DE102011082329A1

DE102011082329A1 - Lagerring für ein Lenkungslager und Lenkungslager mit wenigstens einem Lagerring

Info

Publication number: DE102011082329A1
Application number: DE102011082329A
Authority: DE
Inventors: Herbert Erhardt; Peter Loncar; Marcus Gerngross; Stefan Faltin; Gerhard Lissner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2013-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lagerring (6, 14) für ein Lenkungslager (1) aus einem Blechteil aus Stahl mit einer in Umfangsrichtung um einer Rotationsachse (3) des Lagerrings (6, 14) umlaufend gekrümmten sowie in beliebigen von der Rotationsachse (3) ausgehenden Axialebenen gekrümmten Wälzlaufbahn (7, 8) für Kugeln des Lenkungslagers, wobei der Lagerring wenigstens eine durch spanloses Umformen gebildete erste Oberfläche (10, 11) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Lagerring für ein Lenkungslager aus einem Blechteil aus Stahl mit einer in Umfangsrichtung um einer Rotationsachse des Lagerrings umlaufend gekrümmten sowie in beliebigen von der Rotationsachse ausgehenden Axialebenen gekrümmten Wälzlaufbahn für Kugeln des Lenkungslagers, wobei der Lagerring wenigstens eine durch spanloses Umformen gebildete erste Oberfläche aufweist und ein Lenkungslager mit wenigstens einem derartigen Lagerring.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Lenkungslager ist in DE197 50 805 A1 beschrieben. Diese als Schrägkugellager ausgeführten Lager werden paarweise verbaut und spielfrei gegeneinander vorgespannt. Lenkungslager zur Lagerung von Lenksäulen laufen bei geringer Anzahl Umdrehungen oder mit Schwenkbewegungen und sind sehr oft in Lenkungsrohren aus Blech verbaut. Durch die dünnwandigen Rohre können, ähnlich wie bei einem Klangkörper, Geräusche verstärkt werden. An die Qualität der Laufbahnen für die Kugeln werden hohe Anforderungen gestellt, weil die durch Rauheiten beschriebenen Unebenheiten der Laufbahnen, wenn diese beim Lenken von den relativ kleinen Kugeln überrollt werden, als Geräusche ins Fahrzeuginnere weitergegeben werden können. Darüber hinaus beeinflussen die Rauheiten die Reibmomente der Lenkungslageranordnung. Die Laufringe der Lenkungslager werden in der Regel aus Blech kalt geformt. Oft werden die Laufbahnen in Nacharbeit spanabhebend, beispielsweise durch Honen, geglättet. Nacharbeitsgänge verursachen immer nachteilig zusätzliche Kosten.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, den zuvor genannten Nachteil zu beseitigen.
Lagerringe für Lenkungslagern werden aus dünnem Blech von ca. 0,9 bis 2 mm Dicke durch Ziehen in Folge- oder Stufenwerkzeugen hergestellt. Die Oberflächenqualität der dabei gezogenen oder geprägten Laufbahnen ist für normale Anwendungen ausreichend. Die Oberfläche weist im Mittel Rauheiten von Ra ca. 0,2 auf. Höhere Werte können auch bei Ra = 0,5 liegen. Fahrzeughersteller sind zunehmend bemüht, den Fahrkomfort zu erhöhen. Dazu gehört auch die Geräuschminderungen. Dementsprechend steigt die Sensibilität der Insassen gegenüber in den Innenraum dringender Fremdgeräusche. Darüber hinaus werden die Fahrzeuge auch aufgrund der populären Elektroantriebe leiser, so dass bisher von Antriebsgeräuschen überdeckte andere Geräusche nunmehr besser wahrgenommen und als störend empfunden werden. Dadurch kann beim Lenken das Abrollen der Kugeln auf den gezogenen oder geprägten Laufbahnen in bestimmten Frequenzbereichen als störendes Geräusch empfunden werden.
Erfindungsgemäß weist die Wälzlaufbahn eine durch spanloses Umformen gebildete und gegenüber den als erste Oberfläche bezeichneten übrigen Bereichen des Lagerringes spanlos geglättete zweite Oberfläche auf. Die Rauheit dieser Oberfläche ist in beliebigen quer zur Rotationsachse verlaufenden Ebenen an der Wälzlaufbahn in Umfangsrichtung gemessen auf Ra = 0,07 begrenzt. Quer dazu, in beliebigen mit der Rotationsachse gleichgerichtet verlaufenden Axialebenen ist die Rauheit der zweiten Oberfläche an der Wälzlaufbahn auf Werte von Ra = 0,1 begrenzt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Rauheit an der Wälzlaufbahn in Umfangsrichtung auf Ra= 0,06 begrenzt ist und in den Axialebenen auf 0,08 begrenzt ist. Gemäß Erfindung werden die verbesserten Laufbahnqualitäten durch Rollieren hergestellt.
Rollieren ist ein spanloses Bearbeitungsverfahren, mit dem Werkstoffoberflächen geglättet und auch kalt verfestigt werden. Rauheitsspitzen werden reduziert, so dass der tragende Anteil der Oberfläche größer wird. Dabei wird ein Rollierwerkzeug mit Kraft gegen den drehenden Lagerring so gedrückt, dass Material zumindest an der Oberfläche des Werkstücks plastisch verformt und verdrängt wird.
Die für die Arbeitsschritte Rollieren notwendigen Werkzeuge werden in das Werkzeugkonzept integriert, das zum Ziehen der Lagerringe vorgesehen ist, so dass die Mehrkosten für das Glätten sich im Wesentlichen auf die Werkzeugkosten beschränken. Die weit kostenintensivere spanabhebende Nachbearbeitungen der Wälzlaufbahnen, beispielsweise die durch Honen, entfallen. Darüber hinaus ist der logistische Aufwand zur Herstellung der Lagerringe reduziert, da der zusätzliche Bearbeitungsschritt in die Ziehfolge integriert ist. Außerdem werden die durch spanabhebende Bearbeitung entstehenden Riefen und somit „Verletzungen“ der Oberfläche vermieden.
Den rollierten Wälzlaufbahnen schließen sich die Oberflächen an, deren Rauheiten durch Ziehen entstanden sind und die nach wie vor mindestens Werte von Ra = 0,15 aufweisen.
Mit einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die feinere Oberfläche der Wälzlaufbahn zumindest einseitig, vorzugsweise beidseitig, in einen um die Rotationsachse in Umfangsrichtung verlaufenden Wulst übergeht. An dem Wulst geht die Wälzfläche der Wälzlaufbahn in die übrigen Bereiche mit normaler Rauheit über Die Wulste sind durch das beim Rollieren plastisch verdrängte Material gebildet und können sich vorteilhaft auf die Schmiegung der Wälzkörper oder auf verbesserte Schmierung auswirken.
Mit einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Lenkungslager mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Lagerring vorgesehen. Vorzugsweise sind beide Lagerringe mit den erfindungsgemäßen Wälzlaufbahnen versehen.
Die mittlere Rauheit ist ein der Fachwelt bekannter Begriff und in DIN EN ISO 4287 (Benennung, Definitionen und Kenngrößen der Oberflächenbeschaffenheit) und die Messstrecken/Bezugsstrecken in DIN EN ISO 4287 (Regeln und Verfahren für die Beurteilung der Oberflächenbeschaffenheit) definiert. Sie ist dargestellt durch das Symbol Ra und gibt bezogen auf eine vorgegebene Bezugsstrecke den mittleren Abstand eines Messpunktes der Oberfläche zur Mittellinie an. Die Mittellinie, die das mittlere Profil beschreibt, verläuft parallel der der Bezugsstrecke und beschreibt den Wert des wirklichen Rauheitsprofils als arithmetisches Mittel aller Profilabweichungen. Das wirkliche Rauheitsprofil endet zur Oberfläche hin mit der höchsten Rauheitsspitze an einer Bezugsprofillinie und in die senkrechte Tiefe mit der tiefsten Rauheitsspitze an einer Grundprofillinie. Bezugsprofil-, Grundprofil- und Mittellinie sind zueinander parallel – im Fall der Messungen an den Wälzlaufbahnen an Lagerringen des Lenkungslagers gekrümmt-parallel. Die mittlere Rauheit Ra entspricht also dem arithmetischen Mittel der Abweichung der Rauheit von der Mittellinie.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Lenkungslager 1 welches als Schrägkugellager ausgebildet ist. Bei Schrägkugellagern ist die Kontaktlinie 2 im Längsschnitt mit einem spitzen Winkel α zur Rotationsachse 3 geneigt. Die Kontaktlinie 4 ist durch die Kugelmitte 5a des jeweiligen Wälzkörpers gelegt und schneidet die jeweilige der Wälzlaufbahnen am Kontakt mit der Kugel 5. Das Lenkungslager 1 weist einen inneren Lagerring 14 und einen äußeren Lagerring 6 auf. Zwischen Wälzlaufbahnen 7 und 8 an den Lagerringen sind die Wälzkörper in Form der Kugeln 5 angeordnet.
Der Lagerring 14 ist gemäß Detail Z nach 1 in 2 vergrößert dargestellt. Ein Detail X des Lagerrings 14 nach 1 ist in 3 vergrößert dargestellt. Die zweiten Oberflächen 9 der Wälzlaufbahnen 7 und 8 sind in den mit stärkeren Linien dargestellten Bereichen rolliert und weisen an der Oberfläche 9 die erfindungsgemäßen Rauheiten auf. Die Rauheiten weisen in beliebigen senkrecht von der Rotationsachse 3 durchstoßenden und senkrecht in die Betrachtungsebene der Figuren hinein verlaufenden Radialebenen E₁, E₂...E_n an der in Umfangsrichtung gekrümmten Wälzlaufbahn in Umfangsrichtung gemessene Werte von Ra = 0,07 auf. Die Rauheiten sind in beliebigen mit der Rotationsachse gleichgerichtet verlaufenden Axialebenen, von denen eine der Bildebene entspricht, in welcher die Rotationsachse 3 axial verläuft, an der in der jeweiligen Ebene liegenden Krümmung der Wälzlaufbahn gemessen, auf Ra = 0,1 begrenzt.
Die Wälzlaufbahnen 7 und 8 sind von den übrigen Oberflächen 10 und 11 durch Wulste 12 und 13 getrennt, welche hervorstehen und an welchen die Oberflächen 9 und 10 bzw. 9 und 11 ineinander übergehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19750805 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 4287 [0011]
DIN EN ISO 4287 [0011]

Claims

Lagerring (6, 14) für ein Lenkungslager (1) aus einem Blechteil aus Stahl mit einer in Umfangsrichtung um einer Rotationsachse (3) des Lagerrings (6, 14) umlaufend gekrümmten sowie in beliebigen von der Rotationsachse (3) ausgehenden Axialebenen gekrümmten Wälzlaufbahn (7, 8) für Kugeln des Lenkungslagers, wobei der Lagerring wenigstens eine durch spanloses Umformen gebildete erste Oberfläche (10, 11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlaufbahn (7, 8) mindestens eine durch spanloses Umformen gebildete sowie spanlos geglättete zweite Oberfläche (9) aufweist, deren Rauheit in beliebigen quer zur Rotationsachse verlaufenden Ebenen an der Wälzlaufbahn (7, 8) in Umfangsrichtung gemessen auf Ra = 0,07 und in beliebigen mit der Rotationsachse (3) gleichgerichtet verlaufenden Axialebenen an der Wälzlaufbahn (7, 8) gemessen auf Ra = 0,1 begrenzt ist.
Lagerring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit an der Wälzlaufbahn (7, 8) in Umfangsrichtung auf Ra= 0,06 begrenzt ist.
Lagerring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit in den Axialebenen auf 0,08 begrenzt ist.
Lagerring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wälzlaufbahn (7, 8) durch spanloses Umformen gebildete Oberflächen anschließen (10, 11), deren Rauheiten mindestens Werte von Ra = 0,15 aufweisen.
Lagerring nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (9) der Wälzlaufbahn (7, 8) mit den Rauheiten nach Anspruch 1 zumindest einseitig in einen um die Rotationsachse (3) in Umfangsrichtung verlaufenden Wulst (12, 13) übergeht.
Lagerring nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (9) der Wälzlaufbahn (7, 8) mit den Rauheiten nach Anspruch 1 beidseitig jeweils in einen um die Rotationsachse (3) in Umfangsrichtung verlaufenden Wulst (12, 13) übergeht.
Lagerring nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (9) der Wälzlaufbahn (7, 8) mit den Rauheiten nach Anspruch 1 zumindest einseitig in einen um die Rotationsachse (3) in Umfangsrichtung verlaufenden Wulst (12, 13) übergeht, wobei an dem Wulst (12, 13) die erste Oberfläche (10, 11) und die zweite Oberfläche (9) ineinander übergehen.
Lenkungslager (1) mit wenigstens einem Lagerring (6, 14) nach Anspruch 1.
Lagerring (6, 14) für ein Lenkungslager (1) aus einem Blechteil aus Stahl mit einer in Umfangsrichtung um einer Rotationsachse (3) des Lagerrings (6, 14) umlaufend gekrümmten sowie in beliebigen von der Rotationsachse (3) ausgehenden Axialebenen gekrümmten Wälzlaufbahn (7, 8) für Kugeln (5) des Lenkungslagers (1), wobei der Lagerring (6, 14) eine durch spanloses Umformen gebildete erste Oberfläche (10, 11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlaufbahn (7, 8) mindestens eine durch spanloses Umformen gebildete sowie eine durch Rollieren spanlos geglättete zweite Oberfläche (9) aufweist.
Lenkungslager (1) mit wenigstens einem Lagerring (6, 14) nach Anspruch 9.