DE102007016729A1

DE102007016729A1 - Radialflexibles Wälzlager

Info

Publication number: DE102007016729A1
Application number: DE102007016729A
Authority: DE
Inventors: Martin Hiller
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2007-04-07
Filing date: 2007-04-07
Publication date: 2008-10-09
Also published as: JP2008256212A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein radialflexibles Wälzlager (1) für ein Wellgetriebe in einem Lenksystem mit einem Innenring (2), der auf eine Außenumfangsfläche (3) eines exzentrischen Antriebskerns (4) gepasst ist, mit einem Außenring (5), der auf einer Innenumfangsfläche (6) einer radialflexiblen Abrollbuchse (7) zu liegen kommt, und mit radial zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (5) gehaltenen Wälzkörpern (8) und mit axial zu den Wälzkörpern (8) angeordneten Dichtscheiben (9, 9'). Um ein radialflexibles Wälzlager für ein Wellgetriebe zu schaffen, dessen Lebensdauer und dessen Betriebsgeräusch von Schmutzeintrag unbeeinflusst ist, ist vorgesehen, dass die Dichtscheiben (9, 9') aus einem Verbund eines Elastomeren (10) mit einem eine axiale Ausbeulung im Betrieb des Wellgetriebes hemmenden, flexiblen, scheibenartigen Trägermaterials (11) gebildet sind und schleifend, oder ein Labyrinth (12) mit dem Innenring (2) oder Außenring (5) bildend, angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein radialflexibles Wälzlager für ein Wellgetriebe in einem Lenksystem nach den Ansprüchen 1 und 12.
Die DE 102 22 697 A1 beschreibt ein Wellgetriebe zur beträchtlichen Reduktion der Drehzahl einer Servomotorwelle wobei die Servomotorwelle drehfest mit einem exzentrischen, insbesondere ellipsenförmigen Antriebskern verbunden ist. Der exzentrische Antriebskern greift unter radialer Zwischenlage eines radialflexiblen Wälzlagers axial in eine radialflexible Abrollbuchse des Wellgetriebes ein, wobei bei dessen Rotation ein oder mehrere Umfangsabschnitte einer mit einer Verzahnung versehenen Außenmantelfläche der Abrollbuchse in fortlaufendem Wechsel mit einer Verzahnung an einer zylindrischen Stützfläche eines drehfest angeordneten Stützringes eingreifen. Die Anzahl von Zähnen bei den beiden Verzahnungen unterscheidet sich üblicherweise um zwei, so dass sich die in Eingriff befindlichen Stellen der Zahnräder in Umfangsrichtung bewegen und sich die beiden Zahnräder relativ zueinander drehen.
Das radialflexible Wälzlager liegt mit seinem Innenring auf einer Außenumfangsfläche des exzentrischen Antriebskernes und mit seinem Außenring auf einer Innenumfangsfläche der radialflexiblen Abrollbuchse. Dazwischen sind Wälzkörper in einem Käfig gehalten. Ein Feststoff-Schmiermittel ist im Bereich der Wälzkörper vorgesehen. Nachteilig an diesem radialflexiblen Wälzlager ist, dass die Lagerreibung hoch ist und eine Sauberkeit des Lagers nicht garantiert werden kann. Zudem kann aus diesem radialflexiblen Wälzlager unkontrolliert Fett austreten. Der Schmutzeintrag in das Wälzlager führt zu einer deutlichen Anhebung des Betriebsgeräuschs und zu einer Verringerung der Lebensdauer des Wälzlagers.
Die JP 2000192975 beschreibt ein Wälzlager, das axial zu beiden Seiten seiner Wälzkörper Dichtscheiben aufweist um den Schmutzeintrag in das Wälzlager zu vermeiden. Die Dichtscheiben ermöglichen zwar die radiale Verformbarkeit des Wälzlagers, sind jedoch weder schleifend noch durch ein Axiallabyrinth oder Radiallabyrinth mit dem Außenring oder Innenring verbunden und gegen axiale Ausbeulung nicht geschützt, sodass Schmutzeintrag stattfinden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein radialflexibles Wälzlager für ein Wellgetriebe zu schaffen, dessen Lebensdauer und dessen Betriebsgeräusch von Schmutzeintrag unbeeinflusst ist.
Die Aufgabe wird mit einem radialflexiblen Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 12 gelöst.
Dadurch dass ein radialflexibles Wälzlager geschaffen ist, dessen Dichtscheiben, die einen axialen Abschluss des Wälzlagers zu beiden Seiten dessen Wälzkörper bilden, aus einem Verbund eines elastomeren Materials, das eine Flexibilität in zumindest radialer Richtung ermöglicht, mit einem, eine Ausbeulung im Betrieb des Wellgetriebes hemmenden, flexiblen, scheibenartigen Trägermaterials gebildet sind und die Dichtscheiben schleifend oder ein Labyrinth mit dem Innenring oder Außenring bilden, ist es ermöglicht, dass das Wälzlager trotz seiner permanenten radialen Verformung abgedichtet bleibt. Ein Schmiermittelverlust findet ebenso wenig statt, wie ein Schmutzeintrag, welcher die Lebensdauer des radialflexiblen Wälzlagers vermindert und das Betriebsgeräusch des radialflexiblen Wälzlagers erhöht.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des radialflexiblen Wälzlagers weisen die Dichtscheiben als Trägermaterial ein Streckmetall auf, welches eine Gitterstruktur bildet, die teilweise oder ganz von dem Elastomeren umschlossen sein kann.
Anstelle des Streckmetalls kann das, die aus elastomerem Material gebildeten Dichtscheiben verstärkende Trägermaterial auch eine mit in radialer und/oder tangentialer und/oder diagonaler Richtung verlaufenden Schlitzen versehene Scheibe sein. Als Trägermaterial kann sich auch ein Fadensystem aus metallischen Drähten eignen, die ein Stützgewebe für den Elastomeren bilden. Das Trägermaterial kann formschlüssig, flächenschlüssig oder kraftschlüssig durch Kleben mit dem Elastomeren verbunden sein.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Trägermaterial nicht über die gesamte radiale Ausdehnung der Dichtscheiben, sondern ist an oder in dem Elastomeren der Dichtscheiben mit radialem Abstand zu dem Außenring und/oder zu dem Innenring des radialflexiblen Wälzlagers angeordnet.
Bevorzugt sind die Dichtscheiben formschlüssig gleitend in dem Außenring des radialflexiblen Wälzlagers, in Nuten mit einem Hinterschnitt gehalten und bilden mit ihrer radial inneren Kante bevorzugt ein axiales Labyrinth mit dem Innenring des radialflexiblen Wälzlagers und schleifen mit einer Dichtkante an dem Innenring.
Das Trägermaterial ist bevorzugt auf der Wälzlagerinnenseite, also in axialer Richtung des Wälzlagers betrachtet, zwischen den Wälzkörpern und den Elastomeren angeordnet und bevorzugt flächig mit dem Elastomeren verbunden. Als Elastomer eignet sich beispielsweise ein scheibenförmiges Gebilde aus Nitril-Butadien-Kautschuk, Acryl-Nitril-Kautschuk, Silicon-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Butyl-Kautschuk, Natur-Kautschuk oder auch Fluor-Silicon-Kautschuk. Die Wandstärken des Trägermaterials und des Elastomeren sind so abgestimmt, dass beim Betrieb des Wellgetriebes trotz der ständigen radialen Verformung der Dichtscheiben ein Ausbeulen entweder vermieden ist oder aber zumindest die ständige, dichtende Wirkung der Dichtscheiben gewährleistet ist.
Bevorzugt sind an dem radialflexiblen Wälzlager zu beiden axialen Seiten des Wälzlagers je eine baugleiche Dichtscheibe spiegelverkehrt zueinander angeordnet.
Das Wellgetriebe kann in einem Aktuator für ein Lenkgetriebe einer Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung Anwendung finden oder zur Erzeugung eines Zusatz-Lenkwinkels in einer Überlagerungslenkung eingesetzt sein.
Eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung der Servolenkung kann auch funktional an ein Fahrzeugstabilisierungssystem mit einem aktiven Fahrwerk gekoppelt sein, wobei das radialflexible Wälzlager etwa in einem Wellgetriebe eines Aktuators zur aktiven Beeinflussung der Wankbewegungen des Fahrzeugs etwa durch Verändern der Torsionssteifigkeit von Querstabilisatoren angewandt wird. Die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung verarbeitet Sensorsignale, wie Raddrehzahlen, Gierrate und dergleichen und regelt beispielsweise einen Überlagerungswinkel für den Lenkwinkel gelenkter Räder, sowie die Torsionssteifigkeit von Querstabilisatoren des Fahrwerks des Fahrzeugs gleichzeitig.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben. In der Zeichnung zeigt:
1 einen Querschnitt durch ein radialflexibles Wälzlager,
2 ein Querschnittsdetail II in 1
In 1 ist in einem Querschnitt ein radialflexibles Wälzlager 1 für ein Wellgetriebe oder harmonic drive in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Das radialflexible Wälzlager 1 ist als Rillenkugellager gebildet und weist einen biegeelastischen Innenring 2 auf, der auf einer Außenumfangsfläche 3 eines exzentrischen, insbesondere elliptischen Antriebskern 4 des Wellgetriebes aufgezogen ist und axial zu diesem unverschieblich ist. Der exzentrische Antriebskern 4 ist drehfest mit einer nicht gezeigten Servomotorwelle, beispielsweise eines Elektromotors verbunden. Die als Kugeln 15 gebildeten Wälzkörper 8 sind von einem Käfig 16 gehalten und auf ihnen stützt sich ein biegeelastischer Außenring 5 ab der zum radialen, umlaufenden Aufweiten einer radialflexiblen, dünnwandigen Abrollbuchse 7 dient. Der biegeelastische Außenring 5 liegt an einer Innenumfangsfläche 6 der Abrollbuchse 7 an. An ihrer Außenseite weist die Abrollbuchse 7 eine Verzahnung 17 auf, die eine geringere Zähnezahl hat, als eine Verzahnung 18 an einem lagefesten Stützring 19, sodass sich die Abrollbuchse 7 bei Rotation des exzentrischen Antriebskerns 4 relativ zu dem Stützring 19 dreht.
Um einen Schmiermittelaustritt aus dem radialflexiblen Wälzlager 1 und einen Schmutzeintrag in das radialflexible Wälzlager 1 zu vermeiden, sind an den axialen Seiten der radialflexiblen Wälzlager 1 Dichtscheiben 9, 9' jeweils in einer Umfangsnut 20 am Innenumfang des Außenrings 5 gleitend gehalten, wozu eine Hinterschneidung in der Umfangsnut 20 dient. Die Dichtscheiben 9, 9' sind schleifend am Innenring 2 und bilden zudem ein Labyrinth 12, besser ein axiales, einfaches Labyrinth 14 mit einer Umfangsnut 21 am Innenring 2 des Wälzlagers 1. Die Dichtscheiben 9, 9' sind an ihren radialen inneren und äußeren Rändern wulstig gebildet und bestehen hier ausschließlich aus einem Elastomeren 10, während sie im Bereich ihrer Überdeckung des Zwischenraumes zwischen dem Außenring 5 und dem Innenring 2 sandwichartig aus einer innenliegenden Schicht eines Trägermaterials 11 aus Streckmetall 13 und dem Elastomeren 10 gebildet sind. Das Streckmetall 13 kann in den Elastomeren 10 einvulkanisiert sein und ist mit radialem Abstand a zu dem Innenring 2 und dem Außenring 5 angeordnet. Die Dichtscheiben 9, 9' sind damit hinreichend ausgesteift um trotz ihrer radialen Verformung das Wälzlager 1 nach außen abzudichten.

1: Radialflexibles Wälzlager
2: Innenring
3: Außenumfangsfläche v. 4
4: Antriebskern, exzentrisch
5: Außenring
6: Innenumfangsfläche
7: Abrollbuchse, radialflexibel
8: Wälzkörper
9, 9': Dichtscheibe
10: Elastomer
11: Trägermaterial
12: Labyrinth
13: Streckmetall
14: Labyrinth, axial
15: Kugel
16: Käfig
17: Verzahnung, an 7
18: Verzahnung
19: Stützring
20: Umfangsnut, in 5
21: Umfangsnut, in 2
a: Abstand, radial

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10222697 A1 [0002]
- JP 2000192975 [0004]

Claims

Radialflexibles Wälzlager für ein Wellgetriebe in einem Lenksystem mit einem Innenring (2), der auf eine Außenumfangsfläche (3) eines exzentrischen Antriebskernes (4) gepasst ist, mit einem Außenring (5), der auf einer Innenumfangsfläche (6) einer radialflexiblen Abrollbuchse (7) zu liegen kommt, und mit radial zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (5) gehaltenen Wälzkörpern (8) und mit axial zu den Wälzkörpern (8) angeordneten Dichtscheiben (9, 9') dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheiben (9, 9') aus einem Verbund eines Elastomeren (10) mit einem, eine axiale Ausbeulung im Betrieb des Wellgetriebes hemmenden, flexiblen, scheibenartigen Trägermaterials (11) gebildet sind und schleifend und/oder ein Labyrinth (12) mit dem Innenring (2) oder Außenring (5) bildend, angeordnet sind.
Radialflexibles Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheiben (9, 9') als Trägermaterial (11) ein Streckmetall (13) aufweisen.
Radialflexibles Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheiben (9, 9') als Trägermaterial (11) eine mit radialen und/oder tangentialen Schlitzen versehene Scheibe aufweisen.
Radialflexibles Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheiben (9, 9') als Trägermaterial (11) ein Fadensystem aus einem metallischen Draht aufweisen.
Radialflexibles Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (11) als ebenes, scheibenförmiges Gebilde ausgebildet ist.
Radialflexibles Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (11) mit radialem Abstand (a) zu dem Innenring (2) und zu dem Außenring (5) an dem Elastomer (10) angeordnet ist.
Radialflexibles Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheiben (9, 9') formschlüssig gleitend in dem Außenring (5) angeordnet sind.
Radialflexibles Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheiben (9, 9') mit dem Innenring (2) ein axiales Labyrinth (14) bilden.
Radialflexibles Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (11) axial zwischen den Wälzkörpern (8) und dem Elastomer (10) angeordnet ist und flächig mit dem Elastomer (10) verbundden ist.
Radialflexibles Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden axialen Seiten des Wälzlagers (1) je eine baugleiche Dichtscheibe (9, 9') angeordnet ist.
Radialflexibles Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellgetriebe in einem Aktuator für ein Lenkgetriebe eines als Hilfskraft-, Fremdkraft- oder Überlagerungslenksystem gebildeten Lenksystems angeordnet ist.
Radialflexibles Wälzlager für ein Wellgetriebe in einem Lenksystem mit einem Innenring (2), der auf eine Außenumfangsfläche (3) eines exzentrischen Antriebskerns (4) gepasst ist, mit einem Außenring (5), der auf eine Innenumfangsfläche (6) einer radialflexiblen Abrollbuchse (7) zu liegen kommt und mit radial zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (5) gehaltenen Wälzkörpern (8) und mit axial zu den Wälzkörpern (8) angeordneten Dichtscheiben (9, 9'), die aus einem Verbund eines Elastomeren (10) mit einem, eine axiale Ausbeulung im Betrieb des Wellgetriebes hemmenden, flexiblen, scheibenartigen Trägermaterials (11) gebildet sind, wobei das Wellgetriebe in einem Aktuator für ein aktives Fahrwerk eingesetzt ist, dessen Funktionen mit dem Lenksystem gekoppelt sind.