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Die Erfindung betrifft einen Gleitlagerring nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie einen Aktuator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.
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Durch die
DE 10 2014 206 934 A1 der Anmelderin wurde ein zweifach wirkender Aktuator, auch Stellmotor oder kurz Steller genannt, für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges bekannt. Der Aktuator ist mittig am Achsträger des Kraftfahrzeuges befestigt und wirkt gleichzeitig zur Lenkung der beiden Hinterräder. Der Aktuator weist einen Spindelantrieb, bestehend aus Spindel und Spindelmutter, auf, welche drehbar im Gehäuse gelagert und axial fixiert ist. Die Spindelmutter wird über einen Elektromotor angetrieben und bewirkt eine Axialverschiebung der Spindel nach der einen oder anderen Seite. Die Spindel weist einen etwa mittig angeordneten Gewindeabschnitt mit einem Bewegungsgewinde, welches in Eingriff mit der Spindelmutter steht, sowie zwei Spindelenden auf, welche jeweils mit einer Lagerhülse verbunden sind, die ihrerseits gleitend im Gehäuse geführt ist. An den Lagerhülsen, auch Aufschraubzapfen genannt, sind Gelenkgabeln für eine Verbindung mit einem Lenkgestänge angeordnet. Bekannt sind auch einfach wirkende Aktuatoren, auch Einzelsteller genannt, welche jeweils nur auf die Lenkung eines Hinterrades wirken.
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Ein Problem bei derartigen Aktuatoren besteht in der Koaxialität von Spindelmutter und Spindel, die bei einem Trapezgewinde grundsätzlich flankenzentriert sind. Unter Belastung, insbesondere durch Querkräfte und Biegemomente kann es jedoch zu einer Beeinträchtigung der Koaxialität kommen, was zu einem Klemmen oder einer Schwergängigkeit des Bewegungsgewindes führen kann.
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Aus der
DE 43 08 778 A1 ist ein Gleitlager bekannt, welches durch das Gleitlager achsparallel zu dessen Längsachse erstreckende Bohrungen aufweist. Durch diese wird die Schmierung der mittels des Gleitlagers verbundenen Bauteile verbessert, in dem durch die Bohrungen Schmiermittelkanäle gebildet werden.
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Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass parallel zur Rotationsachse des Gleitlagerringes Kanäle oder Hohlräume vorgesehen sind, welche den Ringquerschnitt durchsetzen, d. h. sich von einer Stirnseite des Gleitlagerringes bis zur anderen Stirnseite erstrecken. Infolge der durchgehenden Hohlräume entsteht ein bei radialer Beanspruchung biegeweicher, nachgiebiger Ringquerschnitt, d. h. der Ringquerschnitt ist in radialer Richtung elastisch verformbar und kann somit unter Vorspannung montiert werden. Insbesondere ist der Gleitlagerring zum Einbau zwischen einer Welle oder einem rotierendem Bauteil einerseits und einer Bohrung oder Nabe andererseits vorgesehen. Der Gleitlagerring erfüllt neben einer Schmierfunktion primär die Funktion, ein Radialspiel zwischen Welle und Nabe auszugleichen; für die Aufnahme von größeren Radiallasten ist der Gleitlagerring nicht vorgesehen.
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Die Kanäle weisen einen in axialer Richtung konstanten Kanalquerschnitt auf, welcher im Wesentlichen die Form einer Ellipse, vorzugsweise einer langgestreckten oder schlanken Ellipse aufweist. Durch die elliptischen Kanalquerschnitte entstehen biegeweiche Zonen im Ringquerschnitt. Diese Funktion, d. h. die Funktion eines Puffers kann auch durch ähnliche oder abgewandelte Kanalquerschnittsformen, z. B. oval, flach oval oder nierenförmig erfüllt werden. Auch kann der Kanalquerschnitt einen eckigen Querschnitt aufweisen oder nach Art eines Polygons ausgebildet sein.
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Des Weiteren überlappen sich die Kanalquerschnitte in tangentialer Richtung. Durch die Überlappungszonen ist sichergestellt, dass bei radialer Belastung des Gleitlagerringes keine Druckbeanspruchung, sondern nur eine Biegebeanspruchung auftritt. Es weisen die im Wesentlichen elliptischen Kanalquerschnitte Längsachsen auf, welche schräg zur Umfangsrichtung des Gleitringes angeordnet sind. Mit dieser Anordnung wird eine Überlappung der Kanalquerschnitte in der Weise erreicht, dass jeder in radialer Richtung, d. h. ein durch den Mittelpunkt des Gleitlagerringes verlaufender Strahl immer mindestens einen Kanalquerschnitt tangiert oder schneidet. Damit ergibt sich über den gesamten Umfang ein nahtloser biegeweicher Bereich, d. h. Zonen mit reiner Druckbeanspruchung treten nicht auf.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Kanäle gleichmäßig, d. h. in gleicher Anordnung und im gleichen Abstand auf dem Umfang angeordnet, so dass eine gewisse Homogenität des Ringquerschnittes unter radialer Belastung gegeben ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bilden die Längsachsen mit der Umfangsrichtung Anstellwinkel, welche für sämtliche Kanalquerschnitte gleich sind, d. h. sämtliche Kanalquerschnitte weisen die gleiche Ausrichtung gegenüber dem Umfang auf.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens einer der Kanäle durch einen Radialschlitz mit der Innenfläche verbunden. Damit wird die radiale Nachgiebigkeit des Ringquerschnittes in diesem Bereich erhöht.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens einer der Kanäle durch einen Radialschlitz mit der Außenfläche des Ringquerschnitts verbunden. In analoger Weise ergibt sich daraus auch für diese Variante eine erhöhte Nachgiebigkeit in radialer Richtung.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Ringquerschnitt einen durchgehenden Radialschlitz auf, welcher von der Innenfläche bis zur Außenfläche durchgängig ist. Damit wird auch eine Nachgiebigkeit und Elastizität in tangentialer Richtung erreicht. Somit ist eine elastische Durchmesservergrößerung möglich, so dass der geschlitzte Gleitlagerring – bei der Montage – durch Spreizung über einen größeren Durchmesser geschoben werden kann, um anschließend aufgrund elastsicher Rückformung wieder einen kleineren Durchmesser anzunehmen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Gleitlagerring aus Kunststoff hergestellt und kann beispielsweise durch Extrusion oder durch Spritzguss hergestellt werden. Kunststoff besitzt den Vorteil von günstigen Gleiteigenschaften.
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Auch ist es möglich, dass der Gleitlagerring aus einem ersten Kunststoff hergestellt wird, an dem ein weiterer Kunststoff angespritzt wird, der beispielsweise eine verbesserte Gleiteigenschaft besitzt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind auf der Innenfläche und/oder der Außenfläche Schmiernuten angeordnet, welche bevorzugt achsparallel verlaufen. Die Schmiernuten dienen als Reservoir für einen Schmierstoff, damit zwischen Welle und Innenfläche des Gleitlagerringes respektive zwischen Bohrung und Außenfläche des Gleitlagerringes ein hinreichender Schmierfilm aufrechterhalten wird.
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Nach einem weiteren Aspekt ist bei einem Aktuator mit einem Spindelantrieb vorgesehen, dass zwischen der Spindel und der Spindelmutter und/oder zwischen der Spindel und dem Gehäuse ein Gleitlagerring angeordnet ist. Darüber hinaus kann ein weiterer Gleitlagerring zwischen der Spindelmutter und dem Gehäuse angeordnet sein, wobei die Spindelmutter in der Regel bereits über ein Wälzlager gegenüber dem Gehäuse abgestützt ist. In jedem Falle hat der Gleitlagerring, der unter Vorspannung eingebaut wird, die Wirkung, dass ein etwaiges Radialspiel zwischen Welle und Bohrung beseitigt wird. Bei einer Anordnung zwischen Spindel und Spindelmutter bewirkt der Gleitlagerring eine Stabilisation der Koaxialität zwischen Spindel und Spindelmutter respektive zwischen Spindelgewinde und Muttergewinde. Damit wird auch eine Schwergängigkeit des Gewindes oder ein Verklemmen bei ungünstiger Belastung vermieden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen geschlitzten Gleitlagerring in einer Ansicht,
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2 einen Schnitt durch den Gleitlagerring gemäß 1 in der Ebene II-II,
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Gleitlagerring,
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3a eine Einzelheit E aus 3,
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4 einen Schnitt durch den Gleitlagerring gemäß 3 in der Ebene IV-IV und
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5 einen Aktuator mit Spindelantrieb und Gleitlagerringen.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Gleitlagerring 1 in einer ersten Ausführungsform in einer Ansicht in Richtung der Rotationsachse m, und 2 zeigt den Gleitlagerring 1 in einem Axialschnitt, d. h. in der Schnittebene II-II gemäß 1.
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Der Gleitlagerring 1 weist einen Mittelpunkt M, den Durchstoßpunkt der Rotationsachse m, eine im Wesentlichen kreiszylindrische Innenfläche 2, eine im Wesentlichen kreiszylindrische Außenfläche 3 und einen von der Innenfläche 2 bis zur Außenfläche 3 durchgehenden Radialschlitz 4 auf. Wie aus 2 ersichtlich, weist der Gleitlagerring 1 einen etwa rechteckförmigen Ringquerschnitt 5 auf, welcher einerseits durch die Innenfläche 2 und die Außenfläche 3 sowie andererseits durch eine erste Stirnfläche 6 und eine zweite Stirnfläche 7 begrenzt ist. Als Sonderform eines Rechtecks ist auch ein quadratischer Ringquerschnitt 5 möglich. Der Gleitlagerring 1 weist eine Vielzahl von über den Umfang verteilt angeordneten Kanälen 8 auf, welche parallel zur Rotationsachse m angeordnet sind und sich von der ersten Stirnseite 6 bis zur zweiten Stirnseite 7 erstrecken, d. h. die Kanäle 8 durchsetzen den gesamten Ringquerschnitt 5. Die Kanäle 8 weisen einen im Wesentlichen elliptischen Kanalquerschnitt 8a auf, sind gleichmäßig über den Umfang des Gleitlagerringes 1 verteilt angeordnet und überlappen sich in tangentialer Richtung. In der Innenfläche 2 sind eine Vielzahl von Schmiernuten 9 angeordnet, welche parallel zur Rotationsachse m verlaufen und gleichmäßig über den Umfang verteilt sind (in 1 als Kreuze angedeutet). Der Gleitlagerring 1 kann aus einem geeigneten Lagermetall oder aus Kunststoff, z. B. durch Extrusion oder Spritzguss hergestellt werden.
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Der Gleitlagerring 1 ist für den Einbau zwischen einer Welle oder einem rotierenden Bauteil und einer Bohrung oder einer Nabe vorgesehen und erfüllt – bedingt – die Funktion eines Gleitlagers, wobei einerseits aufgrund der Kanäle 8 und andererseits aufgrund des durchgehenden Radialschlitzes 4 eine Elastizität und Nachgiebigkeit in tangentialer und radialer Richtung gegeben ist. Aufgrund dieser Geometrie kann der Gleitlagerring 1 mit einer Vorspannung zwischen Welle und Bohrung eingebaut werden, so dass kein Radialspiel mehr auftreten kann. 3, 3a und 4 zeigen einen Gleitlagerring 10 als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Gleitlagerring 10 ist in 3 in einer Ansicht und in 4 gemäß Schnittebene IV-IV in 3 in einem Axialschnitt dargestellt. Der Gleitlagerring 10 weist eine erste Anzahl von Kanälen 11 mit einem geschlossenen, im Wesentlichen elliptischen Kanalquerschnitt sowie eine zweite Anzahl von Kanälen 12 mit einem offenen, im Wesentlichen elliptischen Kanalquerschnitt auf, welcher jeweils durch einen Radialschlitz 13 mit der Innenfläche 14 verbunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind – in symmetrischer Anordnung – neun Kanäle 11 mit geschlossenem elliptischen Kanalquerschnitt und drei Kanäle 12 mit offenem elliptischen Kanalquerschnitt vorgesehen. Aus 3 ist deutlich erkennbar, dass sich sowohl die Kanäle 11 mit geschlossenem Kanalquerschnitt als auch die Kanäle 12 mit offenem Kanalquerschnitt in tangentialer Richtung überlappen.
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3a zeigt eine Einzelheit E aus 3, und zwar den Kanal 12 mit Radialschlitz 13 sowie den benachbarten Kanal 11 mit geschlossenem elliptischen Kanalquerschnitt. Der Kanalquerschnitt des Kanals 12 weist eine Längsachse a auf, welche gegenüber der Umfangsrichtung u geneigt ist und mit dieser einen Anstellwinkel α bildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Längsachsen aller über den Umfang verteilten Kanalquerschnitte den gleichen Anstellwinkel α auf, d. h. die Kanalquerschnitte sind gleichsinnig über den Umfang verteilt angeordnet. Aufgrund dieser Anordnung ergibt sich eine Überlappung der jeweils benachbarten Kanalquerschnitte, was in 3a durch einen in radialer Richtung, d. h. in Richtung auf den Mittelpunkt M des Gleitlagerringes 10 verlaufenden Pfeil P angedeutet ist. Der Pfeil P, der eine Radialkraft darstellt, schneidet den Kanalquerschnitt des geschlossenen Kanals 11, so dass das Material in diesem Bereich auf Biegung beansprucht wird. Dies gilt somit für den gesamten Umfang des Gleitlagerringes 10. Auf der Innenfläche 14 sind Schmiernuten 16 (3a, 4), verteilt über den Umfang, angeordnet. Wie aus 4 ersichtlich, sind sowohl die geschlossenen Kanäle 11 als auch die offenen Kanäle 12 durchgehend, d. h. sie durchsetzen den gesamten Ringquerschnitt 15. Gleiches gilt für die achsparallel verlaufenden Schmiernuten 16.
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5 zeigt einen Aktuator 20, der vorzugsweise für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges verwendet wird, und zwar als einfach wirkender Aktuator, der einerseits am Fahrzeug befestigt ist und andererseits auf die Lenkung eines Hinterrades wirkt. Der Aktuator 20 weist ein Gehäuse 21 auf, in welchem ein Spindelantrieb 22, der von einem Elektromotor 23 über einen Riementrieb 24 antreibbar ist, aufgenommen ist. Der Spindelantrieb 22 umfasst eine Spindelmutter 25, welche gegenüber dem Gehäuse 21 drehbar gelagert und axial fixiert ist, sowie eine mit der Spindelmutter 25 über ein Bewegungsgewinde 26 in Eingriff stehende, axial verschiebbare Spindel 27. Das Gehäuse 21 ist über ein Gelenk 28 mit der nicht dargestellten Fahrzeugstruktur verbunden, d. h. fahrzeugseitig abgestützt. Die Spindel 27 ist über einen Aufschraubzapfen 29 mit einem Gelenkzapfen 30 verbunden, welcher auf ein nicht dargestelltes Lenkgestänge einer Hinterachslenkung wirkt.
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Die Spindel 27, welche, angrenzend an das Bewegungsgewinde 26, einen ersten glatten, gewindefreien Abschnitt 27a und einen zweiten glatten, gewindefreien Abschnitt 27b aufweist, ist über einen ersten Gleitlagerring 31 gegenüber der Spindelmutter 25 und über einen zweiten Gleitlagerring 32 gegenüber dem Gehäuse 21 gelagert bzw. radial abgestützt. Die Gleitlagerringe 31, 32 entsprechen dem Gleitlagerring 1 oder dem Gleitlagerring 10, dargestellt in den 1 bis 4. Der Einbau der Gleitlagerringe 31, 32 erfolgt unter Vorspannung, so dass ein Radialspiel zwischen Spindel 27 und Spindelmutter 25 einerseits sowie ein Radialspiel zwischen Spindel 27 und Gehäuse 21 andererseits unterbunden wird. Durch die Anordnung der beiden Gleitlagerringe 31, 32 wird ferner eine Zentrierung der Spindel 27 gegenüber der Spindelmutter 25 bewirkt, so dass die Koaxialität des Bewegungsgewindes 26 aufrechterhalten wird.
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Abweichend von der zeichnerischen Darstellung, können die Kanalquerschnitte auch von einer Ellipse abweichende Formen, z. B. die Form eines Ovals oder einer Niere oder einem ähnlich geformten Polygon.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleitlagerring
- 2
- zylindrische Innenfläche
- 3
- zylindrische Außenfläche
- 4
- Radialschlitz
- 5
- Ringquerschnitt
- 6
- erste Stirnfläche
- 7
- zweite Stirnfläche
- 8
- Kanal
- 8a
- Kanalquerschnitt
- 9
- Schmiernut
- 10
- Gleitlagerring
- 11
- Kanal (geschlossen)
- 12
- Kanal (offen)
- 13
- Radialschlitz
- 14
- Innenfläche
- 15
- Ringquerschnitt
- 16
- Schmiernut
- 20
- Aktuator
- 21
- Gehäuse
- 22
- Spindelantrieb
- 23
- Elektromotor
- 24
- Riementrieb
- 25
- Spindelmutter
- 26
- Bewegungsgewinde
- 27
- Spindel
- 27a
- glatter Spindelabschnitt
- 27b
- glatter Spindelabschnitt
- 28
- Gelenk
- 29
- Aufschraubzapfen
- 30
- Gelenkzapfen
- 31
- erster Gleitlagerring
- 32
- zweiter Gleitlagerring
- a
- Längsachse von Kanalquerschnitt (Ellipse)
- m
- Rotationsachse
- M
- Mittelpunkt
- P
- Pfeil (Radialrichtung)
- u
- Umfangsrichtung
- α
- Anstellwinkel
