B e s c h r e i b u n g

Wälzlager und Verwendung des Wälzlagers

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager zur Lagerung einer in einer Bewegungsrichtung bewegbaren Achse oder Welle, das mindestens ein Umlaufsegment umfasst, das einen Wälzkörperumlauf mit einer die zu lagernde Achse oder Welle kontaktierenden Vorlaufbahn und mit einer Rücklaufbahn aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Verwendung des Wälzlagers.

Derartige Wälzlager kommen beispielsweise als Linearlager bei verschiedenen Anwendungen zum Einsatz. Ein möglicher Anwendungsfall ist die aktive Lagerung oder Halterung einer Kopfstütze in einem Kraftfahrzeug. Bei einem Unfall bewegt sich die aktive Kopfstütze mit dem Kopf des Insassen nach vorne und verhindert so ein Zurückschleudern des Kopfs. Dadurch wird ein bei Unfällen ansonsten häufig im Nackenbereich verursachtes Schleudertrauma vermieden.

Bei einer bekannten Ausführungsform ist die aktive Kopfstütze mittels längsverschieblicher Linearlager an zwei Führungen gelagert. Um zu verhindern, dass sich die aktive Kopfstütze ohne Bedarf, wie z.B. bei einer Vollbremsung, selbständig löst und nach vorne bewegt, ist eine weitere mit einem

Reibelement zusammenwirkende Führung vorgesehen. Das Reibelement bewirkt eine zunächst zu überwindende Anfangsreibkraft (= Losbrechkraft), unterhalb der es zu keiner Bewegung der aktiven Kopfstütze kommt. Diese Konstruktion mit drei Führungen ist aufwendig und benötigt viel Platz.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Wälzlager der eingangs bezeichneten Art anzugeben, das aufplatzsparende Weise die Einstellung einer Anfangsreibkraft ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Wälzlager entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben. Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager ist in etwa parallel entlang der Vorlaufbahn ein Reibelement angeordnet, das die zu lagernde Achse oder Welle kontaktiert.

Das erfindungsgemäße Wälzlager zeichnet sich dadurch aus, das die Erzeugung der gewünschten Anfangsreibkraft unmittelbar in das Wälzlager integriert ist. Dadurch vereinfacht sich der konstruktive Aufwand bei Anwendungen, bei denen eine solche Reibkraft erwünscht ist. Insbesondere bei dem Anwendungsfall der aktiven Kopfstütze kann verglichen mit der bekannten Ausfuhrungsform die dritte gesonderte Führung komplett eingespart werden. Außerdem ist die erfindungsgemäß vorgesehene Integration des Reibelements direkt in das Wälzlager besonders platzsparend. Das Reibelement ist in dem oft ohnehin vorhandenen Zwischenraum zwischen Vor- und Rücklaufbahn untergebracht, so dass die Außenabmessungen des Wälzlagers durch die zusätzlich vorgesehene Einbettung des Reibelements nicht beeinflusst werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wälzlagers ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.

Günstig ist eine Variante, bei der die Vorlaufbahn, die Rücklaufbahn und der Zwischenraum in der Bewegungsrichtung verlaufen. Dadurch ergeben sich zum einen eine besonders gute Führung in Bewegungsrichtung und zum anderen eine besonders effiziente Einstellung der gewünschten Anfangsreibkraft.

Weiterhin kann die Bewegungsrichtung vorzugsweise eine axiale Längsrichtung der zu lagernden Achse oder Welle sein. Dann liegt insbesondere ein Linearlager vor, mittels dessen eine längsverschiebliche Lagerung ermöglicht wird. Grundsätzlich kann die vorteilhafte Integration des Reibelements aber auch bei Wälzlagern verwendet werden, die für eine drehbewegliche Lage- rung mittels Wälzkörperumlauf ausgelegt sind.

Außerdem gibt es eine bevorzugte Ausgestaltung, bei der in dem Zwischenraum ein die Vorlaufbahn und die Rücklaufbahn voneinander trennender Steg vorgesehen ist, der eine zu der Achse oder Welle hin offene Stegausnehmung aufweist, in der sich das Reibelement befindet. Auf diese Weise lässt sich das Reibelement besonders platzsparend unterbringen.

Gemäß einer anderen günstigen Variante besteht das Reibelement aus einem elastischen Material, insbesondere aus einem Elastomer. Mit diesen Werkstof- fen lässt sich die Anfangsreibkraft je nach Anwendungsfall in weiten Grenzen beliebig einstellen.

Vorzugsweise hat das Reibelement außerdem in der Bewegungsrichtung ungefähr die gleiche Ausdehnung wie die Vorlaufbahn. Dadurch wird der verfügbare Platz weitest gehend zur Erzeugung der Anfangsreibkraft ausgenutzt. Bei einer Linearlager- Anwendung hat das Reibelement im Wesentli- chen die gleiche Länge wie ein gerader Abschnitt der Vorlaufbahn. Die gekrümmten Teile der Vorlaufbahn, die in die Umlenkbögen von und zu der Rücklaufbahn münden, bleiben dabei insbesondere unberücksichtigt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung hat das Reibelement einen runden Querschnitt und außerdem eine insbesondere längliche Form. Beispielsweise liegt das Reibelement als Stück eines elastischen Rundmaterials vor, aus dem auch herkömmliche O-Ringe hergestellt sind. Hierfür fallen besonders niedrige Fertigungskosten an. Darüber hinaus ermöglicht der runde Querschnitt eine definierte Kontaktierung der Achse oder Welle. Die erzielba- re Reibkraft lässt sich dann besonders genau vorherbestimmen.

Günstig ist weiterhin eine Variante, bei der das Reibelement eine solche Querschnittsabmessung und das Material des Reibelements eine solche Shorehärte aufweist, dass das Reibelement eine vorgebbare beim Verlassen des Ruhezustands gemessene Anfangsreibkraft bewirkt. Die Querschnittsabmessungen und Shorehärten der eingesetzten Reibelemente lassen sich in weiten Grenzen variieren. Sie eignen sich also besonders gut zur Anpassung an die im jeweiligen Anwendungsfall geforderte Anfangsreibkraft. Bei einem Einsatz zur Lagerung aktiver Kopfstützen liegt die zur Vermeidung eines unerwünschten selbständigen Lösens des Wälzlagers geforderte Anfangsreibkraft bei insbesondere etwa IO N. Dieser Wert sollte außerdem vorzugsweise über einen Temperaturbereich von -40 ⁰ C bis +80 ⁰ C gewährleistet bleiben.

Gemäß einer anderen günstigen Variante sind mehrere insbesondere zusammenhängende Umlaufsegmente vorgesehen, von denen jeweils zwei mittels eines Filmscharniers miteinander verbunden sind und die zu einer Hohlzylin- deranordnung zusammensetzbar sind. So können in besonders einfacher Weise Lager für üblicherweise zylindrische Achsen oder Wellen hergestellt und vor allem auch montiert werden.

Bei einer günstigen Ausgestaltung ist das Filmscharnier weiterhin durch einen insbesondere dünnen Material steg mit einer Multidreiecklochung gebildet. In axialer Richtung zueinander benachbarte Dreiecklöcher dieser Multidreiecklochung haben vorzugsweise jeweils abwechselnde Orientierungen. Die Dreiecklöcher werden beispielsweise bei einem spritzgusstechnischen Herstellen der zusammenhängenden Umlaufsegmente aus einem Kunststoff entsprechend mit vorgesehen. Ein solches Filmscharnier lässt sich damit einfach fertigen. Zugleich bietet es eine sehr gute mechanische Festigkeit und Stabilität sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung.

Das erfindungsgemäße Wälzlager kann mit besonderem Vorteil zur Lagerung oder Halterung einer aktiven Kopfstütze eingesetzt werden. Dabei ist die mittels des Wälzlagers gelagerte Achse oder Welle fest mit der Kopfstütze verbunden ist. Das in das Wälzlager integrierte Reibelement ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau der Gesamtanordnung aus Führung(en), Halterung(en) bzw. Lagerung(en) und aktiver Kopfstütze.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Figur 1 ein Ausfuhrungsbeispiel eines Linearlagers aus Umlaufsegmenten mit Wälzkörperumläufen und integrierten Reibelementen in einer perspektivischen und teils aufgeschnittenen Darstellung,

Figur 2 ein unverschlossenes und unbestücktes Umlaufsegment des Linearlagers gemäß Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von oben,

Figur 3 ein Umlaufsegment des Linearlagers gemäß Fig. 1 in einer perspek- tivischen Ansicht von unten und

Figur 4 ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel eines Linearlagers aus zusammenhängenden Umlaufsegmenten in perspektivischer und nur teilmontierter Darstellung.

Einander entsprechende Teile sind in den Fig. 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines als gebremstes Linearlager 1 ausgebildeten Wälzlagers dargestellt. Es umfasst mehrere, im Ausfuhrungsbeispiel drei Umlaufsegmente 2, die jeweils einen Wälzkörperumlauf 3 mit Kugeln 4 als Wälzkörpern sowie ein integriertes Reibelement 5 haben. Im zusammenmontierten Zustand bilden die drei Umlaufsegmente 2 eine Hohlzy- linderanordnung, in deren hohlem Innenraum 6 eine in Fig. 1 nicht gezeigte Achse oder Welle lagerbar ist. Entlang dieser Achse oder Welle ist das

Linearlager 1 axial, d.h. in Richtung einer zentralen Längsachse 7, mittels der Wälzkörperumläufe 3 beidseitig längsverschieblich. Diese beiden möglichen

Bewegungsrichtungen des Linearlagers 1 sind in Fig. 1 durch einen mit 8 bezeichneten Doppelpfeil angedeutet.

In Fig. 2 und 3 ist jeweils eines der Umlaufsegmente 2 des Linearlagers 1 in einer Ansicht von oben bzw. von unten dargestellt. Jedes der Umlaufsegmente 2 nimmt einen Wälzkörperumlauf 3 auf. Die Kugeln 4 jedes Wälzkörperumlaufs 3 befinden sich in einem Umlaufbett 9, das nach außen, also oben mit einem Umlaufdeckel 10 verschlossen ist. Wie besonders gut anhand der unverschlossenen Darstellung gemäß Fig. 2 ersichtlich hat das Umlaufbett 9 zwei parallele Laufbahnen, nämlich eine Vorlaufbahn 11 und eine Rücklaufbahn 12, die gerade sind, in Richtung der Längsachse 7 verlaufen und an ihren jeweiligen Enden mittels zweier Umlenkbögen 13 miteinander verbunden sind.

Im Bereich der Vorlaufbahn 1 1 hat das Umlaufbett 9 an seiner Unterseite eine Lagerungsöffnung 14 zum Innenraum 6, durch die die hier umlaufenden Kugeln 4 die längsverschieblich zu lagernde Achse oder Welle kontaktieren. Genau in diesem Bereich hat der Umlaufdeckel 10 eine nach innen gerichtete Vorwölbung 15, mit der er gegen die darunter angeordneten Kugeln 4 drückt. Letztere werden auf diese Weise durch die Lagerungsöffnung 14 hindurch in Kontakt mit der Achse oder Welle gehalten. Die Rücklaufbahn 12 hat keine vergleichbare öffnung zur Achse oder Welle.

Zwischen der Vorlaufbahn 1 1 und der Rücklaufbahn 12 ist ein Zwischenraum vorgesehen. Zur Seite der Kugeln 4 und des Umlaufbetts 9 hin ist dieser

Zwischenraum als nach oben aufstehender Steg 16 ausgebildet, der die Vor- und Rücklaufbahn 11 bzw. 12 voneinander trennt. Auf der gegenüberliegenden, also auf der der Achse oder Welle zugewandten Seite ist der

Steg 16 ausgehöhlt. Er hat dort eine nach unten, d.h. zur Achse oder Welle hin offene Stegausnehmung 17, die gerade ist und in Richtung der Längsachse 7 verläuft.

5 In diese Stegausnehmung 17 ist das Reibelement 5 eingelegt. Es hat eine

Stabform mit einem runden Querschnitt und erstreckt sich praktisch über die gesamte gerade Länge der Vor- und Rücklaufbahn 11 bzw. 12. Es ist flexibel und besteht aus einem Elastomer. Das zylindrische Reibelement 5 steht im eingelegten Zustand etwas über den unteren Rand der Stegausnehmung 17 l o hervor und kontaktiert die zu lagernde Achse oder Welle mittels eines schmalen Kontaktbereichs 18 in etwa entsprechend einer breiten Linie.

Das Reibelement 5 verursacht eine gezielt vorgebare Bremswirkung im Linearlager 1. Insbesondere bewirkt es eine gewünschte Anfangsreibkraft (=

15 Losbrechkraft), die bei stillstehendem Linearlager 1 zunächst aufgebracht werden muss, um das Linearlager 1 in eine Längsbewegung zu versetzen. Bei einem Einsatz des Linearlagers 1 zur Führung oder Halterung einer aktiven Kopfstütze beträgt diese über die Querschnittsabmessungen des Reibelements 5 und / oder die Shorehärte des verwendeten Elastomers einstellbare Anfangs- 0 reibkraft etwa IO N. Die Geometrie- und Materialwahl erfolgt bei dieser

Anwendung so, dass dieser Wert der Anfangsreibkraft über einen Temperaturbereich von etwa -40 ⁰ C bis +80 ⁰ C ungefähr konstant bleibt. Anhand der jeweils verwendeten Querschnittsabmessung des Reibelements 5 kann die Anpresskraft eingestellt werden, mit der das Reibelement 5 gegen die Achse 5 oder Welle gedrückt wird. Auch dieser Anpressdruck geht in die letztendlich vorliegende Anfangsreibkraft ein.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines ebenfalls gebremsten Linearlagers 19 aus zusammenhängenden Umlaufsegmenten 20 gezeigt. Benachbarte Umlaufsegmente 20 sind jeweils mittels eines Filmscharniers 21 miteinander verbunden, so dass die Umlaufsegmenten 20 wiederum zu einer Hohlzylinderanordnung zusammengeklappt werden können.

Die Filmscharniere 21 sind jeweils durch einen dünnen Materialsteg gebildet, der mit einer Multidreiecklochung 22 versehen ist. Die in axialer Richtung nacheinander angeordneten Dreiecklöcher dieser Multidreiecklochung 22 haben jeweils die Gestalt eines gleichschenkligen Dreiecks. Benachbarte Dreiecklöcher haben unterschiedliche Orientierungen. Sie sind jeweils um 180° gegeneinander gedreht, so dass sich die Orientierungen der Dreiecklöcher mit einer Periode von zwei wiederholen.

Im Unterschied zum Linearlager 1 gemäß Fig. 1 ist beim Linearlager 19 gemäß Fig. 4 ein im Zwischenraum zwischen der Vorlaufbahn 11 und der Rücklaufbahn 12 vorgesehener trennender Steg 23 auch nach oben offen. Eine zur Aufnahme eines in Fig. 4 nicht näher gezeigten Reibelements vorgesehene Stegausnehmung 24 ist also durchgehend ausgebildet. Sie weist zu beiden Seiten hin öffnungen auf. Dies erleichtert die Montage. Das Reibelement kann auch noch von oben eingelegt werden, nachdem die Umlaufsegmente 20 bereits um die zu lagernde Achse oder Welle herum zusammengeklappt worden sind.