DE69101303T2

DE69101303T2 - Elastisches Gleitlager und seine Verwendung für Automobillenkungen.

Info

Publication number: DE69101303T2
Application number: DE69101303T
Authority: DE
Inventors: Henri Jean Andre Renard
Original assignee: ECIA Equipements et Composants pour lIndustrie Automobile SA
Current assignee: ECIA Equipements et Composants pour lIndustrie Automobile SA
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1991-11-13
Publication date: 1994-10-06
Anticipated expiration: 2011-11-14
Also published as: EP0488847B1; KR920009659A; FR2669691B1; EP0488847A1; US5192137A; MX9102095A; DE69101303D1; FR2669691A1; ES2050043T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elastische Gleitlager, die dazu bestimmt sind, die Verbindung zwischen einer Wellen und einem Träger so zu gewährleisten, daß nur ein Freiheitsgrad der Relativdrehung zwischen der Welle und dem Träger möglich ist; die Erfindung zielt auch auf die Verwendung eines solchen Lagers für Lenksäulen von insbesondere Automobilen ab.
In zahlreichen industriellen Bereichen ist es erforderlich, eine Welle auf wenigstens einem Träger so befestigen zu können, daß Welle und Träger sich nur längs deren gemeinsamer Achse relativ zueinander drehen können, ohne gleichermaßen sich auf dieser Achse verschieben zu können. Eine solche Situation ist beispielsweise in der Automobilindustrie für die Montage von Lenksäulen anzutreffen.
Bekanntlich besteht herkömmlicherweise eine Lenksäule aus einem Träger, einer Büchse oder einem Säulenrohr, welches am Leitstand des Fahrzeugs über Beschläge, Lappen oder dergleichen befestigt ist. Eine solche Lenksäule besteht auch aus einer eigentlichen Welle, die über das Lenkrad die Befehle des Fahrers auf die Lenkräder des Fahrzeugs unter Zwischenlage eines Lenkgetriebes und eines Lenkgestänges überträgt. Diese Welle ist wenigstens teilweise in diesem Träger, der Büchse oder dem Rohr mit Hilfe von Wälzlagern, meistens Rollenlagern, so montiert, daß nur ein einziger Freiheitsgrad der Relativdrehung längs der gemeinsamen Achse von Welle und Träger, Büchse oder Rohr unter Ausschluß jedweden anderen Freiheitsgrads, wie einer Axialverschiebung, zugelassen ist.
Ein solcher Unteraufbau, der aktiv zur Sicherheit beiträgt muß zuverlässig sein, strikten und bisweilen scheinbar widersprüchlichen Normen genügen und dabei in den Kosten bescheiden bleiben.
Eine solche Lenksäule muß beispielsweise
- frei von fedwedem Spiel ohne die geringste die Bewegung behindernde Hemmung sein,
- eine Drehung mit einem Drehmoment zulassen, das 0,2 Nm nicht überschreitet,
- eine Langlebigkeit hinsichtlich Verschleiß haben, die traditionell wenigstens der erwarteten mittleren Lebensdauer des Fahrzeugs entspricht,
- radialen Kompressionsspannungen standhalten, die bei einem Einbruchsversuch bei eingelegter Lenkradsperre unter der Einwirkung eines Drehmoments von 250 Nm auftreten können,
- über ihre Steifigkeit einem sich aus einer radial auf das Lenkrad aufgebrachten Kraft ergebenden Biegemoment der Größenordnung von 1 kN/mm standhalten können,
- jeder Längsverschiebung der Welle in Bezug auf den Träger durch Gleiten widerstehen können.
Diese nicht erschöpfende kurze Aufzählung verdeutlicht, wie schwierig es ist, der Gesamtheit aller dieser technischen Vorschriften zu genügen, wenn man die wirtschaftlichen Zwänge berücksichtigt, denen man sich zu stellen hat.
Eine Lösung, die üblicherweise zur Auflösung dieser Art von Schwierigkeit verwendet wird, besteht darin, sich ganz besonderer Kugel- oder Rollenlager zu bedienen, die sich sehr von Wälzlagern mit kreisförmigen, konischen oder sphärischen Laufbahnen unterscheiden. So haben für diese Art Anwendung verwendete Wälzlager beispielsweise polygonale, oftmals dreieckige, Laufbahnen. Diese Wälzlager gestatten es, von Herstellungstoleranzen herrührende Maßschwankungen zwischen Träger, Rohr oder Büchse und Welle zu kompensieren und sich dabei gleichzeitig des vollständigen Fehlens von Spiel zu versichern, wie dies vorstehend in Erinnerung gerufen wurde.
Ein weiterer Stand der Technik wird durch US 4 603 982 veranschaulicht. Das Gegenstand dieser Druckschrift bildende Lager, das zur Aufnahme kleiner Belastungen bestimmt ist, weist einen äußeren Ring aus zwei symmetrischen Teilen, welche einen Innenkanal begrenzen, und einen inneren Ring, der in den Kanal eingreifende radiale sphärische Fortsätze aufweist, auf. Eine solche Lösung ist nicht geeignet, der Gesamtheit der oben kurz erwähnten Vorschriften zu genügen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein elastisches Gleitlager zur Montage einer Welle auf einem Träger zu schaffen, derart, daß nur ein Freiheitsgrad in Relativdrehung zwischen Welle und Träger möglich ist, und das trotz geringer Herstellungs- und Montagekosten den meisten der zuvor erwähnten technischen Vorschriften genügen kann.
Gegenstand der Erfindung ist ein elastisches Gleitlager zum Anbringen einer Welle auf einem Träger so, daß nur ein Relativdrehungsfreiheitsgrad zwischen Welle und Träger möglich ist, und das im wesentlichen durch einen Außenring und einen in diesen eingesetzten Innenring gebildet ist. Dieses Lager der allgemeinen Art wie dasjenige der vorgenannten Druckschrift und im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Ausdruck gebracht weist ausgeprägte Besonderheiten auf, die insbesondere im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs dargelegt sind.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung eines solchen Lagers in einer Kraftfahrzeug-Lenksäule.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem Lesen der Beschreibung und der Patentansprüche, die folgen, sowie der Durchsicht der beigefügten Zeichnungen, die allein als Beispiel gegeben sind, wobei
Fig. 1 ein schematischer Meridianschnitt einer Ausführungsform eines elastischen Gleitlagers gemäß der Erfindung in seiner Anwendung auf eine Lenksäule,
Fig. 2 eine perspektivische Explosionsansicht dieser Ausführungsform eines elastischen Gleitlagers gemäß der Erfindung ist, und
die weiteren Fig. 3 bis 11 teilgeschnittene Seitenansichten von Ausführungsvarianten eines elastischen Gleitlagers gemäß der Erfindung sind.
Da elastische Gleitlager sowie Lenksäulen von Kraftfahrzeugen in der Technik wohl bekannt sind, wird im folgenden nur beschrieben, was die Erfindung direkt oder indirekt betrifft. Für das übrige wird der einschlägige Fachmann aus den ihm zur Verfügung stehenden gängigen herkömmlichen Lösungen schöpfen, um die besonderen Probleme zu meistern, mit denen er konfrontiert wird.
Im folgenden wird unabhängig von der Ausführungsform oder ihrer Ausführungsvariante stets das gleiche Bezugszeichen zur Identifizierung eines entsprechenden Elementes verwendet.
Aus Gründen der Einfachheit der Darstellung werden zunächst alle Bestandteile der Erfindung beschrieben, bevor der Zusammenbau und die Wirkungsweise beschrieben werden.
Es werden die Einzelheiten eines elastischen Gleitlagers gemäß der Erfindung in seiner besonderen Anwendung auf eine Lenksäule eines Fahrzeugs beschrieben, es versteht sich aber, dar das Gleitlager gemäß der Erfindung auch andere Anwendungen findet.
Wie in Fig. 1 zu sehen, setzt sich eine Kraftfahrzeug-Lenksäule D im wesentlichen aus einem Träger S und einer koaxialen Welle A zusammen. Der Träger S, der sich nach Art einer Büchse oder eines Rohres darstellt, ist an einem nicht dargestellten Aufbau bzw. einer nicht dargestellten Karosserie eines Führerstandes mit Hilfe von Beschlägen F oder dergleichen befestigt. Ein Lenkrad V, das an einem der Enden der Welle A befestigt ist, dient zum Drehen um eine gemeinsame Achse X-X, ohne daß dabei diese Welle translatorisch längs dieser Achse gleiten kann.
Um dies zu erreichen, wird zwischen der Welle und dem Träger wenigstens ein elastisches Gleitlager gemäß der Erfindung zwischengelegt. Dieses Lager 10 wird, wie man sieht, durch einen Außenring 11, in den wenigstens teilweise ein Innenring 12 eingesetzt ist, gebildet. Wie man sieht, besteht der Außenring 11 aus einer Gleithülse 110, die durch eine Außenwand 111 und eine Innenwand 112 begrenzt wird. Im Bereich wenigstens eines der Enden der Gleithülse 110 trägt die Außenwand 111 eine vorspringende Manschette 1111.
Der Innenring 12 besteht aus einer Gleithülse 120, die durch eine Außenwand 121 und eine Innenwand 122 begrenzt wird. Die Gleithülse 120 trägt im Bereich wenigstens eines ihrer Enden und auf ihrer Innenwand 122 eine vorspringende Manschette 1221.
Eine Verbindung 13, die abgelegen von der Ebene der Manschetten 1111 und 1221 gelegen ist, gestattet die Verbindung der Ringe 11 und 12 so, daß jede Re1ativverschiebung längs der Achse X-X verboten, gleichzeitig aber allein eine Relativdrehung zwischen ihnen zugelassen ist. Diese Verbindung 13 besteht aus einem weiblichen Element 131, das von einer der jedem der Ringe 11 und 12 gegenüberstehenden Wände 112, 121 getragen wird, und besteht auch aus einem männlichen Element 132, das von der anderen dieser den Ringen 11 und 12 gegenüberstehenden Wände 112, 121 getragen wird. Dieses männliche und weibliche Element 132 und 131 sind miteinander durch vorzugsweise elastischen wechselseitigen Eingriff gekuppelt, wie dies aus dem folgenden verstanden werden wird.
Wie man in den verschiedenen Figuren der Zeichnung sehen kann, ist der meridiane Querschnitt der männlichen und weiblichen Elemente 132 und 133 der Verbindung 13 gewinkelt, ungefähr meanderförmig (Fig. 3, 4, 5, 9, 11) oder auch gekrümmt, vorzugsweise kreisbogenförmig (Fig. 6, 8, 10) oder auch sphärisch (Fig. 7).
Gegebenenfalls ist wenigstens eine der Hülsen 110, 120 mit Schlitzen 113 bzw. 123 versehen. Diese Schlitze, die beispielsweise in einem der Enden der Hülse münden- begrenzen zwischen sich Zungen 114 bzw. 124. Wie man sehen kann, sitzen die Verbindung 13 und insbesondere ihre weiblichen Elemente 131 und/oder männlichen Elemente 132 wenigstens teilweise auf diesen Zungen 114, 124.
Wie man sehen kann, wird gemäß den Ausführungsformen und ihren Ausführungsvarianten das männliche Element 132 von der Innenwand 112 des Außenrings 11 getragen, während das weibliche Element 131 von der Innenwand 122 des Innenrings 12 getragen wird. Es liegt auf der Hand, daß die umgekehrte Lösung auch beibehalten werden kann, d.h., daß das männliche Element 132 von der Außenwand 121 des Innenrings 12 und das weibliche Element 131 dann von der Innenwand 112 des Außenrings 11 getragen wird, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist.
Der Außenring 11 und Tnnenring 12 des Lagers 10 gemäß der Erfindung werden, wie insbesondere in Fig. 1 dargestellt, zusammengesetzt und montiert; wie einsichtig ist, gewährleistet die über die Innenwand 122 der Gleithülse 120 des Innenrings 12 vorspringende Manschette 1221 das Festpressen auf der Welle 1. Ebenso gewährleistet die über die Außenwand 111 der Gleithülse 110 des Innenrings 11 vorspringende Manschette 1111 das Festpressen an den Träger S, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist.
Aufgrund der für die männlichen und weiblichen Elemente 132 und 131 der Verbindung 13 angenommenen Lage, abgelegen von der Ebene bzw. dem Gebiet der Manschetten 1111 und 1221 beobachtet man, daß die Drehführung absolut unabhängig von den Kräften und den Reaktionskräften, die an den Manschetten entstehen, ist.
Dank dieser Lösung erhält man ein elastisches Gleitlager mit hohen Drehführungsqualitäten, welches praktisch jedes Längsgleiten aufgrund der erheblichen Kräfte, die an den Manschetten entstehen, verbietet, sowie einer großen Radialsteifigkeit.
Die Wahl der Elastizität der Materialien, aus denen die Ringe bestehen, und das eventuelle Vorhandensein von Schlitzen, die dort die Zungen begrenzen, ermöglichen die Gewinnung einer größeren Weichheit, die die Montage und/oder das Arbeiten begünstigen.
Vorzugsweise besteht wenigstens einer der Ringe 11 und 12 aus einem Kunststoff, und wenn man zwei Kunststoffe verwendet, wählt man unter ihnen dasjenige Paar, das die gewünschte Weichelastizität, den angestrebten Reibungskoeffizienten, die gewünschte Fließunempfindlichkeit, Haltbarkeit, Verschleißfestigkeit, ... hat.
An Materialien, die verwendet werden können, sind insbesondere die Polyacetale, Polypropylene, Polyamide, Polyethylenglykolterephtalate zu nennen.
Gegebenenfalls sind diese Materialien mit wenigstens einer schmierenden Substanz, ausgewählt beispielsweise insbesondere aus Graphit, Molybdändisulfid, Polytetrafluorethylen, Silikon, "gefüllt".
Die Ringe eines Lagers gemäß der Erfindung werden beispielsweise durch Spritzgießen hergestellt.
Das Zusammenfügen der beiden Ringe eines Lagers gemäß der Erfindung erfolgt verständlicherweise vorzugsweise vorab durch wechselseitiges elastisches Eindrücken vor ihrer Anwendung; gegebenenfalls kann jeder dieser Ringe vorher auf der Welle bzw. dem Träger in Stellung gebracht werden, wobei die Ringe nachfolgend zusammengefügt werden.
Man sieht, daß das, was wesentlich ist, das Fehlen von Spiel und die sehr starke Längswiderstandsfähigkeit jedes der Ringe auf der Welle bzw. im Träger ist.
Aus Vorstehendem sind unmittelbar Nutzen und Vorteile erfaßbar, die ein weichelastisches Lager gemäß der Erfindung mit sich bringt.

Claims

1. Elastisches Gleitlager zur koaxialen Anbringung einer Welle auf einem Träger so, daß nur ein Relativdrehungsfreiheitsgrad zwischen Welle und Träger möglich ist, wobei das Lager (10) durch einen Außenring (11), der durch eine Außenwand (111) und eine Innenwand (112) begrenzt ist, einen Innenring (12), der in diesen Außenring (11) eingesetzt und aus einer Gleithülse (120) gebildet ist, die durch eine Außenwand (121) und eine Innenwand (122) begrenzt ist, und eine Verbindung (13) zum Verbinden dieser Ringe (11, 12) unter Zulassung allein einer Relativdrehung zwischen ihnen (11, 12) gebildet ist, wobei die Verbindung (13) aus einem weiblichen Element (131), welches von der einen dieser den Ringen (11, 12) zugekehrten Wände (112, 121) getragen wird, und einem männlichen Element (132), welches von der anderen dieser den Ringen (11, 12) zugekehrten Wände (112, 121) getragen wird, aufgebaut ist, wobei diese männliche und weibliche Element (132, 121) durch wechselseitigen Eingriff miteinander gekoppelt sind, wobei das Lager dadurch gekennzeichnet ist, daß der Außenring (11) durch eine Gleithülse (110) gebildet ist, deren Außenwand (111) in der Nähe wenigstens des einen ihrer Enden eine vorspringende erste Manschette (1111) aufweist, daß die Innenwand (122) der den Innenring (12) bildenden Hülse (120) in der Nähe wenigstens des einen ihrer Enden eine vorspringende zweite Manschette (1221) aufweist, und daß die Verbindung (13) abgelegen vom Bereich der Ebene der erste und der zweiten Manschette (1111, 1221) angeordnet ist.

2. Lager nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt dieser männlichen und weiblichen Elemente (132, 131) winkelig, insbesondere meanderförmig, ist.

3. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt dieser männlichen und weiblichen Elemente (132, 131) gekrümmt, vorzugsweise kreisförmig, ist.

4. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt dieser männlichen und weiblichen Elemente (132, 131) sphärisch ist.

5. Lager nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die eine der Hülsen (110, 120) mit Schlitzen (113, 123) versehen sein kann, die zwischen sich Zungen (114, 124) begrenzen, und daß diese Verbindung (13) wenigstens teilweise von diesen Zungen (114, 124) getragen wird.

6. Lager nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das männliche Element (132), von der Innenwand (112) des Außenrings (11) und das weibliche Element (131) von der Außenwand (121) des Innenrings (12) getragen wird.

7. Lager nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß das männliche Element (132) von der AuSenwand (121) des Innenrings (12) und das weibliche Element (131) von der Innenwand (112) des Außenrings (11) getragen wird.

8. Lager nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (11,12) jeweils aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind, und daß das Paar aus diesen beiden Kunststoffmaterialien insbesondere Weichelastizität, geringen Reibungskoeffizienten und Umempfindlichkeit gegenüber plastischem Fließen, Haltbarkeit, Verschleißfestigkeit bietet.

9. Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien insbesondere aus den Polyacetalen, Polypropylenen, Polyamiden, Polyethylenglykolterephtalaten ausgewählt sind.

10. Lager nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien einen Anteil an wenigstens einem Schmierstoff, ausgewählt insbesondere aus Graphit, Molybdändisulfid, Polytetrafluorethylen, Silikonen, haben.

11. Verwendung eines Lagers nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10 für eine Lenksäule eines terrestrischen Kraftfahrzeugs.