DE102013225068A1

DE102013225068A1 - Lenkungslager zur Lagerung einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102013225068A1
Application number: DE102013225068.1A
Authority: DE
Inventors: Rainer Lutz; Andreas Wöllner; Herbert Erhardt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-06-11
Also published as: US9765812B2; WO2015081939A1; CN105765250B; CN105765250A; US20160305474A1

Abstract

Lenkungslager zur Lagerung einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs, mit einem Innenring (6) und einem Außenring (11) mit jeweiligen Laufbahnen (15, 16), auf denen Kugeln (14) wälzen, wobei der Außenring (11) von einer Hülse (12) umgriffen ist, in der ein Federring (13) angeordnet ist, der die Kugeln (14) gegen die jeweiligen Laufbahnen (15, 16) spannt und auf dem die Kugeln (14) wälzen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Lenkungslager zur Lagerung einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs, mit einem Innenring und einem Außenring mit jeweiligen Laufbahnen, auf denen Kugeln wälzen.
Hintergrund der Erfindung
Lenkungslager dienen bekanntlich der Lagerung der Lenksäule einer Lenkanlage eines Kraftfahrzeugs. Sie dienen dazu, die Lenkspindel, die das Lenkrad mit dem Lenkgetriebe verbindet, spielfrei abzustützen. Dabei soll das Lenkungslager einerseits eine hohe Steifigkeit aufweisen, andererseits aber auch möglichst reibungsarm sein, um eine leichtgängige Bedienung der Lenkanlage zu ermöglichen. Auch müssen sie in der Lage sein, wirksam Geräusche und Schwingungen zu dämpfen, wie sich auch weitgehend unempfindlich gegen die üblichen Wellen- und Gehäusetoleranzen sein sollen und eine hohe Anpresskraft respektive Haltekraft auf der Welle gewährleisten.
Bisher werden als Lenkungslager Standardkugellager verbaut, die jedoch spielbehaftet sind. Aus diesem Grund sind die Welle bzw. das Gehäuse sehr exakt zu fertigen, der zulässige Toleranzbereich ist gering. Die Abstimmung zur Erreichung eines geringen Spiels bei gleichzeitig geringem Reibmoment ist aufwendig und schwierig.
Alternativ zur Verwendung von Standardkugellagern ist die Montage spanlos hergestellter Vierpunktlager bekannt. Diese sind verhältnismäßig teuer, da komplizierter herzustellen. Auch ist die Abstimmung zwischen hoher Steifigkeit und geringem Reibmoment aufwendig bzw. schwierig.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Lenkungslager anzugeben, das bei kostengünstiger Herstellbarkeit eine hohe Steifigkeit und gleichzeitig ein geringes Reibmoment bietet.
Zusammenfassung der Erfindung
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Lenkungslager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Außenring von einer Hülse umgriffen ist, in der ein Federring angeordnet ist, der die Kugeln gegen die jeweiligen Laufbahnen spannt und auf dem die Kugeln wälzen.
Erfindungsgemäß weist das Lenkungslager einen dem Außenring zugeordneten Federring auf, der mit dem Außenring gemeinsam in einer beide umgreifenden Hülse aufgenommen ist. Dieser Federring, der quasi blattfederartig ausgeführt ist, stellt also eine Stahlfeder dar, die als Toleranzausgleichelement und damit der Vorspannung des Lagers dient. Im Rahmen der Montage wird die Hülse nach Einsetzen des Außenrings und des Federrings in einem Bördelprozess entsprechend umgebördelt, worüber die Vorspannung erreicht wird, derart, dass das Lager spielfrei ist und ein möglichst geringes Reibmoment gegeben ist. Nach Umbördeln der Hülse spannt der Federring die Kugeln sowohl gegen die Laufbahn des Außenrings als auch gegen die des Innenrings, wobei der Federring gleichzeitig ebenfalls eine Kugellaufbahn bildet. Durch den integrierten Federring, also das Toleranzausgleichelement, ist es also möglich, das Lager definiert vorzuspannen, so dass es spielfrei ist. Es ist als Dreipunktlager ausgelegt, wobei es eine hohe Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Reibmoment aufweist. Über den Federring können entsprechende Teileungenauigkeiten respektive Toleranzen ohne weiteres ausgeglichen werden, so dass insgesamt ein relativ kostengünstiges Lenkungslager realisiert werden kann.
Der Federring selbst besteht bevorzugt aus einem Federstahlblech, aus dem er z. B. in einem Tiefziehprozess entsprechend geformt ist, so dass er die gewünschte Querschnittsgeometrie besitzt. Er ist dabei derart geformt, dass er an der Innenseite der Hülse mit wenigstens einem Ende, vorzugsweise mit seinen beiden Enden abgestützt ist, so dass er relativ zur Hülse einfedern kann. Um das Lager dabei möglichst kompakt auszuführen ist die Innenkontur der Hülse bevorzugt ähnlich der Außenkontur des Federrings. Die beiden Geometrien sind derart aufeinander abgestimmt, dass der Federring zwar mit seinen Enden an der Hülseninnenseite abgestützt ist, jedoch zwischen Federring und Hülse nur ein relativ schmaler Spalt verbleibt, der hinreichend breit ausgelegt ist, dass der Federring nach dem Umbördeln die gewünschte Vorspannung aufbauen kann.
Um das erfindungsgemäße Lenkungslager möglichst einfach auf der Lenkspindel respektive der Welle montieren zu können und gleichzeitig die erforderliche hohe Haltekraft zu gewährleisten sind am Innenring bevorzugt randseitig mehrere radial nach innen gerichtete krallenartige Halteabschnitte ausgebildet. Diese krallenartigen Halteabschnitte hintergreifen oder verrasten an einer entsprechenden Haltegeometrie an der Welle, so dass eine sichere Fixierung des Innenrings und damit des Lagers an der Welle möglich ist. Vorteilhaft für eine leichte Montage ist ferner, wenn am Innenring an einem Rand, insbesondere dem der gegebenenfalls vorgesehenen Halteabschnitte gegenüberliegenden Rand, am Innenumfang eine Fase vorgesehen ist. Diese ermöglicht ein leichteres Aufschieben des Lagers auf die Welle.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Lenkanlage eines Kraftfahrzeugs und
2 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Lenkungslager.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung eine vereinfachte Ansicht einer Lenkanlage 1 eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Lenksäule 2 mit einer Lenkspindel 3, die mit einem Lenkrad 4 verbunden ist und zu einem nicht näher gezeigten Lenkgetriebe führt. Die Lenkspindel 3 ist im gezeigten Beispiel über zwei Lenkungslager 5 drehgelagert, die mit ihren jeweiligen Innenringen an der Lenkspindel 3 befestigt sind, während sie mit ihren Außenringen in entsprechenden Gehäuse oder Ähnlichen tragenden Bauteilen festgelegt sind. Während 1 eine starre Lenksäule zeigt, sind selbstverständlich auch schwenkbare und/oder teleskopierbare Lenksäulen bekannt. Auch diese sind über entsprechende Lenkungslager spindelseitig drehgelagert.
2 zeigt eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Lenkungslager 5. Dieses umfasst einen Innenring 6, über den das Lenkungslager 5 auf der Lenkspindel 3 festgelegt wird. Der Innenring ist ein gezogenes Bauteil. Er weist an einem Ende eine Fase 7 auf, die als Montageerleichterung dient und ein erleichtertes Aufschieben des Lenkungslagers 5 auf die Lenkspindel 3 ermöglicht. Am anderen Ende des Innenrings 6 ist eine Rastkontur 8 umfassend mehrere nach innen gerichtete krallenartige Halteabschnitte 9 vorgesehen, die über entsprechende Freimachungen 10 federnd ausgelegt sind. Sie sind radial nach innen gezogen und dienen der Verrastung an einer entsprechenden Gegenkontur an der Welle. Über diese Rastverbindung wird die benötigte Haltekraft realisiert, um das Lenkungslager 5 vorschriftsgemäß an der Lenkspindel 3 verbauen zu können.
Das Lenkungslager 5 umfasst des Weiteren einen Außenring 11, der ein geprägtes und aus einem dicken Band hergestelltes Bauteil ist und derart ausgelegt ist, dass eine geeignete Abstützbreite im Gehäuse, in dem der Außenring respektive dieser Teil des Lenkungslagers 5 festgelegt wird, gewährleistet ist. Der Außenring 11 ist von einer Hülse 12 aus einem weicheren Blech umgeben. In dieser Hülse 12 ist ein Federring 13 aufgenommen, der als Toleranzausgleichselement und zur Vorspannung des Lenkungslagers 5 dient.
Des Weiteren weist das Lenkungslager 5 eine Vielzahl von Kugeln 14 auf, die auf entsprechenden Laufflächen des Innenrings 6, des Außenrings 11 sowie des Federrings 13 wälzen. Der Innenring 6 weist eine Lauffläche 15 auf, die querschnittlich gesehen einen entsprechenden Radius aufweist, der etwas größer als der Kugelradius ist. Auch der Außenring 11 weist eine Lauffläche 16 mit einem entsprechenden Radius auf. Der Federring 13 hingegen ist als mehrfach gewinkeltes respektive gekröpftes Bauteil in seinem Mittelabschnitt 17 konisch ausgeführt. In diesem Abschnitt 17 ist er von der Hülse 12 etwas beabstandet, er ist lediglich mit seinen Enden 18, 19 an der Hülseninnenseite aufgelagert. Das heißt, dass folglich eine gewisse Federbarkeit des Federrings 13 in der Hülse 12 gegeben ist. Der Federring 13 spannt nun die Kugeln 14 gegen die Laufbahnen 15 und 16 des Innen- und des Außenrings 6, 11, während er gleichzeitig die dritte Laufbahn 20 des Dreipunkt-Lenkungslagers 5 bildet. Über den Federring 13, der als Federstahlbauteil aus einem entsprechenden Federstahlblech geformt, vorzugsweise gezogen ist, kann folglich das Lenkungslager 5 einerseits vorgespannt und damit spielfrei eingestellt werden, andererseits aber, da lediglich als Dreipunktlager ausgeführt, relativ reibungsarm ausgelegt werden.
Im Rahmen der Montage wird zunächst der bereits vorgeformte Federring 13 in die vorgeformte und in ihrem Querschnitt genähert dem Federringquerschnitt entsprechende, aber noch nicht umgebördelte Hülse 12 eingesetzt, wonach der Innenring 6 eingeschoben wird. Anschließend werden die Kugeln 14 befüllt, wonach der Außenring 11 eingesetzt wird. Schließlich wird die Hülse 12 in einem Bördelvorgang entsprechend umgebördelt, so dass sich die in 2 gezeigte Querschnittsgeometrie ergibt. Es ergibt sich eine insgesamt kompakte Bauform.
Bezugszeichenliste

1: Lenkanlage
2: Lenksäule
3: Lenkspindel
4: Lenkrad
5: Lenkungslager
6: Innenring
7: Fase
8: Rastkontur
9: Halteabschnitte
10: Freimachung
11: Außenring
12: Hülse
13: Federring
14: Kugeln
15: Laufbahn
16: Laufbahn
17: Bereich
18: Ende
19: Ende
20: Laufbahn

Claims

Lenkungslager zur Lagerung einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs, mit einem Innenring (6) und einem Außenring (11) mit jeweiligen Laufbahnen (15, 16), auf denen Kugeln (14) wälzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (11) von einer Hülse (12) umgriffen ist, in der ein Federring (13) angeordnet ist, der die Kugeln (14) gegen die jeweiligen Laufbahnen (15, 16) spannt und auf dem die Kugeln (14) wälzen.
Lenkungslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Federring (13) aus einem Federstahlblech geformt ist.
Lenkungslager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Federring (13) an der Innenseite der Hülse (12) mit wenigstens einem Ende (18, 19), vorzugsweise mit seinen Enden (18, 19) abgestützt ist.
Lenkungslager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkontur der Hülse (12) ähnlich der Außenkontur des Federrings (13) ist.
Lenkungslager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Innenring (6) randseitig mehrere radial nach innen gerichtete krallenartige Halteabschnitte (9) ausgebildet sind.
Lenkungslager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Innenring (6) an einem Rand, insbesondere dem der gegebenenfalls vorgesehenen Halteabschnitte (9) gegenüberliegenden Rand, am Innenumfang eine Fase (7) vorgesehen ist.