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Die
Erfindung betrifft ein Linear-Kugellager entsprechend dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Derartige
Linear-Kugellager werden beispielsweise bei mechanischen Kraftfahrzeug-Schaltgetrieben
zur dreh- und axialverschiebbaren Führung und Lagerung der Schaltstange
eingesetzt. Hierbei kann es zu Störungen und Hemmungen an der
inneren Schaltkulisse kommen, in welche ein Führungsstift eingreift, beispielsweise
wenn dieser von der Schaltkulisse geführt aus dem 5. Gang in den
4. Gang übertreten
soll.
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Es
wurde festgestellt, daß bei
Auftreten dieser Hemmungen der Kugelkäfig sich in einer seiner beiden
Grenzlagen befindet und dem betreffenden Flansch der Lagerhülse anliegt.
Bei etwa senkrechter Ausrichtung der Schaltstange liegt dabei der
Kugelkäfig
mit seinem unteren Ende dem unteren Flansch der Lagerhülse an.
In dieser Stellung können
die praktisch stillstehenden Kugeln des Kugelkäfigs nicht mehr an der Lagerhülse und/oder
der Stange abwälzen,
wodurch eine erhöhte
Reibung zwischen der Stange und den Kugeln auftritt, welche für die Durchführung von
Relativbewegungen zwischen Lagerhülse und Stange einen erhöhten Kraftaufwand
erforderlich macht.
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Bei
einem bekannten Linear-Kugellager (
DE 91 12 658 U1 ) sollen ungewollte Verschiebungen
des Kugelkäfigs
dadurch vermieden werden, daß mindestens
einer der Wälzkörper bzw.
eine der Kugeln in dem Wälzlager
bzw. Kugelkäfig
aus einem gummielastischen Material besteht und gegenüber den
anderen Wälzkörpern/Kugeln Übermaß aufweist.
Aufgrund dieser Ausbildung soll erreicht werden, daß der gummielastische
Wälzkörper ungewollten
Verschiebungen einen erheblichen Reibungswiderstand entge gensetzt,
aber rollende Bewegungen aufgrund seiner Materialeigenschaften ohne
weiteres ausführt. Aufgrund
dieser Anordnung setzt der gummielastische Wälzkörper aber auch gewollten Verschiebungen
einen erhöhten
Reibungswiderstand entgegen. Wenn aber der Wälzlagerkäfig trotz der erhöhten Reibung
innerhalb der Lagerhülse
eine seiner durch die Flansche begrenzten Endpositionen erreicht
hat, dürfte
wegen der dann mindestens erschwerten Wälzbewegungen der Wälzkörper die
Reibung durch den gummielastischen Wälzkörper noch erhöht werden.
Darüber
hinaus unterliegen gummielastische Werkstoffe einer natürlichen
Alterung, wodurch der Reibungskoeffizient sich so ändern kann,
daß die gummielastischen
Wälzkörper ungewollte
Verschiebungen nicht mehr verhindern können. In die gleiche Richtung
wirken auch Schmiermittel, die in die bekannten Linear-Kugellager
eindringen können.
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Bei
einem bekannten Linear-Kugellager (
DE 35 39 860 A1 ) der im Oberbegriff des Anspruchs
1 angegebenen Ausbildung sind die zu beiden Seiten des Kugelkäfigs angeordneten
Federn als Schraubendruckfedern ausgebildet, die einstückig an
den Kugelkäfig
angeformt sind. Hierbei muß konstruktionsbedingt
innerhalb der Lagerhülse
ein verhältnismäßig langer
axialer Einbauraum vorgesehen werden, weil sich die Federn mit ihren
Windungen zu einem Windungspaket aufeinanderlegen, wenn die Federn
zusammengedrückt
werden. Der Kugelkäfig kann
sich daher bei Annäherung
an einen der Flansche der Lagerhülse
diesem nur soweit annähern, wie
es das aus mehreren Windungen zusammengedrückte Windungspaket der betreffenden
Schraubendruckfeder gestattet. Durch die einstückige Ausbildung der Federn
und des Kugelkäfigs
können
die Federn nicht separat insbesondere nicht nachträglich montiert
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Linear-Kugellager der
eingangs angegebenen Ausbildung bereitzustellen, bei welchem mit
platzsparenden einfachen Mitteln verhindert wird, daß der Kugelkäfig in eine
seiner Grenzlagen gelangen bzw. darin verharren kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die davon abhängigen
Ansprüche
2 und 3 betreffen vorteilhafte oder zweckmäßige Weiterbildungen, die nachfolgend ebenfalls
näher beschrieben
sind.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung
der Feder als Federring wird erreicht, daß die Feder keine größere Axialabmessung
hat, so daß sich
die Feder in einem in seiner axialen Länge begrenzten Innenraum des
Linear-Kugellagers unterbringen läßt. Die erfindungsgemäß ausgebildete
Feder ist bei einfachster Gestaltung sehr wirksam, dennoch preiswert herzustellen
und läßt sich
infolge des Schlitzes auch nachträglich in die Lagerhülse trotz
der nach innen gerichteten Flansche durch die verbleibenden kreisförmigen Öffnungen
hindurch unter elastischer Deformation einsetzen.
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Die
Feder bzw. die beiden Federn können auch
während
der Fertigung des Linear-Kugellagers zusammen mit dem Kugelkäfig in die
Lagerhülse
eingesetzt werden, bevor die Endbereiche der Lagerhülse zur
Bildung der Flansche umgebördelt
werden.
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Wenn
zu beiden Seiten des Kugelkäfigs
entsprechende Federn angeordnet sind, die sich jeweils an dem benachbarten
Flansch der Lagerhülse
abstützen,
wird sichergestellt, daß die
besonderen Wirkungen des erfindungsgemäßen Linear-Kugellagers nicht
nur einseitig, sondern beidseitig erzielt werden. Eine solche Anordnung
kann bei etwa horizontaler Achslage des Linear-Kugellagers von Vorteil sein. Bei etwa
senkrechter Achslage ist es aber in der Regel ausreichend, wenn
eine Feder nur zwischen dem unteren Flansch der Lagerhülse und
dem unteren Ende des Kugelkäfigs
angeordnet ist.
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Sollte
der Kugelkäfig
des erfindungsgemäßen Linear-Kugellagers
bei einer axialen Relativverschiebung zwischen der Lagerhülse und
der Stange oder Welle in die Nähe
des Flansches gelangen, an welchem sich die Feder abstützt, schiebt
die Feder den Kugelkäfig
wieder in eine abwälzfähige mittlere Position
in der Lagerhülse
zurück,
so daß bei
Einleitung einer erneuten oder weiteren Axialverschiebung der Stange
oder Welle der Kugelkäfig
nicht an dem betreffenden Flansch der Lagerhülse anliegen kann und die Kugeln
ungehindert an den Wandungen der Lagerhülse und der Stange frei abwälzen können. Die
eingangs geschilderten Störungen
oder Hemmungen von Relativbewegungen zwischen der Lagerhülse und
der Stange oder Welle infolge erhöhter Reibung können daher
bei dem erfindungsgemäßen Linear-Kugellager nicht
auftreten.
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Die
Feder kann sich in dem ihr zugewiesenen, sich bei Relativverschiebungen
zwischen dem Kugelkäfig
und der Lagerhülse
in seiner axialen Dimension ändernden
Raum, geführt
durch die Innenfläche
der Lagerhülse
und die Umfangsfläche
der Stange, frei bewegen. Vorzugsweise ist jedoch gemäß Anspruch
2 vorgesehen, daß das
dem betreffenden Flansch der Lagerhülse zugekehrte Ende der Feder
an diesem Flansch festgelegt ist, so daß die Feder bezüglich der
Lagerhülse
ortsfest ist. Diese Festlegung der Feder kann auf einfache Weise
nach Anspruch 3 dadurch realisiert werden, daß die Feder mit einem Teilbereich
ihres Umfangs in eine an den betreffenden Flansch angrenzende Umfangsnut
in der Innenfläche
der Lagerhülse
eingreift. Der freie Teilbereich des Federumfangs steht dabei elastisch verformbar,
d.h. biegbar, von dem betreffenden Flansch in Richtung des Kugelkäfigs vor.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen
näher erläutert. Darin
zeigt:
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1 einen
axialen Längsschnitt
durch ein Linear-Kugellager
mit hindurchgeführter
Stange, bei nichtgeschnittenem Kugelkäfig und mit einer an einem
Ende der Lagerhülse
festgelegten Feder,
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2 einen
weiteren axialen Längsschnitt durch
das Lager gemäß 1,
jedoch gegenüber der
Darstellung nach 1 um 90° um die Achse gedreht,
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3 einen
anderen axialen Längsschnitt durch
das in den 1 und 2 dargestellte
Lager, jedoch mit nicht an der Lagerhülse festgelegter Feder, mit
geschnittenem Kugelkäfig,
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4 eine
Draufsicht auf die Feder,
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5 die
Seitenansicht der Feder gemäß 4 in
der Blickrichtung entsprechend dem Pfeil V in 4 und
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6 einen
axialen Längsschnitt
durch ein in eine Führungsbuchse
eines mechanischen Kraftfahrzeug-Schaltgetriebes
eingesetztes Linear-Kugellager, ähnlich
dem in 2 dargestellten, jedoch mit geschnittenem Kugelkäfig, ohne
Schaltstange.
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Das
in den 1 bis 3 und 6 dargestellte
Linear-Kugellager besitzt einen Kugelkäfig 1 mit auf seinem
Umfang verteilt angeordneten Kugeln 2, die in mehreren,
beispielsweise vierzehn, parallel zur Mittelachse des Kugelkäfigs 1 ausgerichteten Reihen
vorgesehen sind. Der Kugelkäfig 1 ist
innerhalb ei ner zylindrischen Lagerhülse 3 angeordnet, die
an beiden Enden mit nach innen gerichteten Flanschen 4 zur
Begrenzung der Verschiebebewegung des Kugelkäfigs 1 in der Lagerhülse 3 vorgesehen sind.
Durch das Linear-Kugellager ist eine im Durchmesser auf die Lagerabmessungen
so abgestimmte zylindrische Stange 5 hindurchführbar, daß bei relativen
Axialverschiebungen zwischen der Lagerhülse 3 und der Stange 5,
aber auch bei Drehbewegungen der Stange 5 in der Lagerhülse 3 die
Kugeln 2 sowohl an der Innenwand 6 der Lagerhülse 3 als
auch an der Umfangsfläche
der Stange 5 abwälzen.
Die Flansche 4 bzw. die von ihnen eingeschlossenen kreisförmigen Öffnungen
sind so bemessen, daß die
Stange 5 berührungsfrei
hindurchtreten kann. Das bisher beschriebene Linear-Kugellager entspricht
dem Stand der Technik.
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In
den 1 bis 3 und 6 ist durch die
gezeichnete Lage des Linear-Kugellagers angedeutet, daß dieses
innerhalb der Gesamtkonstruktion eines Kraftfahrzeug-Schaltgetriebes
etwa senkrecht angeordnet ist. Die nachfolgenden beschreibenden Hinweise "unten" und "oben" beziehen sich auf
diese Lage des Linear-Kugellagers.
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Am
unteren Ende der Lagerhülse 3 ist
zwischen dem unteren Flansch 4 und dem Kugelkäfig 1 eine
elastisch zusammendrückbare
Feder 7 innerhalb der Lagerhülse 3 angeordnet.
Die als Federring ausgebildete Feder 7, die in ihrer bevorzugten
Ausführungsform
nachfolgend noch näher
beschrieben wird, weist sowohl gegenüber der Innenwand 6 der Lagerhülse 3 als
auch gegenüber
der Umfangsfläche der
Stange 5 Radialspiel auf, so daß sie auch bei elastischer
Verformung im Sinne einer Annäherung an
ihre Planlage nicht in der Lagerhülse 3 und auch nicht
an der Stange 5 verklemmen kann.
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Die
Feder 7 in ihrer bevorzugten in den 4 und 5 näher dargestellten
Ausführungsform
ist aus dünnem
Federstahlblech geformt. Bei einem Linear-Kugellager von etwa 23
mm Außen durchmesser
der Lagerhülse 3 ist
das Federstahlblech etwa 0,5 mm dick. Außen- und Innendurchmesser der
Feder 7 betragen hierbei etwa 20 mm bzw. etwa 16 mm, so
daß eine
Ringbreite von etwa 2 mm resultiert. Die Ringstruktur der Feder 7 ist
durch einen Schlitz 8 von etwa 3 mm Breite unterbrochen.
Ausgehend von einem dem Schlitz 8 gegenüberliegenden ebenen Ringbereich 9 ist
der Federring mit seinen beiden Enden in entgegengesetzte Richtungen
abgebogen, so daß zwischen
den beiden Federenden ein Abstand in axialer Richtung von etwa 5
mm entstanden ist. Damit beträgt
der Federweg maximal etwa 5 mm, was sich für den mit der Erfindung beabsichtigten
Zweck als ausreichend herausgestellt hat.
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Die
Feder 7 kann frei, d.h. nicht an der Lagerhülse 3 (oder
dem Kugelkäfig 1 festgelegt,
in den unteren Raum zwischen dem unteren Flansch 4 und dem
Kugelkäfig 1 eingesetzt
werden, wie das in 3 dargestellt ist. Die Feder 7 kann
aber auch mit ihrem dem unteren Flansch 4 der Lagerhülse 3 zugekehrten
Ende bzw. einem Teilbereich ihres Umfangs an diesem Flansch 4 bzw.
in seiner unmittelbaren Nähe
festgelegt sein. Wie die 1, 2 und 6 zeigen,
ist zu diesem Zweck an einem Ende der Lagerhülse 3 eine an den
Flansch 4 angrenzende Umfangsnut 10 in der Innenfläche 6 der
Lagerhülse 3 vorgesehen,
in welche die Feder 7 eingreift. Der Schlitz 8 in
der Ringkonstruktion der Feder 7 erlaubt in jedem Fall
eine derartige elastische Deformation der Feder 7, daß diese
durch die untere Öffnung
der Lagerhülse 3 hindurch
in die Lagerhülse
eingesetzt werden kann.
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Selbstverständlich kann
die Feder 7 schon bei der Herstellung des Linear-Kugellagers,
d.h. vor dem Bördeln
der Flansche 4, eingesetzt werden. Obwohl für die hier
behandelte Gebrauchslage des Linear-Kugellagers nur unten eine Feder 7 angeordnet ist,
kann auch oben eine Feder 7 zwischen Flansch 4 und
Kugelkäfig 1 eingesetzt
sein, wie es beispielsweise für
etwa horizontale Gebrauchslagen des Linear-Kugellagers sinnvoll
sein kann. Dementsprechend kann an beiden Enden der Lagerhülse 3 eine
Umfangsnut 10 zum Festlegen von Federn vorgesehen werden.
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In 6 ist
das Linear-Kugellager in eine Führungsbuchse 11 eingesetzt
dargestellt. Das obere Ende der Führungsbuchse 11 nimmt
einen Radialwellendichtring 12 auf, welcher gegenüber der
nicht dargestellten Welle oder Stange abdichtet.
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Die
Feder 7 verhindert zuverlässig, daß der Kugelkäfig 1 sich
in die untere Endstellung auf Anschlag mit dem unteren Flansch 4 verschiebt
oder sogar dort verbleibt, so daß die Kugeln 2 nicht
mehr an der Innenfläche 6 der
Lagerhülse 3 und
der Umfangsfläche 5 abwälzen können. Die
Feder 7 übt
bei Annäherung
des Kugelkäfigs
an den Flansch 4 unter Abstützung an diesen Flansch eine
zunehmende Rückstellkraft
auf den Kugelkäfig 1 aus.
Auf diese Weise sorgt die Feder 7 dafür, daß der Kugelkäfig 1 relativ zur
Lagerhülse 3 stets
in eine abwälzfähige Stellung verlagert
wird.
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Es
wird ein Linear-Kugellager, insbesondere für die Anwendung bei mechanischen
Kraftfahrzeug-Schaltgetrieben zur dreh- und axialverschiebbaren
Führung
und Lagerung der Schaltstange, vorgeschlagen. Das Lager weist einen
in einer Lagerhülse
angeordneten Kugelkäfig
auf, dessen Kugeln bei Relativbewegungen zwischen Lagerhülse und
Kugelkäfig
sowohl an der Innenfläche
der Lagerhülse
als auch an der Umfangsfläche
der Stange abwälzen. Um
zu verhindern, daß der
Kugelkäfig
in eine seiner Grenzlagen gelangen bzw. darin verharren kann, ist vorgesehen,
daß mindestens
an einem Ende der Lagerhülse
eine zusammendrückbare
Feder erfindungsgemäßer Ausbildung
innerhalb der Lagerhülse vorgesehen
ist, die bei Annäherung
des Kugelkäfigs an
das Ende der Lagerhülse
unter Abstützung
an diesem Ende eine zunehmende Rückstellkraft
auf den Kugelkäfig
ausübt.