DE102004034701A1

DE102004034701A1 - Wälzlager

Info

Publication number: DE102004034701A1
Application number: DE102004034701A
Authority: DE
Inventors: Martin Budaker; Michael JÜSCHKE; Roland Winter; Oliver Hetzel
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2004-07-17
Filing date: 2004-07-17
Publication date: 2006-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (10) mit einem Lageraußenring (11) und einem Lagerinnenring (12). Die aus dem Stand der Technik bekannten spielarmen Wälzlager ermöglichen keine nennenswerte Schwenkbewegung des Wälzlagers und weisen keine Dämpfungseigenschaften in Axialrichtung auf. Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Wälzlager dahingehend zu verbessern, dass es Schwenkbewegungen ermöglicht und außerdem Dämpfungseigenschaften aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager ist deshalb der Lageraußenring (11) und/oder der Lagerinnenring (12) jeweils zwischen mindestens einem Dämpfungselement (16) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring.

Aus dem Stand der Technik sind allgemein Wälzlager, wie beispielsweise Kugellager, mit einem niedrigen Axialspiel bekannt, die jedoch nur geringe Schwenkbewegungen erlauben und keine Dämpfungseigenschaften in axialer Richtung aufweisen. Ferner sind Vier-Punkt-Lager bekannt, die zwar ein sehr niedriges Axialspiel aufweisen, jedoch keine nennenswerte Schwenkbewegung des Vier-Punkt-Lagers und ebenfalls keine Dämpfung ermöglichen. Um das Vier-Punkt-Lager schwenkbar zu gestalten, kann ein zusätzlicher Lagering vorgesehen sein. Jedoch weist ein solches Lager ebenfalls keine Dämpfungswirkung auf und kann nur noch geringe Axialkräfte aufnehmen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Wälzlager der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass es trotz minimalem Axialspiel Schwenkbewegungen ermöglicht und außerdem Dämpfungseigenschaften aufweist.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein Wälzlager der eingangs genannten Art, bei dem erfindungsgemäß der Lageraußenring und/oder der Lagerinnenring jeweils zwischen mindestens einem Dämpfungselement angeordnet ist. Mit Hilfe des Dämpfungselementes können auf das Wälzlager wirkende Stöße und Schwingungen aufgenommen werden. Somit ist durch das Dämp fungselement eine akustische Entkopplung des Wälzlagers von den das Wälzlager umgebenden Bauteilen möglich bei gleichzeitig höherer Lagerbelastung und somit höherer Lebensdauer. Ferner ermöglicht das Dämpfungselement dem Wälzlager eine Schwenkbewegung um eine radiale Schwenkachse durchzuführen. Ein zusätzlicher Lagerring zur Realisierung der Schwenkbewegung kann also zukünftig entfallen, da lediglich die Schwenkeinheit des Wälzlagers geometrisch möglich sein muss. Durch das Dämpfungselement wird das Wälzlager insgesamt einfacher und komfortabler, da das Dämpfungselement sowohl eine Dämpfungsfunktion als auch eine Schwenkfunktion ermöglicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann das mindestens eine Dämpfungselement den Lageraußenring und/oder den Lagerinnenring wenigstens teilweise umgreifen. Somit ermöglicht das Dämpfungselement als ein einziges und einfach gestaltetes Bauteil eine axiale und eine radiale Dämpfung sowie die Durchführung und Dämpfung der Schwenkbewegung.

In einer alternativen Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, dass an jeder Stirnseite des Lageraußenrings und/oder des Lagerinnenrings jeweils ein Dämpfungselement angeordnet ist. Dieses Dämpfungselement übernimmt dann die Dämpfung in axialer Richtung und die Dämpfung der Schwenkbewegung und ermöglicht außerdem die Bewegung in axialer Richtung und die Schwenkbewegung des Wälzlagers.

Alternativ oder zusätzlich kann ein weiteres Dämpfungselement am Außenumfang des Lageraußenrings und/oder am Innenumfang des Lagerinnenrings angeordnet sein. Das weitere Dämpfungselement ist dann für die Dämpfung in radialer Richtung zuständig. Die Verwendung von unterschiedlichen Dämpfungselementen für die Dämpfung in axialer und radialer Richtung ermöglicht eine unterschiedliche Werkstoffauswahl, um verschiedene Dämpfungseigenschaften in radialer und axialer Richtung zu realisieren.

Die Schwenkbewegung kann durch die entsprechend gestalteten Dämpfungselemente und/oder durch ein Freistellen des Wälzlagers und/oder durch eine geeignete geometrische Gestaltung des Wälzlagers und/oder durch eine geeignete geometrische Gestaltung der das Wälzlager umgebenden Bauteile ermöglicht werden. So kann beispielsweise der Lageraußenring eine konvexe Wölbung an seinem Außenumfang aufweisen. Außerdem ist es möglich; dass eine Welle, auf welcher der Lagerinnenring sitzt, eine konvexe Wölbung aufweist. Durch die konvexe Wölbung des Außenumfangs des Lageraußenrings und/oder der Welle lässt sich das Wälzlager besonders gut verschwenken. Die Wölbung ist außerdem eine konstruktiv einfache Lösung, die fertigungstechnisch einfach und preiswert zu verwirklichen ist.

Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch auch möglich, dass ein Sitz des Lageraußenrings eine konkave Wölbung aufweist. Ebenso kann der Lagerinnenring konkav gewölbt sein.

An dem mindestens einen Dämpfungselement kann mindestens ein konzentrisch zum Wälzlager angeordneter Distanzring anliegen. Der Distanzring erzeugt einen definierten Einbauraum für das Dämpfungselement und schützt dieses gegebenenfalls vor Beschädigungen. Somit stellt der konzentrisch zum Wälzlager angeordnete Distanzring eine optimale Dämpfungswirkung des Dämpfungselements sicher. Außerdem begrenzt der Distanzring Schwenkbewegungen und/oder Radialbewegungen. Ein axialer Abstand zwischen dem Wälzlager und den das Wälzlager umgebenden Bauteilen ermöglicht die Axial- und Schwenkbewegung. Somit steht dem Wälzlager ein Bewegungsspielraum zur Verfügung, der benötigt wird, um Stöße und Schwingungen, die auf das Wälzlager einwirken, zu dämpfen.

Aufgrund der guten Dämpfungseigenschaften kann das Dämpfungselement aus einem Kunststoff oder aus einem Elastomer gefertigt sein.

Es ist jedoch auch möglich, dass das Dämpfungselement eine Metallfeder ist. So kann das Dämpfungselement beispielsweise eine Tellerfeder oder eine Wellfeder sein.

Wenn das mindestens eine Dämpfungselement aus einem Kunststoff oder aus einem Elastomer gefertigt ist, kann es mit Aussparungen versehen sein. Durch die Aussparungen kann die Steifigkeit des Dämpfungselementes in axialer und/oder in radialer Richtung unabhängig voneinander genau eingestellt werden. Die Anbringung von Aussparungen ist besonders dann sinnvoll, wenn für die Dämpfung in axialer und radialer Richtung derselbe Werkstoff ausgewählt werden soll. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Dämpfungselement den Lageraußenring und/oder den Lagerinnenring wenigstens teilweise umgreift, weil dann ein und dasselbe Dämpfungselement in radialer und in axialer Richtung die Dämpfungsfunktion übernimmt.

Um im Falle eines Versagens des Dämpfungselementes trotzdem eine Kraftübertragung auf das Wälzlager zu gewährleisten, kann ein Anschlag die Bewegungsfreiheit des Wälzlagers in axialer und/oder in radialer Richtung begrenzen. Außerdem kann der Anschlag im Versagensfall des Dämpfungselementes auch die Schwenkbewegung des Wälzlagers begrenzen.

Der Lageraußenring kann einen umlaufenden Absatz aufweisen. Der Absatz kann dann das den Lageraußenring teilweise umgreifende Dämpfungselement aufnehmen.

Damit das erfindungsgemäße Wälzlager auch ein möglichst geringes Axialspiel aufweist, kann es ein Vier-Punkt-Kugellager sein.

Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wälzlagers anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
1 eine Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform des Wälzlagers;
2 eine Schnittansicht durch eine zweite Ausführungsform des Wälzlagers;
3 eine Schnittansicht durch eine dritte Ausführungsform des Wälzlagers;
4 eine Schnittansicht durch eine vierte Ausführungsform des Wälzlagers;
5 eine Schnittansicht durch eine fünfte Ausführungsform des Wälzlagers;
6 eine Schnittansicht durch eine sechste Ausführungsform des Wälzlagers;
7 eine Schnittansicht durch eine siebte Ausführungsform des Wälzlagers;
8 eine Schnittansicht durch eine achte Ausführungsform des Wälzlagers;
9 eine Schnittansicht durch eine neunte Ausführungsform des Wälzlagers;
10 eine Schnittansicht durch eine zehnte Ausführungsform des Wälzlagers;
11 eine Schnittansicht durch eine elfte Ausführungsform des Wälzlagers.
1 zeigt ein Wälzlager 10 mit einem Lageraußenring 11 und einem Lagerinnenring 12. Der Lageraußenring 11 weist einen umlaufenden Absatz 13 auf. Der Lageraußenring 11 ist zur Durchführung von Schwenkbewegungen mit einer konvexen Wölbung 102 versehen. An Stirnseiten 14 und 15 des Absatzes 13 liegt jeweils ein Dämpfungselement 16 und 17 an. Die Dämpfungselemente 16 und 17 ermöglichen eine Dämpfung des Wälzlagers 10 in axialer und in radialer Richtung. Ferner ermöglichen sie eine Schwenkbewegung des Wälzlagers 10 um eine radiale Schwenkachse sowie die Dämpfung der Schwenkbewegung.
An den Dämpfungselementen 16 und 17 grenzen konzentrisch zum Wälzlager 10 angeordnete Distanzringe 18 und 19 an. Die Distanzringe 18 und 19 erzeugen einen definierten Einbauraum für die Dämpfungselemente 16 und 17 und schützen diese vor Beschädigungen.
Ein Lagerring 100 und ein Lenkungsgehäuse 101 bilden einen Anschlag für den Lageraußenring 11. Der Lagerring 100 und das Lenkungsgehäuse 101 begrenzen die Bewegungsfreiheit des Wälzlagers 10 in axialer Richtung, während die Distanzringe 18 und 19 die Bewegungsfreiheit des Wälzlagers 10 in radialer Richtung und in Schwenkrichtung begrenzen können. Durch die Anschläge wird im Versagensfall der Dämpfungselemente 16 und 17 eine Kraftübertragung auf das Wälzlager sichergestellt. Außerdem begrenzen die Anschläge im Versagensfall der Dämpfungselemente 16 und 17 auch die Schwenkbewegung des Wälzlagers 10.
2 zeigt ein Wälzlager 20 mit einem Lageraußenring 21 und einem Lagerinnenring 22. Auf dem Lageraußenring 21 ist ein umlaufender Absatz 23 vorgesehen. In dem umlaufenden Absatz 23 ist eine umlaufende Nut 24 eingearbeitet, in die ein zusätzliches Dämpfungselement 25 eingelegt ist. Das zusätzliche Dämpfungselement 25 dämpft das Wälzlager 20 in radialer Richtung.
3 zeigt ein Wälzlager 30 mit einem Lageraußenring 31 und einem Lagerinnenring 32. Der Lageraußenring 31 ist mit einem umlaufenden Absatz 33 versehen. Ein Dämpfungselement 34 umgreift den Absatz 33 und umgreift somit den Lageraußenring 31 teilweise. Das Dämpfungselement 34 dämpft das Wälzlager 30 gegen Stöße und Schwingungen ab, die in axialer und in radialer Richtung wirken.
Das Dämpfungselement 34 ist mit Aussparungen 35 versehen. Die Aussparungen 35 geben dem Dämpfungselement 34 in axialer und in radialer Richtung eine definierte Steifigkeit. Ferner kann durch die Aussparungen 35 in axialer Richtung eine andere Dämpfung eingestellt werden als in radialer Richtung.
4 zeigt ein Wälzlager 40 mit einem Lageraußenring 41 und einem Lagerinnenring 42. Der Lageraußenring 41 weist einen umlaufenden Absatz 43 auf. Der Absatz 43 weist eine konvex gewölbte Oberfläche 44 auf. Die konvex gewölbte Oberfläche 44 ermöglicht dem Wälzlager 40 die ungehinderte Schwenkbewegung um die radiale Schwenkachse.
Der Absatz 43 ist von Dämpfungselementen 45 und 46 umgeben.
Ein Lagerring 47 und ein Lenkungsgehäuse 48 weisen Vorsprünge 49 und 400 auf. Die Vorsprünge 49 und 400 schaffen einen Abstand in axialer Richtung zwischen dem Wälzlager 40 und einem Lagerring 47 und zwischen dem Wälzlager 40 und einem Lenkungsgehäuse 48. Folglich kann durch die Vorsprünge 49 und 400 auf die in 1 dargestellten Distanzringe 18 und 19 verzichtet werden.
5 zeigt ein Wälzlager 50 mit einem Lageraußenring 51 und einem Lagerinnenring 52. Ein Dämpfungselement 53 umgreift den Lageraußenring 51 vollständig. Dadurch dämpft das Dämpfungselement 53 das Wälzlager 50 gegen Stöße und Schwingungen, die in axialer und in radialer Richtung wirken ab. Das Dämpfungselement 54 weist zur Einstellung seiner Steifigkeit Aussparungen 54 auf.
6 zeigt ein Wälzlager 60 mit einem Lageraußenring 61 und einem Lagerinnenring 62. Der Lagerinnenring sitzt auf einer Welle 63, die im Bereich des Lagersitzes eine konvexe Wölbung 600 aufweist. Durch die konvexe Wölbung 600 der Welle 63 kann das Wälzlager 60 besonders gut um die radiale Schwenkachse verschwenkt werden.
An Stirnseiten 64 und 65 des Lagerinnenrings 62 liegen Ringelemente 66 und 67 an. Ihre Aufgabe ist es für eine definierte Kompression von Dämpfungselementen 68 und 69 zu sorgen, durch die Schwingungen und Stöße, die auf das Wälzlager 60 in axialer Richtung wirken, gedämpft werden.
7 zeigt ein Wälzlager 70 mit einem Lageraußenring 71 und einem Lagerinnenring 72. Der Lagerinnenring 72 sitzt auf einer Welle 73. Im Bereich des Lagersitzes ist in die Welle 73 eine Nut 74 eingearbeitet. In die Nut 74 ist ein weiteres Dämpfungselement 75 eingelegt, mit dem in radialer Richtung auf das Wälzlager 70 wirkende Schwingungen und Stöße gedämpft werden. Durch eine Wölbung des Lagersitzes kann das Wälzlager 70 verschwenkt werden.
8 zeigt ein Wälzlager 80 mit einem Dämpfungselement 81 und 82. Die Dämpfungselemente 81 und 82 liegen unmittelbar an einem Lagerring 83 und einem Lenkungsgehäuse 84 an. Somit handelt es sich um eine sehr einfache Variante, bei der auf die oben genannten Distanzringe verzichtet werden kann. Das Wälzlager 80 weist einen mit einer konvexen Wölbung 86 versehenen Lageraußenring 85 auf. Somit kann das Wälzlager 80 Schwenkbewegungen durchführen.
9 zeigt ein Wälzlager 90 mit einem Lageraußenring 91, der mit einem Absatz 92 versehen ist. Auf den Absatz 92 ist ein Dämpfungselement 93 aufgesetzt. Somit handelt es sich bei dem Wälzlager 90 um eine alternative zum Wälzlager 50 aus 5.
10 zeigt ein Wälzlager 110 mit einem Lageraußenring 111 und einem Lagerinnenring 112. An dem Lageraußenring 111 liegen ein Dämpfungselement 113 und 114 an. Bei den Dämpfungselemen ten 113 und 114 kann es sich jeweils um eine Tellerfeder handeln, welche dem Wälzlager 111 eine Bewegung in axialer Richtung gestatten und es in axialer Richtung dämpfen. Ein Lenkungsgehäuse 115 bildet oberhalb des Lageraußenrings 111 einen Sitz für den Lageraußenring 111. Der Sitz für den Lageraußenring 111 ist gewölbt, sodass das Wälzlager 110 verschwenkt werden kann.
11 zeigt ein Wälzlager 120 mit einem Lageraußenring 121 und einem Lagerinnenring 122. Ergänzend zum Wälzlager 110 aus 11 ist das Wälzlager 120 mit einem Dämpfungselement 123 ausgestattet, welches dem Wälzlager 120 eine radiale Bewegung ermöglicht und es in radialer Richtung dämpft. Durch das Dämpfungselement 123 kann das Wälzlager 120 außerdem verschwenkt werden. Das Dämpfungselement 123 kann ein Federring sein.

10: Wälzlager
11: Lageraußenring
12: Lagerinnenring
13: Absatz
14: Stirnseite
15: Stirnseite
16: Dämpfungselement
17: Dämpfungselement
18: Distanzring
19: Distanzring
100: Lagerring
101: Lenkungsgehäuse
102: Wölbung
110: Wälzlager
111: Lageraußenring
112: Lagerinnenring
113: Dämpfungselement
114: Dämpfungselement
115: Lenkungsgehäuse
120: Wälzlager
121: Lageraußenring
122: Lagerinnenring
123: Dämpfungselement
20: Wälzlager
21: Lageraußenring
22: Lagerinnenring
23: Absatz
24: Nut
25: Dämpfungselement
30: Wälzlager
31: Lageraußenring
32: Lagerinnenring
33: Absatz
34: Dämpfungselement
35: Aussparung
40: Wälzlager
41: Lageraußenring
42: Lagerinnenring
43: Absatz
44: konvexe Wölbung
45: Dämpfungselement
46: Dämpfungselement
47: Lagerring
48: Lenkungsgehäuse
49: Vorsprung
400: Vorsprung
50: Wälzlager
51: Lageraußenring
52: Lagerinnenring
53: Dämpfungselement
54: Aussparung
60: Wälzlager
61: Lageraußenring
62: Lagerinnenring
63: Welle
64: Stirnseite
65: Stirnseite
66: Ringelement
67: Ringelement
68: Dämpfungselement
69: Dämpfungselement
600: konvexe Wölbung
70: Dämpfungselement
71: Lageraußenring
72: Lagerinnenring
73: Welle
74: Nut
75: Dämpfungselement
80: Wälzlager
81: Dämpfungselement
82: Dämpfungselement
83: Lagerring
84: Lenkungsgehäuse
85: Lageraußenring
86: konvexe Wölbung
90: Wälzlager
91: Lageraußenring
92: Absatz
93: Dämpfungselement

Claims

Wälzlager (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 110, 21) mit einem Lageraußenring (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 91, 111, 121) und einem Lagerinnenring (12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 112, 122) dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 91, 111, 121) und/oder der Lagerinnenring (12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 112, 122) jeweils zwischen mindestens einem Dämpfungselement (16, 17, 34, 45, 46, 53, 68, 69, 81, 82, 93, 113, 114, 123) angeordnet ist.
Wälzlager (30, 50, 90) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dämpfungselement (34, 53, 93) den Lageraußenring (31, 51, 91) und/oder den Lagerinnenring (32, 52) wenigstens teilweise umgreift.
Wälzlager (10, 20, 40, 80, 110, 120) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Stirnseite (14, 15) des Lageraußenrings (11, 21, 31, 41, 51, 111, 121) und/oder des Lagerinnenrings ein Dämpfungselement (16, 17, 34, 45, 46, 53, 81, 82, 113, 114) angeordnet ist.
Wälzlager (20, 70, 120) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Dämpfungselement (25, 75, 123) am Außenumfang des Lageraußenrings (21, 121) und/oder am Innenumfang des Lagerinnenrings (72) angeordnet ist.
Wälzlager (40, 80) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (41, 85) eine konvexe Wölbung (44, 86) an seinem Außenumfang aufweist.
Wälzlager (70) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle (63, 73), auf welcher der Lagerinnenring (62, 72) sitzt ebenfalls eine konvexe Wölbung (600) aufweist.
Wälzlager (30, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dämpfungselement (30, 50) Aussparungen (35, 54) aufweist.
Wälzlager (10, 20, 30, 60, 70) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem mindestens einen Dämpfungselement (16, 17, 34, 45, 46, 53) mindestens ein konzentrisch zum Wälzlager angeordneter Ring (18, 19, 66, 67) anliegt.
Wälzlager (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlag seine Bewegungsfreiheit in axialer und/oder in radialer Richtung und/oder in Schwenkrichtung begrenzt.
Wälzlager (10, 20, 30, 40, 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (11, 21, 31, 41, 91) einen umlaufenden Absatz (13, 23, 33, 43, 92) aufweist.
Wälzlager (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 110, 120) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dämpfungselement (16, 17, 34, 45, 46, 53, 68, 69, 81, 82, 93, 113, 114, 123) aus einem Kunststoff oder aus einem Elastomer gefertigt ist.
Wälzlager (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 110, 120) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dämpfungselement (16, 17, 34, 45, 46, 53, 68, 69, 81, 82, 93, 113, 114, 123) eine Metallfeder ist.
Wälzlager (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 110, 120) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Vier-Punkt-Kugellager ist.