DE102005054750B4

DE102005054750B4 - Lageranordnung zur Lagerung einer Welle

Info

Publication number: DE102005054750B4
Application number: DE102005054750.8A
Authority: DE
Inventors: Herbert Erhardt; Hans Werner Krempels; Rainer Lutz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2005-11-17
Publication date: 2014-12-18
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: DE102005054750A1

Abstract

Lageranordnung zur Lagerung einer Lenkwelle (3) in einem Lenkrohr (2), die im Lenkrohr (2) über zwei voneinander beabstandete Radial-Wälzlager (4, 5) drehbar aufgenommen ist, wobei jeweils ein äußerer Lagerring (6, 7) im Lenkrohr (2) eingepresst ist und jeweils ein innerer Lagerring (8, 9) gegebenenfalls über einen Klemmring (10) mit der Lenkwelle (3) drehfest verbunden ist und beide Radial-Wälzlager (4, 5) über ein Federelement gegeneinander vorgespannt sind, wobei das Federelement als ein vorgespanntes Axial-Wälzlager (12) ausgebildet ist, das an einem der Radial-Wälzlager (4) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (3) von einem im Längsschnitt L-förmigen Klemmring (16) umschlossen ist, dessen zylindrisch ausgebildeter Teil (17) am inneren Lagerring (8) des Radial-Wälzlagers (4) anliegt und mit seiner Mantelfläche zwei Laufscheiben (20, 21) des Axial-Wälzlagers (12) aufnimmt, von denen eine (21) am äußeren Lagerring (6) des Radial-Wälzlagers (4) anliegt und die andere (20) in axialer Richtung von einer Wellfeder (24) mit einer Kraft beaufschlagt ist, wobei die Wellfeder (24) die Mantelfläche des Klemmringes (16) umschließt und sich an einen im Wesentlichen radial verlaufenden Bord (19) des Klemmringes (16) abstützt.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur Lagerung einer Welle, insbesondere einer Lenkwelle in einem Lenkrohr, die im Lenkrohr über zwei voneinander beabstandete Radial-Wälzlager drehbar aufgenommen ist, wobei jeweils ein äußerer Lagerring im Lenkrohr eingepresst ist und jeweils ein innerer Lagerring gegebenenfalls über einen Klemmring mit der Lenkwelle drehfest verbunden ist und beide Radial-Wälzlager über ein Federelement gegeneinander vorgespannt sind.
Hintergrund der Erfindung
In der DE 40 13 655 A1 ist eine derartige Lageranordnung vorbeschrieben.
In einem Lenkrohr ist mit einem ersten Schrägkugellager und einem zweiten Schrägkugellager eine Lenkwelle gelagert. Die Schrägkugellager sind aus einem Außenring, einem Innenring und zwischen den Laufbahnen des Außen- und Innenringes angeordneten Wälzkörpern gebildet. Häufig sind die Wälzkörper noch durch einen Käfig geführt. Jeweils ein innerer Klemmring führt und zentriert über einen Konus bei jedem Schrägkugellager den Innenring auf der Lenkwelle.
Schrägkugellager müssen gegeneinander vorgespannt werden, um ihre Lagerungsfunktion zu erfüllen. Dabei werden in dieser Anordnung zum Beispiel die Innenringe durch eine Druckfeder gegeneinander vorgespannt und stützen sich über die Wälzkörper in dem jeweiligen Außenring ab. Die Druckfeder kann durch eine Schraubenfeder gebildet sein. Häufig werden auch Scheibenfedern für diesen Zweck eingesetzt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Scheibenfedern bilden dabei die Wellfedern. An einem Ende der Lageranordnung wirkt die Druckfeder auf den Klemmring des ersten Schrägkugellagers, der seinerseits die axiale Vorspannung auf den Innenring des ersten Schrägkugellagers überträgt. Ist das Schrägkugellager vorgespannt, verklemmt sich der Klemmring mit seinem Konus in einem zwischen dem Innenring und der Außenmantelfläche der Lenkwelle befindlichen Ringspalt. Die Druckfeder stützt sich dabei an einem ersten Stützelement ab. Die durch die Druckfeder erzeugte Vorspannkraft wird über die Außenringe der Schrägkugellager auf den Innenring und somit auf den Klemmring des zweiten Schrägkugellagers übertragen. Die Reaktionskraft wird durch ein zweites Stützelement aufgenommen. Auch der Klemmring des zweiten Schrägkugellagers verklemmt sich mit seinem Konus in einem zwischen Lenkwelle und Innenring befindlichen Ringspalt, wenn die Schrägkugellager gegeneinander vorgespannt sind.
Nachteilig dabei ist, dass eine derartig ausgebildete Lageranordnung aufgrund von geringer Reibung Probleme mit dem Geradeauslauf bei hohen Geschwindigkeiten verursachen kann. Außerdem ist die Dämpfung einer solchen Lageranordnung ungenügend, d. h., es werden Vibrationen ausgehend von der Straße über das Rad bis auf die Lenkwelle übertragen.
Die US 2 164 497 A beschreibt eine Lageranordnung einer Lenkwelle in einem Lenkrohr, welche zwei Radial-Wälzlager aufweist, deren Innenringe aneinander liegend angeordnet sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung für eine Lenkwelle bereitzustellen, die einerseits die Spurstabilität des Fahrzeuges verbessert und die andererseits Schwingungen besser eliminiert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichneten Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass das Federelement als ein vorgespanntes Axial-Wälzlager ausgebildet ist, das an einem der Radial-Wälzlager anliegt.
Gemäß der Erfindung ist also vorgesehen, dass das vorgespannte Axial-Wälzlager einerseits das Reibmoment in der Lageranordnung erhöht und dadurch den Geradeauslauf des Fahrzeuges bei hohen Geschwindigkeiten verbessert. Andererseits wird durch das zusätzliche Reibmoment des Axial-Wälzlagers aber nicht die Vorspannung zwischen den beiden Radial-Wälzlagern unzulässig erhöht, so dass diese nicht zu hoch beansprucht werden, d. h., ihre Lebensdauer nicht beeinträchtigt wird.
Erfindungsgemäß ist die Lenkwelle von einem im Längsschnitt L-förmigen Klemmring umschlossen, dessen zylindrisch ausgebildeter Teil am inneren Lagerring des Radial-Wälzlagers anliegt und mit seiner Mantelfläche zwei Laufscheiben des Axial-Wälzlagers aufnimmt, von denen eine am äußeren Lagerring des Radial-Wälzlagers anliegt und die andere in axialer Richtung von einer Wellfeder mit einer Kraft beaufschlagt ist, wobei die Wellfeder die Mantelfläche des Klemmringes umschließt und sich an einen im Wesentlichen radial verlaufenden Bord des Klemmringes abstützt.
Durch diese konstruktive Ausgestaltung ist sichergestellt, dass eine unverlierbare kompakte Baueinheit gebildet ist, die sich ohne Zerfallen in ihre Einzelbestandteile an den Endkunden liefern lässt und von diesem in einfacher Weise innerhalb der Lageranordnung einer Lenkwelle verbaut werden kann.
Nach einem zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass der Klemmring einen durchgehenden radialen Schlitz aufweist.
Nach einen weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 3 soll der zylindrisch ausgebildete Teil des Klemmringes wenigstens zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Schlitze aufweisen, die sich über einen Teilbereich seiner axialen Ausdehnung erstrecken, so dass wenigstens zwei Klemmsegmente gebildet sind.
Beide Ausführungsvarianten mit unterschiedlich ausgebildeten Schlitzen sorgen dafür, dass sich der Klemmring in einfacher Weise auf die Lenkwelle aufschieben lässt, sich an diese anschmiegt und mit dieser dann verbunden werden kann.
Nach einem anderen zusätzlichen Merkmal nach Anspruch 4 soll der zylindrische Teil des Klemmringes an seinem vom Bord abgewendeten Ende eine Haltenase aufweisen, die ein Abgleiten der Laufscheiben verhindert. Dadurch ist sichergestellt, dass sich das eigentliche aus zwei Laufscheiben bestehende Axial-Wälzlager nicht vom Klemmring lösen kann.
Nach Anspruch 5 ist vorgesehen, dass der zylindrische Teil des Klemmringes eine Schräge aufweisen soll. Diese sorgt dafür, dass der Klemmring in einfacher Weise einen inneren Lagerring eines der beiden Lenkungslager untergreifen kann.
Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 6 sollen die Wälzkörper des Axial-Wälzlagers in einem Käfig aufgenommen sein, der dessen Laufscheiben mit radial gerichteten Vorsprüngen hintergreift. Diese Vorsprünge sorgen dafür, dass das Axial-Wälzlager nicht in seine Einzelbestandteile zerfallen kann und demzufolge in einfacher Weise mit dem Klemmring und der Wellfeder zu einer Baueinheit montiert werden kann.
Schließlich geht aus einem letzten Merkmal der Erfindung aus Anspruch 7 hervor, dass die Rotationsachse wenigstens eines Wälzkörpers des Axial-Wälzlagers von der Radialrichtung um einen Winkel abweichend angeordnet ist. Diese vorgenommene Schrägstellung der Wälzkörper bewirkt somit eine Dämpfung, die infolge von Fahrbahnunebenheiten auftretende Stöße im ausreichenden Maße dämpft und dabei entstehende Schwingungen unterdrückt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vereinfachter Form dargestellt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß gelagerte Lenkwelle,
2 eine vergrößerte Darstellung des unteren Radial-Wälzlagers mit angestelltem erfindungsgemäßen Axial-Wälzlager nach 1,
3 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäß ausgebildetes Axial-Wälzlager entlang der Linie III-III in 4,
4 eine Draufsicht auf das Axial-Wälzlager,
5 eine perspektivische Darstellung des Axial-Wälzlagers,
6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in 7 durch einen Klemmring,
7 eine Draufsicht auf den Klemmring,
8 eine perspektivische Darstellung des Klemmringes und
9 eine Draufsicht auf einen Wälzlagerkäfig des erfindungsgemäßen Axial-Wälzlagers.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 und 2 ist eine mögliche Ausführungsform der Lagerung einer Lenksäule 1 gemäß der Erfindung mit ihren wesentlichen Bestandteilen dargestellt.
In einem ortsfesten Lenkrohr 2 ist eine Lenkwelle 3 über ein erstes Schrägkugellager 4 und ein zweites Schrägkugellager 5 drehbeweglich gelagert. Das erste Schrägkugellager 4 und das zweite Schrägkugellager 5 sind mit ihren Außenringen 6, 7 fest in das Lenkrohr 2 eingepresst, während deren Innenringe 8, 9 mit der Lenkwelle 3 drehfest verbunden sind. Auf nicht näher bezeichneten Laufbahnen wälzen zwischen beiden Lagerringen 6, 8, 7, 9 Kugelkränze 13, 14 ab. Zum zweiten Schrägkugellager 5 gehört ein Klemmring 10, der mit einer Schräge den Innenring 9 untergreift. Der Klemmring 10 wiederum stützt sich in axialer Richtung am Haltering 11 ab, der unverrückbar auf der Lenkwelle 3 befestigt ist, wobei der Klemmring 10 den Innenring 9 auf der Lenkwelle 3 zentriert. Das erste Schrägkugellager 4 wird von einem Axial-Wälzlager 12 mit einer axial wirkenden Kraft beaufschlagt, so dass beide Schrägkugellager 4, 5 gegeneinander vorgespannt sind. Die Kraftübertragung erfolgt ausgehend vom Axial-Wälzlager 12, über den Innenring 8, den Kugelkranz 13, den Außenring 6, das Lenkrohr 2, den Außenring 7, den Kugelkranz 14, den Innenring 9, den Klemmring 10 bis hin zum Haltering 11.
Wie insbesondere den 2, 3, 4 und 5 entnehmbar, weist das Axial-Wälzlager 12 einen L-förmigen Klemmring 16 auf, dessen zylindrisch ausgebildeter Teil 17 mit einem durchgehenden Schlitz 18 versehen ist und der an einem Ende in einen radial nach außen verlaufenden Bord 19 übergeht. Weitere Bestandteile sind die beiden Laufscheiben 20, 21, zwischen denen auf nicht näher bezeichneten gegenüberliegenden Laufbahnen in einem Kä22 geführte Wälzkörper in Form von Zylinderrollen 23 abwälzen. Die Laufscheibe 20, 21 sind mit ihrer Aufnahmebohrung vom Klemmring 16, genauer gesagt von dessen zylindrischen Teil 17, aufgenommen. Zum Axial-Wälzlager 12 gehört weiter eine Wellfeder 24, die ebenfalls vom zylindrischen Teil 17 des Klemmringes 16 aufgenommen ist. Die Wellfeder 24 stützt sich am Bord 19 des Klemmringes 16 ab und beaufschlagt die Laufscheibe 20 mit einer Axialkraft. Beide Laufscheiben 20, 21 wiederum werden an ihren radial innen liegenden Ende vom Vorsprüngen 25, 26 des Käfigs 22 hintergriffen, so dass Laufscheiben 20, 21, Käfig 22 und Wälzkörper 23 nicht auseinander fallen können. Wie insbesondere die 3 erkennen lässt, ist der zylindrische Teil 17 des Klemmringes 16 an der vom Bord 19 abgewandten Seite mit einer Haltenase 27 versehen, die ein Auseinanderfallen des Axial-Wälzlagers 12 in seine Einzelbestandteile 16, 24, 20, 21, 22, 23 verhindert.
Bei der Montage des Axial-Wälzlagers 12 ist gemäß 1 zu beachten, dass der Klemmring 16 zunächst soweit auf die Lenkwelle 3 aufgeschoben ist, das er mit seiner Schräge 28 den Innenring 8 des ersten Schrägkugellagers 4 untergreift und dieses damit zentriert. Anschließend erfolgt seine axiale Festlegung auf der Lenkwelle 3 mit Hilfe des Halteringes 15, so dass die Wellfeder 24 sich am Bord 19 des Klemmringes 16 abstützt und die Laufscheibe 20 mit einer axialen Kraft beaufschlagt, die über die Wälzkörper 23 und die Laufscheibe 21 auf den Lageraußenring 6 und damit auf das Lenkrohr 2 übertragen wird, so dass die beiden Schrägkugellager 4, 5 in der gewünschten Weise gegeneinander vorgespannt sind.
Der in den 6, 7 und 8 gezeigte Klemmring 16 zeichnet sich dadurch aus, dass sein zylindrisch ausgebildeter Teil 17 zwei gegenüberliegende Schlitze 29, 30 aufweist, die sich allerdings nur über einen Teil seiner axialen Länge erstrecken. Auf diese Weise sind zwei Klemmsegmente 31, 32 gebildet, die für einen sicheren Halt auf der Lenkwelle 3 sorgen.
Schließlich ist in 9 eine Draufsicht auf den Käfig 22 des Axial-Wälzlagers 12 gezeigt, dessen in nicht bezeichneten Taschen angeordneten Zylinderrollen 23 eine unterschiedliche Lage zur ansonsten radialen Ausrichtung einnehmen, d. h., verschränkt angeordnet sind. Dies bedeutet, gegenüber einem vom Mittelpunkt M ausgehenden Teilkreisradius R verlaufen die Rotationsachsen 33 der Wälzkörper 23 um den Winkel α geneigt zum Teilkreisradius R. Durch diese unterschiedliche verschränkte Lage der zylindrischen Wälzkörper 23 wird eine Reibungserhöhung des Axial-Wälzlagers 12 erreicht, die das Lagerreibmoment erhöht und sich günstig auf die Dämpfungseigenschaften auswirkt.
Bezugszeichenliste

1: Lenksäule
2: Lenkrohr
3: Lenkwelle
4: erster Schrägkugellager
5: zweites Schrägkugellager
6: Außenring
7: Außenring
8: Innenring
9: Innenring
10: Klemmring
11: Haltering
12: Axial-Wälzlager
13: Kugelkranz
14: Kugelkranz
15: Haltering
16: Klemmring
17: zylindrischer Teil
18: Schlitz
19: Bord
20: Laufscheibe
21: Laufscheibe
22: Käfig
23: Zylinderrolle
24: Wellfeder
25: Vorsprung
26: Vorsprung
27: Haltenase
28: Schräge
29: Schlitz
30: Schlitz
31: Klemmsegment
32: Klemmsegment
33: Rotationsachse
M: Mittelpunkt
R: Teilkreisradius
α: Neigungswinkel

Claims

Lageranordnung zur Lagerung einer Lenkwelle (3) in einem Lenkrohr (2), die im Lenkrohr (2) über zwei voneinander beabstandete Radial-Wälzlager (4, 5) drehbar aufgenommen ist, wobei jeweils ein äußerer Lagerring (6, 7) im Lenkrohr (2) eingepresst ist und jeweils ein innerer Lagerring (8, 9) gegebenenfalls über einen Klemmring (10) mit der Lenkwelle (3) drehfest verbunden ist und beide Radial-Wälzlager (4, 5) über ein Federelement gegeneinander vorgespannt sind, wobei das Federelement als ein vorgespanntes Axial-Wälzlager (12) ausgebildet ist, das an einem der Radial-Wälzlager (4) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (3) von einem im Längsschnitt L-förmigen Klemmring (16) umschlossen ist, dessen zylindrisch ausgebildeter Teil (17) am inneren Lagerring (8) des Radial-Wälzlagers (4) anliegt und mit seiner Mantelfläche zwei Laufscheiben (20, 21) des Axial-Wälzlagers (12) aufnimmt, von denen eine (21) am äußeren Lagerring (6) des Radial-Wälzlagers (4) anliegt und die andere (20) in axialer Richtung von einer Wellfeder (24) mit einer Kraft beaufschlagt ist, wobei die Wellfeder (24) die Mantelfläche des Klemmringes (16) umschließt und sich an einen im Wesentlichen radial verlaufenden Bord (19) des Klemmringes (16) abstützt.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (16) einen durchgehenden radialen Schlitz (18) aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrisch ausgebildete Teil (17) des Klemmringes (16) wenigstens zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Schlitze (29, 30) aufweist, die sich über einen Teilbereich seiner axialen Ausdehnung erstrecken, so dass wenigsten zwei Klemmsegmente (31, 32) gebildet sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Teil (17) des Klemmringes (16) an seinem vom Bord (19) abgewandten Ende eine Haltenase (27) aufweist, die ein Abgleiten der Laufscheiben (20, 21) verhindert.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Teil (17) des Klemmringes (16) eine Schräge (28) aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wälzkörper (23) des Axial-Wälzlagers (12) in einem Käfig (22) aufgenommen sind, der dessen Laufscheiben (20, 21) mit radial gerichteten Vorsprüngen (25, 26) hintergreift.
Lageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (33) wenigstens eines Wälzkörpers (23) des Axial-Wälzlagers (12) von der Radialrichtung um einen Winkel (α) abweichend angeordnet ist.