DE102004040340A1

DE102004040340A1 - Radiallageranordnung und Radiallager, insbesondere für eine Spindellagerung

Info

Publication number: DE102004040340A1
Application number: DE102004040340A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl.-Ing. Zernickel (FH); Johannes Dipl.-Ing. Lang; Andreas Dipl.-Ing. Oswald (FH); Thomas Dipl.-Ing. Schilling
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2006-02-23
Also published as: WO2006021273A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radiallageranordnung (2) zur drehbaren Lagerung eines ersten Bauteils (4) relativ zu einem zweiten Bauteil (6), umfassend ein Radiallager (8) mit einem Laufring (10), welcher auf der Lagersitzfläche (12) eines der Bauteile sitzt, und zwei in dem Laufring (10) axial hintereinander angeordneten Wälzkörperreihen (14, 16), die sich auf einer Lauffläche (18) des anderen Bauteils abwälzen. DOLLAR A Um einen spielfreien und geräuscharmen Betrieb sicherzustellen, ist vorgesehen, dass der Laufring (10) aus einem federnd elastischen Material gebildet ist, dass der Laufring (10) nur im Bereich einer ersten (14) der beiden Wälzkörperreihen an der Lagersitzfläche (12) abgestützt ist, und dass der Laufring (10) im Bereich der zweiten Wälzkörperreihe (16) zur Lauffläche (18) hin elastisch vorgespannt ist, derart, dass die zugeordneten Wälzkörper (Kugeln 23) federnd an die Lauffläche (18) angedrückt werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Radiallageranordnung zur drehbaren Lagerung eines ersten Bauteils relativ zu einem zweiten Bauteil, umfassend ein Radiallager mit einem Laufring, welcher auf der Lagersitzfläche eines der Bauteile sitzt, und zwei in dem Laufring axial hintereinander angeordneten Wälzkörperreihen, die sich auf einer Lauffläche des jeweils anderen Bauteils abwälzen. Die Erfindung betrifft ferner ein in dieser Radiallageranordnung verwendetes neues Radiallager und eine Spindel- bzw. Ritzellagerung in einem Lenkgetriebe, bei der die eingangs genannte Radiallageranordnung zum Einsatz kommt.

Hintergrund der Erfindung

Im modernen Maschinen- und Gerätebau werden vorwiegend kostengünstige Spanlos-Wälzlager eingesetzt, d.h. Wälzlager mit spanlos gefertigten Laufringen. Derartige Spanlos-Wälzlager weisen gegenüber spanend gefertigten Wälzlagern verhältnismäßig große Fertigungstoleranzen auf, die im Einsatz ein erhöhtes Lagerspiel bedingen können. Dies wirkt sich beispielsweise bei unter Einsatz von Drehwinkelsensoren gesteuerten Drehbewegungen nachteilig aus, wenn die Funktion der Sensoren durch das erhöhte Lagerspiel beeinträchtigt ist. Ein weiterer Nachteil wird darin gesehen, dass ein Lagerspiel auch immer eine Geräuschquelle darstellt.

Als Beispiel sei eine Lenkspindel für moderne Kraftfahrzeuge genannt, bei der zunehmend Wert auf eine spielfreie und geräuscharme Funktion gelegt wird.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radiallageranordnung und ein darin verwendetes Radiallager insbesondere für die Drehlagerung der Lenkspindel eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, die bei einem Einsatz von kostengünstigen Spanlos-Wälzlagern eine weitgehende Spielfreiheit und Geräuscharmut gewährleisten.

Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 beschriebenen Merkmale gelöst. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die infolge eines Lagerspiels beim eigentlichen tragenden Lagerelement möglichen radialen Bewegungen des gelagerten Bauteils durch in Richtung des Lagerspiels vorgespannte zusätzliche Lagerelemente weitgehend ausgeschaltet werden können.

Die Erfindung geht aus von einer Radiallageranordnung zur drehbaren Lagerung eines ersten Bauteils relativ zu einem zweiten Bauteil, umfassend ein Radiallager mit einem Laufring, welcher auf der Lagersitzfläche eines der Bauteile sitzt, und zwei in dem Laufring axial hintereinander angeordneten Wälzkörperringen, die sich auf einer Lauffläche des anderen Bauteils abwälzen.

Wälzlager mit zwei axial hintereinander angeordneten Wälzkörperreihen sind ganz allgemein beispielsweise als Doppelkugellager oder Doppelrollenlager bekannt und in vielfachem Einsatz. Es handelt sich dabei üblicherweise um Wälzlager, bei denen beide Wälzkörperreihen gleichermaßen tragende Aufgaben haben, d.h. bei denen der auf der Lagersitzfläche sitzende Laufring über seine ganze axiale Breite radial abgestützt ist.

Im Gegensatz dazu ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der Laufring nur im Bereich eines ersten der beiden Wälzkörperreihen an der Lagersitzfläche radial abgestützt ist, und dass er im Bereich der zweiten Wälzkörperreihe zur Lauffläche hin elastisch vorgespannt ist derart, dass die zugeordneten Wälzkörper federnd an die Lauffläche angedrückt werden. Zu diesem Zweck ist der Laufring aus einem federnd elastischen Material gebildet.

Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass das drehgelagerte Bauteil im normalen Betrieb durch die zweite Wälzkörperreihe stets zentriert wird, so dass ein Betriebsspiel sich nicht auswirken kann und damit Geräusche weitgehend reduziert werden.

Um eine elastische Bewegung der zweiten Wälzkörperreihe zu ermöglichen, ist die Lagersitzfläche im Bereich dieser zweiten Wälzkörperreihe freigeschnitten, so dass der Laufring nicht radial abgestützt wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Laufring ein Außenring ist, welcher auf einer zylindrischen Innenfläche eines der Bauteile sitzt, und dass die Wälzkörper sich an einer als Lauffläche ausgebildeten Außenfläche des anderen Bauteils abwälzen. Eine derartige Radiallageranordnung eignet sich insbesondere für die Drehlagerung von Wellen, Spindeln und dergleichen in einem Gehäuse.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung eines Radiallagers zur Verwendung in einer Radiallageranordnung der vorne beschriebenen Art ist vorgesehen, dass die erste Wälzkörperreihe ein Nadellager und die zweite Wälzkörperreihe ein Kugellager ist, dass ferner die zweite Wälzkörperreihe mit Bezug auf eine zugeordnete Lauffläche ein Übermaß aufweist, und dass der Laufring aus einem federnd elastischen Material gebildet ist. Dementsprechend hat der Laufring einen ersten axialen Abschnitt mit einer zylindrischen Lauffläche für die Nadeln und einen zweiten axialen Abschnitt mit einer im Querschnitt im wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Laufrille für die Kugeln. Das Nadellager bildet den eigentlichen tragenden, d.h. die Radialkräfte aufnehmenden Lagerbereich, während das Kugellager einen toleranzausgleichenden Bereich darstellt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kugeln einen größeren Durchmesser haben als die Nadeln, und dass der Laufring als eine die Wälzkörperreihen umhüllende, sich im wesentlichen an die Kugeln einerseits und die Nadeln andererseits anschmiegende Ringhülse ausgebildet ist. Die Wandstärke der Ringhülse ist so bemessen, dass einerseits die gewünschten Vorspannkräfte erzeugt werden, andererseits aber die erforderliche elastische Ausweichbewegung möglich ist.

Bei einer Ausgestaltung des Radiallagers ist der Laufring als Außenring mit einem ersten axialen Abschnitt kleineren Durchmessers und einem zweiten axialen Abschnitt größeren Durchmessers ausgebildet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Nadeln des Nadellagers einerseits und die Kugeln des Kugellagers andererseits vorzugsweise jeweils in Käfigen angeordnet, so dass das Lager als vormontierte Einheit eingebaut werden kann.

Zur Reduzierung eines Lagergeräusches sind die Käfige vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt. Eine weitere Maßnahme zur Geräuschreduzierung ist, anstelle von Standard-Wälzlagerkugeln Kunststoffkugeln oder Hohlkugeln aus Stahl zu verwenden.

Für eine spielreduzierte und geräuscharme Spindellagerung, insbesondere die Lagerung einer Lenkspindelanordnung für ein Kraftfahrzeug mittels einer oder mehrerer axial beabstandeter Radiallageranordnungen ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Radiallageranordnungen, nämlich beispielsweise diejenige, welche die Haupt-Lagerlast zu tragen hat, in der oben beschriebenen Weise ausgebildet ist. Vorzugsweise haben jedoch mehrere oder alle Radiallageranordnungen einen Aufbau, wie er vorne beschrieben ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt
1 einen axialen Längsschnitt durch eine Radiallageranordnung für eine Spindellagerung (Einzelheit 1 in 4),
2 einen axialen Längsschnitt durch ein bei der Radiallageranordnung gemäß der 1 verwendetes Radiallager,
3 eine perspektivische Ansicht eines Radiallagers gemäß der 2, und
4 ein Lenkgetriebe mit einer Lenkspindel mit mehreren axial beabstandeten Radiallageranordnungen, von denen wenigstens eine (Einzelheit 1) einen Aufbau entsprechend den 1 bis 3 hat.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Radiallageranordnung 2 zur drehbaren Lagerung eines ersten Bauteils 4 (z.B. einer Spindel) in einem zweiten Bauteil 6 (z.B. einem Spindelgehäuse), umfassend ein Radiallager 8 mit einem Laufring 10, welcher auf der Lagersitzfläche 12 des zweiten Bauteils 6 sitzt, und zwei in dem Laufring 10 axial hintereinander angeordneten Wälzkörperreihen 14 und 16, deren Wälzkörper sich auf einer Lauffläche 18 des ersten Bauteils 6 abwälzen.
Wie die 1 erkennen lässt, ist der Laufring 10 nur im Bereich der ersten Wälzkörperreihe 14 an der Lagersitzfläche 12 abgestützt. Im Bereich der zweiten Wälzkörperreihe 16 ist die Lagersitzfläche 12 freigeschnitten, so dass der Laufring 10 nicht anliegt.
Der Laufring 10 ist aus einem federnd elastischen Material gebildet und so ausgelegt, dass im montierten Zustand die zweite Wälzkörperreihe 16 zur Lauffläche 18 hin elastisch vorgespannt ist, d.h. die Wälzkörper der zweiten Wälzkörperreihe 16 federnd an der Lauffläche 18 anliegen.
Die erste Wälzkörperreihe 14 bildet einen zur Aufnahme der auftretenden Lagerlasten ausgelegten tragenden Bereich, während die zweite Wälzkörperreihe 16 einen Fertigungstoleranzen der ersten Wälzkörperreihe 14 ausgleichenden Bereich bildet. Im normalen Betrieb wird das erste Bauteil 4 durch die zweite Wälzkörperreihe 16 zentriert. Bei Auftreten von die normalen Betriebskräfte übersteigenden radialen Kräften weicht die zweite Wälzkörperreihe 16 entsprechend einem eventuell vorhandenen Lagerspiel aus, bis die Radialkraft von der ersten Wälzkörperreihe 14 aufgenommen wird.
1 zeigt beispielhaft eine Radiallageranordnung, bei der der Laufring 10 des Radiallagers 8 ein Außenring ist, welcher auf einer zylindrischen Innenfläche (Lagersitzfläche 12) des zweiten Bauteils 6 sitzt, während sich die Wälzkörper der Wälzkörperreihen 14, 16 an einer Außenfläche (Lauffläche 18) des ersten Bauteils 4 abwälzen. Es ist jedoch auch eine Umkehrung denkbar, bei der der Laufring ein Innenring ist, welcher auf der Außenfläche eines inneren Bauteils sitzt, während sich die Wälzkörper an der Innenseite eines äußeren Bauteils abwälzen.
2 zeigt das Radiallager 8 der 1 in einem axialen Längsschnitt. Die erste Wälzkörperreihe 14 ist ein Nadellager, während die zweite Wälzkörperreihe 16 ein Kugellager ist. Wie 2 weiter erkennen lässt, ist in dem als Außenring ausgebildeten Laufring 10 ein erster Käfig 20 zur Aufnahme der den ersten Wälzkörperreihe 14 bildenden Nadeln 21 sowie ein zweiter Käfig 22 zur Aufnahme der die zweite Wälzkörperreihe 16 bildenden Kugeln 23 angeordnet. Der erste Käfig 20 und der zweite Käfig 22 sind in dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel als zwei separate Käfige ausgebildet. Diese sind aus Gründen einer Geräuschreduzierung vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt.
Der Laufring 10 bildet einen ersten axialen Abschnitt mit einer zylindrischen Lauffläche für die Nadeln 21 sowie einen zweiten axialen Abschnitt mit einer im Querschnitt im wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Laufrille für die Kugeln 23. Die Kugeln 23 haben aus technischen Gründen einen größeren Durchmessers als die Nadeln 21. Der Laufring 10 ist als eine die Wälzkörperreihen 14, 16 umhüllende, sich im wesentlichen an die Nadeln 21 einerseits und die Kugeln 23 andererseits anschmiegende Ringhülse ausgebildet. Dementsprechend hat der Laufring 10 einen ersten axialen Abschnitt kleineren Durchmessers, welcher die erste Wälzkörperreihe 14 umgibt, sowie einen zweiten axialen Abschnitt größeren Durchmessers, welcher die zweite Wälzkörperreihe 16 umgibt.
Für die Kugeln 23 können anstelle von Standard-Wälzlagerkugeln auch Kunststoffkugeln oder Hohlkugeln aus Stahl eingesetzt werden, die eine weitere Geräuschreduzierung ermöglichen.
4 zeigt ein Anwendungsbeispiel für eine Radiallageranordnung bzw. ein Radiallager, wie sie anhand der 1 bis 3 beschrieben wurden. In einem allgemein mit 24 bezeichneten Lenkspindelgehäuse ist eine Lenkspindel 26 über Radiallager 28 und 30 drehbar gelagert. Die Lenkspindel 26 ist mit einem ebenfalls spindelartigen Lenkritzel 32 drehfest verbunden, welches über ein Radiallager 34 sowie ein herkömmliches Kugellager 36 ebenfalls drehbar im Lenkspindelgehäuse 24 gelagert ist. Eine Drehung des Lenkritzels 32 wird in an sich bekannter und deshalb hier nicht näher beschriebener Weise über eine Zahnstange auf das Lenkgestänge eines Kraftfahrzeuges übertragen. Dem Lenkritzel 32 ist außerdem eine ebenfalls bekannte und deshalb nicht näher beschriebene Einrichtung 38 zur Lenkkraftverstärkung zugeordnet.
Bei derartigen modernen Lenkanordnungen wird verstärkt Wert auf Geräuscharmut in der Lenkung gelegt. Der Einsatz der modernen, hochauflösenden Sensortechnik stellt besondere Anforderungen an die Toleranzen der Spindellager, insbesondere Nadellager, die von konventionellen Spanlos-Nadellagern nicht mehr erfüllt werden. Es ist deshalb vorgesehen, insbesondere eines oder mehrere der in der 4 kreuzschraffierten Nadellager durch ein Nadellager bzw. eine Nadellageranordnung gemäß den 1 bis 3 zu ersetzen. Der in der 4 durch einen Kreis 1 markierte Bereich ist in der 1 beispielhaft in vergrößertem Maßstab und mit Einzelheiten dargestellt, die den Aufbau der Radiallageranordnung und des Radiallagers erkennen lassen. Die den Bezugszeichen der 1 entsprechenden Bezugszeichen der 4 sind in 1 in Klammern aufgeführt.

2: Radiallageranordnung
4: erstes Bauteil (Spindel)
6: zweites Bauteil (Spindelgehäuse)
8: Radiallager
10: Laufring
12: Lagersitzfläche
14: Wälzkörperreihe
16: Wälzkörperreihe
18: Lauffläche
20: erster Käfig
21: Nadeln
22: zweiter Käfig
23: Kugeln
24: Lenkspindelgehäuse
26: Lenkspindel
28: Radiallager
30: Radiallager
32: Lenkritzel
34: Radiallager
36: Kugellager
38: Einrichtung zur Lenkkraftverstärkung

Claims

Radiallageranordnung zur drehbaren Lagerung eines ersten Bauteils (4) relativ zu einem zweiten Bauteil (6), umfassend ein Radiallager mit einem Laufring (10), welcher auf der Lagersitzfläche (12) eines der Bauteile sitzt, und zwei in dem Laufring (10) axial hintereinander angeordneten Wälzkörperreihen (14, 16), die sich auf einer Lauffläche des anderen Bauteils abwälzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufring (10) aus einem federnd elastischen Material gebildet ist, dass der Laufring (10) nur im Bereich einer ersten (14) der beiden Wälzkörperreihen (14, 16) an der Lagersitzfläche (12) radial abgestützt ist, und dass der Laufring (10) im Bereich der zweiten Wälzkörperreihe (16) zur Lauffläche (18) hin elastisch vorgespannt ist derart, dass die zugeordneten Wälzkörper (Kugeln 23) federnd an die Lauffläche (18) angedrückt werden.
Radiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagersitzfläche (12) im Bereich der zweiten Wälzkörperreihe (16) freigeschnitten ist.
Radiallageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufring (10) ein Außenring ist, welcher auf einer zylindrischen Innenfläche (Lagersitzfläche 12) eines der Bauteile sitzt, und dass die Wälzkörper (Nadeln 21, Kugeln 23) sich an einer Außenfläche (Lauf fläche 18) des anderen Bauteils abwälzen.
Radiallager in einer Radiallageranordnung gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Laufring und zwei in dem Laufring axial hintereinander angeordneten Wälzkörperreihen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wälzkörperreihe (14) ein Nadellager und die zweite Wälzkörperreihe (16) ein Kugellager ist, dass die zweite Wälzkörperreihe (16) mit Bezug auf eine zugeordnete Lauffläche ein Übermaß aufweist, und dass der Laufring (10) aus einem federnd elastischen Material gebildet ist.
Radiallager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufring (10) einen ersten axialen Abschnitt mit einer zylindrischen Lauffläche für die Nadeln (21) und einen zweiten axialen Abschnitt mit einer im Querschnitt im wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Laufrille für die Kugeln (23) hat.
Radiallager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (23) einen größeren Durchmesser haben als die Nadeln (21), und dass der Laufring (10) als eine die Wälzkörperreihen (14, 16) umhüllende, sich im wesentlichen an die Nadeln (21) einerseits und die Kugeln (23) andererseits anschmiegende Ringhülse ausgebildet ist.
Radiallager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufring (10) ein Außenring mit einem ersten Abschnitt kleineren Durchmessers und einem zweiten axialen Abschnitt größeren Durchmessers ist.
Radiallager nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadeln (21) der ersten Wälzkörperreihe (14) einerseits und die Kugeln (23) der zweiten Wälzkörperreihe (16) andererseits jeweils in einem Käfig (20, 22) angeordnet sind.
Radiallager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfi ge (20, 22) aus Kunststoff hergestellt sind.
Radiallager nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (23) der zweiten Wälzkörperreihe (16) aus Kunststoff bestehen.
Radiallager nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (23) der zweiten Wälzkörperreihe (16) Hohlkugeln aus Stahl sind.
Spindellagerung, insbesondere Lagerung einer Lenkspindelanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einer oder mehreren axial beabstandeten Radiallageranordnungen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Radiallageranordnungen entsprechend einer Radiallageranordnung (2) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist bzw. ein Radiallager (8) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 11 aufweist.