DE102009036303A1

DE102009036303A1 - Wälzlager

Info

Publication number: DE102009036303A1
Application number: DE102009036303A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lay; Rainer SCHÄNZEL; Gerd Speidel
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2011-02-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (1) zur Lagerung einer Welle (2) in einem Lenksystem, mit einem Innenring (3), der sich auf der Welle (2) abstützt und mit einem Außenring (4), der sich an einem Bauteil (5) des Lenksystems abstützt. Um ein Wälzlager zu schaffen, dessen Radialspiel und Axialspiel unter Einfluß von Temperatureinflüssen im Betrieb nicht über ein definiertes Betriebsspiel ansteigt, ist vorgesehen, daß zumindest der Innenring (3) oder der Außenring (4) des Wälzlagers (1) entlang einer etwa senkrecht zur der Welle (2) verlaufenden Trennebene (6) in zwei Ringhälften (7, 7') geteilt ist und die Ringhälften (7, 7') mit axialem Abstand (a) zueinander mit zumindest einem Federelement (8, 8') gegeneinander angefedert in dem Lenksystem eingebaut sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager zur Lagerung einer Welle in einem Lenksystem, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Lagerung von Wellen in einem Lenksystem, etwa zur Lagerung einer Lenkspindel in einem Lenkgetriebe einer Hilfskraftlenkung oder zur Lagerung einer Lenkwelle werden in bekannter Weise Wälzlager und insbesondere Rillenkugellager angewandt. Die Wälzlager sind häufig auch mit Einrichtungen zur Schwingungsentkoppelung oder zum Ausgleich von Lagerspiel ausgestattet.
So beschreibt die DE 601 03 257 T2 ein Wälzlager, insbesondere für eine Lenksäule eines Kraftfahrzeugs, zur radialen und axialen Lagerung einer Lenkwelle. Ein Innenring des Wälzlagers stützt sich über einen axial begrenzt verlagerbaren Ausgleichring an einem Dämpfungselement der Lenksäule ab. Das Dämpfungselement kann elastomere Eigenschaften aufweisen oder axial zwischen dem Dämpfungselement und dem Ausgleichsring ist ein Element mit elastomeren Eigenschaften, wie etwa eine axial elastische Federscheibe angeordnet. Auf diese Weise lassen sich die inneren Spiele des Wälzlagers beseitigen und es wird ein beständiger, spielfreier und vorgespannter Kontakt zwischen den Ringen und den Wälzkörpern des Wälzlagers sichergestellt.
Das Wälzlager ist jedoch nicht in der Lage, Spiel, welches sich durch unterschiedliche Wärmedehnung zwischen dem Aussenring und dem Innenring ergibt, auszugleichen. Zudem lässt sich mit dem Wälzlager nicht immer in ausreichender Weise auf eine damit gelagerte Welle aufgebrachte Biegemomente durch eine Schiefstellung so ausgleichen, dass ein geringes Schwenkmoment resultiert und ein Klemmen der Welle vermieden wird.
Die GM 6933767 beschreibt ein spielfreies Nadellager mit einem Nadellagerring an dessen Umfang ein elastisches Zusatzteil angeordnet ist, die den Nadeln des Nadellagers bei ihrem Durchgang durch diesen Bereich eine radial gerichtete Anpresskraft aufprägen.
Die DE 100 04 438 A1 beschreibt eine Lageranordnung mit einem äußeren Laufring aus Metall, der eine Vielzahl von Wälzelementen in Wälzkontakt aufweist, wobei die Wälzelemente in einem Lagerkäfig gehalten sind. Der äußere Laufring ist teilweise mit einer ringförmigen Buchse umschlossen. Um eine radiale Vorspannung auf die Wälzelemente aufzubringen, ist vorgesehen die ringförmige Buchse längs einer radialen Ebene in zwei Buchsenhälften zu unterteilen und die Buchsenhälften aus einem thermoplatischen Elastomeren zu formen. Ein Haltemittel ist ferner vorgesehen, um die Buchsenhälften axial zusammen zu halten.
Die DE 601 03 257 T2 beschreibt ein Wälzlager, insbesondere für Lenksäulen von Kraftfahrzeugen, das als Schrägwälzlager ausgebildet ist, mit einem eine Laufbahn aufweisenden Außenring, einem eine Laufbahn aufweisenden Innenring und Kugeln, die zwischen den Ringen als Wälzkörper gelagert sind. Ein Ausgleichsring dient zur Verbindung des Innenrings des Schrägwälzlagers mit einer Lenkspindel einer Lenksäule. Ein Dämpfungselement ist in Berührung an dem den Wälzkörpern entgegengesetzten axialen Enden des Lagers angeordnet, wobei sich das Dämpfungselement von dem Ausgleichring unterscheidet. Eine Sicherungsscheibe ist vorgesehen um das Schrägwälzlager auf der Lenkspindel in axialer Richtung festzusetzen. Ein Dämpfungselement ist axial zwischen der Sicherungsscheibe und dem Ausgleichsring angeordnet.
Die genannten Lager sind nicht vorzugsweise geeignet, Spiel, das sich aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnung eines Außenringes und eines Innenringes in dem Lager ergibt, zu kompensieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager anzugeben, dessen Radialspiel und Axialspiel unter Einfluß von Umgebungstemperaturen des Wälzlagers nicht über das Betriebsspiel ansteigt.
Die Aufgabe wird mit einem Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass zumindest ein Lagerring – der Innenring oder der Außenring – des Wälzlagers entlang einer etwa senkrecht zu der Welle verlaufenden Trennebene in zwei Ringhälften geteilt ist und die Ringhälften mit axialem Abstand zueinander mit zumindest einem Federelement gegeneinander angefedert in dem Lenksystem eingebaut sind, ist ein Wälzlager geschaffen, das in der Lage ist, eine Welle in einem Bauteil eines Lenksystems zu lagern, wobei die Lagerringe des Wälzlagers in definierter Weise radial vorgespannt sind, indem ein oder beide Lagerringe geteilt und die Ringhälften der Lagerringe axial gegeneinander gespannt sind. Eine vollkommene Kompensation von Wärmedehnungen der Lagerringe und ein gleichbleibendes Betriebsspiel des Wälzlagers ist dadurch bewirkt.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Außenring des Wälzlagers in zwei Ringhälften geteilt und beide Ringhälften mit entgegengesetzt zueinander wirkenden Federlementen gegeneinander angefedert. Die Ringhälften stützen sich an den Wälzkörpern, insbesondere an schräg zu der Längsachse des Wälzlagers verlaufenden Wälzkörperflächen ab, sodaß bei etwaiger Aufweitung der Ringhälften beispielsweise des Aussenringes, diese zwar axial aufeinander sich zubewegen, das Betriebsspiel aber dasselbe bleibt und kompensiert ist.
Die Federelemente oder das Federelement kann aus einem elastomerem Material oder aus einem metallischen Werkstoff wie etwa Federstahl gebildet sein. Die Federelemente können beispielsweise Schraubendruckfedern sein, die in Abständen zueinander um den Umfang der Ringhälften angeordnet, sich zwischen dem Bauteil, das als Gestell für die zu lagernde Welle fungiert und den Stirnflächen der Ringhälften abstützen. Dabei federn die Schraubendruckfedern die Ringhälften des Innen – oder Aussenringes gegeneinander an.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel können ein oder mehrere Federelemente vorgesehen sein, die durch axial geführte Öffnungen in den Ringhälften eingreifen oder diese durchgreifen oder in anderer geeigneter Weise an den Ringhälften so festgelegt sind, daß diese durch die Zugkraft der Federelemente gegeneinander angefedert werden. Diese Ausführungsform des Wälzlagers hat den Vorteil, daß die betreffenden Ringhälften an den übrigen Bauteilen des Wälzlagers fixiert sind und das Wälzlager insgesamt leicht zu handhaben und zu montieren ist.
Anders als bei bekannten Schräglagern sind die betreffenden Ringhälften des Innen- oder Außenringes symmetrisch zueinander in Bezug zu der Trennebene aufgebaut. Bevorzugt sind die Wälzkörper des Wälzlagers als Kugeln gebildet und bilden ein Rillenkugellager oder ein Vierpunktlager.
Es kann auch zweckmäßig sein, die Wälzkörper des Wälzlagers als Tonnen auszubilden.
Um eine in begrenztem Umfang gewünschte Kippfähigkeit des Wälzlagers zu bewirken, beispielsweise um Biegemomente in der zu lagernden Welle und deren Klemmwirkung auf das Wälzlager besser beherrschen zu können, ist in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wälzlagers ein Ring mit balliger oder konvexer Aussenkontur um den Aussenring oder die Aussenringe des Wälzlagers gelegt. Mit Hilfe des Ringes stützt sich das Wälzlager an dem betreffenden Bauteil des Lenksystems, etwa an einer Kugelumlaufmutter ab und kann relativ zu der Kugelumlaufmutter bei Einwirkung von Biegemomenten etwa auf eine durch die Kugelumlaufmutter greifende Spindel kippen, ohne in irgendeiner Weise zu klemmen.
Die Kugelumlaufmutter ist Teil eines als Kugelmutter-Spindelgetriebes oder Kugelmutter-Hydrogetriebes gebildeten Lenkgetriebes. Das Lenksystem kann ein Hilfskraft- oder Fremdkraftlenksystem eines Personenkraftwagens oder Nutzkraftwagens ist.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
1 zeigt einen schematischen nicht maßstäblichen teilweisen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Wälzlager zur Lagerung einer als Kugelumlaufmutter gebildeten Welle eines Lenkgetriebes
In 1 ist in einem teilweisen, schematischen Längsschnitt ein Wälzlager 1 gezeigt, das in einem Lenkgetriebegehäuse einer elektrischen Hilfskraftlenkung angeordnet ist. Das Wälzlager 1 ist als Rillenkugellager 13 gebildet, wobei sich ein Innenring 3 an einer als Kugelumlaufmutter 14 gebildeten Welle 2 abstützt und von der Kugelumlaufmutter 14 durchragt ist. Der Innenring 3 ist durch geeignete Sicherungselemente, wie Sprengringe 15 an seinen beiden Stirnflächen 10, 10' axial unverschieblich auf der Welle 2 oder Kugelumlaufmutter 14 gehalten.
Der Innenring 3 weist eine Laufbahn für als Kugeln 12 gebildete Wälzkörper 11 auf, die in an sich bekannter Weise in einem nicht dargestellten Käfig gehalten sind. Die Kugelumlaufmutter 14 ist mit einem Kugelgewinde in Eingriff mit einer Spindel 16, die eine axial in dem Lenkgetriebegehäuse verlagerbares Bauteil darstellt, das sich bei Rotation der Kugelumlaufmutter 14, die axial unverschieblich gelagert ist, axial in dem Lenkgetriebegehäuse verschiebt. An den nicht gezeigten Enden der Spindel 16 sind nicht gezeigte Spurstangen gelenkig festgelegt. Die Spurstangen sind wiederum gelenkig mit jeweils einem Radlenkhebel zur Lenkwinkelverstellung jeweils eines gelenkten Rades eines Personenkraftfahrzeugs verbunden
Die Kugelumlaufmutter 14 weist an einem axialen Ende 17 eine Zahnriemenscheibe 18 auf, mit der sie von einem nicht gezeigten elektrischen Servomotor ein Drehmoment und eine Drehzahl in Abhängigkeit eines momentanen Soll-Lenkwinkels aufgeprägt erhält.
Das Rillenkugellager 13 stützt sich mit einem Außenring 4 an einem Bauteil 5, einer Gehäusewand des Lenkgetriebegehäuses ab. Der Aussenring 4 ist in einer Innenumfangsnut 19 mit rechteckig, U-förmigem Querschnitt gehalten. Die Innenumfangsnut 19 hat etwa eine Tiefe, die der Stärke des Aussenringes 4 entspricht. Die Innenumfangsnut 19 ist breiter als das Wälzlager 1 und dessen Aussenring 4. Wie 1 zeigt, ist der Aussenring 4 des Wälzlagers 1 symmetrisch zu einer im Winkel von 90° zu einer Längsachse 20 des Wälzlagers 1 angeordneten Trennebene 6 in zwei Ringhälften 7, 7' geteilt. Die Ringhälften 7, 7' bilden jeweils eine Teil-Laufbahn für die Kugeln 12 des Wälzlagers 1 aus und liegen mit axialem Abstand a an ihren inneren Stirnflächen zueinander an den Kugeln 12 an. Die Ringhälften 7, 7' sind mit Federelementen 8, 8', welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Schraubendruckfedern 9 gebildet sind und mit Abständen zueinander um die äußeren Stirnflächen 10, 10' des Aussenringes 4 angeordnet sind, gegeneinander gepreßt, ohne daß sich der Abstand a allerdings auf ein Nullmaß verringern könnte. Durch die gegenseitige Anfederung der Ringhälften 7, 7' ergibt sich die Möglichkeit, daß der Aussenring 4 unabhängig von Wärmedehnungen aller Bauteile des Wälzlagers 1 stets mit nahezu demselben Betriebsspiel mit den Kugeln 12 zusammenwirkt.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Welle
3: Innenring
4: Außenring
5: Bauteil
6: Trennebene
7, 7': Ringhälfte
8, 8': Federelement
9: Schraubendruckfeder
10, 10': Stirnfläche
11: Wälzkörper
12: Kugel
13: Rillenkugellager
14: Kugelumlaufmutter
15: Sprengring
16: Spindel
17: Ende
18: Zahnriemenscheibe
19: Innenumfangsnut
20: Längsachse
a: Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 60103257 T2 [0003, 0007]
- DE 6933767 U1 [0005]
- DE 10004438 A1 [0006]

Claims

Wälzlager zur Lagerung einer Welle (2) in einem Lenksystem, mit einem Innenring (3) der sich auf der Welle (2) abstützt und mit einem Aussenring (4), der sich an einem Bauteil (5) des Lenksystems abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Innenring (3) oder der Außenring (4) des Wälzlagers (1) entlang einer etwa senkrecht zu der Welle (2) verlaufenden Trennebene (6) in zwei Ringhälften (7, 7') geteilt ist und die Ringhälften (7, 7') mit axialem Abstand (a) zueinander mit zumindest einem Federelement (8, 8') gegeneinander angefedert in dem Lenksystem eingebaut sind.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (4) in zwei Ringhälften (7, 7') geteilt ist und beide Ringhälften (7, 7') mit entgegengesetzt zueinander wirkenden Federelementen (8, 8') angefedert sind.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (8, 8') aus einem elastomeren oder metallischen Werkstoff gebildet sind.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (8, 8') Schraubendruckfedern (9) sind, die in Abständen zueinander umfangsseitig um die Stirnflächen (10, 10') der Ringhälften (7, 7') zwischen dem Bauteil (5) des Lenksystems und den Stirnflächen (10, 10') sich abstützen.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (8, 8') die zwei Ringhälften (7, 7') durchgreift oder übergreift und eine axiale Zugkraft, die die beiden Ringhälften (7, 7') gegeneinander zieht, aufbringt und die Ringhälften (7, 7') zur Montage des Wälzlagers (1) zusammenhält.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (3) und der Außenring (4) des Wälzlagers (1) einen symmetrischen Querschnitt relativ zu der Trennebene (6) aufweisen.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Wälzkörper (11) des Wälzlagers (1) Kugeln (12) sind.
Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (1) ein Rillenkugellager (13) oder ein Vierpunktlager ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (11) des Wälzlagers (1) Tonnen sind.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wälzlager (1) und der Welle (2) ein mit einem konvexen Querschnittsprofil von dem Wälzlager (1) weisendes, ringförmiges Bauteil angeordnet ist, wobei das Bauteil eine Kippbewegung des Wälzlagers (1) ermöglicht.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wälzlager (1) und dem Bauteil (5) des Lenksystems ein mit einem konvexen Querschnittsprofil von dem Wälzlager (1) weisendes ringförmiges Bauteil angeordnet ist, wobei das Bauteil eine Kippbewegung des Wälzlagers (1) ermöglicht.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (1) eine Kugelumlaufmutter (14) lagert.
Wälzlager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelumlaufmutter (14) Teil eines elektrisch getriebenen Kugelmutter-Spindelgetriebes oder eines Kugelmutter-Hydrogetriebes einer Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung ist.