DE102006012598B4

DE102006012598B4 - Wälzlager

Info

Publication number: DE102006012598B4
Application number: DE102006012598A
Authority: DE
Inventors: Martin Budaker; Michael JÜSCHKE; Roland Winter; Oliver Hetzel; Michael Hauck; Manfred Weller
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2006-03-18
Filing date: 2006-03-18
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2026-03-19
Also published as: DE102006012598A1; US7682086B2; US20070217725A1; FR2900453A1

Abstract

Wälzlager als axiale und radiale Lagerung einer Welle (2) in einem Gestell (3), eines Lenkgetriebes (13), wobei ein Lagerring (4) oder Träger des Wälzlagers (1) unter Zwischenlage zweier Elemente (5) mit elastomeren Eigenschaften an dem Gestell (3) abgestützt ist, wobei zu jeder axialen Seite (11, 12) des Lageringes (4) des Wälzlagers (1) ein Element (5) mit elastomeren Eigenschaften angeordnet ist und jedes Element (5) mit elastomeren Eigenschaften, in tangentialer Richtung des Wälzlagers (1) betrachtet, genau einen ersten und einen zweiten Bereich (6, 8) mit gegenüber dem übrigen tangentialen Bereich (7) erhöhter Steifigkeit aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager zur axialen und radialen Lagerung einer Welle in einem Gestell nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 601 03 257 T2 beschreibt ein Wälzlager, insbesondere für eine Lenksäule von Kraftfahrzeugen, zur radialen und axialen Lagerung einer Lenkwelle in einer Lenksäule. Ein Innenring des Wälzlagers stützt sich über einen axial begrenzt verlagerbaren Ausgleichsring an einem Dämpfungselement der Lenksäule ab. Das Dämpfungselement kann elastomere Eigenschaften aufweisen oder axial zwischen dem Dämpfungselement und dem Ausgleichsring ist ein Element mit elastomeren Eigenschaften, wie etwa eine axial elastische Federscheibe angeordnet. Auf diese Weise lassen sich die inneren Spiele des Wälzlagers beseitigen und es wird ein beständiger, spielfreier und vorbelasteter Kontakt zwischen den Ringen und den Wälzkörpern des Wälzlagers sichergestellt.
Das Wälzlager ist nicht in der Lage zusätzlich auf eine zu lagernde Welle aufgebrachte Biegemomente durch eine Schiefstellung so auszugleichen, dass ein geringes Schwenkmoment resultiert und ein Klemmen der Welle vermieden ist.
Die EP 0 165 699 A1 zeigt und beschreibt ein Wälzlager zur Lagerung einer Welle in einem Gestell, wobei ein Träger des Wälzlagers axial verschiebbar in dem Gestell gehalten ist und sich unter Zwischenlage eines Elements mit elastomeren Eigenschaften an dem Gestell abstützt.
Auch diese Wälzlageranordnung ist nicht in der Lage, zusätzlich auf eine zu lagernde Welle aufgebrachte Biegemomente durch eine Schiefstellung so auszugleichen, dass ein geringes Schwenkmoment resultiert und ein Klemmen der Welle vermieden ist.
Die DE 10 2004 034 701 A1 zeigt ein Wälzlager mit einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring. Der Lageraußenring weist einen umlaufenden Absatz auf. An Stirnseiten des Absatzes liegt jeweils ein Dämpfungselement an. Die Dämpfungselemente ermöglichen eine Dämpfung des Wälzlagers in axialer und in radialer Richtung. Ferner ermöglichen sie eine Schwenkbewegung des Wälzlagers um eine radiale Schwenkachse sowie die Dämpfung der Schwenkbewegung. Um die Schwenkachse zu definieren, ist es noch zusätzlich notwendig den Lageraußenring mit einer konvexen Wölbung zu versehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Wälzlager zur axialen und radialen Lagerung einer Welle anzugeben, das eine Schiefstellung der Welle ohne Verspannungen des Systems Welle-Wälzlager-Gestell zu verursachen, ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit einem Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch dass das Element mit elastomeren Eigenschaften, in tangentialer oder Umfangsrichtung des Wälzlagers betrachtet, zumindest einen ersten Bereich aufweist, der gegenüber seinem übrigen tangentialen Bereich eine unterschiedliche Steifigkeit aufweist, ist ein axial und radial wirksames Lagerelement mit elastomeren Eigenschaften zur Abstützung des Wälzlagers an dem Gestell vorgesehen, das durch seinen Bereich mit erhöhter Steifigkeit einen Schwenkpunkt definiert um den das Wälzlager und die Welle in definierter, begrenzter Weise bei Biegemomentbeanspruchung schwenken kann und eine Verspannung des Systems Welle-Wälzlager-Gestell vermieden ist. Ein sehr geringes Axialspiel der Welle bleibt dabei erhalten. Zudem lässt sich durch die geometrische Zuordnung des Bereiches erhöhter Steifigkeit an dem Element mit elastomeren Eigenschaften zu dem Wälzlager und der Welle eine Vorzugsschwenkrichtung definieren.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der erste von dem übrigen Bereich oder Umfangsbereich des Elements mit elastomeren Eigenschaften ist zweckmäßig der Bereich mit erhöhter Steifigkeit. Um eine Schwenkachse um die das Wälzlager in begrenztem Umfang mit der Welle schwenken kann zu definieren, ist vorgesehen, einen zweiten Bereich erhöhter Steifigkeit in dem Element mit elastomeren Eigenschaften anzuordnen, der tangential von dem ersten Bereich erhöhter Steifigkeit beabstandet ist. Die Steifigkeit des Elements mit elastomeren Eigenschaften ist bevorzugt etwa oder exakt in dem ersten und dem zweiten Bereich gleich.
Die so durch die beiden Bereiche mit erhöhter Steifigkeit definierbare Schwenkachse lässt sich durch die Längsachse der Welle und des Wälzlagers legen, wenn der erste und der zweite Bereich sich diametral gegenüberliegen. Die Bereiche mit erhöhter Steifigkeit können auch beliebig an dem Element mit elastomeren Eigenschaften angeordnet sein. Durch diese konstruktive Maßnahme lässt sich eine Vorzugsschwenkrichtung der Welle, die die am häufigsten auftretenden Lastfälle mit definierter Ausrichtung der Querkraft berücksichtigt, berücksichtigen, sodass ein klemmfreies Schwenken der Welle in dem Gestell in definiertem Umfang möglich wird. Dabei können die Bereiche erhöhter Steifigkeit in dem Element mit elastomeren Eigenschaften axial und/oder radial zu dem Wälzlager oder der Welle angeordnet sein.
Bevorzugt ist das Element mit elastomeren Eigenschaften um den gesamten Umfangsbereich des Wälzlagers angeordnet und ringförmig ausgebildet. Bereiche erhöhter Steifigkeit in dem Element mit elastomeren Eigenschaften lassen sich beispielsweise dadurch erzeugen, dass an dem Element ein oder mehrere Bereiche mit größerer Dicke oder axialer Erstreckung vorgesehen sind, die bei über seiner axialen Erstreckung gleichbleibendem Einbauraum für das Element mit elastomeren Eigenschaften dann im eingebauten Zustand zu einer größeren Vorspannung in diesem Bereich führt.
Um wechselnde Lasten an der Welle zu berücksichtigen ist es zweckmäßig zu beiden axialen Seiten des Wälzlagers ein Element mit elastomeren Eigenschaften anzuordnen. Eine lokale Erhöhung der Steifigkeit in dem Element mit elastomeren Eigenschaften lässt sich auch durch eine lokal erhöhte Materialdichte bewirken oder eine lokale Anwendung eines steiferen Werkstoffs in dem Element. Auch die Wahl einer größeren Federrate an dem ersten und zweiten Bereich des Elements mit elastomeren Eigenschaften ist geeignet um eine Schwenkachse für die Welle zu definieren.
Das Element mit elastomeren Eigenschaften kann auch so zwischen dem Wälzlager und dem Gestell oder in Ausnehmungen des Gestells eingebaut werden, dass es lokal in dem ersten und zweiten Bereich eine erhöhte Vorspannung erfährt, obwohl es im übrigen in seinem ganzen Umfangsbereich gleiche Materialeigenschaften und Dimensionen aufweist, wodurch sich ebenso eine Schwenkachse definieren lässt.
Bereiche erhöhter Steifigkeit in dem Element mit elastomeren Eigenschaften lassen sich ganz allgemein durch die Wahl des Querschnitts und dessen Form bestimmen.
Das Element mit elastomeren Eigenschaften ist bevorzugt aus einem Elastomer gebildet. Es kann auch als metallisches Federelement gebildet sein. Das Wälzlager mit dem oder den Elementen mit elastomeren Eigenschaften lässt sich bevorzugt für die Lagerung einer Welle in einem Lenkgetriebe, wie etwa einer Lenkspindel in einem Kugelmutter-Umlauf-Lenkgetriebe einer elektrischen oder hydraulischen Servolenkung einsetzen.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnungen wiedergegeben.
In der Zeichnung zeigt:
1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Wälzlager,
2 eine Ansicht eines Elements mit elastomeren Eigenschaften in Pfeilrichtung x in 1,
3 einen Querschnitt durch einen Träger des Wälzlagers mit axial zu beiden Seiten angeordneten Elementen mit elastomeren Eigenschaften.
In 1 ist in einem teilweisen Querschnitt ein von einem Träger 14 axial und radial umgebenes Wälzlager 1 gezeigt. Der Träger 14 dient zur spielfreien Aufnahme eines Aussenringes 15 des als Rillenkugellager gebildeten Wälzlagers 1. Das Rillenkugellager ist beispielsweise mit zwei Dichtscheiben 16 gebildet und dient zur radialen und axialen Lagerung einer Welle 2 in einem als Lenkgetriebegehäuse 17 ausgebildeten Gestell 3. Auf die Welle 2, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Kugelmutterspindel einer Elektro-Servolenkung gezeigt ist, werden im Betrieb Spurstangenkräfte, die in Abhängigkeit von der Einfederung und weiterer geometrischer und fahrdynamischer Einflüsse und Kräfte an gelenkten Rädern eines Kraftfahrzeugs sind, Biegemomente und Querkräfte aufgebracht. Um zwar ein minimales Axialspiel der Welle 2 in dem Lenkgetriebegehäuse 17 zu gewährleisten, aber ein Verklemmen der Welle 2 durch die genannten Einflussfaktoren zu vermeiden ist der als Lagerring 4 ausgebildete Träger 14 axial und/oder radial über zwei Elemente 5 mit elastomeren Eigenschaften, wie sie 2 in einer Ansicht in Pfeilrichtung x in 1 darstellt, abgestützt und gehalten.
Der Lagerring 4 ist radial zu dem Lenkgetriebegehäuse 17 scheibenförmig gebildet, wie ein im Querschnitt zungenartiges Teil 18 des Lagerrings 4 zeigt. Der Lagerring 4 ragt damit über seinen Umfang in eine Umfangsnut 19 in dem Lenkgetriebegehäuse 17.
Zu beiden axialen Seiten 11, 12 dieses scheiben-zungenförmigen Teils 18 ist je ein Element 5, das als Elastomerring 20 gebildet ist, in radialer und axialer Anlage mit dem Lagerring 4. Die Nut 19 ist so gebildet, dass ein doppeltes Axialspiel S_A für den Lagerring 4 ermöglicht ist, das aber aufgrund der Zwischenlage des Elements 5 nicht ausnutzbar ist. Ein Radialspiel S_R des Lagerrings 4 in dem Lenkgetriebegehäuse 17 ist ausnutzbar.
Um eine Vorzugsschwenkachse für die Welle 2 in dem Lenkgetriebegehäuse 17 zu implementieren, die aufgrund der häufigsten Lastfälle der Welle 2 zu berücksichtigen ist um ein Verklemmen oder einen stark geräuschbehafteten Betrieb des Lenkgetriebes 13 zu vermeiden, sind an den Elastomerringen 20 sich beispielsweise diametral gegenüberliegende erste Bereiche 6 und zweite Bereiche 8 vorgesehen, die sich bogensegmentförmig über einen Teilumfangsbereich des Elastomerrings 20 erstrecken und eine größere Steifigkeit aufweisen als die dazwischenliegenden übrigen Bereiche 7.
Wie die 1 und 2 verdeutlichen, werden diese ersten und zweiten Bereiche 6 und 8 mit verstärkter Federrate und Steifigkeit dadurch gebildet, dass der Elastomerring 20 in diesen Bereichen einen prismenförmigen Querschnitt mit einer größeren axialen Länge 10 als in den übrigen Bereichen 7, in denen er nur lose an dem Lagerring 4 und an dem Lenkgetriebegehäuse 17 anliegt, aufweist. Im montierten Zustand des Wälzlagers 1 sind die ersten und zweiten Bereiche 6, 8 wesentlich stärker gestaucht als die übrigen Bereiche 7 des Elastomerrings 20. Sie garantieren dadurch eine nur noch minimalste axiale Verschiebbarkeit des Lagerrings 4, aber definieren eine Schwenkachse 9 (vgl. 2), die beispielsweise etwa durch die Mitte der ersten und zweiten Bereiche 6, 8 und durch die Längsachse 21 der Welle 2 geht, wodurch eine klemmfreie Verschwenkung der Welle 2 in begrenztem Umfang möglich ist.

Es können auch mehrere versteifte Bereiche 6, 8 an dem Umfang des Elements 5 mit elastomeren Eigenschaften vorgesehen sein, wodurch sich die Aussteifung des Verbunds von Wälzlager 1 und Lenkgetriebegehäuse 17 beliebig steigern lässt. BEZUGSZEICHENLISTE

1	Wälzlager
2	Welle
3	Gestell
4	Lagerring
5	Element mit elastomeren Eigenschaften
6	Bereich, erster
7	Bereich
8	Bereich, zweiter
9	Schwenkachse
10	Länge, axial
11	Seite, axial
12	Seite, axial
13	Lenkgetriebe
14	Träger
15	Außenring
16	Dichtscheibe
17	Lenkgetriebegehäuse
18	Teil, zungenartig
19	Nut
20	Elastomerring
21	Längsachse
22
23
24
25

g	Gerade
S_A	Axialspiel
S_R	Radialspiel

Claims

Wälzlager als axiale und radiale Lagerung einer Welle (2) in einem Gestell (3), eines Lenkgetriebes (13), wobei ein Lagerring (4) oder Träger des Wälzlagers (1) unter Zwischenlage zweier Elemente (5) mit elastomeren Eigenschaften an dem Gestell (3) abgestützt ist, wobei zu jeder axialen Seite (11, 12) des Lageringes (4) des Wälzlagers (1) ein Element (5) mit elastomeren Eigenschaften angeordnet ist und jedes Element (5) mit elastomeren Eigenschaften, in tangentialer Richtung des Wälzlagers (1) betrachtet, genau einen ersten und einen zweiten Bereich (6, 8) mit gegenüber dem übrigen tangentialen Bereich (7) erhöhter Steifigkeit aufweist.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit in dem zweiten Bereich (8) jedes Elements (5) etwa gleich groß wie in dem ersten Bereich (6) ist.
Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Bereich (6, 8) erhöhter Steifigkeit jedes Elements (5) sich diametral gegenüberliegen.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (6, 8) erhöhter Steifigkeit jedes Elements (5) mit elastomeren Eigenschaften zur Abstützung des Lagerringes (4) oder des Trägers des Wälzlagers (1) in axialer und/oder radialer Richtung der Welle (2) dienen.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gerade (g) durch den ersten und zweiten Bereich (6, 8) erhöhter Steifigkeit jedes Elements (5) eine Schwenkachse (9) für die Welle (2) definiert.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Element (5) mit elastomeren Eigenschaften sich um den gesamten Unfangsbereich des Wälzlagers (1) erstreckt.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (6) und/oder der zweite Bereich (8) erhöhter Steifigkeit eine größere axiale Länge (10) aufweisen als der übrige Bereich (7) jedes Elements (5) mit elastomeren Eigenschaften in axialer Richtung.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Steifigkeit in dem ersten und/oder zweiten Bereich (6, 8) durch eine erhöhte Materialdichte bewirkt ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Steifigkeit in dem ersten und/oder zweiten Bereich (6, 8) durch die Wahl eines steiferen Werkstoffs als in dem übrigen Bereich (7) jedes Elements (5) mit elastomeren Eigenschaften bewirkt ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Steifigkeit in dem ersten und/oder zweiten Bereich (6, 8) durch eine höhere Federrate als in dem übrigen Bereich (7) jedes Elements (5) mit elastomeren Eigenschaften bewirkt ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Steifigkeit in dem ersten und/oder zweiten Bereich (6, 8) durch eine lokale Vorspannung des Materials jedes Elements (5) mit elastomeren Eigenschaften bewirkt ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Steifigkeit in dem ersten und/oder zweiten Bereich (6, 8) durch eine von dem übrigen Bereich (7) jedes Elements (5) mit elastomeren Eigenschaften verschiedene Querschnittsform bewirkt ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Element (5) mit elastomeren Eigenschaften aus einem elastomeren Werkstoff gebildet ist oder als metallisches Federelement gebildet ist.
Wälzlager nach Anspruch, 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebe (13) ein Kugelmutter-Spindelgetriebe oder ein Kugelmutter-Hydrogetriebe einer elektrischen oder hydraulischen Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung ist.