DE19955643A1

DE19955643A1 - Kugellager

Info

Publication number: DE19955643A1
Application number: DE19955643A
Authority: DE
Inventors: Martin Wolf
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2001-05-23
Also published as: US6416229B1

Abstract

Ein Schrägkugellager ist erfindungsgemäß so ausgestaltet, dass der Lagerinnenring (6) zwei voneinander beabstandete Kontaktpunkte B und C und der Lageraußenring (1) einen Kontaktpunkt A aufweist, wobei der Kontaktpunkt C des Lagerinnenringes (6) erst nach Verkippen des Toleranzringes (12) gebildet ist. DOLLAR A Durch diesen dritten Kontaktpunkt C wird ein Verkippen des Lagerinnenringes weitgehend verhindert.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Schrägkugellager, insbesondere zur Lagerung einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus einem Lagerinnenring und einem Lageraußenring, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen Lager kugeln abrollen, wobei der Lagerinnenring von einem elastischen Toleranzring aus einem polymeren Werkstoff aufgenommen ist, der radial nach außen ge richtete Haltenasen aufweist, die den Lagerinnenring umgreifen, so dass eine unverlierbare Baueinheit gebildet ist.

Hintergrund der Erfindung

Derartige Schrägkugellager nehmen nur in einer Richtung Axialkräfte auf und müssen daher gegen ein zweites Lager angestellt werden. Sie werden bevor zugt als Lenkungslager eingesetzt, da sie nur ein geringes Reibmoment haben, eine relativ hohe Steifigkeit aufweisen, einfach montiert werden und kosten günstig sind.

Ein solch gattungsgemäßes Schrägkugellager, wie es häufig zur Lagerung von Lenkwellen verwendet wird, ist aus der DE 38 08 556 A1 vorbekannt. Der In nenring ist von einem Toleranzring aus einem Kunststoff aufgenommen, der den Innenring mit einem radialen Vorsprung hintergreift. Am anderen axialen Ende des Innenringes ist ein Federelement in Form eines Federringes ange ordnet, das im Toleranzring durch eine Sperrscheibe gehalten ist, die ebenfalls im Toleranzring durch einen radial nach innen weisenden Vorsprung gesichert ist. Auf diese Weise ist eine vorgespannte Baueinheit aus dem Wälzlager und den Halteelemente bzw. den Spannelementen gebildet. Damit ist bei der Mon tage nur noch ein einziges, durch einfaches axiales Aufschieben vormontierba res Teil vorhanden.

Derartige Schrägkugellager haben den Nachteil, dass bei einem großen Druckwinkel, d. h. bei einer optimalen Kombination von Reibmoment und Trag zahl und einem Toleranzring mit einem kleinen Klemmwinkel, der eine max. axiale Fixierung der Lenkspindel realisiert und zu einer steifen Federkennlinie der Lenkung führt, ein kritischer Bereich in der Federkennlinie der Lenkung bei niedrigen Lasten auftritt. Dies führt dazu, dass die Lenkung im Bereich von 10% der max. Last bereits bis zu 30% des max. Ausschlages macht, indem der Lagerinnenring verkippt.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Schrägkugellager zu entwickeln, das gegen ein Verkippen des Lagerinnenringes widerstandsfähiger ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass der Lagerinnenring zwei voneinander beab standete Kontaktpunkte B und C und der Lageraußenring einen Kontaktpunkt A aufweist, wobei der Kontaktpunkt C des Lagerinnenringes erst nach dessen Verkippen gebildet ist.

Ein derart erfindungsgemäß ausgestaltetes Lager weist eine steifere Feder kennlinie auf, da das Verkippen des Lagerinnenringes nahezu unterdrückt wird. Dies wird durch den zweiten Kontaktpunkt C des Lagerinnenringes realisiert, der aber erst mit der Lagerkugel in Berührung kommt, wenn ein Verkippen des Lagerinnenrings eintritt. Verkippt dieser nicht, verhält sich das erfindungsge mäße Lager wie ein normales Schrägkugellager, d. h. zwischen Lagerkugel und Lagerringen bestehen nur die beiden schräg gegenüberliegenden Kon taktpunkte A und B.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 beschrieben.

So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass das Schrägekugellager einen Druckwinkel von 40 bis 50° und einen Klemmwinkel von 15 bis 25° aufweisen soll. Der angegebene Druckwinkel sorgt für eine optimale Kombination von Reibmoment und Tragzahl. Wird der Druckwinkel zu stark verringert, erhöht sich neben der Tragzahl auf Grund der Vorspannung auch die Reibung. Der angegebene Klemmwinkelbereich des Toleranzringes sorgt für eine max. axiale Fixierung, wodurch wiederum die Federkennlinie steifer wird. Je größer der Klemmwinkel wird, desto einfacher kann der Toleranzring herausgedrückt wer den, so dass sich ein veränderter Anlagepunkt zwischen Lagerinnenring und Toleranzring ergibt, weswegen das Lager eine unerwünschte radiale Bewe gung ausführt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 3 geht der Lage rinnenring im Anschluss an seinem Laufbahnbereich beidseitig in je einen axial verlaufenden Bereich über, wobei beide Bereiche von je einem radial verlau fenden Bereich fortgesetzt sind. Durch die beiden radial verlaufenden Bereiche und den Laufbahnbereich ist sichergestellt, dass eine unverlierbare Baueinheit gebildet ist, d. h. das Lager nicht auseinanderfallen kann.

Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 4 ist vorgesehen, dass der Lageraußenring eine Stufe aufweist, die von einem im Durchmesser größeren axial verlaufenden Bereich fortgesetzt ist, der in einem radial nach außen gerichteten Flansch endet. Diese durch die Stufe hervorgerufene Un terteilung des Lageraußenringes in zwei Teilbereiche ist in zweifacher Hinsicht günstig:

Zum ersten ist es bei der Herstellung ziehtechnisch von Vorteil, weil im zuge hörigen Werkzeug zur Produktion des Lageraußenringes Laufbahn der Lager kugeln und der axial verlaufende Bereich des Lageraußenringes getrennt ab stimmbar sind. Dies hat positive Wirkung auf das Lager derart, dass jede belie bige Schmiegung unabhängig vom axial verlaufenden Bereich, d. h. unabhän gig vom Außendurchmesser herstellbar ist. Zum zweiten wird beim Einpressen des Schrägkugellagers in das ortsfeste Lenkrohr bei großen Toleranzen die Laufbahn für die Lagerkugeln nicht negativ beeinflusst, da das Einpressen nur über den im Durchmesser größeren axial verlaufenden Teil erfolgt.

Wie aus Anspruch 5 ersichtlich, sollen die Lagerringe des Schrägkugellagers durch spanlose Formgebungsverfahren hergestellt sein. Es liegt auf der Hand, dass durch diese Herstellungstechnologie in besonders kostengünstiger Weise Lagerringe herstellbar sind.

In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 soll der Toleranzring mit sei nen Haltenasen den Lagerinnenring in einem die Kontaktpunkte B und C tra genden, konkav nach innen gewölbten Laufbahnbereich umgreifen, wobei nach Anspruch 7 der Toleranzring durch Einschnitte in mehrere Segmente unterteilt ist, so dass ein einfaches Zusammenfügen der kompletten Baueinheit durch Verschnappen problemlos möglich ist.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 8 soll der Tole ranzring im Anschluss an die Haltenasen einen axial verlaufenden ersten Teil aufweisen, der von einem unter dem Klemmwinkel β ansteigenden zweiten Teil fortgesetzt ist, wobei der Lagerinnenring mit einem Scheitelpunkt seines kon kav nach innen gewölbten Laufbahnbereichs im Übergang zwischen erstem und zweitem Teü des Toleranzringes angeordnet ist. Durch diese Ausbildung des Toleranzringes ist eine sichere axiale Fixierung möglich.

Schließlich soll nach einem weiteren Merkmal gemäß Anspruch 9 der Toleranz ring des Schrägkugellagers aus einem elektrisch leitenden polymeren Werk stoff hergestellt sein. Auf diese Weise kann der elektrische Strom von der Lenkwelle über das Wälzlager zum aufnehmenden Lenkrohr geleitet werden, was für die Betätigung des Signalhorns oder für das Auslösen des Airbags er forderlich ist. Dabei wird durch geeignete Maßnahmen die elektrische Leitfä higkeit des poylmeren Werkstoffes soweit erhöht, dass er sich wie ein Metall verhält. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass die Leitfähigkeit des polymeren Werkstoffes durch Zusatz von Kohle-, Stahlfasern oder Rußparti keln hergestellt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Leitfähigkeit des Toleranz ringes bereits während seines Fertigungsprozesses gegeben ist, so dass eine Nachbehandlung des fertigen Kunststoffbauteiles nicht erforderlich ist. Die Leitfähigkeit des polymeren Werkstoffes kann aber auch durch einen metalli schen Überzug hergestellt werden, wobei dieser entweder galvanisch, che misch oder durch PVD-Verfahren aufgebracht werden kann. Bei den galvani schen Verfahren ist es erforderlich, nach dem Reinigen und Aufrauhen eine leitende Schicht auf den Kunststoff aufzubringen, wobei die Abscheidung des Metalles aus wässrigen Lösungen in Form von Ionen durch Anlegen einer Spannung erfolgt. Die chemische oder stromlose Metallisierung erfolgt in be kannter Weise derart, das Metallionen aus einer Salzlösung durch Redukti onsmittel ausgefällt werden. Unter PVD Verfahren versteht der Fachmann Schichten, die nach dem Prinzip "Physical Vapour Deposition" erzeugt werden, d. h. sie entstehen durch Abscheiden von Atomen oder Molekülen aus der Gasphase.

Die Erfindung wird an einem nachstehenden Ausführungsbeispiel näher erläu tert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schräg kugellager;

Fig. 2, 3 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Lagerinnen- und einen Lageraußenring und

Fig. 4 Kennlinie der radialen Auslenkung

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Schrägkugellager besteht aus dem spanlos gezogenen Lageraußenring 1, der den zu seiner Drehachse 2 im we sentlichen radial verlaufenden Teil 3 aufweist, der in den im wesentlichen par allel zur Drehachse 2 verlaufenden Teil 4 übergeht. Am rechtsseitigen Ende geht der axial verlaufende Teil 4 in den radial nach außen gerichteten Flansch 5 über. Der Lagerinnenring 6 ist ebenfalls spanlos hergestellt und weist den radial nach innen gewölbten Laufbahnbereich 7 auf, der beidseitig in die axial verlaufenden Bereiche 8 und 9 übergeht, wobei der Bereich 9 in sei ner radialen Ausdehnung größer als der Bereich 8 ist. Die beiden Bereiche 8 und 9 enden schließlich in den radial verlaufenden Bereichen 10 und 11. Der Lagerinnenring 6 ist vom Toleranzring 12 aufgenommen, der durch mehrere gleichmäßig um den Umfang verteilt angeordnete Einschnitte 13 in mehrere Segmente 14 untergliedert ist. Er weist radial nach außen gerichtete Haltena sen 15 sowie einen axial verlaufenden ersten Teil 16 auf, der in den unter dem Klemmwinkel β ansteigenden zweiten Teil 17 übergeht. Der Toleranzring 12 überragt mit seinen Haltenasen 15 den Laufbahnbereich 7 des Lagerinnenrin ges 6, während der Lagerinnenring 6 mit seinen radial verlaufenden Berei chen 10 und 11 den radial verlaufenden Teil 3 des Lageraußenringes 1 und den Käfig 19 der Lagerkugeln 12 umgreift. Auf diese Weise ist eine unverlier bare Baueinheit gebildet, d. h. die einzelnen Lagerbestandteile lassen sich durch axiales Verschieben nicht voneinander trennen.

Wie die Fig. 1 bis 3 weiter zeigen, hat das Schrägkugellager drei Kontakt punkte A, B und C, wobei der Kontaktpunkt A von den Lagerkugeln 20 und dem Lageraußenring 1 und die Kontaktpunkte B und C von den Lagerkugeln 20 und dem Lagerinnenring 6 gebildet sind. Im nicht verkippten Zustand soll das Lager erfindungsgemäß so ausgebildet sein, dass es als reines Schrägkugellager mit den beiden Kontaktpunkten A und B realisiert ist. Erfolgt nun durch die nicht dargestellte, vom Toleranzring 12 aufgenommene Lenksäule ein Verkippen des Lagerinnenringes 6, so gelangt im Laufbahnbereich 7 desselben dessen Kon taktpunkt C zur Anlage an die Lagerkugeln 20. Auf diese Weise wird das Ver kippen nahezu unterbunden, da nunmehr ein Dreipunkt-Kugellager gebildet ist.

Der in Fig. 3 gezeigte Lageraußenring 1 weist nach dem Laufbahnbereich, d. h. nach dem Kontaktpunkt A eine Stufe 21 auf, die von dem zur Drehachse 2 parallel verlaufenden Bereich 22 fortgesetzt ist, der einen größeren Durchmes ser als die Stufe 21 besitzt. Wird nun ein solcher Lageraußenring 1 in ein nicht dargestelltes Lenkrohr gepresst, so ist erkennbar, dass bei großen Toleranzen beim Einpressen die Laufbahn für die Lagerkugeln 20 nicht in Mitleidenschaft gezogen werden kann, da das Einpressen nur über den Teil 22 des Lagerau ßenrings 1 erfolgt.

In Fig. 4 sind die Kennlinien der radialen Auslenkung, d. h. die Bewegungs zustände zweier Lager bei radialer Belastung dargestellt, wobei mit a die Be- und Entlastung für ein herkömmliches Schrägkugellager und mit b für ein er findungsgemäßes Lager bezeichnet ist. Es ist klar zu erkennen, dass insbe sondere bei niedrigen Lasten die radiale Auslenkung des Lagers a größer als die radiale Auslenkung des erfindungsgemäßen Lagers b ist, d. h., der Innen ring 6 des erfindungsgemäßen Lagers b weist eine geringere Verkippung als der Innenring des Lagers a auf.

Bezugszeichen

1

Lageraußenring

2

Drehachse

3

radial verlaufender Teil

4

axial verlaufender Teil

5

Flansch

6

Lagerinnenring

7

Laufbahnbereich

8

axial verlaufender Bereich

9

axial verlaufender Bereich

10

radial verlaufender Bereich

11

radial verlaufender Bereich

12

Toleranzring

13

Einschnitt

14

Segment

15

Haltenase

16

axial verlaufender erster Teil

17

zweiter Teil

18

Scheitelpunkt

19

Käfig

20

Lagerkugel

21

Stufe

22

axial verlaufender Teil
A Kontaktpunkt
B Kontaktpunkt
C Kontaktpunkt
α Druckwinkel
β Klemmwinkel
a, b Kennlinie radialer Auslenkung

Claims

1. Schrägkugellager, insbesondere zur Lagerung einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus einem Lagerinnenring (6) und einem Lageraußenring (1), zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen La gerkugeln (20) abrollen, wobei der Lagerinnenring (1) von einem elasti schen Toleranzring (12) aus einem polymeren Werkstoff aufgenommen ist, der radial nach außen gerichtete Haltenasen (15) aufweist, die den Lagerinnenring (6) umgreifen, so dass eine unverlierbare Baueinheit gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerinnenring (6) zwei von einander beabstandete Kontaktpunkte B und C und der La geraußenring (1) einen Kontaktpunkt A aufweist, wobei der Kontaktpunkt C des Lagerinnenringes (6) erst nach dessen Verkippen gebildet ist.

2. Schrägkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Druckwinkel α von 40-50° und einen Klemmwinkel β von 15-25° aufweist.

3. Schrägkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerinnenring (6) im Anschluss an seinen Laufbahnbereich (7) beid seitig in je einen axial verlaufenden Bereich (8, 9) übergeht, wobei beide Bereiche (8, 9) von je einem radial verlaufenden Bereich (10, 11) fortge setzt sind.

4. Schrägkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (1) eine Stufe (21) aufweist, die von einem im Durch messer größeren axial verlaufenden Bereich (22) fortgesetzt ist, der in einem radial nach außen gerichteten Flansch (5) endet.

5. Schrägkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerringe (1, 6) durch spanlose Formgebungsverfahren hergestellt sind.

6. Schrägkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring (12) mit seinen Haltenasen (15) den Lagerinnenring (6) an dem die Kontaktpunkte B und C tragenden, konkav nach innen gewölb ten Laufbahnbereich (7) umgreift.

7. Schrägkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring (12) durch Einschnitte (13) in mehrere Segmente (14) un terteilt ist.

8. Schrägkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring (12) im Anschluss an die Haltenasen (15) einen axialen verlaufenden ersten Teil (16) aufweist, der von einem unter dem Klemmwinkel β ansteigenden zweiten Teil (17) fortgesetzt ist, wobei der Lagerinnenring (6) mit einem Scheitelpunkt (18) seines konkav nach in nen gewölbten Laufbahnbereiches (7) im Übergang zwischen er stem (16) und zweitem Teil (17) des Toleranzringes (12) angeordnet ist.

9. Schrägkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring (12) aus einem elektrisch leitenden polymeren Werkstoff hergestellt ist.