DE19807514A1 - Spielfreies Radialkugellager - Google Patents

Spielfreies Radialkugellager

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Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein spielfreies Radialkugellager mit einem in axialer Richtung zweiteiligen Lagerring, zwischen dem und einem konzentrisch an­ geordneten zweiten Lagerring Lagerkugeln abrollen, wobei wenigstens eines der beiden Lagerringteile des zweiteiligen Lagerringes von einem Federelement in axialer Richtung mit Druck beaufschlagt ist, so daß die Lagerkugeln unter Vorspannung gehalten sind.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Radialkugellager ist aus der DE 43 93 663 C1 vorbekannt. Der äußere Lagerring ist zweiteilig ausgebildet, wobei ein Federelement aus einem Elastomer für die Vorspannung im Lager sorgt, in dem es den beweglichen Außenring gegen die Kugel und somit gegen den zweiten Außenring drückt.
Nachteilig dabei ist, daß bei derartigen Lagern bei einer Schiefstellung der gelagerten Welle die Spielfreiheit beeinträchtigt werden kann. So ist es bei­ spielsweise möglich, daß durch die Kippbewegung der Welle die Federspan­ nung zu sehr ansteigt und damit die Reibmomente im Lager zu hoch werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Lager so zu verbessern, daß es auch bei Fluchtungsfehlern der Welle ohne Beeinträchti­ gung funktioniert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruches 1 dadurch gelöst, daß der innere Lagerring zweiteilig ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der beiden Lagerringteile in radialer und in axialer Richtung verschiebbar ist und der äußere Lagerring eine Laufbahn aufweist, deren Radius deutlich größer als der Radius der Lagerkugeln ist.
Durch die im Vergleich zu den Lagerkugeln deutlich größere Schmiegung der Außenlaufbahn wird im Zusammenspiel mit dem zweiteiligen beweglichen Innenring ein begrenztes Verkippen der Welle bei gleichzeitiger Lagerspiel­ freiheit ermöglicht. Diese Lösung eignet sich besonders für einen Kippwinkel bis 2°.
Die Schmiegung, d. h. die Krümmungsunterschiede zwischen den Lagerkugeln und der Laufbahn des äußeren Lagerringes wird wie folgt definiert:
In Weiterbildung der Erfindung ist nach Anspruch 2 vorgesehen, daß das Verhältnis von Radius der Laufbahn des äußeren Lagerringes zum Durchmesser der Lagerkugeln größer als 60% ist. Die Schmiegung eines normalen Rillenku­ gellagers liegt bei etwa 52-54%.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Radialkugellagers geht aus Anspruch 3 hervor. Danach sind der äußere Lagerring und die beiden Lagerringteile als Massivteile ausgebildet, wobei die beiden Lagerringteile von einer spanlos geformten Innenhülse aufgenommen sind, die an ihren Enden radial nach außen gerichtete Borde aufweist, die eine Stirnseite des ersten Lagerringteils und eine an den zweiten Lagerringteil sich anschließende Well­ feder umgreifen. Die spanlos geformte Innenhülse, die sich fertigungstechnisch in einfacher Weise realisieren läßt, sorgt durch die Aufnahme der beiden Lagerringteile und der Wellfeder für eine geschlossene Baueinheit.
Nach Anspruch 4 soll ein axial verlaufender Teil der Innenhülse einen abgestuf­ ten Außendurchmesser aufweisen. Dieser abgestufte Außendurchmesser läßt sich innerhalb des spanlosen Formgebungsprozesses problemlos realisieren und sorgt dafür, daß der Lagerinnenring seine Lage ändern kann, wenn eine Schief­ stellung der Welle erforderlich sein sollte, ohne daß auf die Vorspannung der Lagerung in unerwünschter Weise eingewirkt wird.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist im Anspruch 5 beschrieben. Dieses Radialkugellager zeichnet sich dadurch aus, daß der äußere Lagerring als spanlos geformtes Teil ausgebildet ist, das erste Lagerringteil durch einen Versteifungsabschnitt gebildet ist, der an einem Ende in eine spanlos geformte Innenhülse über geht, die in einem radial nach außen gerichteten Bord endet, zwischen dem und dem Versteifungsabschnitt der zweite als Massivteil ausgebildete Lagerringteil und die Wellfeder angeordnet sind.
Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß eine Laufringhälfte des Innenringes integraler Bestandteil der ohnehin erforderlichen Innenhülse ist, so daß auf ein Massivteil verzichtet werden kann. Fertigungstechnisch läßt sich ein derartiges aus Innenhülse und Lagerringteil einstückig zusammengesetztes Bauteil bei­ spielsweise durch ein Tiefziehverfahren auf einfache Art und Weise herstellen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 6 ist vorgesehen, daß die Laufbahn des äußeren Lagerringes durch einen gefalteten Versteifungs­ abschnitt gebildet ist. Dies bedeutet, daß der äußere Lagerring doppelwandig ausgebildet ist und somit größere Aufpresskräfte sicher aufnehmen kann, wenn beispielsweise ein solches Lager in eine Gehäusebohrung eingepreßt wird. Auch ein derartig gefalteter Lageraußenring läßt sich in einfacher Art und Weise durch ein Spanlosverfahren herstellen.
Eine weitere Ausbildungsform eines Radialkugellagers geht aus Anspruch 7 hervor. Danach ist vorgesehen, daß der äußere Lagerring und das erste Lager­ ringteil als ein Massivteil ausgebildet sind, das zweite Lagerringteil durch einen spanlos geformten Winkelring gebildet ist, wobei sowohl der Winkelring über eine Elastomerfeder als auch das erste Lagerringteil von einer spanlos geformten Innenhülse aufgenommen sind, die an beiden Enden in einen radial nach außen gerichteten Borde übergeht.
Die beim Schwenkvorgang erforderliche Bewegung des Innenringes ist gemäß Anspruch 8 dadurch sichergestellt, daß zwischen dem Winkelring und der ihn aufnehmenden Innenhülse ein radialer Spalt gebildet ist.
Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 9 ist in diesem Fall vorgesehen, daß das erste Lagerringteil in seiner axialen Ausdehnung über eine durch den Kugelkranz gelegte Mittelsenkrechte hinaus geht. Auf diese Weise wird eine Begrenzung der radialen Auslenkung ermöglicht, das heißt, die Lagerkugeln können beim Verschwenken der Lagerachse nur um einen begrenz­ ten Betrag radial ausweichen.
Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Fig. 1 bis 4 zeigen axiale Halbschnitte unterschiedlicher Ausführungs­ varianten des erfindungsgemäßen spielfreien Radialkugellagers.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Bei dem in Fig. 1 dargestellten spielfreien Radialkugellager wälzen in einem Käfig 13 geführte Lagerkugeln 1 an einer Außenlaufbahn 2 einer Kugelrille 12 eines als Massivteil ausgebildeten Lageraußenringes 6 und an einer konzentrisch dazu angeordneten Innenlaufbahn 3 ab. Die Innenlaufbahn 3 wird gemeinsam von einem ersten und einem zweiten Lagerringteil 4, 5 getragen, die vonein­ ander in axialer Richtung beabstandet sind und von einer spanlos geformten Innenhülse 7 aufgenommen sind. Die Innenhülse 7 weist radial nach außen gerichtete Borde 8 und 9 auf, wobei der Bord 8 eine Stirnfläche des ersten Lagerringteiles 4 umgreift. Der andere Bord 9 der Hülse 7 umfaßt eine Well­ feder 11, die sich in axialer Richtung an den zweiten Lagerringteil 5 anschließt. Diese Wellfeder 11 sorgt nun für die Vorspannung im Kugellager, in dem sie den beweglichen zweiten Lagerringteil 5 gegen die Lagerkugeln 1 und somit gegen den ersten Lagerringteil 4 und den Lageraußenring 6 drückt. Fig. 1 ist weiter entnehmbar, daß ein axialer Teil 10 der Innenhülse 7 einen abgestuften Außendurchmesser aufweist, so daß zwischen dem axialen Teil 10 und dem zweiten beweglichen Lagerringteil 5 ein Radialspalt 14 gebildet ist.
Der Axialschnitt zeigt, daß die Lagerkugel 1 stärker gekrümmt ist als das Profil der konkaven Kugelrille 12, das heißt, der Radius der Lagerkugel 1 ist kleiner als der Radius der Kugelrille 12. Bei einer waagerecht verlaufenden Lagerachse 15 des Radialkugellagers werden die Lagerkugeln 1 die Laufbahnen 2 und 3 an drei Stellen berühren, das heißt, es ist ein sogenanntes Dreipunkt-Lager gebildet. Die Punktberührung zwischen Lagerkugel 1 und Außenlaufbahn 2 ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 16 versehen. Wird nun die Lagerachse 15 um einen bestimmten Betrag verkippt, so wird der Berührungspunkt 16 auf der Laufbahn 2 nach links in Richtung des Käfigs 13 wandern, während der Radialspalt 14 zwischen dem axialen Teil 10 und dem zweiten Lagerringteil 5 in seiner Größe vermindert wird.
Das Lager nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigtem da­ durch, daß das zweite Lagerringteil 5 und die Wellfeder 11 durch einen Win­ kelring 17 und eine Elastomerfeder 20 ersetzt sind. Der Winkelring 17 weist einen axial verlaufenden Schenkel 18 und einen radial verlaufenden Schenkel 19 auf, dessen zusammenstoßende Enden einen Teil der Innenlaufbahn 3 für die Lagerkugeln 1 bilden. Die Elastomerfeder 20 wird vom Winkelring 17 und vom axialen Teil 10 sowie vom Bord 9 der spanlos geformten Innenhülse 7 eingeschlossen, wobei zwischen dem zylindrischen Teil 10 und dem Schenkel 19 wiederum ein Radialspalt 14 gebildet ist. Wird nun in der bereits beschriebe­ nen Weise wieder eine Kippbewegung um den Winkel α ausgeführt, so wird der Radialspalt in seiner Größe verringert, während der Berührungspunkt 16 von der Lagerkugel 1 und Laufbahn 2 sich nach links verschiebt. Fig. 2 ist weiter entnehmbar, daß sich das Lagerringteil 4 in axialer Richtung über die durch den Mittelpunkt der Lagerkugeln 1 gelegte Mittelsenkrechte 22 erstreckt, so daß die radiale Auslenkung begrenzt ist.
Das in Fig. 3 dargestellte spielfreie Radialkugellager besitzt einen geweihartig spanlos geformten Lageraußenring 23 auf, der die Außenlaufbahn 2 für die Lagerkugeln 1 bildet. Im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Figuren wird ein Teil der Innenlaufbahn 3 durch einen Versteifungsabschnitt 24 gebil­ det, der Bestandteil einer Innenhülse 21 ist. Dieser Versteifungsabschnitt 24 schließt sich an einem Ende der Innenhülse 21 an und kann problemlos durch einen Formgebungsvorgang gefertigt werden. Der andere Teil der Innenlaufbahn 3 wird in der bereits beschriebenen Weise durch das Lagerringteil 5 gebildet, an den sich die Wellfeder 11 anschließt, die von einem Bord 22 der Innenhülse 21 umfaßt ist. Das in Fig. 4 dargestellte Radiallager unterscheidet sich von dem in Fig. 3 gezeigten dadurch, daß einerseits ein spanlos geformter Lager­ außenring 25 mit einem Versteifungsabschnitt 26 versehen ist und daß anderer­ seits zwischen Versteifungsabschnitt 24 und Innenhülse 21 kein Freiraum 28 gelassen ist.
Die vorstehend beschriebenen Radialkugellager können beispielsweise vor­ teilhaft als Lenksäulenlager in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, da trotz möglicher Fluchtungsfehler der Welle die erforderliche Spielfreiheit gegeben ist. Darüberhinaus können sie die erforderlichen hohen Axial- und Radialkräfte aufnehmen.
Bezugszeichenliste
1
Lagerkugel
2
Außenlaufbahn
3
Innenlaufbahn
4
erstes Lagerringteil
5
zweites Lagerringteil
6
Lageraußenring
7
Innenhülse
8
Bord
9
Bord
10
axialer Teil von
7
11
Wellfeder
12
Kugelrille
13
Käfig
14
Radialspalt
15
Lagerachse
16
Punkt
17
Winkelring
18
axialer Schenkel von
17
19
radialer Schenkel von
17
20
Elastomerfeder
21
Innenhülse
22
Bord
23
Lageraußenring
24
Versteifungsabschnitt von
21
25
Lageraußenring
26
Versteifungsabschnitt von
25
27
Mittelsenkrechte
28
Freiraum
α Kippwinkel
r Radius von
2
bzw.
12
D Durchmesser von
1

Claims (9)

1. Spielfreies Radialkugellager mit einem in axialer Richtung zweiteiligen Lagerring, zwischen dem und einem konzentrisch angeordneten zweiten Lager­ ring Lagerkugeln (1) abrollen, wobei wenigstens eines der beiden Lagerringteile (4, 5) des zweiteiligen Lagerringes von einem Federelement (11, 20) in axialer Richtung mit Druck beaufschlagt ist, so daß die Lagerkugeln (1) unter Vor­ spannung gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Lagerring zweiteilig ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der beiden Lagerringteile (4, 5) in radialer und in axialer Richtung verschiebbar ist und der äußere Lagerring (6, 23, 25) eine Laufbahn (2) aufweist, deren Radius deutlich größer als der Radius der Lagerkugeln (1) ist.
2. Spielfreies Radialkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Radius der Laufbahn (2) des äußeren Lagerringes (6, 23, 25) zu Durchmesser der Lagerkugeln (1) größer als 60% ist.
3. Spielfreies Radialkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Lagerring (6) und die beiden Lagerringteile (4, 5) als Massivteile ausgebildet sind, wobei die beiden Lagerringteile (4, 5) von einer spanlos ge­ formten Innenhülse (7) aufgenommen sind, die an ihren Enden radial nach außen gerichtete Borde (8, 9) aufweist, die eine Stirnseite des ersten Lagerring­ teils (4) und eine an den zweiten Lagerringteil (5) sich anschließende Wellfeder (11) umgreifen.
4. Spielfreies Radialkugellager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein axial verlaufender Teil (10) der Innenhülse (7) einen abgestuften Außen­ durchmesser aufweist.
5. Spielfreies Radialkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Lagerring (23, 25) als spanlos geformtes Teil ausgebildet ist, das erste Lagerringteil (4) durch einen Versteifungsabschnitt (24) gebildet ist, der an einem Ende in eine spanlos geformte Innenhülse (21) übergeht, die in einem radial nach äußeren gerichteten Bord (22) endet, zwischen dem und dem Versteifungsabschnitt (24) der zweite als Massivteil ausgebildete Lagerringteil (5) und die Wellfeder (11) angeordnet sind.
6. Spielfreies Radialkugellager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahn (2) des äußeren Lagerringes (25) durch einen gefalteten Verstei­ fungsabschnitt (26) gebildet ist.
7. Spielfreies Radialkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Lagerring (6) und das erste Lagerringteil (4) als Massivteil gebildet sind, das zweite Lagerringteil (5) durch einen spanlos geformten Winkelring (17) gebildet ist, wobei sowohl der Winkelring (17) über eine Elastomerfeder (20) und das erste Lagerringteil (4) von der spanlos geformten Innenhülse (10) aufgenommen sind, die an beiden Enden in den radial nach außen gerichteten Bord (8, 9) übergeht.
8. Spielfreies Radialkugellager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Winkelring (17) und der Innenhülse (7) ein radialer Spalt (14) gebildet ist.
9. Spielfreies Radialkugellager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lagerringteil (4) in seiner axialen Ausdehnung über eine durch den Kugelkranz (1) gelegte Mittelsenkrechte (27) hinaus geht.
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