DE102007008579A1

DE102007008579A1 - Linearlager

Info

Publication number: DE102007008579A1
Application number: DE200710008579
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl.-Ing. Feuerbach (FH); Klaus Krämer; Uwe Dipl.-Ing. Schwarz (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2008-08-21
Also published as: CN101617133A; WO2008101872A1

Abstract

Linearlager, insbesondere für eine Schalteinrichtung eines Zahnradwechselgetriebes zur längsverschieblichen und schwenkbaren Lagerung eines Schaltelementes, umfassend mehrere in einem Käfig gehalterte Wälzkörper, auf denen in der Montagestellung das Schaltelement axial geführt ist, wobei der Käfig (2) über die Wälzkörper (4) drehbar und längsverschiebbar in einem Innenring (7) aufgenommen ist, der verkippbar in einem Außenring (11) aufgenommen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Linearlager, insbesondere für eine Schalteinrichtung eines Zahnradwechselgetriebes zur längsverschieblichen und schwenkbaren Lagerung eines Schaltelements, umfassend mehrere in einem Käfig gehalterte Wälzkörper.
Hintergrund der Erfindung
Häufig ist es erforderlich, Wellen oder Stangen sowohl axial verschiebbar als auch drehbar zu lagern. Ein Beispiel eines derart zu lagernden Bauteils ist beispielsweise eine Schaltwelle oder Schaltstange, beispielsweise solche eines Zahnradwechselgetriebes. Ein Linearlager, 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 zum Einsatz, dort in Form von Nadeln. 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 sphärische, also 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, ausgleichen zu können, so dass die Axial- und Radiallager im Wesentlichen gleichmäßig belastet werden können.
Nachteilig ist jedoch der äußerst komplexe Aufbau der aus DE 31 05 632 A1 bekannten Lagereinheit. So sind zur Bildung des Axial- und Radiallagers mehrere unterschiedliche Lagergruppen erforderlich, nämlich zum einen die zwei oder mehr inneren Nadelreihen, die axial verlaufen und das Axiallager bilden, wie auch der äußere umlaufende Radialnadellagerkranz. Weiterhin sind diverse Bauteile zur Bildung des Käfigs sowie der Außenführung des äußeren Nadelkranzes und letztlich auch zur Bildung des äußeren Schwenklagers, das die Winkelkompensation ermöglicht, erforderlich.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Linearlager anzugeben, das bei Ermöglichung einer Kompensation etwaiger baulich bedingter Winkelfehler im Aufbau gegenüber dem bekannten Stand der Technik wesentlich vereinfacht ist.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Linearlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Käfig über die Wälzkörper drehbar und längsverschiebbar in einem Innenring aufgenommen ist, der verkippbar in einem Außenring aufgenommen ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Linearlager kommt ein Käfig mit darin gehalterten Wälzkörpern zum Einsatz, der per se sowohl längsverschiebbar als auch um die Längsachse drehbar in einem Innenring mit hohlzylindrischer Querschnittsform aufgenommen ist. Über die Wälzkörper, auf denen das den Käfig durchsetzende Schaltelement, beispielsweise eine Schaltwelle, axial abwälzt und geführt ist, in Verbindung mit der Axialbeweglichkeit des Käfigs in dem Innenring wird die Axiallagerung realisiert. Die Radiallagerung, also die Drehlagerung um die Längsachse, wird ebenfalls über die Wälzkörper realisiert, da diese drehbar auf der Innenfläche des Innenrings abwälzen. Bei den Wälzkörpern handelt es sich bevorzugt um Kugeln, die in axial ausgerichteten, parallelen Reihen äquidistant am Käfig aufgenommen sind, so dass die querschnittlich ebenfalls runde Schaltwelle auch innerhalb des Käfigs drehbar aufgenommen ist. Die erfindungsgemäße Anordnung lässt also durch die Ausbildung des inneren Teils des Lagers als kombiniertes Axial-Radiallager in einfacher Bauweise die linear bewegliche und drehbare Schaltelementlagerung zu.
Die Kompensationsmöglichkeit für etwaige einbaubedingte Winkelfehler oder Verkippungen ist nun erfindungsgemäß dadurch realisiert, dass der Innenring wiederum verkippbar in einem Außenring aufgenommen ist. Dem Innenring kommt hier also quasi eine Doppelfunktion zu, nämlich zum einen die der äußeren Lauffläche für die im Inneren geführten Wälzkörper und damit den Käfig in axialer wie radialer Richtung, zum anderen die des innen liegenden Bauteils eines Schwenklagers, das über den Außenring komplettiert wird. Erfindungsgemäß kommen bei dem beschriebenen Linearlager folglich wesentlich weniger Bauteile zum Einsatz, nämlich in der einfachsten Ausgestaltung lediglich der Käfig mit den Wälzkörpern sowie der Innenring und der Außenring. Über den Außenring besteht die Möglichkeit, das Linearlager beispielsweise an einem Drittgegenstand, z. B. einer Getriebegehäusewand oder dergleichen zu montieren.
In einer ersten Erfindungsausgestaltung kann der Innenring eine ballige Außenfläche aufweisen, über die er im Außenring verkippbar gelagert ist. Der Innenring ist hier also ein einteiliges Bauteil, das an seiner Innenseite entsprechend hohlzylindrisch ausgeführt ist, um die zylindrische Lauffläche für die Wälzkörper des Axial-Radiallagers zu bilden, und dessen Außenseite ballig, also sphärisch nach außen gewölbt, ausgeführt ist, worüber die Kipplagerung realisiert ist.
Alternativ zur einteiligen Innenringausführung ist es auch denkbar, dass der Innenring einen eine ballige Außenfläche aufweisenden Lagerring aufweist, über welche ballige Außenfläche der Innenring verkippbar gelagert ist. Hier ist also der Innenring zweiteilig, er besteht aus einer bevorzugt tiefgezogenen inneren Hülse, auf die der sich an der Außenseite sphärisch nach außen wölbende Lagerring, der wenn möglich ebenfalls tiefgezogen sein kann, aufgepresst ist.
Auch hinsichtlich der Gestaltung des Außenrings sind unterschiedliche Ausgestaltungen denkbar. So kann nach einer ersten Erfindungsalternative der Außenring hülsenartig ausgeführt sein, wobei im Außenring wenigstens ein, vorzugsweise zwei Stützringe angeordnet ist oder sind, auf dem oder denen der Innenring mit seiner balligen Außenfläche, gleich ob diese nun vom einteiligen Innenring gebildet ist oder über einen Lagerring realisiert ist, läuft. Der oder die Stützringe besitzen bevorzugt eine der Form der balligen Außenfläche, also deren Rundung entsprechende Lauffläche, die also ebenfalls leicht gewölbt ist.
Alternativ zur Verwendung eines oder mehrerer Stützringe kann der Außenring auch eine sphärisch nach innen gewölbte, in der Wölbung der Balligkeit der Außenfläche des Innenrings entsprechende Innenfläche aufweisen. Bei dieser Erfindungsausgestaltung wird am auch hier bevorzugt einteiligen Außenring eine komplementäre sphärisch gewölbte Fläche realisiert, auf der die ballig nach außen gewölbte Fläche des Innenrings läuft. Es bestehen also auch unterschiedliche Ausgestaltungen, das Pendellager zu realisieren.
Der Innenring kann beidseits offen sein, das heißt, ein zu lagerndes Schaltelement kann den Innenring vollständig durchsetzen, mithin also das Linearlager vollständig durchgreifen. Denkbar ist es aber auch, den Innenring in topfartiger Ausbildung an einer Seite offen und an der anderen Seite geschlossen auszuführen. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich eine Art Topf, in dem der Käfig nebst Wälzkörper geführt ist, und in dem das freie Ende eines zu lagernden Schaltelements mit gewissem Axialhub eintaucht. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, den Bereich des Axial-Radiallagers wenigstens an einer Seite zu kapseln und vor Verschmutzungen zu schützen.
Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, den Außenring, der beidseits offen sein kann, auch topfartig an einer Seite geschlossen auszubilden, was auch die Kapselung des Dreh- oder Pendellagerbereichs ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:
1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Linearlagers einer ersten Ausführungsform,
2 das in 1 gezeigte Linearlager in einer perspektivischen Schnittansicht, und
3 eine Teilansicht im Schnitt eines erfindungsgemäßen Linearlagers einer zweiten Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Linearlager 1, umfassend einen Käfig 2 mit einer Vielzahl separater Taschen 3, in denen jeweils mehrere Wälzlager 4, hier in Form separater Kugeln 5, angeordnet sind. Es bilden sich so eine Vielzahl einzelner Kugelreihen 6, die äquidistant am Käfig 2 angeordnet sind und sich axial erstrecken.
Der Käfig ist in einem Innenring 7 aufgenommen, der eine hohlzylindrische Innenfläche 8 aufweist, die als Lauffläche für die Kugeln 5 dient. Die axiale Länge des Käfigs 2 ist deutlich kürzer als die axiale Länge der Innenfläche 8, so dass der Käfig 2 nebst Kugeln 5 über diese axial beweglich im Innenring 7 geführt ist. In der Montagestellung durchsetzt eine Schaltwelle beispielsweise eines Zahnradwechselgetriebes den Käfig 2, auf dieser hier nicht gezeigten Welle wälzen die Kugeln 5 ab. Die Schaltwelle kann auf diese Weise linear geführt werden, wobei sich bei einer Linearbewegung der Schaltwelle auch der Käfig 2 über die Kugelführung axial im Inneren des Innenrings 7 bewegt. Diese Axialbewegung ist über zwei Anschlagbunde 9, die am Innenkäfig ausgebildet sind, wegbegrenzt.
Ersichtlich erfolgt über diese Kugeln 5 auch eine Drehlagerung der hier nicht näher gezeigten Schaltwelle. Bei einer Wellendrehung um die Längsachse läuft der Käfig über die Kugeln 5 relativ zum Innenring 7, so dass eine Drehbewegung kugelgelagert möglich ist. Das heißt, der Käfig 2 nebst Kugeln 5 und Innenring 7 bilden eine Radiallinearführung.
Die Außenseite 10 des Innenrings 7 ist ersichtlich ballig ausgeführt, sie wölbt sich sphärisch nach außen. Der Innenring 7 ist nun von einem Außenring 11 übergriffen, der im gezeigten Beispiel als Hülse 12 ausgeführt ist, die beispielsweise tiefgezogen ist. Im Inneren des Außenrings 11 sind im gezeigten Beispiel zwei Stützringe 13 im Bereich der Bördelungen 14 angeordnet. Die Stützringe 13 weisen Laufflächen 15 auf, deren Flächenform der sphärisch gewölbten Außenfläche 10 des Innenrings 7 entspricht. Der Innenring 7 ist also über seine Außenfläche 10 und die Laufflächen 15 verkippbar, also kippbeweglich zum Außenring 11 gelagert. Über den Außenring 11 erfolgt die Fixierung des Linearlagers an einem Drittgegenstand, beispielsweise einer Getriebegehäusewand. Für den Fall, dass die nicht näher gezeigte Schaltwelle nicht absolut achsparallel angeordnet ist, sondern unter einem leichten Winkelfehler montiert ist, kann dieser durch eine leichte Verkippung des Innenrings 7 und mit ihm des die Schaltwelle führenden Käfigs 2 relativ zum feststehenden Außenring 11 kompensiert werden. Das heißt, trotz eines gegebenen leichten Winkelfehlers erfolgt eine gleichmäßige Belastung des Linear-Radiallagers zur Wellenführung.
Während die 1 und 2 einen Innenring 7 zeigen, der als einteiliges, relativ starkwandiges Bauteil ausgeführt ist und unmittelbar mit der sich ballig nach außen wölbenden Außenfläche 10 versehen ist, zeigt 3 eine Alternativausgestaltung. Der dort gezeigte Innenring 7 besteht aus einem inneren Lagerring 7a, der hülsenartig ausgeführt ist und an dem die beiden Bördelungen 9 vorgesehen sind. Dieses tiefgezogene innere Laufflächenteil 7a ist in einen Lagerring 7b eingesetzt, der die ballige Außenfläche 10 aufweist. Über diesen sich ballig nach außen wölbenden Lagerring 7b erfolgt die Pendellagerung relativ zum Außenring 11. Dieser ist hier, anders als in den 1 und 2 gezeigt, als einteiliges Bauteil ausgeführt, seine Innenfläche 16 ist, der Wölbung der Außenfläche 10 entsprechend, sphärisch nach innen gewölbt, so dass die entsprechende Pendellagerung erreicht wird.
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass grundsätzlich auch die Möglichkeit besteht, anstelle von drei Kugeln umfassenden Kugelreihen auch Kugelreihen mit nur zwei Kugeln oder mit mehr als drei Kugeln zu bilden. Hieraus würde eine entsprechende axiale Verkürzung oder Verlängerung des Linearlagers resultieren. Soweit erforderlich sollten die verwendeten Bauteile möglichst einfach herstellbar sein, bevorzugt werden tiefgezogene Bauteile verwendet, soweit dies beim jeweiligen Bauteil möglich ist.

1: Linearlager
2: Käfig
3: Taschen
4: Wälzlager
5: Kugeln
6: Kugelreihen
7: Innenring
7a: Laufflächenteil
7b: Lagerring
8: Innenfläche
9: Bördelung
10: Außenfläche
11: Außenring
12: Hülse
13: Stützringe
14: Bördelungen
15: Laufflächen
16: Innenfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3105632 A1 [0002, 0003]

Claims

Linearlager, insbesondere für eine Schalteinrichtung eines Zahnradwechselgetriebes zur längsverschieblichen und schwenkbaren Lagerung eines Schaltelemente, umfassend mehrere in einem Käfig gehalterte Wälzkörper, auf denen in der Montagestellung das Schaltelement axial geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (2) über die Wälzkörper (4) drehbar und längsverschiebbar in einem Innenring (7) aufgenommen ist, der verkippbar in einem Außenring (11) aufgenommen ist.
Linearlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (7) eine ballige Außenfläche (10) aufweist, über die er im Außenring (11) verkippbar gelagert ist.
Linearlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (7) einen eine ballige Außenfläche (10) aufweisenden Lagerring (7b) aufweist, über welche ballige Außenfläche (10) der Innenring (7) verkippbar gelagert ist.
Linearlager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (11) hülsenartig ist und im Außenring (11) wenigstens ein, vorzugsweise zwei Stützringe (13) angeordnet ist oder sind, auf dem oder denen der Innenring (7) mit seiner balligen Außenfläche (10) läuft.
Linearlager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (11) eine sphärisch nach innen gewölbte, in der Wölbung der Balligkeit der Außenfläche (10) des Innenrings (7) entsprechende Innenfläche (16) aufweist.
Linearlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (7) beidseits offen ist, oder in topfartige Ausbildung an einer Seite offen und an der anderen Seite geschlossen ist.
Linearlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (11) beidseits offen ist, oder in topfartige Ausbildung an einer Seite offen und an der anderen Seite geschlossen ist.