DE10106982A1

DE10106982A1 - Linearführung

Info

Publication number: DE10106982A1
Application number: DE10106982A
Authority: DE
Inventors: Alexander Zernickel; Horst Doeppling
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-08-29
Also published as: US20060005659A1; WO2002064989A1; JP2004518099A; US6948401B2; KR20030077008A; EP1360423A1; US20040109620A1; US7147375B2

Abstract

Bei einer Linearführung zum Übertragen von Drehmomenten zwischen einem rohrförmigen, um seine Längsachse drehbaren Gehäuse (2) und einer darin über Wälzkörper axial verschiebbar gelagerten Welle (1) sind erfindungsgemäß in dem rohrförmigen Gehäuse (2) im Bereich einer radialen Lagerebene mehrere die Welle (1) umgebende Axialwälzlager (3) mit jeweils zwei Laufringen oder Laufscheiben und einem dazwischen befindlichen Wälzkörpersatz angeordnet, von denen eine Laufscheibe zu einer Büchse vervollständigt und in dem Gehäuse (2) gehalten ist, wobei die Mittelachse der Büchse mit einem Versatz (a) zu einer Normalen der Wellen-Längsachse parallel verschoben angeordnet ist, und von denen die andere Laufscheibe des Axialwälzlagers (3) kalottenförmig ausgebildet und mit ihrer konvexen Kalottenfläche in einem konkaven Oberflächenbereich der Welle (1) an dieser abgestützt ist.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Linearführung zum Übertragen von Drehmomenten zwischen einem rohrförmigen, um seine Längsachse drehbaren Gehäuse und einer darin über Wälzkörper axial verschiebbar gelagerten Welle.

Linearführungen zum Übertragen von Drehmomenten werden im Kraftfahr zeugbereich beispielsweise für die Führung von Zahnstangen oder für die Füh rung der Lenkspindel in einer Längssäule verwendet. Auch für die Führung von Schaltwellen oder Schaltschienen im Getriebe werden sie eingesetzt.

Aus der Druckschrift DE 37 30 393 A1 ist eine Drehmomente übertragende Verbindung für axial ineinander verschiebliche Wellenteile bekannt, die für die Lenkwelle von Kraftfahrzeugen bestimmt ist. Bei dieser Linearführung der ein gangs genannten Art sind als Wälzkörper Kugeln einerseits in inneren Längs nuten des äußeren Wellenteils und andererseits in äußeren Längsnuten des inneren Wellenteils spielfrei eingespannt. Um bei der Axialverschiebung der Wellenteile relativ zueinander einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen und eine Leichtgängigkeit ohne zusätzliche Bearbeitung zu erreichen, müssen hier die Kugeln in Laufbahnen aus Blech angeordnet werden, welche in die Längs nuten eingesetzt und, bezogen auf die Mittellängsachse der Welle, radial unter Vorspannung gesetzt sind. Außerdem können die beiden Wellenteile nur mit einem begrenzten Hub relativ zueinander axial bewegt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine preisgünstig herstellbare, mit unbegrenztem Hub arbeitende Linearführung anzugeben, bei welcher die Ein flüsse von Maßtoleranzen sowohl des rohrförmigen Gehäuses als auch der darin axial verschiebbaren Welle ausgeschaltet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem rohrförmigen Gehäuse im Bereich einer radialen Lagerebene mehrere die Welle umgebende Axialwälzlager mit jeweils zwei Laufringen oder Laufscheiben und einem da zwischen befindlichen Wälzkörpersatz angeordnet sind, von denen eine Lauf scheibe zu einer Büchse vervollständigt und in dem Gehäuse gehalten ist, wo bei die Mittelachse der Büchse mit einem Versatz zu einer Normalen der Wel len-Längsachse parallel verschoben angeordnet ist, und von denen die andere Laufscheibe des Axialwälzlagers kalottenförmig ausgebildet und mit ihrer kon vexen Kalottenfläche in einem konkaven Oberflächenbereich der Welle an die ser abgestützt ist.

Infolge der Parallelverschiebung der Büchsenachse gegenüber der Wellen mitte einerseits und infolge der konvexen Kalottenfläche der Laufscheibe ande rerseits, die sich in dem konkaven Oberflächenbereich der Welle abstützt, er gibt sich eine Verschiebung von deren Berührungspunkt und damit ein Rotati onshebel, der während der Linearbewegung der Welle eine Rotation der Lauf scheibe bewirkt. Das Ausschalten des Einflusses von Maßtoleranzen wird durch eine toleranzunabhängige Positionierung des Axialwälzlagers in Bezug auf die Welle erreicht. Anstatt die Büchse mit ihrer Achse parallel verschoben anzuordnen, kann die gleiche Wirkung auch durch eine Anordnung der Büchse mit geneigter Achse erzielt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und wer den im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Linearführung in einer perspektivi schen Ansicht mit einem Querschnitt im Bereich einer La gerebene, welcher parallel verschoben eingebaute Axial wälzlager zeigt;

Fig. 2 den Querschnitt nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 3 einen Fig. 2 entsprechenden Teilquerschnitt mit einem abgewandelten Axialwälzlager;

Fig. 4 einen Fig. 2 entsprechenden Teilquerschnitt mit einem kombinierten, Nadeln und Kugeln enthaltenden Wälzlager;

Fig. 5 einen Fig. 2 entsprechenden Teilquerschnitt mit einem gegenüber Fig. 4 abgewandelten und verschwenkt ein gebauten Nadellager.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Eine in den Fig. 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Linearführung be steht aus einer Welle 1, einem Gehäuse 2 und mehreren als Kugellager aus gebildeten Axialwälzlagern 3. Die Welle 1 ist aus einer im Querschnitt quadra tischen Grundform hervorgegangen, in welche an den vier Längsseiten konka ve Oberflächenbereiche 4 eingearbeitet sind. Diese erstrecken sich mit kon stanten Querschnittsabmessungen in Längsrichtung der Welle 1.

Das Gehäuse 2 ist in der Form eines Vierkantrohres mit gegenüber den Wel lenabmessungen größeren Querschnittsinnenmaßen ausgebildet. Die Welle 1 ist in dem Gehäuse 2 axial eingesteckt und dort mit den Axialwälzlagern 3 radi al abgestützt gelagert. Hierfür sind an der Linearführung zwei radiale Lager ebenen vorgesehen, die einen Längsabstand voneinander einhalten. In dem Bereich jeder Lagerebene sind vier Axialwälzlager 3 in Umfangsrichtung des rohrförmigen Gehäuses 2 hintereinander angeordnet. Zu diesem Zweck weist das Gehäuse 2 durchgehende radiale Bohrungen 5 auf, wobei jede Bohrung 5 einem konkaven Oberflächenbereich 4 der Welle 1 benachbart ist.

Ein Axialwälzlager 3 besteht jeweils aus einer Laufscheibe 6, einer Büchse 7 und einem dazwischen angeordneten Wälzkörpersatz 8, wobei als Wälzkörper Kugeln verwendet sind. Die Laufscheibe 6 ist kalottenförmig geformt und weist eine zu der Welle 1 konvexe Kalottenfläche 9 auf, mit der sie in dem benach barten konkaven Oberflächenbereich 4 der Welle 1 an der Welle abgestützt ist. Aufgrund geeigneter Schmiegungsverhältnisse ergibt sich dabei eine Punktbe rührung in einem Berührungspunkt 10.

Die kalottenförmige Laufscheibe 6 stützt sich über den umlaufenden Wälzkör persatz 8 an der Büchse 7 ab, die ein spanlos geformtes Bauteil ist und eine Laufbahn für den Wälzkörpersatz 8 aufweist. Die Büchse 7 ist in die jeweilige Bohrung 5 des Gehäuses 2 eingepreßt. Dabei ist die Bohrung 5 in dem Ge häuse 2 so angeordnet, daß die Mittelachse 11 der Büchse 7 gegenüber einer in der Lagerebene verlaufenden Normalen 12 der Längsachse der Welle 1 mit einem Versatz a parallel verschoben ist. Infolge dieser Verschiebung ergibt sich eine Verlagerung des Berührungspunktes 10 um das Maß b aus der Nor malen 12, welches als Rotationshebel bezeichnet werden kann. Während einer Linearbewegung der Welle 1 innerhalb des Gehäuses 2 bewirkt dieser Rotati onshebel b eine Rotation der Laufscheibe 6 um den Berührungspunkt bzw. die entstehende Berührungslinie 10.

Eine toleranzunabhängige Positionierung der Axialwälzlager 3 zu der Welle 1 wird während der Montage im rohrförmigen Gehäuse 2 wie folgt erreicht: Die Axialwälzlager 3 werden in die Bohrungen 5 so tief bzw. so lange eingepreßt, bis der gewünschte Kontakt an der Welle 1 erreicht ist, was man an dem Maß des Kraftanstiegs erkennen kann.

Fig. 1 zeigt den Schnitt im Bereich der vorderen Lagerebene. Zur Positionie rung der Welle 1 in dem Gehäuse 2 wird mindestens noch eine weitere solche Lagerebene benötigt, um eine spielfreie Drehmomentübertragung in beiden Umfangsrichtungen der Linearführung zu ermöglichen. Hiervon sind im Bereich einer hinteren Lagerebene zwei Büchsen von Axialwälzlagern 3 erkennbar. Um bei diesem Vierkantprofil die Wellenpositionierung in allen Achsrichtungen durchführen zu können, müssen pro Lagerebene mindestens zwei Axialwälzla ger 3 vorgesehen werden.

Die Welle kann ein von der Darstellung abweichendes Profil, beispielsweise ein Dreikant-, Mehrkant-, Hohl- oder Vollprofil aufweisen. Auch eine runde Welle kann nach diesem Prinzip geführt werden, jedoch ohne Drehmomentauf nahme.

Fig. 3 zeigt ein Axialwälzlager 13 einer erfindungsgemäßen Linearführung, in dessen Büchse 14 zusätzlich ein federnder Gummiring 15 eingesetzt ist, an dem sich eine zusätzliche, mit einer Laufbahn für den Wälzkörpersatz 8 verse hene Lagerscheibe 16 abstützt. Hier wirkt der Gummiring 15 als Aus gleichselement für Maßtoleranzen und als geräuschdämmendes Bauteil.

Die Fig. 4 und 5 zeigen, daß bei der erfindungsgemäßen Linearführung statt eines reinen Axialwälzlagers auch eine Nadelbüchse verwendet werden kann. In Fig. 4 ist in einer Nadelbüchse 17 eines Radial-Nadellagers 18 ein zusätzlicher Wälzkörpersatz 19 für die axiale Abstützung eines Lagerzapfens 20 angeordnet, der an der Laufscheibe 6 befestigt bzw. mit dieser einstückig ausgeführt ist. Mit dem Wälzkörpersatz 19 wird die Reibung des sich drehen den Lagerzapfens 20 verringert.

In Fig. 5 weist der Boden einer Nadelbüchse 21, die den Lagerzapfen 20 und den aus Nadeln bestehenden Wälzkörpersatz eines Nadellagers 22 umgibt, eine nach innen konvexe Auswölbung 23 auf, an welcher der Lagerzapfen 20 axial abgestützt ist. Auf diese Weise wird hier bei der Drehung des Lagerzap fens 20 die Reibung reduziert. Die Mittelachse 11 der in Fig. 5 dargestellten Nadelbüchse 21 ist zu der Normalen 12 der Wellen-Längsachse um einen Winkel α geneigt angeordnet. Dadurch entsteht ebenso, wie bei den Ausfüh rungen nach den Fig. 1 bis 4 ein Rotationshebel b für die Laufscheibe 6 und der dadurch bedingte Rotationseffekt.

Bei allen Ausführungsbeispielen kann das jeweilige Lager durch eine Ver stemmung 24 (Fig. 4 und 5) des Gehäusewerkstoffs oder mittels eines Sprengringes in der Bohrung 5 des Gehäuses 2 befestigt werden.

Zur Erzeugung der Vorspannung der Linearführung ist es möglich, eines oder mehrere Lager tiefer einzupressen, als es das Wellenmaß erfordert, beispiels weise nach Einführen eines Werkzeugs mit gegenüber der Welle geringeren Abmessungen, und nach dem Entfernen dieses Werkzeugs die Welle in das Gehäuse einzuführen. In diesem Fall wirkt das Gehäuse als vorspannendes Element.

Bezugszeichenliste

1

Welle

2

Gehäuse

3

Axialwälzlager

4

konkaver Oberflächenbereich

5

Bohrung

6

Laufscheibe

7

Büchse

8

Wälzkörpersatz

9

Kalottenfläche

10

Berührungspunkt

11

Mittelachse

12

Normale

13

Axialwälzlager

14

Büchse

15

Gummiring

16

Lagerscheibe

17

Nadelbüchse

18

Nadellager

19

Wälzkörpersatz

20

Lagerzapfen

21

Nadelbüchse

22

Nadellager

23

Auswölbung

24

Verstemmung
a Versatz
b Maß, Rotationshebel
α Winkel

Claims

1. Linearführung zum Übertragen von Drehmomenten zwischen einem rohrförmigen, um seine Längsachse drehbaren Gehäuse (2) und einer darin über Wälzkörper axial verschiebbar gelagerten Welle (1), dadurch gekennzeichnet, daß in dem rohrförmigen Gehäuse (2) im Bereich ei ner radialen Lagerebene mehrere die Welle (1) umgebende Axialwälzla ger (3) mit jeweils zwei Laufringen oder Laufscheiben und einem dazwi schen befindlichen Wälzkörpersatz angeordnet sind, von denen eine Laufscheibe zu einer Büchse (7, 14) vervollständigt und in dem Gehäu se (2) gehalten ist, wobei die Mittelachse (11) der Büchse (7, 14) mit ei nem Versatz (a) zu einer Normalen (12) der Wellen-Längsachse parallel verschoben angeordnet ist, und von denen die andere Laufscheibe (6) des Axialwälzlagers (3, 13) kalottenförmig ausgebildet und mit ihrer kon vexen Kalottenfläche (9) in einem konkaven Oberflächenbereich (4) der Welle (1) an dieser abgestützt ist.

2. Linearführung zum Übertragen von Drehmomenten zwischen einem rohrförmigen, um seine Längsachse drehbaren Gehäuse (2) und einer darin über Wälzkörper axial verschiebbar gelagerten Welle (1), dadurch gekennzeichnet, daß in dem rohrförmigen Gehäuse (2) im Bereich ei ner radialen Lagerebene mehrere die Welle (1) umgebende Radial- Nadellager (18, 22) mit jeweils zwei Laufringen oder Laufscheiben und einem dazwischen befindlichen Wälzkörpersatz angeordnet sind, von denen eine Laufscheibe zu einer Nadelbüchse (17, 21) vervollständigt und in dem Gehäuse (2) gehalten ist, wobei die Mittelachse (11) der Na delbüchse (17, 21) mit einem Versatz zu einer Normalen (12) der Wel len-Längsachse geneigt angeordnet ist, und von denen die andere Lauf scheibe (6) des Nadellagers (18, 22) kalottenförmig ausgebildet und mit ihrer konvexen Kalottenfläche (9) in einem konkaven Oberflächenbe reich (4) der Welle (1) an dieser abgestützt und mit einem Lagerzapfen (20) versehen ist, der von der Nadelbüchse (17, 21) und darin angeord neten, als Nadeln ausgebildeten Wälzkörpern umgeben ist.

3. Linearführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem rohrförmigen Gehäuse (2) in einem Abstand voneinander zwei radiale Lagerebenen mit die Welle (1) umgebenden Axialwälzlagern (3, 13) bzw. Nadellagern (18, 22) angeordnet sind.

4. Linearführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (7) des Axialwälzlagers (3, 13) bzw. die Nadelbüchse (17, 21) des Nadellagers (18, 22) jeweils in eine durchgehende radiale Boh rung (5) des Gehäuses (2) eingepreßt ist.

5. Linearführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) als Mehrkantwelle mit im Querschnitt dreieckiger, vierecki ger, quadratischer oder vieleckiger Grundform ausgebildet ist, wobei zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Längskanten jeweils ein konkaver Oberflächenbereich (4) eingearbeitet ist.

6. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Axialwälzlager (3) als Kugellager ausgeführt ist.

7. Linearführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden der Nadelbüchse (21) eine nach innen konvexe warzenförmige Auswölbung (23) angeordnet ist, an welcher der Lagerzapfen (20) mit seiner äußeren Stirnseite abgestützt ist.

8. Linearführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwi schen dem Boden der Nadelbüchse (17) und der äußeren Stirnseite des Lagerzapfens (20) ein Wälzkörpersatz (19) eines Axialwälzlagers ange ordnet ist.

9. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Axialwälzlager (13) eine mit einer Laufbahn für Wälzkörper versehene Lagerscheibe (16) mittels eines Federelementes, beispielsweise eines Gummiringes (15) abgestützt ist.

10. Linearführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bezüg lich der Mittelachse (11) der Nadelbüchse (21) anstelle einer um den Versatz parallel verschobenen Anordnung eine um einen Winkel α zu der Normalen (12) der Wellen-Längsachse geneigte Anordnung vorge sehen ist.