DE10004438A1

DE10004438A1 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE10004438A1
Application number: DE10004438A
Authority: DE
Inventors: Michael D Beaman
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 2000-02-02
Publication date: 2001-03-22
Also published as: GB0002063D0; US6186668B1; JP2000310223A; GB2346420A; GB2346420B

Abstract

Eine Vielzahl von Wälzelementen (32, 56) steht in Wälzkontakt mit einem äußeren Laufring (22, 42) aus Metall und ist innerhalb eines Lagerkäfigs gehalten. Eine ringförmige Buchse umgibt teilweise den äußeren Laufring (22, 42), wobei die ringförmige Buchse längs einer radialen Ebene in zwei Buchsenhälften (24, 44) unterteilt ist, die aus einem thermoplastischen Elastomer geformt sind. Die Buchsenhälften (24, 44) werden axial derart zusammengehalten, daß eine axiale Bewegung des äußeren Laufrings (22, 42) begrenzt ist. Die ringförmige Buchse (24, 44) kann einstückig damit ausgebildete (integrale) ringförmige Dichtungen (30, 54) aufweisen, und sie kann eine abgerundete, radial äußere Oberfläche haben, um eine Selbstausrichtung der Lageranordnung zu erleichtern.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Lageranordnungen, die eine flexible, ringförmige Buchse haben, und insbesondere auf eine Lageranordnung, die für das Montieren von Lenksäulen und ähnlichen Gebilden geeignet ist.

Bei solchen Anwendungsfällen wird eine Lageranordnung gefordert, die eine Welle, bspw. eine Lenksäule, im Hinblick auf Geräusch und Vibration isoliert. Zusätzlich kann ein Lager mit "Nullspiel" in solchen Anordnungen erwünscht sein, um die Geräusch- und Vibrations eigenschaften weiter zu verbessern und ein "straffes" Gefühl zu vermitteln. Ein Nadellager kann z. B. einen geteilten äußeren Laufring und einen geteilten Lagerkäfig haben, die gegen die Welle mittels einer Gummibuchse zusammengedrückt werden. Die Gummibuchse er fordert eine Hinterschneidung zur Aufnahme des Nadellagers sowie Lippendichtungen, die schwierig herzustellen sind und die die Konstruktionsfreiheit beschränken.

Aus dem Vorstehenden ergeben sich Nachteile bekannter Anordnungen, die durch die Er findung überwunden werden sollen.

Eine erfindungsgemäße Lagerausbildung ist in Anspruch 1 gekennzeichnet. Die Unteran sprüche kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildungen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung im ein zelnen beschrieben.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Nadellageranordnung mit Nullspiel und veranschaulicht den Stand der Technik;

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Nadellageranordnung mit Nullspiel, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer selbstausrichtenden Nadellageranordnung, die ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 4 ist eine bildliche Darstellung einer Buchsenhälfte der selbstausrichtenden Nadel lageranordnung von Fig. 3;

Fig. 5 ist eine andere bildliche Ansicht einer Buchsenhälfte der selbstausrichtenden Lageranordnung von Fig. 3.

Fig. 1 veranschaulicht eine Nadellageranordnung 10 mit Nullspiel, die einen geteilten äuße ren Laufring 12 innerhalb einer unter Druck gesetzten Buchse 14 aus natürlichem Burma gummi (NBR) aufweist. Nadelrollen 16 sind in einem geteilten Lagerkäfig 18 gehalten und radial nach innen durch die Gummibuchse 14 gegen eine nicht dargestellte Welle zusam mengedrückt, um ein Nullspiel zu schaffen. Eine Lippendichtung 17 kann vorgesehen sein, um Schmierfett aufzunehmen und Verunreinigungen auszuschließen. Aufgrund von Her stellungs- und Zusammenbau-Schwierigkeiten, die mit der Lippendichtung und der Tasche für den geteilten äußeren Laufring 12 einhergehen, sind jedoch die Konstruktionsmöglich keiten sehr beschränkt. Die Lageranordnung 10 kann eine geformte Stahlhülse 19 zum Einsetzen in die umgebende Anordnung aufweisen, und sie muß zum Einbau richtig orien tiert werden.

Fig. 2 veranschaulicht eine Nadellageranordnung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein äußerer Laufring 22 ist innerhalb einer ringförmigen Buchse gehalten, die längs einer radialen Ebene in zwei Buchsenhälften 24 unterteilt ist. Die Buchsenhälften 24 sind aus einem thermoplastischen Elastomer ingenieurmäßig hergestellt und geformt, z. B. aus Sarlink, das von DSM Thermoplastic Elastomers Incorporated erhältlich ist. Die Buch senhälften 24 umschließen eine radial äußere Oberfläche des äußeren Laufrings 22 und umgeben axiale Enden des äußeren Laufrings 22. Ein zylindrischer gezogener Napf 26 oder irgendein anderes Haltemittel hält die Buchsenhälften 24 axial zusammen, so daß eine axiale Bewegung des äußeren Laufrings 22 begrenzt ist. Der gezogene Napf 26 kann aus weichem Stahl geformt sein, wobei seine axialen Enden 28 radial nach innen umgebördelt sind, wie dargestellt, um die erforderliche axiale Halterung zu schaffen.

Anders als bei der Lageranordnung 10 nach dem Stand der Technik können die Buchsen hälften 24 leicht durch Spritzgießen hergestellt und geformt werden, da eine große Hinter schneidung nicht erforderlich ist, um eine Tasche für den äußeren Laufring zu bilden. Das Spritzgießen vermindert die für den Herstellzyklus erforderliche Zeit im Vergleich zu dem Druckformen und gestattet eine größere Auswahl der zu verwendenden Materialien.

Das ingenieurmäßig bearbeitete thermoplastische Elastomer der Buchsenhälften 24 gestattet eine gewisse Selbstausrichtung und dämpft Geräusche und Vibrationen. Zusätzlich gestatten es das Material, die Gestalt und der Formvorgang, daß die Buchsenhälften 24 einstückige (integrale) ringförmige Dichtungen 30 aufweisen, mit einem weiten Bereich von Lippen ausbildungen an beiden axialen Enden der Buchsenhälften 24 zum Abdichten gegen eine Welle oder gegen einen inneren Lagerlaufring, beides nicht gezeigt.

Falls erwünscht, kann der äußere Laufring 22 geteilt sein, wie es in Fig. 2 veranschaulicht ist, um es dem äußeren Laufring 22 zu ermöglichen, radial nach innen durch die Buchsen hälften 24 vorgespannt zu werden, um Nadelrollen 32 gegen eine Welle oder eine innere Laufbahn (nicht gezeigt) zu drücken, um ein Lager mit Nullspiel zu schaffen. Bei solchen Variationen kann der Lagerkäfig 34, der die Nadelrollen 32 enthält, ebenfalls geteilt sein, um dieses Anliegen der Lageranordnung auf der Welle oder der inneren Laufbahn zu er leichtern. Es ist bedeutsam, daß die Buchsenhälften 24 identisch sein können, wodurch Herstellung und Zusammenbau vereinfacht werden. Die gezogene Hülse 26 kann mit Press sitz in einem Gehäuse aufgenommen werden, so daß Variationen in der Gehäusebohrung durch Verformung des weichen Materials kompensiert werden.

Fig. 3 veranschaulicht eine Nadellageranordnung 40 gemäß einem anderen Ausführungsbei spiel der Erfindung. Der äußere Laufring 42 ist innerhalb einer ringförmigen Buchse gehal ten, die längs einer radialen Ebene in zwei Buchsenhälften 44 unterteilt ist, ähnlich denjeni gen des ersten Ausführungsbeispiels. Die Buchsenhälften 44 sind aus einem ingenieurmäßig bearbeiteten thermoplastischen Elastomer geformt, umschließen eine radial äußere Ober fläche des äußeren Laufrings 42 und umgeben die axialen Enden des äußeren Laufrings 42. Ein Napf 46 oder ein anderes Haltemittel hält die Buchsenhälften 44 derart zusammen, daß eine axiale Bewegung des äußeren Laufrings 42 begrenzt ist. Der Napf 46 kann zylindrisch sein, wie gezeigt, oder er kann irgendeine andere konkave Gestalt haben.

Anders als die Buchsenhälften 24 des ersten Ausführungsbeispiels haben die Buchsenhälf ten 44 nicht eine zylindrische radial äußere Oberfläche, sondern sie haben eine radial äuße re konvexe Oberfläche 48, die derart abgerundet ist, daß eine Selbstausrichtung der Lager anordnung 40 erleichtert ist. Der Napf 46 kann aus einem Stück oder aus mehreren ge trennten Stücken geformt sein, die miteinander zusammengefügt sind, um Endwände 48 und 50 zu bilden, die sich radial nach innen erstrecken, so daß die Buchsenhälften 44 in Bezug auf den Napf 46 verschwenken können, während die axiale Halterung des äußeren Laufrings 42 aufrechterhalten wird. Die abgerundete radial äußere konvexe Oberfläche 48 der Buchsenhälften 44 kann sphärisch oder tonnenförmig gestaltet sein, wie dargestellt, mit einem gekrümmten Querschnitt, der einen Radius hat, der größer ist als derjenige einer sphärischen Form.

Die Buchsenhälften 44 werden durch Spritzgießen hergestellt mit ausgenommenen End abschnitten 52, die das Selbstausrichten der Lageranordnung 50 erleichtern, ohne daß eine übermäßige Interferenz oder Störung zwischen den Endwänden 48 und 50 und den Buch senhälften 44 auftritt. Ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel können die Buchsenhälf ten 44 einstückige (integrale) Lippendichtungen 54 an ihren axial äußeren Abschnitten aufweisen, und Nadelrollen 56 können in Rollberührung mit dem äußeren Laufring 42 stehen, wobei die Nadelrollen 56 in einem Lagerkäfig gehalten sind. Der äußere Laufring 42 und der Lagerkäfig können kontinuierlich sein, wie dargestellt, oder geteilt, wie in Be zug auf das erste Ausführungsbeispiel dargestellt. Ein wahlweise verwendbarer Ring 60, der z. B. aus Acetal-Polymer geformt ist, kann an den axialen Enden des Lagerkäfigs vor gesehen sein, um eine Labyrinthdichtung zu bilden.

Wie in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht ist, können die Buchsenhälften 44 eine Vielzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Ausnehmungen 62 haben. Diese Aus nehmungen 62 erleichtern das Spritzgießen, wobei die durch Formkerne ausgesparten Be reiche eine mehr gleichförmige Dicke des Materials schaffen. Zusätzlich verbessert die sich ergebende stegartige oder speichenartige Gestalt die Isolationseigenschaften der ringförmi gen Buchse. Die Buchsenhälften 44 können identisch sein, was die Herstellung erleichtert, und sie können so gestaltet sein, daß sie eine mechanische Verriegelung umfassen, um das Ausrichten und/oder die axiale Halterung der beiden Buchsenhälften zu erleichtern. Der konkave Napf 46 kann dicht die abgerundeten radial äußeren konvexen Oberflächen der Buchsenhälften 44 umschließen, und die beiden Oberflächen können sphärisch statt tonnen förmig gestaltet sein.

Die Erfindung schafft eine Lageranordnung, die eine Lenksäule oder eine andere Welle in Bezug auf Geräusche und Vibration isoliert und die eine gewisse Fähigkeit zur Selbstaus richtung bietet. Die Erfindung ist für Nadelrollen wie auch für kugelartige Wälzelemente geeignet. Die Erfindung ermöglicht eine größere Flexibilität in der Konstruktion, eliminiert die Notwendigkeit, die Lageranordnung beim Einbau zu orientieren, vereinfacht die Her stellung der Lageranordnung und vereinfacht die Integration von einstückig ausgebildeten Lippendichtungen.

Claims

1. Lageranordnung (20, 40) mit einem äußeren Laufring (22, 42) aus Metall, mit einer Vielzahl von Wälzelementen (32, 56) in Wälzkontakt mit dem äußeren Laufring (22, 42) und in einem Lagerkäfig gehalten, mit einer ringförmigen Buchse, die den äuße ren Laufring (22, 42) teilweise umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die ring förmige Buchse längs einer radialen Ebene in zwei Buchsenhälften (24, 44) unterteilt ist, daß die Buchsenhälften (24, 44) aus einem thermoplastischen Elastomer geformt sind, und daß ein Haltemittel (26, 46) zum axialen Zusammenhalten der Buchsenhälf ten (24, 44) vorgesehen ist, so daß eine axiale Bewegung des äußeren Laufrings (22, 42) begrenzt ist.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1, bei der die Buchsenhälften (24, 44) jeweils ein stückig damit ausgebildete ringförmige Dichtungen (30, 54) aufweisen.

3. Lageranordnung nach Anspruch 1, bei der das Haltemittel (26, 46) einen Metallnapf aufweist, der sich um radial äußere Oberflächen der Buchsenhälften (24, 44) herum erstreckt, um eine axial nach außen gerichtete Bewegung der Buchsenhälften (24, 44) zu verhindern.

4. Lageranordnung nach Anspruch 1, bei der die Buchsenhälften (24) eine radial äußere Oberfläche haben, die zylindrisch ist.

5. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß das Haltemittel (26) einen zylindrischen gezogenen Napf aufweist, der ge genüber den zylindrischen, radial nach außen gerichteten Oberflächen der Buchsen hälften (24) angeordnet ist, und daß der gezogene Napf (26) radial nach innen ge richtete Endflansche (28) aufweist, die sich um die axial äußeren Oberflächen der Buchsenhälften (24) herum erstrecken.

6. Lageranordnung nach Anspruch 1, bei der die Buchsenhälften (44) eine radial äußere konvexe Oberfläche haben, die derart abgerundet ist, daß ein Selbstausrichten der Lageranordnung (40) erleichtert ist.

7. Lageranordnung nach Anspruch 6, bei der das Haltemittel (46) einen konkaven Me tallnapf aufweist, der sich um einen Teil der abgerundeten, radial äußeren konvexen Oberfläche der Buchsenhälften (44) herum erstreckt.

8. Lageranordnung nach Anspruch 6, bei dem die abgerundete, radial äußere Oberfläche der Buchsenhälften (44) sphärisch ist.

9. Lageranordnung nach Anspruch 6, bei der die abgerundete, radial äußere Oberfläche der Buchsenhälften (44) tonnenförmig gestaltet ist, so daß ein Längsschnitt der Buch senhälften (44) eine gekrümmte äußere Begrenzung hat.

10. Lageranordnung nach Anspruch 1, bei der das Haltemittel (26, 46) eine mechanische Verriegelung umfaßt, die durch Teile der Buchsenhälften (24, 44) gebildet ist.

11. Lageranordnung nach Anspruch 1, bei der die Buchsenhälften (24, 44) identisch sind.

12. Lageranordnung nach Anspruch 1, bei der der äußere Laufring (22, 42) derart geteilt ist, daß eine radial nach innen gerichtete Kraft, die durch die Buchsenhälften (24, 44) aufgebracht wird, es dem äußeren Laufring (22, 42) erlaubt, sich gegen eine Welle anzulegen, um so den Freiraum zwischen der Welle, den Wälzelementen (32, 56) und dem äußeren Laufring (22, 42) zu vermindern.