DE4422662A1 - Radiallageranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radiallageranordnung mit einem Lagerkörper mit einer Einrich­ tung zum Zentrieren einer Welle, wobei die Welle gemäß Anspruch 1 entlang der Wellenach­ se verschiebbar, um die Wellenachse drehbar, und gegen die Zentralachse des Lagers schwenkbar zur Lagerung von Wellen und Gestängen, z. B. Schaltgestängen in Kraftfahrzeu­ gen, angeordnet ist.

Bei Wellen und Gestängen, die drehbar und spielfrei gelagert Axialbewegungen ausführen können müssen und Winkelauslenkungen unterworfen werden, ist die Lagerung sehr auf­ wendig. Es sind Radiallager bekannt, die im Zentrum durchbohrte Kugeln aufweisen, die in Kugelpfannen gleitgelagert sind, wobei in der Zentralbohrung der Kugel eine Welle oder Stange verschieblich gleitgelagert ist. Hierbei kann die Welle in der Kugel Längs- und Dreh­ bewegungen durchführen und sich gegenüber dem Lagerkörper, der die genannten Kugel­ pfannen trägt, durch Drehen der durchbohrten Kugel verschwenken. Diese Gleitlageranord­ nung ist eine gut funktionierende Lösung, die aufgrund der Gleitreibung, die unter anderem auch durch die verwendete Werkstoffpaarung und Vorspannung beeinflußt wird, jedoch sehr hohem Verschleiß unterliegt.

Es ist nun eine Aufgabe der Erfindung, eine Radiallageranordnung zu schaffen, die eine Längs-, Dreh- und Winkelbewegung einer darin gelagerten Welle zuläßt, die reibungsarm und spielfrei ist.

Eine Lösung der Aufgabe besteht in einer Radiallageranordnung mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zentrieren erste Wälz­ körper aufweist, gegen deren Oberfläche die Welle abrollbar gelagert ist. Damit ist der Rei­ bungsfaktor zwischen Welle und Lager sehr stark herabgesetzt. Die jetzt nur noch als Rollrei­ bung auftretende Reibung ermöglicht ein wesentlich leichtgängigeres Bewegen der Welle als bei einer Gleitreibungspaarung. Hierbei können die ersten Wälzkörper beispielsweise in einer Kugelpfanne gleitgelagert sein. Eine weitere wesentliche Herabsetzung der Reibung wird bei einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß die ersten Wälzkörper selbst wieder­ um durch zweite Wälzkörper wälzgelagert sind. Damit tritt nur noch Rollreibung im Lager auf. Es versteht sich von selbst, daß damit noch einmal eine wesentliche Reibungsverminde­ rung erreicht wird. In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden je­ weils die ersten Wälzkörper elastisch gegen die Welle gedrückt. Dadurch wird eine "weichere", schlagfreiere Betätigung der Welle gegenüber der Lageranordnung bzw. dem Bauteil möglich, in das die Lageranordnung eingebaut ist. Das elastische Drücken der ersten Wälzkörper gegen die Welle wird beispielsweise dadurch erreicht, daß der Lagerkörper selbst elastisch ausgebildet ist oder dadurch, daß die ersten Wälzkörper von Federelementen gegen die Welle gedrückt werden. Es ist bei dieser Anordnung in vorteilhafter Weise möglich, für größere Schwenkbewegungen der Welle gegenüber dem Lagerkörper absolute Spielfreiheit zu gewährleisten, ohne daß sich dadurch die Reibungsarmut der Wälzlagerung vermindert. Für den Fall, daß eine definierte Vorspannung der Welle im Radiallager gefordert ist, ist es in einer Weiterbildung der Erfindung von Vorteil, die Federelemente im Lagerkörper einstellbar anzuordnen. Zweckmäßigerweise werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung Kugeln als Wälzkörper eingesetzt, wobei es möglich ist, nur die ersten Wälzkörper als Kugeln und die zweiten Wälzkörper beispielsweise als Walzen oder dergleichen auszubilden. Es ist auch denkbar, daß alternativ nur walzen- oder tonnenförmige Wälzkörper zum Einsatz kommen. An die Universalität eines kugelförmigen Wälzkörpers reichen diese jedoch nicht heran. In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Radiallageranordnung, bei der die erste Kugel von zweiten Kugeln wälzgelagert wird, werden die zweiten Kugeln jeweils auf der konkaven Seite einer Kalotte rollbar angeordnet, die im Lagerkörper radial bewegbar angeordnet ist. Es ist hierbei zweckmäßig, Kugelführungselemente einzusetzen, die dem Fachmann im wesent­ lichen bekannt sind, wobei zweckmäßigerweise darauf zu achten ist, daß zwischen erster Ku­ gel und Kalotte nicht zuviele zweite Kugeln, die im übrigen wesentlich kleiner sind als die erste Kugel, angeordnet sind, so daß die momentan nicht tragenden zweiten Kugeln in den jeweils vorhandenen Freiraum rollen können, wodurch ein unendliches Weiterrollen der er­ sten Kugel ermöglicht wird.

Bei Verwendung eines herkömmlichen Kugelführungselementes, das so ausgebildet ist, daß auf der konvexen Seite der Kalotte ein Federelement angeordnet ist, das von einer sich an der Kalotte anschließenden Hülse, die in einer Mantelhülse gelagert ist, umgeben wird, die an ih­ rem von der Zentralachse fernen Ende das Federelement abstützt und sich von dort aus in Richtung zur Zentralachse bis über die Mitte der ersten Kugel erstreckt und an diesem Ende zur Oberfläche der ersten Kugel hin verengt ist, ist es von Vorteil, diese Anordnung so wei­ terzubilden, daß zwischen Kalotte und erster Kugel ein Trennelement angeordnet ist, das verhindert, daß die zweiten Kugeln die Innenwand der Mantelhülse berühren. Es wird da­ durch ein Verklemmen von zweiten Kugeln im kreisförmigen Zwickel zwischen der ersten Kugel und der Innenwand der Mantelhülse vermieden, was ein eventuelles Klemmen oder die Zerstörung von zweiten Kugeln und damit ein Unbrauchbarwerden des Kugelführungsele­ mentes verhindert. In vorteilhafter Weise wird in diesem ringförmigen Zwickel ein Trennele­ ment angeordnet, das diesen kritischen Raum ausfüllt. Dies kann in vorteilhafter Weise ein separater Drahtring sein oder auch eine in die Mantelhülse der Anordnung eingearbeitete Ausbuchtung oder Halteschulter sein.

Die Anordnung wird vorzugsweise mit drei ersten Wälzkörpern ausgerüstet, da hier die Ein­ deutigkeit des Lagers am besten gewährleistet ist und eine Überbestimmung sicher vermieden wird. Zusätzlich zur spielfreien und reibungsarmen Betätigung der Welle kann in vorteilhafter Weise eine zur leichten Bedienbarkeit beitragende Dämpfung erreicht werden, wenn der in der radialen Lageranordnung eingesetzte Lagerkörper ganz oder teilweise aus elastischem Material hergestellt wird. Zur weiteren Betriebssicherheit und Aufrechterhaltung einer mög­ lichst hohen Standzeit der Lageranordnung trägt eine Abdichtung der Wälzkörper zur Welle hin gegenüber der Umgebung bei. Hierbei kann die Radiallageranordnung mit der Welle zu­ sammen vormontiert, vorgeschmiert und abgedichtet als Einbaueinheit vorbereitet werden. Es wird dabei zweckmäßigerweise eine Lebensdauerschmierung vorgenommen.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele mit weiteren Merkmalen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Radiallageranordnung.

Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Anordnung im Schnitt entlang der Linie A-A.

Fig. 3 zeigt schematisch die Anordnung eines Kugelführungselementes gemäß der Er­ findung.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Welle und einem geschnitten dargestellten Lagerkörper.

Fig. 5 zeigt die Darstellung von Fig. 4 etwas verkleinert, sowie im Schnitt die Darstel­ lung der Fig. 4 entlang der Schnittlinie B-B.

In Fig. 1 ist schematisch eine geschnitten als Hohlwelle dargestellte Welle 10 gezeigt, die zwischen drei Kugeln 4 angeordnet ist, die um eine aus der Zeichenebene herauszeigende Zentralachse 12 herum angeordnet sind. Die Kugeln 4 sind bei diesem Ausführungsbeispiel in Kugelführungselementen 1 angeordnet, die in Fig. 2 im Detail beschrieben werden. Diese Kugelführungselemente 1 sind im Lagerkörper 6 sternförmig eingebettet, der bei Verwen­ dung beispielsweise in einem Schaltgestängegehäuse in eine kreisförmige Ausnehmung ein­ gesetzt wird. Es ist mit Hilfe der Darstellung der Fig. 1 gut nachzuvollziehen, wie die ver­ schiedenen geforderten Bewegungsmöglichkeiten der Welle 10 in der Radiallageranordnung aussehen. Die Welle 10 kann sich hierbei um die vertikal aus der Zeichenebene herausragen­ de Zentralachse 12 drehen, sich längs dieser Zentralachse 12 verschieben und gegen diese Zentralachse verschwenken.

In Fig. 2 ist die Darstellung der Radiallageranordnung nach Fig. 2 im Schnitt entlang der Li­ nie A-A schematisch gezeigt. Man erkennt in der Mitte die wiederum als Hohlwelle ausge­ bildete Welle 10, die konzentrisch mit der Zentralachse 12 in dem Lagerkörper 6 angeordnet ist und von den ersten Kugeln 4 dort zentriert wird. Der Lagerkörper 6 weist auf der rechten Seite der Darstellung der Fig. 2 einen ringförmigen Flansch 16 und auf der linken Seite Vor­ sprünge 14 auf, die gleichmäßig auf dem Umfang der linken Lagerkörperwand (wie gut in Fig. 1 zu sehen ist) verteilt angeordnet sind. Die Anordnung des Lagerkörpers 6 in einem Gehäuse- oder Schaltungsbauteil 18 ist hier nur schematisch dargestellt. Die praktische Ver­ wendung einer derartigen Radiallageranordnung kann man sich beispielsweise so vorstellen, daß die Welle 10 an einem Endpunkt dreh-, schwenk- und verschiebbar bezüglich einer Zentralachse angelenkt ist und bei einer entsprechenden Schwenkbewegung, die in Fig. 2 ge­ zeigte Anordnung Lagerkörper 6 und Bauteil 18 in einer zur Zentralachse 12 senkrecht ste­ henden Ebene verschiebt, wobei die Welle 10 sich um einen Winkel von der Zentralachse 12 wegschwenkt. Zwischen Lagerkörper 6 und Welle 10 ist ein ringförmiger Dichtungskörper 7 angeordnet, der, auch wenn die eben beschriebene Schwenkbewegung erfolgt, die Umgebung von dem zwischen den beiden ringförmigen Dichtungen 7 abdichtend abschließt. In der obe­ ren Hälfte der Zeichnung ist eine erste Kugel 4 zu erkennen, die von zweiten Kugeln 3 um­ geben ist, welche von einer Kalotte 2 umgeben werden. Man erkennt, daß zwischen der ersten Kugel 4 und der Kalotte 2 die zweiten Kugeln 3 in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Dies ist zweckmäßig, um den zweiten Kugeln 3 ausreichende Freiräume zu geben, um sich nicht gegenseitig zu behindern und dadurch unnötige Reibung zu verursachen. Das Ku­ gelführungselement 1 weist eine Hülse 20 auf, die die Kalotte 2 trägt. Die Hülse 20 wird, be­ vor die Welle 10 durch die Zentralöffnung des Lagerkörpers 6 eingeführt wird, von dieser Zentralöffnung aus radial nach außen in entsprechende Ausnehmungen im Lagerkörper 6 eingeführt und dort festgelegt. Der Lagerkörper 6 kann ganz oder teilweise aus elastischem Material, wie Gummi, Kautschuk, mit oder ohne Federstahleinlage, oder Kunststoff ausge­ bildet werden. Für den Fall, daß der Lagerkörper 6 auch im Bereich der Vorsprünge 14 ela­ stisch ausgebildet ist, kann der Lagerkörper 6 in das in Fig. 2 gezeigte Bauteil 18 beispiels­ weise von rechts eingeführt werden, worauf sich die Vorsprünge elastisch auf der dem Ring­ flansch 16 des Lagerkörpers 6 gegenüberliegenden Seite am Bauteil 18 anlegen werden und den Lagerkörper dort eindeutig positionieren. Die elastische Ausbildung des Lagerkörpers 6 hat große Vorteile bezüglich des Dämpfungsverhaltens der Anordnung.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Positionierung eines weiteren Kugelführungs­ elementes 1 in dem Lagerkörper 6 einer Radiallageranordnung, wobei der Lagerkörper 6 nur gebrochen dargestellt ist. Bei dieser Anordnung sind, wie bei der Anordnung in Fig. 1 drei um 120° um die Zentralachse versetzte Kugelführungselemente 1 vorgesehen. Da alle drei Elemente 1 identisch sind, wird nur eines dargestellt. Das hier dargestellte Kugelführungsele­ ment 1 besitzt eine Mantelhülse 24, die sich von außen nach innen zur Zentralachse hin er­ streckt. Am zur Mitte der Welle zeigenden Ende der Mantelhülse 24 ist eine erste Kugel 4 von der Mantelhülse derart umgeben, daß die erste Kugel 4 nicht aus der Mantelhülse heraus­ fallen kann, wenn die hier in Betriebsposition dargestellte Welle 10 entfernt würde. Die Ku­ gel 4 wird im wesentlichen in der dargestellten Position gehalten. Dies geschieht dadurch, daß sie über eine Mehrzahl von zweiten Kugeln 3, die von einer Kalotte 2, welche sich wiederum über ein Federelement 5 am von der Zentralachse 12 entfernten Ende der Mantelhülse 24 ab­ stützt, getragen wird. Dreht sich beispielsweise die Kugel 4 auf den Kugeln 3, so wird immer eine gewisse Anzahl von Kugeln 3 nicht belastet, so daß diese sich wieder in die Freiräume, die zwischen den Kugeln liegen, bewegen können, um sich so zu positionieren, daß die Kugel 4 gleichmäßig getragen wird. Die hier gezeigte Wälzkörperwälzlagerung ist dem Fachmann bekannt und wird deshalb nicht weiter detailliert beschrieben. Die sich vom Stand der Tech­ nik jedoch absetzende vorteilhafte Neuerung ist die Anordnung eines Trennelementes 8, das hier beispielsweise in Form eines Drahtringes 8 vorgesehen ist, und das verhindert, das sich Kugeln 3 in den hier vom Trennelement 8 beanspruchten Raum begeben und dort im ringför­ migen Zwickel zwischen der Innenseite der Mantelhülse und der Oberfläche der Kugel ver­ klemmen und damit ein Rollen der Kugel 4 auf den Kugeln 3 verhindern. Durch Einsatz des Trennelementes 8 im Kugelführungselement 1 ist die rollende Lagerung gewährleistet. Das hier dargestellte Kugelführungselement 1 ist als kompakte abgeschlossene Baueinheit denk­ bar, die bei entfernter Welle 10 von der Zentralöffnung des Lagerkörpers 6 aus in die hier dargestellte Position eingeführt wird. Diese Anordnung stellt eine preiswerte Radiallageran­ ordnung dar, die sehr einfach und funktionssicher arbeitet. Sollte es noch erforderlich oder erwünscht sein, daß das Kugelführungselement in seiner Position radial einstellbar sein soll, so kann die Ausnehmung und die Mantelfläche beispielsweise mit einem Gewinde versehen werden und der Boden der Mantelhülse 24, mit Angriffsflächen für ein entsprechendes Werkzeug versehen, zum Verdrehen des Kugelführungselementes 1 durch eine Öffnung 26 ausgebildet sein.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, wobei in einen Lagerkörper 6 mehr als drei, wie beispielsweise in Fig. 5 zu sehen ist, nämlich acht Kugeln zur Zentrierung einer Welle 10 vorgesehen sind. In diesem Fall ist es von Vorteil, den Lager­ körper, wie im Schnitt in Fig. 4 dargestellt ist, auszubilden, indem an jeder Stelle, an der eine erste Kugel 4 angeordnet werden soll, die ringförmige Zentralöffnung des Lagerkörpers 6 von außen nach innen durchbrochen ist, um ein teilweises Durchtreten der Kugeln 4 zu ermögli­ chen. Die Kugeln 4 werden dann von einer Kalotte 2 umgeben, die mit den Kugeln 4 zusam­ men die Kugeln 3 einschließt. Hierbei ist für jede Kugel 4 ein Satz Kugeln 3 und eine diesen umgebende Kalotte 2 vorgesehen. Die Anordnung und die Art eines Federelementes 5 für das zentrale Andrücken der Kugeln 4 zur Zentralachse hin unterscheidet sich von den vorher be­ schriebenen Vorrichtungen. Im Beispiel der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Vorrichtung wer­ den die Kalotten 2 von zwei ringförmigen Federelementen 5 umgeben, die jeweils gemeinsam alle Kalotten 2 gegenüber der Welle 10 vorspannen. Eine Anordnung der Federelemente 5 in der eben beschriebenen Weise bringt die Vorteile einer platzsparenden Bauweise mit sich, ohne die eben beschriebenen Vorteile aufgrund des geringen Raumbedarfs aufgeben zu müs­ sen. So ist beispielsweise auch hier das Trennelement 8 einsetzbar, wie in Fig. 4 gezeigt ist. In Fig. 4 nicht dargestellt, jedoch auch hier anwendbar, ist eine Dichtung 7, wie sie im obigen beschrieben worden ist.

Die in Fig. 5 auf der linken Seite dargestellte Schnittansicht entlang der Linie B-B der Dar­ stellung auf der rechten Seite veranschaulicht eine erfindungsgemäße Anordnung mit acht Kugeln 4. Dies ist nur eine beispielhafte Darstellung. Man kann sich Darstellungen mit mehr oder weniger Kugeln 4 vorstellen, die je nach Größe der Anordnung und Einsatzzweck aus­ gewählt werden können. Auch der hier dargestellte Lagerkörper 6 kann zum Zweck der Dämpfung aus Gummimaterial hergestellt sein oder mit einem einschlägigen Gummidämp­ ferring umgeben werden. Ebenso ist eine Ausführung des Lagerkörpers 6 aus Polyamid oder Druckguß vorstellbar, wobei nach Einsatz der Kugeln 3, 4 und der Kalotten 2 diese über zwei Tragfederringe 5 radial vorgespannt werden und dann der Lagerkörper 6 mit den Einsatztei­ len in ein Blech- oder ein Gummigehäuse eingesetzt wird. Auch bei der in Fig. 5 dargestell­ ten Anordnung ist das Anbringen einer Dichtung 7, wie oben beschrieben, denkbar. Durch eine entsprechende Gestaltung des Lagerkörpers 6 und die darin angeordneten Federelemente 5 ist das Feder- und Dämpfungsverhalten frei bestimmbar.

Bezugszeichenliste

1 Kugelführungselement
2 Kalotte
3 zweite Kugel
4 erste Kugel
5 Federelement
6 Lagerkörper
7 Dichtung
8 Trennelement
10 Welle
12 Zentralachse
14 Vorsprung
16 Flansch
18 Bauteil
20 Hülse
22 Hülse
24 Mantelhülse
26 Öffnung

Claims (17)

1. Radiallageranordnung

• - mit einem Lagerkörper (6)
• - mit einer Einrichtung zum Zentrieren einer Welle (10),
• - wobei die Welle (10) gegen die Einrichtung zum Zentrieren
• - entlang der Wellenachse verschiebbar,
• - um die Wellenachse drehbar und
• - gegen eine Zentralachse (12) des Lagers schwenkbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Einrichtung zum Zentrieren erste Wälzkörper (4) aufweist, gegen deren Oberfläche die Welle (10) abrollbar gelagert ist.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Wälz­ körper (4) selbst wiederum von zweiten Wälzkörpern (3) wälzgelagert sind.

3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein erster Wälzkörper (4) elastisch gegen die Welle (10) gedrückt wird.

4. Lageranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die er­ sten Wälzkörper (4) von Federelementen (5) gegen die Welle (10) gedrückt wer­ den.

5. Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemen­ te (5) im Lagerkörper (6) einstellbar angeordnet sind.

6. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wälzkörper Kugeln (3, 4) sind.

7. Lageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Kugel (4) lagernde zweite Kugeln (3) jeweils auf der konkaven Seite einer Kalotte (2) rollbar angeordnet sind, die im Lagerkörper (6) radial bewegbar angeordnet ist.

8. Lageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der konvexen Seite der Kalotte (2) ein Federelement (5) angeordnet ist, das die Kalotte (2) radial zur Zentralachse (12) hin vorspannt.

9. Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (5) von einer sich an der Kalotte (2) anschließenden Hülse (22) umgeben wird.

10. Lageranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (22) in einer Mantelhülse (24) gleitend gelagert ist, die an ihrem von der Zentralachse (12) fernen Ende das Federelement (5) abstützt und sich von dort aus in Richtung zur Zentralachse (12) bis über die Mitte der ersten Kugel (4) erstreckt und an diesem Ende zur Oberfläche der ersten Kugel (4) hin verengt ist.

11. Lageranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kalot­ te (2) und erster Kugel (4) ein Trennelement (8) angeordnet ist, das verhindert, daß die zweiten Kugeln (3) die Innenwand der Mantelhülse (24) berühren.

12. Lageranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennele­ ment ein Drahtring (8) ist.

13. Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (5) ein- oder mehrteilig ausgebildet ist und sämtliche Kalotten (2) der Lageranord­ nung gemeinsam vorspannt.

14. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß darin drei erste Wälzkörper (4) angeordnet sind.

15. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lagerkörper (6) zumindest teilweise aus elastischem Material besteht.

16. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wälzkörper (4) zur Welle (10) hin gegenüber der Umgebung mit einer Dichtung (7) abgeschlossen sind.

17. Lageranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie als vorge­ schmierte und einbaufertige Baueinheit montiert ist.