Bezeichnung der Erfindung

Wälzlagerung für axial gegeneinander verschiebbare Bauteile, insbesondere für Gethebe-Schaltelemente

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlagerung für axial gegeneinander verschiebbare Bauteile, insbesondere für Schaltelemente wie z.B. Schaltstan- gen oder Schaltschienen von Kraftfahrzeuggetrieben.

Mittels der genannten Schaltelemente werden bei Schaltwechselgetrieben von Kraftfahrzeugen die Bewegungen von Schalt- und/oder Wählhebeln auf die jeweiligen Schieberäder des Getriebes übertragen. Schaltstangen und Schalt- schienen übertragen üblicherweise axiale Betätigungskräfte auf die an diesen Elementen fixierten Schaltgabeln und übertragen die aus dem Schaltvorgang resultierenden Reaktionskräfte auf das Getriebegehäuse. Für den Schaltvorgang müssen diese Elemente axial beweglich gelagert sein.

Bekannte Lagerungen für Schaltstangen oder Schaltschienen können als Gleitlager oder als Wälzlager ausgebildet sein. Der Vorteil von Gleitlagerungen, die üblicherweise in Kunststoff ausgeführt sind, besteht insbesondere in ihrer Robustheit, den geringen Kosten und in der exakten Führung der Schaltelemente. Zudem weisen derartige Kunststofflagerungen den Vorteil einer akustischen Dämpfung des Schaltvorganges auf. Derartige Gleitlagerelemente sind bspw. in der DE 10 2004 002 804 B4 und in der DE 10 2006 032 782 A1 beschrieben. Die wesentlichen Nachteile von Gleitlagern bestehen in ihren erhöhten lastab-

hängigen Reibwerten, die im Interesse einer möglicht leichtgängigen Schaltbetätigung zu vermeiden sind.

Für die Lagerung der Schaltstangen oder Schaltschienen eignen sich auch Wälzlager, bei denen üblicherweise drei oder mehr definierte, in Längsbewegungsrichtung orientierte Nuten vorgesehen sind, in denen die Wälzkörper - meist sind dies Kugeln - geführt sind. Die Wälzkörper laufen bei im Querschnitt rechteckigen Schaltschienen innen meist auf einem Blechelement, das die Schaltschiene umgreift und so ausgeformt ist, dass sich zur Kugel hin Lauf- bahnen ergeben. Alternativ können die Kugellaufbahnen auch direkt in die O- berfläche einer Schaltstange eingebracht sein. Außen rollen die Wälzkörper hierbei in einer kreisrunden Zylinderhülse ab, die in das Getriebegehäuse ein- gepresst ist. Derartige Wälzlagerungen ermöglichen gute Wirkungsgrade aufgrund einer geringen Lagerreibung und erhöhen damit den Schaltkomfort, da sie für eine sehr leichtgängige Längsführung der Schaltschiene sorgen können.

Wälzlagerungen für Schaltwellen, Schaltschienen und andere verdrehbare und/oder axial gegeneinander verschiebbare Teile sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Beispiele für solche Wälzlagerungen finden sich bspw. in US 24 00 374 A, in DE 87 01 204 111 , in EP 0 412 870 A1 , in DE 39 40 488 A1 , in JP 4 134920, in DE 100 53 987 A1 sowie in DE 102 15 873 A1.

Die günstigen Reibwerte der Wälzlagerungen sind nahezu lastunabhängig und liegen betragsmäßig deutlich unter den Reibwerten von bekannten Gleitlage- rungen. Allerdings können durch die akustische Koppelung von Metallelementen wie Schaltschiene, Laufbleche, Kugeln, Zylinderbuchse, Getriebegehäuse etc. störende Geräusche beim Schaltvorgang von der Schiebemuffe direkt ins Getriebegehäuse und dadurch in den Fahrgastraum übertragen werden. Mehrreihige Wälzlagerungen reagieren zudem empfindlich auf Fluchtungsfehler der beiden Schaltschienenlager zueinander.

Aufgrund ihres konstruktiven Aufbaus rollen die Wälzkörper in einer kreisrunden Zylinderhülse ab, welche die gesamte innere Lagereinheit umschließen

muss und daher in ihrem kleinsten Durchmesser beschränkt ist. Die Parameter Kugelradius und Laufbahnradius definieren durch die dadurch erzeugte Berührungsfläche die maximal übertragbare Lagerkraft bzw. die zulässige Lagerbelastung. Dies gilt sowohl für die Laufbahn in der Außenhülse als auch für die Laufbahn im Innenblech bzw. in der Schaltstange.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, eine verbesserte Wälzlagerung für axial gegeneinander verschiebbare Bauteile zu liefern, die möglichst hohe Kräfte übertragen kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Wälzlagerung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zwischen Wälzkörpern und äußerem Bauteil eine nicht zylindrische, sondern jeweils die Konturen der Wälzkörper zumindest teilweise umschließende Lagerschale angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Wälzlagerung für axial gegeneinander verschiebbare Bauteile, die insbesondere für Schaltstangen oder Schaltschienen von Kraftfahrzeuggetrieben vorgesehen sein kann, weist wenigstens zwei Reihen von jeweils fluchtend in Verschiebungsrichtung der Bauteile angeordneten Wälzkörper auf, die jeweils in Laufbahnen wälzen bzw. geführt sind, welche die Außenkontur der Wälzkörper teilweise umschließen. Durch die um die Wälzkörper herum geformten Laufbahnen werden die Berührflächen zwischen Laufbahn und Wälzkörper erhöht, wodurch die Flächenpressung zwischen den Bauteilen reduziert ist; es können somit größere Kräfte sowie bei Bedarf auch Drehmomente übertragen werden. Da die Laufbahnen keine zylindrische Kontur aufweisen, ist eine Verdrehung der beiden gegeneinander verschiebbaren Bauteile verhindert, was die übertragung von Drehmomenten ermöglicht.

Als Wälzkörper kommen insbesondere Kugeln zum Einsatz, die jeweils in Laufbahnen geführt sind, die im Querschnitt Kreisringsegmente aufweisen, die mit den Durchmessern der Wälzkörper korrespondieren. Dadurch, dass die Laufbahnen im Querschnitt jeweils den Konturen der Kugeln angepasst sind, werden die Flächenpressungen durch die größeren sich berührenden Flächen reduziert, wodurch sich auch die Bauteilbelastung verringert.

Ein erstes Bauteil kann insbesondere ein Gehäuse mit einer darin angeordneten Außenhülse zur äußeren Führung der Wälzkörper sein. Ein zweites Bauteil kann insbesondere eine axial gegenüber dem ersten Bauteil bzw. dem Gehäu- se verschiebbare Stange oder Schaltschiene sein, die eine Innenkontur zur Führung der Wälzkörper aufweist. Die erfindungsgemäße Wälzlagerung lässt sich mit Vorteil bei Schaltschienenlagerungen anwenden, so dass diese axial besser geführt ist.

Anstelle von nur zwei Reihen von Wälzkörpern können die Bauteile insbesondere drei radial gleichmäßig angeordnete Laufbahnen für jeweils fluchtend in Verschiebungsrichtung der Bauteile angeordnete Wälzkörper aufweisen. Hierdurch lässt sich die Schaltschiene besonders exakt führen. Zudem sind auch die übertragbaren Kräfte höher, da die Schaltschiene nach drei Seiten abge- stützt wird. Selbstverständlich können ggf. auch mehr als drei regelmäßig angeordnete Laufbahnen für entsprechend mehr Reihen von Wälzkörpern vorgesehen sein. Damit lassen sich wahlweise die zulässigen Belastungen für die Schaltschiene erhöhen oder die Durchmesser der Wälzkörper reduzieren, da die Last auf mehr einzelne Wälzkörper verteilt werden kann.

Die Außenhülse mit drei Laufbahnen für zwei, drei oder mehr Reihen von Wälzkörpern weist zweckmäßigerweise einen triovalen Querschnitt mit abschnittsweise kreissegmentförmigen Führungen bzw. Laufbahnen für die Wälzkörper auf, wodurch die exakte und symmetrische Führung der Kugeln gewähr- leistet ist. Entsprechend kann die Innenkontur drei im Querschnitt abschnittsweise kreissegmentförmige Führungen bzw. Laufbahnen für die Wälzkörper aufweisen, wodurch auch die Innenkontur bzw. das Innenblech zur Abstützung der Schaltschiene so gestaltet ist, dass möglichst geringe Flächenpressungen entstehen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Wälzlagerung zu liefern, die hinsichtlich der Geräuschübertragung zwischen den gegeneinander beweglichen Teilen optimiert ist. Diese weitere Aufgabe der Erfindung wird

dadurch gelöst, dass zwischen der äußeren Lagerschale und dem zu lagernden Bauteil ein Dämpfungselement aus einem elastischen Werkstoff angeordnet ist, das die Geräuschübertragung zwischen innerem Bauteil und äußerem Bauteil dämpft. Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlage- rung ist die Außenhülse in einer Adapterhülse mit zylindrischer Außenmantelfläche fixiert. Die Adapterhülse ist in einer hohlzylindrischen Bohrung des ersten Bauteils bzw. Gehäuses spielfrei fixiert. Weiterhin weist die Adapterhülse eine Innenkontur auf, die der Außenkontur der Außenhülse zur Führung der Wälzkörper entspricht. Die Außenhülse zur äußeren Lagerung und Führung der Wälzkörper ist spielfrei in der Adapterhülse fixiert. Eine besonders gute Dämpfungswirkung lässt sich erzielen, wenn die Adapterhülse aus einem elastischen Werkstoff gefertigt ist. Als solcher Werkstoff kommt bspw. ein thermoplastischer Kunststoff mit ausreichender Elastizität bzw. mit ausreichenden Dämpfungseigenschaften in Frage. Insbesondere kommt als geeigneter Werk- stoff jedoch auch ein elastomerer Kunststoff mit ausreichender Festigkeit und geringer Fließneigung in Frage, so dass die notwendigen elastischen Eigenschaften in ausreichendem Maße gewährleistet sind.

Die Innenkontur zur Führung der Wälzkörper kann weiterhin durch einen La- gerring gebildet sein, der am Außenumfang des zweiten Bauteils bzw. der Stange oder Schaltschiene fixiert ist. Alternativ hierzu kann die Innenkontur zur Führung der Wälzkörper durch Längsnuten gebildet sein, die in den Außenumfang des zweiten Bauteils bzw. der Stange oder Schaltschiene eingebracht sind. Hierzu können entsprechende Längsnuten in axialer Richtung in die Au- ßenkontur der Stange oder Schaltschiene eingebracht sein, die dann als axiale Laufbahnen für die Wälzkörper bzw. Kugeln der Wälzlagerung dienen.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Wälzkörper durch einen Käfig gehalten und in ihrer Lage zueinander fixiert sind. Dieser Käfig ist jedoch nicht unver- zichtbar, wenn er auch die Montage der Wälzkörper erheblich gegenüber einer Einzelbestückung mit Kugeln erleichtert. Der Käfig kann bspw. aus Blech bestehen. Ein geeigneter Werkstoff für den Käfig kann bspw. auch Polyamid (z.B. PA66) sein.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der Ausgleich von Fluchtungsfehlern durch die elastische Außenhülse. Wenn gegenüber liegend angeordnete Lagerbohrungen im Getriebe nicht exakt fluchten und/oder Winkelfeh- ler aufweisen, dann führt die dadurch erzwungene Verkippung in mehrreihigen Lagern bei bekannten Bauformen häufig zu Lagerschäden und frühen Ausfällen der Lager durch Beschädigungen der Laufbahnen aufgrund der unzulässigen überlastung. Diese nachteiligen Einflüsse einer nicht ausreichend exakten Fertigung können mit der vorliegenden Erfindung auf besonders effektive Wei- se ausgeschlossen werden.

Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Gleiche Bauteile weisen dabei grundsätzlich gleiche Bezugszeichen auf und werden teilweise nicht mehrfach erläutert.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer ersten Variante ei- ner Wälzlagerung zur axialen Führung zweier gegeneinander verschiebbarer Bauteile, insbesondere mit einer Schaltschiene mit rechteckförmigem Querschnitt.

Fig. 2 zeigt einen perspektivischen Teillängsschnitt der Wälzlagerung gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen schematischen Längsschnitt der Wälzlagerung zur

Verdeutlichung weiterer Details.

Fig. 4 zeigt einen schematischen Längsschnitt einer zweiten Variante der Wälzlagerung mit einer Schaltstange ohne inneres Führungsblech.

Fig. 5 zeigt einen schematischen Querschnitt der zweiten Variante aus

Fig. 4.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung der Wälzlagerung gemäß Fig. 4 und Fig. 5.

Die schematische Darstellung der Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzlagerung 1 , umfassend eine Schaltschiene 2 mit rechteckförmigem Querschnitt, die axial verschiebbar (d.h., senkrecht zur Zeichnungsebene) in einem Getriebegehäuse 3 gelagert ist. Am Außenumfang der Schaltschiene 2 ist ein Innenblech 4 angeordnet, das als innere Führung für die zeichnerisch nur schwach angedeuteten Wälzkörper 5 dient, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils durch Kugeln gebildet sind. Das Innenblech 4 weist drei am Umfang verteilte Führungsabschnitte 6 auf, die axial verlaufen und im Querschnitt einen Kreissegmentabschnitt aufweisen, dessen Radius dem Radius der Wälzkörper 5 entspricht, so dass diese über einen definierten Bereich umfasst und geführt sind, wodurch die wirksame Flächenpressung zwischen Wälzkörpern 5 und Innenblech 4 bzw. dessen Führungsabschnitten 6 gegenüber einer herkömmlichen Axiallagerung deutlich reduziert ist.

In gleicher Weise sind die Kugeln bzw. Wälzkörper 5 außen in einer Außenhülse 7 geführt, die eine triovale Querschnittskontur oder eine anders geartete Kontur aufweisen kann. Wichtig ist auch hier, dass die äußeren Führungsab- schnitte 8 axial gleichmäßig verlaufen und im Querschnitt einen Kreissegmentabschnitt aufweisen, dessen Radius dem Radius der Wälzkörper 5 entspricht, so dass diese über einen definierten Bereich umfasst und geführt sind, wodurch die wirksame Flächenpressung zwischen Wälzkörpern 5 und Außenhülse 7 bzw. dessen Führungsabschnitten 8 gegenüber einer herkömmlichen, hohlzylindrisch geformten Axiallagerung deutlich reduziert ist.

Ein Käfig 9 dient zur exakten Führung der Wälzkörper 5 zwischen Innenblech 4 und Außenhülse 7 sowie zur Sicherstellung eines gleichmäßigen Abstandes zwischen den Wälzkörpern 5.

Anhand der Darstellung der Fig. 1 wird unmittelbar deutlich, dass zur spielfreien Fixierung der trioval geformten Außenhülse 7 in der hohlzylindrisch geformten Innenmantelfläche des Getriebegehäuses 3 ein erhöhter Fertigungsaufwand notwendig wäre, wenn bspw. die Außenkontur der Außenhülse 7 in die Innenkontur des Getriebegehäuses 3 eingearbeitet werden sollte, was in der Regel nur durch stoßende Verfahren erfolgen kann. Dieser erhöhte Bearbeitungsaufwand wird in der vorliegenden Ausführungsvariante dadurch vermieden, dass zwischen Außenkontur der nicht zylindrisch geformten Außenhülse 7 zur Führung der Wälzkörper 5 und der Innenkontur der zylindrisch geformten Bohrung des Getriebegehäuses 3 eine Adapterhülse 10 angeordnet ist, die einerseits dem Ausgleich der unterschiedlichen Konturen dient, und die andererseits eine durchaus erwünschte Dämpfungswirkung liefern kann, um die übertragung von Geräuschen und Vibrationen zwischen Getriebegehäuse 3 und Schaltschiene 2 zu reduzieren.

Mit Hilfe dieser zusätzlichen Adapterhülse 10 wird eine Wälzlagerung 1 geliefert, die hinsichtlich der Geräuschübertragung zwischen den gegeneinander beweglichen Teilen optimiert ist. Die Adapterhülse 10 wirkt somit als Dämpfungselement und ist vorzugsweise aus einem elastischen Werkstoff gefertigt, der die Geräusch- und Vibrationsübertragung zwischen Schaltschiene 2 und Getriebegehäuse 3 dämpfen kann. Eine besonders gute Dämpfungswirkung lässt sich erzielen, wenn die Adapterhülse aus einem elastischen Werkstoff mit exakt abgestimmtem Elastizitätsverhalten gefertigt ist. Als solcher Werkstoff kommt bspw. ein thermoplastischer Kunststoff mit ausreichender Elastizität bzw. mit ausreichenden Dämpfungseigenschaften in Frage. Insbesondere kommt als geeigneter Werkstoff jedoch auch ein elastomerer Kunststoff mit ausreichender Festigkeit in Frage, so dass die notwendigen elastischen Eigenschaften in ausreichendem Maße gewährleistet sind.

Gerade diese Elastizität führt zu einem weiteren Vorteil der Erfindung, nämlich der Möglichkeit des Ausgleichs von Fluchtungsfehlern gegenüber liegend angeordneter Schaltschienen- oder Schaltstangenlagerungen. Fluchtungsfehler rufen Verspannungen innerhalb der Lagereinheit und damit eine starke über- höhung der Pressung der Wälzkörper auf die Laufbahnoberflächen hervor, wodurch die zulässige Lagerbelastung überschritten werden kann, was damit zur Beschädigung oder Zerstörung des Lagers führen kann.

Die Fig. 2 verdeutlicht nochmals die bereits zur Fig. 1 erwähnten Bauteile der Wälzlagerung in perspektivischem Teillängsschnitt. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, so dass sich eine nochmalige Erläuterung erübrigt. Es sind in dieser Darstellung insbesondere nochmals die räumlichen Anordnungen der einzelnen Bauteile zueinander verdeutlicht, wie bspw. das Innenblech 4 zur inneren Führung und die Außenhülse 7 zur äuße- ren Führung der Wälzkörper 5. Die elastische Adapterhülse 10 ist stellenweise relativ dick, während sie in den Bereichen mit den sich nach außen wölbenden äußeren Führungsabschnitten 8 relativ dünn ist. Die Materialstärke an diesen dünneren Stellen ist zweckmäßigerweise so zu bemessen, dass eine ausreichende Elastizität für eine Vibrations- und Geräuschdämpfung verbleibt.

Die schematische Längsschnittdarstellung der Fig. 3 verdeutlicht eine erste Variante der Wälzlagerung 1 , bei der das Innenblech 4 in eine entsprechende Ausnehmung 11 an der Außenmantelfläche der Schaltschiene 2 eingebracht ist. Die Ausnehmung 11 weist eine Tiefe auf, die ungefähr der Stärke des In- nenblechs 4 entspricht. Die übrigen Teile entsprechen den bereits zuvor erläuterten Bauteilen entsprechend der Figuren 1 und 2.

Die schematische Längsschnittdarstellung der Fig. 4 und die Querschnittsdarstellung der Fig. 5 verdeutlichen eine alternative Variante der Wälzlagerung 1 , bei der auf ein Innenblech verzichtet ist und anstelle der inneren Lagerschale entsprechende rinnenförmige Führungsausnehmung 12 an der Außenmantelfläche der Schaltschiene 2 eingebracht sind. Die Führungsausnehmungen 12 können jeweils eine Tiefe aufweisen, die ungefähr der Stärke des Innenblechs

4 entsprechend der ersten Variante entspricht. Die übrigen Teile entsprechen den bereits zuvor erläuterten Bauteilen entsprechend der Figuren 1 bis 3. Fig. 6 verdeutlicht diese alternative Variante nochmals in perspektivischer Darstellung.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.

Bezugszeichenliste

Wälzlagerung

Schaltschiene, Schaltstange

Getriebegehäuse

Innenblech

Wälzkörper innerer Führungsabschnitt

Außenhülse äußerer Führungsabschnitt

Käfig

Adapterhülse

Ausnehmung

Führungsausnehmung