund der Tatsache, dass keine unterschiedlichen Kugeln eingesetzt werden, erleichtert. Schließlich wird die Toleranzempfindlichkeit reduziert.
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Vorzugsweise ist die Feder derart ausgelegt, dass eine Anschlagen des Käfigs an einer Endposition unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen und in Abhängigkeit der Einbaulage des Wälzlagers gerade noch in jeder Situation unterbunden wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Federkraft so stark ist, dass erst nach Überschreiten eines Schwellwertes der Käfig überhaupt verschiebbar ist. Für diesen Zweck eignen sich beispielsweise Tellerfedern.
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Durch das Anfedern des Käfigs ist sichergestellt, dass einerseits ein Käfigrutschen hinreichend vermieden und andererseits die Reibung nur unwesentlich erhöht wird. In einer Ausführungsform liegt die erzeugte Vorspannkraft im Bereich des ein- bis vierfachen der Gewichtskraft des Käfigs. Besonders geeignet sind Verhältnisse von Vorspannkraft zu Gewichtskraft von 1,5 bis 3. Für Umgebungsbedingungen, die weniger Schwingungen von außen ausgesetzt sind, kann das Verhältnis von 1,1 bis 1,5 ausreichend sein.
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In einer Ausführungsform ist der Käfig lediglich einseitig angefedert. Ist beispielsweise die zu lagernde Welle in Richtung der Schwerkraft orientiert, genügt es häufig, den Käfig auf der der Seite anzufedern, in welche Richtung die Schwerkraft wird. Damit wird eine Feder eingespart. In einer anderen Ausführungsform ist der Käfig beidseitig angefedert, so dass der Käfig ohne externe Krafteinwirkung eine definierte Ruheposition einnimmt.
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Das Abstützen der Federn erfolgt am Käfig vorzugsweise unmittelbar auf den Stirnseiten. Ist der Laufkörper, an dem sich das andere Federende abstützt, als Hülse oder Buchse ausgebildet, weist diese bevorzugt einen Ringflansch zu diesem Zweck auf.
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Die Feder kann sich über den Großteil der axialen Länge der Buchse erstrecken, um möglichst gut einfedern zu können.
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Der Käfig kann zusätzlich zur Feder mit in Umfangsrichtung verteilten Noppen sein. Diese helfen den Käfig zu zentrieren.
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Weiterhin erstreckt sich die vorliegende Erfindung auf Lager 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 Lageraußenring in der Ausführung einer Kugelführung auch durch einen Hohlzylinder gebildet sein kann.
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Vorteilhafterweise verformt sich der Käfigs beim Einführen in die Buchse nicht. Damit wird die Führung der Wälzkörper nicht beeinträchtigt. Dadurch dass ferner keine Kunststoffkugeln vorgehalten werden brauchen, steigt die Tragfähigkeit des Lagers.
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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 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.
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Als Werkstoffe für den Käfig sind beispielsweise Kunststoff oder Stahl vorgesehen. Ein erfindungsgemäßer Kunststoffkäfig kann auf einfache Weise im Spritzgussverfahren gefertigt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Wälzlagers nach dem Stand der Technik im Querschnitt mit vier Nachgiebigkeitskörpern,
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2 eine schematische Anordnung einer Schaltgabel in der Einbausituation innerhalb eines Kraftfahrzeuggetriebes,
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3 einen Längsschnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes Wälzlager mit einer Schraubendruckfeder,
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4 einen Längsschnitt durch ein zweies erfindungsgemäßes Wälzlager mit einer Schraubendruckfeder und
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5 einen Längsschnitt durch ein drittes erfindungsgemäßes Wälzlager mit einer Wellfeder.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das in der 1 gezeigte Wälzlager 1 weist als Lageranordnung beispielhaft zwei Kugelführungen auf. Die Kugelführungen umfassen jeweils Wälzkörper 2, die zwischen einem zweiten Laufkörper 3 und einem ersten Laufkörper 4 angeordnet sind. Der zweite Laufkörper 3 ist als innerer Laufkörper durch eine Welle dargestellt, welche zur Aufnahme einer Schaltgabel 10 ausgeführt ist. Die Schaltgabel 10 ist mittels der erfindungsgemäßen Lageranordnung sowohl in Richtung einer Symmetrieachse 5 translatorisch und um diese ebenfalls rotatorisch beweglich. Der erste Laufkörper 4 ist jeweils als äußerer Laufkörper durch eine Buchse dargestellt, so dass die Wälzkörper 2 zwischen den Laufkörpern 3, 4 angeordnet sind. Ein Doppelpfeil deutet die translatorische Beweglichkeit des Wälzlagers 1 an, so dass sich die Wälzkörper 2 relativ zur jeweiligen Buchse mit dem halben Weg bezogen auf die äußeren Laufkörper 4 entlang der Symmetrieachse 5 hin und her bewegen. Die Hülsen stellen daher den jeweiligen Lageraußenring 9 dar, wobei die Lageraußenringe 9 innerhalb des Grundkörpers der Schaltgabel 10 aufgenommen sind.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung einer Schaltgabel 10 auf einem als Welle ausgebildetem zweiten Laufkörper 3, wobei die Schaltgabel 10 mit einer Schiebemuffe 11 zusammenwirkt. Wird die Schiebemuffe 11 aufgrund von Rundlauffehlern auf der Getriebewelle bzw. aufgrund von Fluchtungsfehlern mit einer Schwingung angeregt, so überträgt sich diese auf die Schaltgabel 10. Beispielhaft ist ein Schwingungsausschlag 12 der Schiebemuffe 11 angedeutet, welche durch den Arm der Schaltgabel 10 auf diese übertragen wird. Dieser Schwingungsausschlag 12 kann zu einem ersten Schaltgabelversatz 13 oder zu einem zweiten Schaltgabelversatz 14 führen, welche beispielhaft mit einer gestrichelten bzw. einer kontinuierlichen Linie dargestellt sind. Die Darstellung zeigt eine Schwingung unter einem Winkelversatz zur Symmetrieachse 5, wobei auch andere Schwingungsausbildungen möglich sind.
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3 zeigt einen Längsschnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes Wälzlager 1 mit Wälzkörpern 2. Die Buchse 24 bildet den ersten Laufkörper 4 und weist an ihren axialen Enden jeweils einen nach innen gerichteten, ringförmigen Flansch 26 auf, der als Anschlag für den Käfig 20 dient.
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Der Käfig 20 ist aus Kunststoff ausgebildet und nimmt in Taschen 21 jeweils vier metallische Kugeln als Wälzkörper 2 auf. Dabei weist der Käfig 20 zwei ringförmige Stirnseiten 15, 16, auf, an denen sich jeweils ein Federende abstützt. Das jeweils andere Federende stützt sich am ringförmigen Flansch 26 ab. Da nicht die Wälzkörper 2 aneinander abwälzen, ist die Reibung dieses Lagers nicht erhöht.
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Die Ausführungsform nach 3 zeigt eine Feder, die als Schraubendruckfeder mit kreisförmigem Durchmesser ausgebildet ist. Die Ausführungsformen nach 4 und 5 unterscheiden sich von der in 3 lediglich durch die Art der verwendeten Feder. In 4 ist eine Schraubendruckfeder mit achteckigem Querschnitt dargestellt, die sich ggf. bei einer Verdrehung des Lagers am Außenmantel abstützen kann. 5 zeigt eine Wellfeder aus dünnem Bandmaterial.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Wälzkörper
- 3
- zweiter Laufkörper
- 4
- erster Laufkörper
- 5
- Symmetrieachse
- 6
- Lagerluft
- 7
- Nachgiebigkeitskörper
- 8
- Wälzdurchmesser
- 9
- Lageraußenring
- 10
- Schaltgabel
- 11
- Schiebemuffe
- 12
- Schwingungsausschlag
- 13
- erster Schaltgabelversatz
- 14
- zweiter Schaltgabelversatz
- 15
- erste Stirnseite
- 16
- zweite Stirnseite
- 17
- Feder
- 20
- Käfig
- 21
- Tasche
- 23
- Welle
- 24
- Buchse
- 26
- Flansch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3105632 A1 [0003]
- DE 102006057451 A1 [0005, 0007]
