DE4400718C2

DE4400718C2 - Lager für eine Längs- und Drehbewegung

Info

Publication number: DE4400718C2
Application number: DE4400718A
Authority: DE
Inventors: Herbert Zettner; Leo Muentnich; Roland Sarrach
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1994-01-13
Filing date: 1994-01-13
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2014-01-14
Also published as: DE4400718A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Lager für eine Längs- und Drehbewegung, bei der ein Innenteil über in einem zylindrischen Käfig geführte Wälzkörper in einer Boh rung eines Außenteiles geführt ist.

Derartige Lagerungen sind bereits bekannt und werden für die Längsführungen von Stangen mit kreisrundem Querschnitt, beispielsweise in Fahrzeuggetrieben zur Lagerung von Schaltwellen verwendet. Dabei kann es insbesondere bei senkrechtem Einbau der Schaltwelle dazu kommen, daß der Lagerkäfig durch Erschütterungen bzw. Vibrationen von einer gewünschten Mittellage in eine unerwünschte Endlage wandert, was letztendlich dazu führt, daß beim Wechsel der Schaltstellung die Schaltwelle nicht an den Wälzkörpern abrollen kann, sondern über diese hinweggleiten muß, was eine erhöhte Reibung mit sich bringt.

So ist im DE 18 88 455 U1 ein Kugellager für Längsbewegungen beschrieben, das aus einer Anzahl von in einem Käfig geführten und zwischen einer Welle und einer glatten zylindrischen Bohrung einer Laufhülse untergebrachten Kugeln besteht. Um zu verhindern, daß der Käfig in eine unerwünsche Endlage wandert, wird er gegenüber der Kugellaufbahn vorgespannt. Gemäß den Fig. 5 und 6 wird dies dadurch erreicht, daß der Käfig an einer Stelle seines Umfanges mit einem durchgehenden axial verlaufenden Schlitz versehen ist, so daß er sich unter federnder Spannung an die Lagerkugeln anpreßt und diese gegen die äußere Laufbahn drückt. Der Nachteil dieser technischen Variante besteht darin, daß die Vorspannung des Käfigs unter Umständen nicht ausreichend ist.

Nun sind zwar vorgespannte Wälzlagerkäfige bereits in mannigfaltigen Aus führungen bekannt. So ist beispielsweise in der DE 19 32 924 U1 ein Käfig beschrieben, bei dem Teile federnd gegen eine Laufbahn anliegen, d. h. der Käfig elastisch ausgebildet ist. Aus der US 51 65 805 ist ein Käfig vorbekannt, der die Wälzkörper elastisch in radialer Richtung gegen eine Laufbahn preßt.

Dies erfolgt durch ein im Schlitzbereich angeordnetes Federelement. Eine ähnliche Lösung zeigt die ältere Anmeldung DE 42 22 185 A1. Dort erfolgt die Auf weitung des Käfigs durch eine aufgesteckte Blattfeder. Aus der US 44 62 643 ist eine Anordnung bekannt, bei der teilweise abgetrennte Segmente im Bereich einer Tasche mit einer elastisch federnden Anstellung in Richtung eines Außen teils gezeigt sind. Schließlich sind aus der DE 25 25 104 C2 unterschiedliche Profiltiefen von Stegteilen eines Käfigs bekannt. All die genannten Vorveröffent lichungen betreffen jedoch Wälzlager, die ausschließlich rotative Bewegungen ausführen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung den Käfig für ein Lager für eine Längs- und Drehbewegung so weiterzubilden, daß dessen Vorspannung ausreichend ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Käfig zumindest in einem Umfangsabschnitt eine von der Kreisform abweichende, elastisch nach giebige Käfigwölbung aufweist.

Dadurch wird erreicht, daß zumindest einer der Wälzkörper zwischen der Laufbahn des Außenteiles und der Laufbahn des Innenteiles radial elastisch vorgespannt ist und so ein axiales Wandern des Wälzlagerkäfigs verhindert.

Eine besonders günstige Variante dieses erfindungsgemäßen Käfigs ist im An spruch 2 vorgeschlagen. In diesem Fall soll der Käfig als eine Ellipse oder als ein Polygon ausgebildet sein. Ein Käfig in Ellipsenform läßt sich mit einfachen Formwerkzeugen fertigen und spannt an zwei gegenüberliegenden Stellen des Käfigs die Wälzkörper radial elastisch vor. Bei der Ausbildung des Wälzlagerkä figs als Polygon wird erreicht, daß die Wälzkörper an mehreren Stellen radial elastisch vorgespannt sind.

Auch ist es nach Anspruch 3 möglich, daß der Teilkreisdurchmesser bzw. der Innenhalterungsdurchmesser des Käfigs geringfügig größer als deren Solldurch messer sind. Beim Einfügen des mit Wälzkörpern bestückten Käfigs in die Bohrung des Außenteils wird dieser aufgrund seiner geringfügigen Übergröße zusammengepreßt und so in Umfangsrichtung elastisch vorgespannt. Dadurch legen sich die Innenhalterungen des Käfigs ebenfalls an die Wälzkörper an und pressen diese an die Laufbahn im Außenteil, d. h. ein unbeabsichtigtes Wan dern des Käfigs wird vermieden.

In Weiterbildung der Erfindung nach dem unabhängigen Anspruch 4 ist vor gesehen, daß zumindest ein Steg des Käfigs über wenigstens einen Teil seiner axialen Länge in radialer Richtung einen elastisch nach außen gewölbten Bereich aufweist.

Durch den elastisch nach außen gewölbten Bereich des Steges des Käfigs wird erreicht, daß der innere bzw. der äußere Hüllkreisdurch messer der dort befindlichen Wälzkörper vergrößert wird, so daß diese radial elastisch vorgespannt sind. Zweckmäßigerweise wird man in diesem Fall jedoch so vorgehen, daß zwei nebeneinander liegende Stege einen elastisch nach außen gewölbten Bereich aufweisen.

Die gleiche radiale elastische Vorspannung wird nach dem unabhängigen Anspruch 5 auch dann erzielt, wenn von einem Bord des Käfigs wenig stens ein Segment im Bereich einer Tasche abgetrennt ist, so daß diese nur einseitig an einem anderen Bord des Käfigs angebunden ist und unter einem bestimmten Winkel elastisch federnd in Richtung des Außen teiles angestellt ist.

Der oder die in dieser Tasche befindlichen Wälzkörper werden federnd gegen die Laufbahn des Außenteiles gepreßt und somit radial elastisch vorgespannt, wobei der am freigestanzten Ende der Tasche liegende Wälzkörper bzw. Wälzkörperteil die größte Vorspannung aufweist.

In Weiterbildung der Erfindung nach dem unabhängigen Anspruch 6 wird diese radiale elastische Vorspannung auch dann erreicht, wenn wenig stens die Stege einer Tasche nur einseitig an einem Bord des Käfigs angebunden sind, so daß diese unter einem bestimmten Winkelbetrag elastisch federnd in Richtung des Außenteiles angestellt sind. Auch in diesem Fall wird der betreffende Wälzkörper bzw. werden die betreffen den Wälzkörper durch diese freigestanzten Stege federnd gegen die Laufbahn des Außenteiles gepreßt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 7 sollen die einander gegenüberliegenden Endflächen des Käfigs durch ein angebundenes oder nicht angebundenes Federelement unter Vorspannung gehalten sein.

Die beiden Endflächen des Wälzlagerkäfigs werden durch die im Schlitz bereich integrierte Feder in Umfangsrichtung voneinander weggedrückt, so daß der Wälzlagerkäfig in weiten Grenzen der aufgebrachten Feder kraft in Umfangsrichtung elastisch vorgespannt ist. Auf diese Weise wird der Wälzlagerkäfig mit Hilfe des erfindungsgemäßen Federelementes verspannt und mit einer relativ großen Federkraft radial nach außen gedrückt, so daß sich dieser an die Wälzkörper anlegt und diese an die Außenlaufbahn des Außenteils preßt. Auf diese Weise wird das uner wünschte Wandern des Wälzlagerkäfigs in axialer Richtung verhindert.

Schließlich sollen nach einem weiteren Merkmal der Erfindung nach Anspruch 8 die einander gegenüberliegenden Endflächen des Käfigs durch Sollbruchstellen miteinander verbunden sein.

In Verbindung mit der Formgenauigkeit bei der Herstellung von Wälz lagern gewinnen derartige Käfige mit Sollbruchstellen wieder an Bedeu tung, da insbesondere ihre Stabilität und ihr fehlender Versatz in radialer und axialer Richtung die Arbeit erleichtern. Durch die Soll bruchstellen läßt sich der erfindungsgemäße Wälzlagerkäfig wie ein geschlossener Käfig handhaben, der insgesamt formstabil für Handling, Transport und Montage ist.

Schließlich sollen nach einem zusätzlich weiteren Merkmal der Erfin dung nach dem unabhängigen Anspruch 9 zumindest die Stege einer Tasche des Käfigs über wenigstens einen Teil ihrer axialen Länge eine radiale Profiltiefe aufweisen, die kleiner als die Profiltiefe der übrigen Stege ist. Durch diese verkleinerte Profiltiefe der Stege einer oder mehrerer Taschen wird der Hüllkreis der darin befindlichen Wälzkörper vergrößert, so daß das Lager an diesen Stellen eine Vorspannung er hält.

Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Schaltmechanismus in einem Schaltgetriebe,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Lagers, teilweise geschnitten,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Lager nach der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer Draufsicht auf einen Käfig,

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lager, dessen Käfig eine von Kreisform abweichende Wölbung aufweist,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lager, dessen Käfig zumindest zwei nebeneinanderliegende Stege aufweist, die über einen Teil ihrer axialer Länge in radialer Richtung einen gewölbten Bereich aufweisen,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lager, dessen Käfig eine Tasche aufweist, die nur einseitig angebunden ist,

Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7,

Fig. 9 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lager, dessen Käfig wenigstens zwei Stege aufweist, die nur einseitig an einem Bord angebunden sind,

Fig. 10 einen Querschnitt durch ein Lager entsprechend der Linie X-X in Fig. 9 und

Fig. 11 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt eines erfin dungsgemäßen Lagers, dessen Käfig eine Tasche auf weist, deren Stege eine radiale Profiltiefe aufweisen, die kleiner als die Profiltiefe der übrigen Stege ist.

Zur Darstellung des Gesamtzusammenhanges sei zunächst auf Fig. 1 verwiesen.

In einem Getriebegehäuse 24 eines Schaltgetriebes ist in Lagern eine Schaltwelle 1 in Achsrichtung, d. h. längs der Achse 25 verschieblich und in Umfangsrichtung um die Achse 25 schwenkend bewegbar angeordnet. Die Schaltwelle 1 besitzt ein oder mehrere Schaltelemente 26, die in eine Schaltgabel 27 zur Bewegung derselben eingreifen. Um die einzel nen Stellungen der Schaltwelle 1 zu sichern, ist diese bzw. das Schaltelement 26 mit einer Rastausnehmung 28 versehen, in die eine Rastkugel 29 einer Kugelraste 30 eingreift.

In den Fig. 2 und 3 ist ein Lager dargestellt, bei dem eine Welle 1 gemäß Fig. 1 längs- und drehverschieblich geführt ist. In einem Wälzlagerkäfig 5 sind Lagerkugeln 10 geführt, die einerseits auf einer Laufbahn 13 der Welle 1 und andererseits auf einer Laufbahn 12 eines Lageraußenringes 2 abrollen. Der Lageraußenring 2 ist spanlos gefer tigt und an beiden Enden mit radial nach innen gerichteten Borden 3 und 4 versehen. Die Lagerkugeln 10 sind in Taschen 9 untergebracht, die gleichmäßig um den Umfang des zylindrischen Käfigs 5 verteilt angeordnet sind und jeweils vier Lagerkugeln 10 aufnehmen.

Der Wälzlagerkäfig 5 ist aus einem elastischen Material gefertigt und weist an einer Stelle seines Umfanges ausgehend von beiden Stirnflä chen je einen axial verlaufenden Einschnitt 6 und 7 auf. Die beiden axial verlaufenden Einschnitt 6 und 7 begrenzen ein Verbindungselement 8, das die beiden Enden des Wälzlagerkäfigs 5 miteinander verbindet.

Dieses Verbindungselement 8 zeigt eine federnde Wirkung, so daß ins besondere in Umfangsrichtung der Käfig 5 gedehnt wird und die Lagerku geln 10 zur Anlage an die Laufbahn 12 des Außenringes 2 kommen, das heißt das Lager vorspannt. Dies setzt jedoch eine Gestaltung der Ta schen 9 derart voraus, daß sich der Abstand beider Führungsflächen 11 in radialer Richtung nach innen verengt, so daß die Wälzkörper 10 bei abgezogener Welle 1 nicht herausfallen können.

Aus Fig. 4 ist erkennbar, daß der Käfig 5 an einem Ende mit einer Aussparung 16 versehen ist, in die im montierten Zustand zwei Vor sprünge 17 eingreifen. Während des Montagevorganges sind die beiden Enden des Käfigs 5 durch Sollbruchstellen 15 miteinander verbunden.

Auf der einen Seite des Käfigs 5 ist eine Y-förmige Feder 14 angeord net, deren nicht näher bezeichnete Schenkel an der Stirnseite des anderen Endes des Käfigs 5 anliegen und so für eine entsprechende Vorspannung des Lagers sorgen.

Die in Fig. 5 im Querschnitt dargestellte Lagerung der Welle 1 weist einen Käfig 5 auf, der an zwei Umfangsabschnitten eine von der Kreis form abweichende Form aufweist, das heißt der Käfig 5 ist als Ellipse ausgebildet. Diese von der Kreisform abweichende Wölbung ist in radia ler Richtung nachgiebig und sorgt dafür, daß entsprechend der großen Halbachsenlänge a der Ellipse die Lagerkugeln 10 an beiden Hauptschei teln 18 des Käfigs 5 an der Laufbahn 12 des Außenringes 2 anliegen und so das Lager vorspannen.

Der in Fig. 6 dargestellte Längsschnitt zeigt wiederum, daß die Welle 1 über Lagerkugeln 10 im Außenring 2 längs- und drehverschieblich geführt ist. Der Käfig 5 besteht aus kreisringförmigen Borden 19 und 20, die gleichmäßig um den Umfang verteilt durch Taschen 9 bildende Stege 21 miteinander verbunden sind. Zumindest zwei benachbarte Stege einer Tasche 9 des Käfigs 5 sind in ihrer Mitte mit einem elastisch nach außen gewölbten Bereich 22 versehen, so daß die mittlere der Lagerkugeln 10 einen größeren Hüllkreisdurchmesser aufweist, als die ihr benachbarten und somit zur Anlage an die Laufbahn 12 des Lager außenringes 2 kommt, das heißt die mittlere Lagerkugel 10 spannt das Lager vor. Zweckmäßigerweise wird man mehrere Taschen gleichmäßig um den Umfang verteilt mit Stegen versehen, die in radialer Richtung nach außen einen elastisch gewölbten Bereich aufweisen, um eine gleichmäßi ge Vorspannung des Lagers zu erzielen.

Die in den Fig. 7 und 8 dargestellte Lagerung der Welle 1 zeigt einen Käfig 5, der eine Tasche 9 aufweist, die nur einseitig am Bord 20 angebunden ist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist ein Segment 23 des Bordes 19 durch zwei nicht näher bezeichnete Trennfugen von diesem abgetrennt, so daß die gesamte Tasche 9, die von zwei Stegen 21, einem Teil des Bordes 20 und dem abgetrennten Segment 23 des Bordes 19 be grenzt wird, unter einem bestimmten Winkel elastisch federnd in Rich tung des Außenringes 2 angestellt ist. Wie insbesondere aus Fig. 7 ersichtlich, wird das Lager durch Anlage der rechten Lagerkugel 10 an die Laufbahn 12 des Außenringes 2 vorgespannt.

Im Gegensatz zu Fig. 7 und 8 mit einer einseitig angebundenen kom pletten Tasche 9 zeigen die Fig. 9 und 10 zwei Stege 21, die nur am Bord 20 angebunden sind. Wie insbesondere aus Fig. 9 erkennbar ist, sind beide Stege 21 hinter dem Bord 19 durch eine nicht näher bezeich nete Trennfuge freigestellt, so daß sie unter einem bestimmten Winkel in Richtung des Außenringes 2 angestellt sind. Auch in diesem Fall wird die Vorspannung des Lagers durch Anlage der rechten Lagerkugel 10 an die Laufbahn 12 des Lageraußenringes 2 realisiert.

Bei dem in Fig. 11 dargestellten Lager wird die Vorspannung durch eine unterschiedliche Profiltiefe P_R bzw. P_R1 der Stege 21 eingestellt. Die überwiegende Mehrzahl der Stege 21 des Käfigs 5 weist eine Profil tiefe P_R auf, der die Führungsflächen 11 zugeordnet sind. Zumindest eine Tasche 9 des Käfigs 5 ist mit Stegen 21 ausgestaltet, deren Profiltiefe P_R1 kleiner als die Profiltiefe P_R der übrigen Stege ist. Diese verkürzte Profiltiefe P_R1 wiederum ergibt eine Führungsfläche 11.1, die einen vergrößerten Abstand vom Lagermittelpunkt aufweist, so daß die in dieser Tasche befindlichen Wälzkörper 10 gegenüber den übrigen Wälzkörpern 10 einen größeren äußeren Hüllkreisdurchmesser aufweisen, das heißt mit der Laufbahn 12 des Außenringes 2 in Kontakt stehen und so die gewünschte Vorspannung erzielen.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungs beispiele beschränkt. So fällt es auch unter den Erfindungsgedanken, wenn beispielsweise ein oder mehrere Stege bzw. Taschen unter einem bestimmten Winkel elastisch federnd nicht in Richtung des Außenteiles, sondern in Richtung des Innenteils bzw. wechselweise in Richtung des Außenteiles und Innenteiles angestellt sind.

Bezugszeichenliste

1 Welle
2 Außenring
3 Bord
4 Bord
5 Käfig
6 Einschnitt
7 Einschnitt
8 Verbindungselement
9 Tasche
10 Wälzkörper
11 Führungsfläche
11.1 Führungsfläche
12 Laufbahn
13 Laufbahn
14 Feder
15 Sollbruchstelle
16 Ausnehmung
17 Vorsprung
18 Hauptscheitel
19 Bord
20 Bord
21 Steg
22 gewölbter Bereich
23 Segment
24 Getriebegehäuse
25 Achse
26 Schaltelement
27 Schaltgabel
28 Rastausnehmung
29 Rastkugel
30 Kugelraste

Claims

1. Lager für eine Längs- und Drehbewegung, bei der ein Innenteil (1) über in einem zylindrischen Käfig (5) geführte Wälzkörper (10) in einer Bohrung eines Außenteiles (2) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (5) zumin dest in einem Umfangsabschnitt eine von der Kreisform abweichende, elastisch nachgiebige Käfigwölbung aufweist (Fig. 5).

2. Lager für eine Längs- und Drehbewegung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Käfig (5) als Ellipse oder Polygon ausgebildet ist (Fig. 5).

3. Lager für eine Längs- und Drehbewegung, bei der ein Innenteil (1) über in einem zylindrischen Käfig (5) geführte Wälzkörper (10) in einer Bohrung eines Außenteiles (2) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilkreisdurch messer bzw. der Innenhalterungsdurchmesser des Käfigs (5) geringfügig größer als deren Solldurchmesser sind.

4. Lager für eine Längs- und Drehbewegung, bei der ein Innenteil (1) über in einem zylindrischen Käfig (5) geführte Wälzkörper (10) in einer Bohrung eines Außenteiles (2) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Steg (21) des Käfigs (5) über wenigstens einen Teil seiner axialer Länge in radialer Richtung einen elastisch nach außen gewölbten Bereich (22) aufweist (Fig. 6).

5. Lager für eine Längs- und Drehbewegung, bei der ein Innenteil (1) über′ in einem zylindrischen Käfig (5) geführte Wälzkörper (10) in einer Bohrung eines Außenteiles (2) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Bord (19) des Käfigs (5) wenigstens, ein Segment (23) im Bereich einer Tasche (9) abge trennt ist, so daß diese nur einseitig an einem anderen Bord (20) des Käfigs (5) angebunden ist und unter einem bestimmten Winkel elastisch federnd in Rich tung des Außenteiles (2) angestellt ist (Fig. 7 und 8).

6. Lager für eine Längs- und Drehbewegung, bei der ein Innenteil (1) über in einem zylindrischen Käfig (5) geführte Wälzkörper (10) in einer Bohrung, eines Außenteiles (2) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Stege (21) einer Tasche (9) nur einseitig an einem Bord (20) des Käfigs (5) angebun den sind, so daß diese unter einem bestimmten Winkel elastisch federnd in Richtung des Außenteils (2) angestellt sind (Fig. 9 und 10).

7. Lager für eine Längs- und Drehbewegung, bei der ein Innenteil (1) über in einem zylindrischen Käfig (5) geführte Wälzkörper (10) in einer Bohrung eines Außenteiles (2) geführt ist, wobei der Käfig (5) an einer Stelle seines Umfanges einen durch einander gegenüberliegende Endflächen gebildeten axial verlaufen den Schlitz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegen über liegenden Endflächen des Käfigs (5) durch ein angebundenes oder nicht ange bundenes Federelement (8, 14) unter Vorspannung gehalten sind (Fig. 2, 3 und 4).

8. Lager für eine Dreh- und Längsbewegung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Endflächen des Käfigs (5) durch Sollbruchstellen (15) miteinander verbunden sind (Fig. 4).

9. Lager für eine Längs- und Drehbewegung, bei der ein Innenteil (1) über in einem zylindrischen Käfig (5) geführte Wälzkörper (10) in einer Bohrung eines Außenteiles (2) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Stege (21) einer Tasche (9) des Käfigs (5) über wenigstens einen Teil ihrer axialen Länge eine radiale Profiltiefe P_R1 aufweisen, die kleiner als die Profiltiefe P_R der übrigen Stege (21) ist (Fig. 11).