DE102004050728A1

DE102004050728A1 - Dünnringlager

Info

Publication number: DE102004050728A1
Application number: DE102004050728A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang DÖPPLING; Herbert Erhardt; Alexander Dipl.-Ing. Zernickel (FH)
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2006-04-20
Also published as: WO2006042639A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dünnringlager mit einem im Verhältnis zum Lagerdurchmesser sehr kleinen Querschnitt mit zwei Lagerringen, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen Wälzkörper abrollen. DOLLAR A Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die Lagerringe (12, 13, 17, 18, 23, 24) durch einen spanlosen Formgebungsprozeß hergestellt sind und dass einer der Lagerringe (12, 13, 17, 18, 23, 24) eine Laufbahn (12.1, 13.1, 17.1, 18.1, 23.1, 24.1) aufweist, die in wenigstens einem Umfangsabschnitt eine von ihrer Kreisform abweichende elastisch nachgiebige Laufbahnwölbung (13.2, 21.1) derart aufweist, dass wenigstens einer der Wälzkörper (15, 20, 26) zwischen der Laufbahnwölbung und dieser gegenüberliegenden Laufbahn (12.1, 17.1, 23.1) radial vorgespannt ist. DOLLAR A Der Vorteil des Lagers liegt darin, dass es sich einerseits sehr einfach herstellen lässt und dass es andererseits spielfrei ist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Dünnringlager mit einem im Verhältnis zum Lagerdurchmesser sehr kleinen Querschnitt mit zwei Lagerringen, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen Wälzkörper abrollen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnringlagers.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Dünnringlager, bei denen im Gegensatz zu genormten Wälzlagerreihen der Querschnitt mit dem Lagerdurchmesser nicht bzw. nur unwesentlich zunimmt, gibt es als Vierpunktlager, Rillenkugellager und Schrägkugellager in einem Lagerdurchmesserbereich zwischen 25 und 1000 mm. Hauptanwendungsgebiete sind Handhabungsgeräte, Industrieroboter, Textil- und Druckmaschinen, medizinische, optische und optronische Geräte, Luft- und Raumfahrt. Die Vorteile von solch gattungsgemäßen Dünnringlagern sind eine geringe Masse, ein geringes Drehmoment und die Möglichkeit, raum- und gewichtssparende Konstruktion zu erstellen, die eine hohe Steifigkeit und Laufgenauigkeit aufweisen. Derartige Dünnringlager sind beispielsweise auf Seite 10 des Fachbuches „Die Wälzlagerpraxis", Handbuch für die Berechnung und Gestaltung von Lagerungen, vereinigte Fachverlage GmbH, Mainz 1995 beschrieben.
Der Nachteil der bisher bekannten Dünnringlager liegt darin, dass sie aufgrund ihrer spangebenden Herstellung sehr teuer sind. Die sehr dünnwandigen Ringe müssen wegen starker Verformung aufwendig gehärtet, d.h., gefesselt gehärtet und danach in mehrerer Schleifdurchgängen geschliffen werden. Es ist auch von Nachteil, dass Dünnringlager nach dem bisherigen Stand der Technik hochgenaue Lagersitze erfordern, die ebenfalls nur durch aufwendige Schleifoperationen herstellbar sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Ausgehend von den Nachteilen des bisherigen Standes der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine neue Gattung von Dünnringwälzlagern bereitzustellen, die sich insbesondere kostengünstig fertigen lassen und die eine geringe Spielfreiheit aufweisen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass die Lagerringe durch einen spanlosen Formgebungsprozeß hergestellt sind und dass einer der Lagerringe eine Laufbahn aufweist, die in wenigstens einem Umfangsabschnitt eine von ihrer Kreisform abweichende elastisch nachgiebige Laufbahnwölbung derart aufweist, dass wenigstens einer der Wälzkörper zwischen der Laufbahnwölbung und dieser gegenüberliegenden Laufbahn radial vorgespannt ist.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Dünnringlager ist seine einfache Herstellung durch Spanlostechnologie. Dieser Begriff ist im Sinne der Erfindung weit auszulegen und soll alle dem Fachmann bekannten Spanlosverfahren einschließen. Die derart hergestellten Dünnringlager benötigen keine nachträgliche Bearbeitung der Lagerringe, da die Lagertoleranzen über die Formgebung des Außen- oder des Innenringes ausgeglichen werden. Ein anderer Vorteil ist die mögliche Einstellung der Spielfreiheit, die sich insbesondere auf die Geräuschbildung in positiver Weise auswirkt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die spanlos hergestellten Lagerringe im Vergleich zu den spangebend herge stellten Lagerringen einen geringeren radialen Bauraum aufweisen, so dass nochmals die Einsparung von Bauraum möglich ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass die Laufbahn des Lageraußenringes eine von ihrer Kreisform abweichende Laufbahnwölbung aufweist. Diese Variante ist die Hauptvariante, da es in nahezu allen Fällen darauf ankommt, dass zu lagernde Teil spielfrei zu halten.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 3 soll das Dünnringlager als ein Rillenkugellager, ein Schrägkugellager oder als ein Vierpunktkugellager sein. Die jeweilige Lagervariante richtet sich nach dem vorgegebenen Einbaufall, der die speziellen Forderungen an den Lagertyp bestimmt.

Nach einer zusätzlichen Variante gemäß Anspruch 4 ist vorgesehen, dass die von der Kreisform abweichende elastisch nachgiebige Laufbahnwölbung durch ein in einer Nut eines Lagerringes eingelegtes elastisches Federelement, beispielsweise durch einen federnden Ring, gebildet ist. Auf diese Weise ist praktisch ein Drahtwälzlager entstanden, dass eine einfache Fertigung der Lagerringe ermöglicht. Diese brauchen dann beispielsweise nicht aufwendigen Härtungsverfahren unterworfen werden. Die federnden Ringe, die in passende Ausdrehung der Lagerringe gelegt werden, bestehen aus hochwertigen Federstahldrähten und sind gesprengt. Der Abstand zwischen den Drahtenden sorgt dafür, dass die Drahtringe gut anliegen und sich bei Temperaturschwankungen auch frei ausdehnen können.

In den Ansprüchen 5 und 6 sind Lagerringe beschrieben, die mit einem radial nach innen oder radial nach außen gerichteten Flansch versehen sind, wobei der Flansch mit durchgehenden Befestigungsbohrungen ausgestattet ist. Auf diese Weise wird eine Anpassung an die Umgebungskonstruktion und eine einfach Fixierung daran sichergestellt.

In Anspruch 7 ist eine weitere Variante des Dünnringlagers beschrieben. Danach ist ein gesprengter Lageraußenring von einer Hülse aufgenommen, die an einem Ende mit einem radial nach außen gerichteten Flansch versehen ist. Der mit einem radialen Schlitz versehene Lageraußenring lässt sich dadurch in einfacher Weise in die Hülse einsetzten. Der Flansch einschließlich Befestigungsbohrung sorgt wiederum für eine Verbindung mit einer vorgegebenen Anschlusskonstruktion, wobei nach Anspruch 8 der Flansch durch zwei in axialer Richtung zueinander versetzte Bereiche gebildet sein kann, die mit Befestigungsbohrungen ausgestaltet sind.

Nach einem zusätzlichen weiteren Merkmal gemäß Anspruch 9 soll der Lageraußenring aus einem profiliertem Band gebildet sein, dass entsprechend dem gewünschten späteren Lagerdurchmesser abgelängt und rundgebogen ist, bevor es an seinen aneinander liegenden Enden durch eine Schweißnaht verbunden ist. Durch diese Technologie wird der Lagerring in besonders einfacher Weise herstellbar.

Dabei hat es sich nach Anspruch 10 als vorteilhaft erwiesen, wenn die Schweißnaht in einer lastfreien Zone des Lageraußenringes positioniert ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die Schweißnaht nicht von den Wälzkörpern des Lagers überrollt wird.

Schließlich soll nach Anspruch 11 das Dünnringlager zur Lagerung eines innerhalb eines Lenkrades eines Kraftfahrzeuges angeordneten feststehenden Airbags verwendet sein, wobei das Lenkrad mit einer Lenkspindel drehfest verbunden ist, die über zwei voneinander beabstandete Wälzlager in einem Lenkrohr aufgenommen ist.

Die Feststellung des Airbags innerhalb des Lenkrades ist von besonderer Bedeutung für die Sicherheit des Fahrers, da sich der Airbag im Crash-Fall unabhängig vom jeweiligen Einschlag des Lenkrades immer in der gleichen Richtung öffnen soll, die dem Fahrer den größtmöglichen Schutz bietet. Dünnring lager eigenen sich dazu besonders, da sie einerseits in diesem Fall nur geringe Belastungen aushalten müssen und andererseits einen großen radialen Bauraum abdecken müssen.

In besonders kostengünstiger Weise lässt sich das erfindungsgemäße Lager aus einem dünnwandigen Band fertigen, das durch einen spanlosen Formgebungsprozeß einseitig mit einer im Wesentlichen sphärischen Laufbahn versehen wird, dieses Band anschließend abgelängt, rundgebogen und an seinen aneinander stoßenden Enden verschweißt wird, bevor der so gebildete Lagerring einem weiteren Umformvorgang zur Erzeugung der von der Kreisform abweichenden Form unterworfen wird.

Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein Dünnringlager,
2 eine Seitenansicht des Dünnringlagers gemäß 1,
2a eine schematische, stark übertriebne Darstellung eines Querschnittes durch einen Außenring mit einer von der Kreisform abweichenden Laufbahn,
3, 4 einen Längsschnitt durch unterschiedliche Ausführungsvarianten und
5 einen Längsschnitt durch eine Lenksäule einschließlich Lenkrad und Airbag.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Zur Erläuterung der von der Kreisform abweichenden elastisch nachgiebigen Laufbahnwölbung wird zunächst auf 2a verwiesen, in der ein solches Lager in stark vergrößerter Verzerrung schematisch dargestellt ist. Dort ist ein mit 1 bezeichneter Lagerinnenring gezeigt, der eine mit 2 bezeichnende Welle aufnimmt, wobei der Lagerinnenring 1 eine kreisrunde Form besitzt. Zur Lageranordnung gehört weiter der Lageraußenring 3, der eine von der Kreisform abweichende Form aufweist. Im vorliegenden Fall weist der Lageraußenring 3 an drei um 120 ° zueinander versetzten Umfangsabschnitten Laufbahnwölbungen 4 auf. Die Laufbahnwölbungen 4 sind in radialer Richtung elastisch nachgiebig, sodaß einerseits die Welle 2 in drei Umfangsbereichen fest vorgespannt ist, da die im Käfig 5 geführten Wälzkörper 6 sowohl an der inneren Laufbahn 7 als auch an der äußeren Laufbahn 8 anliegen, während andererseits eine Eigenbewegung der Welle 2 unter Überwindung der aus den Laufbahnwölbungen 4 herrührenden Elastizität möglich ist. Der Fachmann bezeichnet diese Form des Lageraußenringes 3 als Polygon, wobei der Pferchkreis der inneren Laufbahn 7 und der Hüllkreis der Aufnahmebohrung 9 entspricht. Der radiale Abstand zwischen Hüllkreis und Laufbahnwölbung 4 ist als radialer Einfall Δ r bezeichnet.
Wird ein solcher Lageraußenring 3 aus einem Band gefertigt, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Schweißstelle 10 in den lastfreien Bereich gelegt ist, d.h. in den Bereich, in dem die Wälzkörper 6 nicht mit der äußeren Laufbahn 8 in Kontakt kommen.
Das in den 1 und 2 dargestellte Dünnringlager 11 besteht aus dem Lagerinnenring 12 und dem Lageraußenring 13, die beide spanlos hergestellt sind. Zwischen beiden rollen im Käfig 14 geführte Lagerkugeln 15 auf zugehörigen Laufbahnen 12.1, 13.1 ab. Der Lagerinnenring 12 ist linksseitig mit dem radial nach innen gerichteten Flansch 12.2 versehen, der mit durchgehenden Befestigungsbohrungen 12.3 ausgestattet ist. Wie 2 zeigt, ist der Lageraußenring 13 polygonförmig gestaltete, d.h. er weist an drei verschiedenen Umfangsstellungen Laufbahnwölbungen 13.2 auf, so dass in diesem Bereich die Lagerkugeln 15 an beiden Laufbahnen 12.1, 13.1 anliegen, d.h. dass Dünnringlager 11 ist entsprechend vorgespannt.
Das in 3 gezeigte Dünnringlager 16 besteht aus dem Lagerinnenring 17 und dem Lageraußenring 18, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen 17.1, 18.1 im Käfig 19 geführte Lagerkugeln 20 abwälzen. Zur Befestigung an einer Anschlusskonstruktion ist der Lagerinnenring 17 mit dem radial nach innen gerichteten Flansch 17.2 versehen, der mit gleichmäßig um den Umfang angeordneten Befestigungsbohrungen 17.3 ausgestattet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die elastisch nachgiebige Laufbahnwölbung 21.1 von einem elastischen Element 21 in Form eines federnden Ringes gebildet, der in eine Nut im Lageraußenring 18 eingelegt ist.
Das in 4 gezeigte Dünnringlager 22 besteht aus dem Lagerinnenring 23 und dem Lageraußenring 24, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen 23.1, 24.1 im Käfig 25 geführte Lagerkugeln 26 abrollen. Der Lagerinnenring 23 ist mit dem radial nach innen gerichteten Flansch 23.2 ausgestattet. Der Lageraußenring 24 weist wiederum an drei voneinander beabstandeten Umfangsstellungen radial nach innen gerichtete Laufbahnwölbungen auf, so daß in diesem Bereich die Lagerkugeln 26 sowohl an der Innenlaufbahn 23.1 als auch an der Außenlaufbahn 24.1 anliegen. Der mit einem Schlitz versehene Lageraußenring 24 ist von der Hülse 27 aufgenommen, deren radial nach außen gerichteter Flansch 27.1 aus zwei in axialer Richtung zueinander versetzten Bereichen besteht, die mit Befestigungsbohrungen 27.2 versehen sind.
In 5 ist schließlich in schematischer Darstellung eine Lenkanordnung gezeigt, bei der ein Lenkrad 28 drehfest mit einer Lenkspindel 29 verbunden ist, die über zwei voneinander beabstandete Wälzlager 30, 31 in einem Lenkrohr 32 aufgenommen ist. Das Lenkrad 28 ist drehbar über ein weiteres Wälzlager 33 abgestützt und nimmt in seinem Inneren den Airbag 34 auf, der über ein Dünnringlager 35 der vorstehend beschriebenen Art gelagert ist. Wird nun das Lenkrad 28 nach rechts oder nach links eingeschlagen, so dreht sich der mit ihm verbundene Lagerinnenring 35.1 mit, während der Lageraußenring 35.2 und der mit ihm verbundene Airbag 34 in seiner Position verbleibt, d.h., sich nicht bewegt. Dadurch ist sichergestellt, dass trotz unterschiedlicher Stellung des Lenkrades 28 der Airbag 34 stets in der gleichen Position verbleibt, die bei seinem Entfalten einen größtmöglichen Schutz für den Fahrer bewirkt.

1: Lagerinnenring
2: Welle
3: Lageraußenring
4: Laufbahnwölbung
5: Käfig
6: Wälzkörper
7: innere Laufbahn
8: äußere Laufbahn
9: Aufnahmebohrung
10: Schweißstelle
11: Dünnringlager
12: Lagerinnenring
12.1: Laufbahn
12.2: Flansch
12.3: Befestigungsbohrung
13: Lageraußenring
13.1: Laufbahn
13.2: Laufbahnwölbung
14: Käfig
15: Lagerkugel
16: Dünnringlager
17: Lagerinnenring
17.1: Laufbahn
17.2: Flansch
17.3: Befestigungsbohrung
18: Lageraußenring
18.1: Laufbahn
19: Käfig
20: Lagerkugel
21: elastisches Element
21.1: Laufbahnwölbung
22: Dünnringlager
23: Lagerinnenring
23.1: Laufbahn
23.2: Flansch
24: Lageraußenring
24.1: Laufbahn
25: Käfig
26: Lagerkugel
27: Hülse
27.1: Flansch
27.2: Befestigungsbohrung
28: Lenkrad
29: Lenkspindel
30: Wälzlager
31: Wälzlager
32: Lenkrohr
33: Wälzlager
34: Airbag
35: Dünnringlager
35.1: Lagerinnenring
35.2: Lageraußenring

Claims

Dünnringlager (11, 16, 22) mit einem im Verhältnis zum Lagerdurchmesser sehr kleinen Querschnitt mit zwei Lagerringen (12, 13, 17, 18, 23, 24), zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen (12.1, 13.1, 17.1, 18.1, 23.1, 24.1) Wälzkörper (15, 20, 26) abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerringe (12, 13, 17, 18, 23, 24) durch einen spanlosen Formgebungsprozeß hergestellt sind und dass einer der Lagerringe (12, 13, 17, 18, 23, 24) eine Laufbahn (12.1, 13.1, 17.1, 18.1, 23.1, 24.1) aufweist, die in wenigstens einem Umfangsabschnitt eine von ihrer Kreisform abweichende elastisch nachgiebige Laufbahnwölbung (13.2, 21.1) derart aufweist, dass wenigstens einer der Wälzkörper (15,20,26) zwischen der Laufbahnwölbung (13.2, 21.2) und dieser gegenüberliegenden Laufbahn (12.1, 17.1, 23.1) radial vorgespannt ist.
Dünnringlager (11, 16, 22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn (13.1, 18.1, 24.1) des Lageraußenringes (13, 18, 24) eine von ihrer Kreisform abweichende Laufbahnwölbung (13.2, 21.1) aufweist.
Dünnringlager (11, 16, 22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein Rillenkugellager, ein Schrägkugellager oder als ein Vierpunktkugellager ausgebildet ist.
Dünnringlager (22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Kreisform abweichende elastisch nachgiebige Laufbahnwölbung (21.1) durch ein in einer Nut eines Lagerringes (18) eingelegtes elastisches Element (21), beispielsweise durch einen federnden Ring, gebildet ist.
Dünnringlager (11, 16, 22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigsten einer der Lagerringe (12, 17, 23) mit einem radial nach innen oder nach außen gerichteten Flansch (12.2, 17.2, 23.2) versehen ist.
Dünnringlager (11, 16) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (12.2, 17.2) mit durchgehenden Befestigungsbohrungen (12.3, 17.3) versehen ist.
Dünnringlager (22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (24) gesprengt und von einer Hülse (27) aufgenommen ist, die an einem Ende mit einem radial nach außen gerichteten Flansch (27.1) versehen ist.
Dünnringlager (22) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (27.1) durch zwei in axialer Richtung zueinander versetzte Bereiche gebildet ist, die mit Befestigungsbohrungen (27.2) versehen sind.
Dünnringlager (11, 16, 22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (13, 18, 24) aus einem profilierten Band gebildet ist, das entsprechend dem gewünschten Durchmesser abgelängt und rundgebogen ist, bevor es an seinen aneinander liegenden Enden durch eine Schweißnaht verbunden ist.
Dünnringalger (11, 16, 22) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht in einer lastfreien Zone des Lageraußenringes (13, 18, 22) positioniert ist.
Dünnringlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Lagerung eines innerhalb eines Lenkrades (28) eines Kraftfahrzeuges angeordneten feststehenden Airbags (34) verwendet ist, wobei das Lenkrad (28) mit einer Lenkspindel (29) drehfest verbunden ist, die über zwei voneinander beabstandete Wälzlager (30, 31) in einem Lenkrohr (32) aufgenommen ist.
Verfahren zum Herstellen des Lageraußenringes (13, 18, 24) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dünnwandiges Band durch einen spanlosen Formgebungsprozeß einseitig mit einer im Wesentlichen sphärischen Laufbahn versehen wird, dieses Band anschließend abgelängt, rundgebogen und an seinen aneinander stoßenden Enden verschweißt wird, bevor der so gebildete Lagerring (13, 18, 24) einem weiteren Umformvorgang zur Erzeugung der von der Kreisform abweichenden Form unterworfen wird.