DE102008041112A1

DE102008041112A1 - Radialbewegliches Loslager mit einstellbarer Anfederung

Info

Publication number: DE102008041112A1
Application number: DE200810041112
Authority: DE
Inventors: Robert Schuler; Jens-Uwe Hafermalz
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2010-02-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein radialbewegliches Loslager (1) für eine Welle (2) eines Getriebes (3) eines Lenksystems, mit einer Buchse oder einem Innenring (4) oder einem Wälzlager, der oder das sich in einer Aufnahme (5) eines Gestells (6) oder Gehäuses des Getriebes (3) abstützt, wobei der Innenring (4) oder die Buchse oder das Wälzlager durch mindestens ein in einem Spalt (7) zwischen der Aufnahme (5) und dem Innenring (4) eingefügten Stützelement (8) aus einem Werkstoff mit elastomerem Verhalten gehalten ist, welches als Schwenklager (9) ausgeführt ist. Für eine besonders geräuscharme und kostengünstig zu realisierende Anfederung der gelagerten Welle (2) wird eine Anpressvorrichtung eingesetzt, die als ein einstückig aus einem elastischen Material (M0) gefertigtes Anpresselement (170) gestaltet ist, das in einem Aufnahmeabschnitt (260) des Gehäuses (6) formschlüssig eingepasst ist. Das Anpresselement (170) kann zumindest einen Füllraum zum Einbringen von Füllmaterial aufweisen, wobei das Material (M0) des Anpresselements (170) selbst verschieden zu dem Füllmaterial des Füllraums sein kann, wodurch sich das Anfederungsverhalten sehr genau einstellen lässt.

Description

Die Erfindung betrifft ein radialbewegliches Loslager für eine Welle eines Getriebes eines Lenksystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein damit ausgestattetes Lenksystem.
In Getrieben von Lenksystemen, insbesondere in Zahnstangenlenkgetrieben oder Schraubradgetrieben oder Schneckenradgetrieben, sind Wellen mit treibenden Rädern, wie Ritzeln oder Schnecken, in einem Festlager und einem radialbeweglichen Loslager gelagert. Das Loslager weist dabei einen Freiheitsgrad auf, der es gestattet, mit Hilfe einer Anpressvorrichtung das treibende Rad spielfrei auf dem getriebenen Rad oder einer Zahnstange abrollen oder abwälzen zu lassen. Die Anpressvorrichtung dient zudem zur Kompensation von Verschleiß zwischen dem treibenden und getriebenen Rad oder der entsprechenden Verzahnung zwischen den Rädern. Insbesondere bei einem Drehrichtungswechsel der Wellen, bei Lenkgetrieben bei einem Fahrtrichtungswechsel etwa, führt dies zu einer Geräuschbildung.
Die DE 10 2005 035 020 A1 zeigt und beschreibt ein radialbewegliches Loslager für eine Welle eines Getriebes eines Lenksystems, mit einem als Buchse oder vorzugsweise als Innenring ausgestaltetem Lagerungselement, das sich in einer Aufnahme eines Lenkgetriebegehäuses abstützt, wobei das Lagerungselement durch mindestens ein in einem Spalt zwischen der Aufnahme und dem Lagerungselement eingefügtes Stützelement aus einem elastomeren Werkstoff gehalten ist, welches ein Schwenklager bildet und somit eine im Prinzip geräuscharme Anfederung der gelagerten Welle erzielt. Jedoch wird dort zur Anfederung eine Anpressvorrichtung eingesetzt, die mehrere mechanische Bauteile, insbesondere auch ein federnd gelagertes Druckstück aufweist, und somit recht aufwendig und damit auch kostenträchtig gestaltet ist. Zudem müssen zur Einstellung des Anfederungsverhaltens die Bauteile entsprechend dimensioniert und aufeinander abgestimmt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein radialbewegliches Loslager für eine Welle eines Getriebes eines Lenksystems zu schaffen, bei dem eine kostengünstig zu realisierende Anpressvorrichtung vorgesehen ist, die ein einstellbares Anfederungsverhalten aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein radialbewegliches Loslager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Zudem wird ein damit ausgestattetes Lenksystem gemäß dem nebengeordneten Anspruch vorgeschlagen.
Demnach wird die Anpressvorrichtung als ein einstückig aus einem elastischen Material bzw. Werkstoff gefertigtes Anpresselement gestaltet, welches in einem Aufnahmeabschnitt des Gehäuses (6) formschlüssig eingepasst ist.
Vorzugsweise weist das Anpresselement zumindest einen Füllraum zum Einbringen von Füllmaterial aufweist oder sogar zwei oder mehr Füllräume aufweist, in die verschiedene Füllmaterialien eingebracht werden können.
Das Material bzw. der Werkstoff des Anpresselements kann verschieden zu dem in den mindestes einen Füllraum eingebrachten Füllmaterial sein.
Somit wird anstelle einer aufwendig gestalteten Anpressvorrichtung ein einstückiges und kostengünstig realisierbares Anpresselement verwendet, dass aufgrund seiner elastischen Materialeigenschaft eine definierbare Kraft auf das ringförmige Lagerelement aufbringen kann, um die Getriebeteile in Eingriff zu bringen bzw. zu halten. Das Anpresselement kann beispielsweise aus einem elastomeren Material bzw. Werkstoff gefertigt sein und eine Form aufweisen, die sich passend in den dafür vorgesehen Aufnahmeabschnitt des Gehäuses einfügt. Der Aufnahmeabschnitt kann eine rechteckförmige oder runde Gehäuseöffnung sein. Eine Gewindebohrung oder dergleichen wird nicht benötigt.
Weitere Vorteile ergeben sich auch aus den Unteransprüchen.
Demnach ist es vorteilhaft, wenn der mindestens eine Füllraum als halboffener oder geschlossener Hohlraum ausgebildet ist. Als Füllmaterial kann ein Fluid oder ein Kunststoff eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden. Vorzugsweise ist das Füllmaterial ein unter Außeneinwirkung, insbesondere durch Temperatur oder Ultraschall, und/oder ein durch chemische Reaktion aushärtender Stoff, insbesondere ein flüssiger und/oder aufschäumender Kunststoff, insbesondere ein Mehrkomponenten-Kunststoff. Die genaue Einstellung des Anfederungsverhaltens kann über die Wahl des Füllmaterials oder der Füllmaterialien erzielt werden und/oder kann dadurch bestimmt werden, dass das Füllmaterial in den mindestens einen Füllraum in einer vorgebaren Menge eingebracht wird.
Vorzugsweise hat das Anpresselement eine Einspritzöffnung, durch die das Füllmaterial in den Füllraum eingespritzt werden kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Einspritzöffnung durch ein Verschlusselement, beispielsweise eine Kugel, verschlossen werden kann.
Das Lagerungselement ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet und kann beispielsweise als Buchse, Wälzlager oder Innenring ausgebildet sein.
In dem radialbeweglichen Loslager kann das Schwenklager auch noch mit einem tangential zu diesem beabstandeten Dämpfungsanschlag versehen sein, der auf das Lagerungselement wirkt. Durch diese Maßnahmen wird in der Lagerung der Welle ein einstellbares Anfederungs- und Dämpfungsverhalten erzielt. Dabei verhindert der Dämpfungsanschlag beim Betrieb eines solchen radialbeweglichen Loslagers ein Anschlagen des Innenrings an der Aufnahme und eine entsprechende Geräuschbildung.
Die Erfindung und die sich daraus ergebenden Vorteile werden nun im Detail anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird.
Die 1 zeigt in einer Querschnittsansicht ein radialbewegliches Loslager, das eine herkömmliche Anpressvorrichtung aufweist.
Die 2 zeigt in einer Querschnittsansicht ein erfindungsgemäßes radialbewegliches Loslager, das ein Anpresselement gemäß einer ersten Ausführungsform aufweist.
Die 3 zeigt ein erfindungsgemäßes radialbewegliches Loslager, das ein Anpresselement gemäß einer zweiten Ausführungsform aufweist.
Die 4 zeigt ein erfindungsgemäßes radialbewegliches Loslager, das ein Anpresselement gemäß einer dritten Ausführungsform aufweist.
In 1 ist in einem schematischen Querschnitt durch ein Gestell oder Gehäuse 6 eines Getriebes 3 ein radialbewegliches Loslager 1 gezeigt, das zur Lagerung einer Welle 2 dient, die eine nicht gezeigte Schnecke des als Schneckenradgetriebes ausgebildeten Getriebes 3 trägt. Die Schnecke ist mit der die Welle 2 drehfest verbunden und steht mit dem Schneckenrad in Eingriff. Das radialbewegliche Loslager 1 ist in einer speziellen Aufnahme 5 des Getriebes 3 angeordnet und wird von einer teilweise dargestellten Anpressvorrichtung 17, die ein Druckstück aufweist, in radialer Richtung mit einer Anpresskraft F beaufschlagt. Durch die Kraft F wird die Schnecke an der Welle 2 auf eine Verzahnung das Schneckenrad gepresst (nicht dargestellt).
Das radialbewegliche Loslager 1 ist als Wälzlager 18 ausgebildet, wobei ein Aussenring des Wälzlagers 18 in einem ringförmigen Lagerungselement 4 gehalten ist. Das Lagerungselement ist hier als Innenring 4 ausgebildet, der an einem Stützelement 8 aus elastomerem Werkstoff an der Aufnahme 5 schwenkbar gehalten ist. Das Stützelement 8 bildet ein Schwenklager 9 mit einer Schwenkachse 19, die durch das Stützelement 8 läuft, wobei sich der Innenring 4 innerhalb eines Spalts 7 zwischen der Aufnahme 5 und dem Innenring 4 bewegen kann. Das Stützelement 8 bildet auf diese Weise ein Schwenklager 9 für das radialbewegliche Loslager 1.
Das Stützelement 8 dient dazu, Querkräfte, quer zu dem Freiheitsgrad des radialbeweglichen Loslager 1, insbesondere bei einem Drehrichtungswechsel der Welle 2 und der darauf festgelegten Schnecke, abzustützen. Das Stützelement 8 überträgt Zug und Druck, wobei ein eventuelles Anschlagen des Innenrings 4 an einer Innenumfangsfläche 11 der Aufnahme 5 durch einen Dämpfungsanschlag 10 bedämpft und verhindert wird. Der Dämpfungsanschlag 10 wird durch ein Element 12 mit elastomeren Eigenschaften gebildet, das über einen Umfangsabschnitt 15 von etwa 1/6 des Gesamtumfangs der Aufnahme 5 geführt ist. Der Dämpfungsanschlag 10 formschlüssig in der Art einer Schwalbenschwanzführung 14 in der ringförmigen Aufnahme 5 gehalten.
Wie die 1 veranschaulicht, wird üblicherweise zur Anfederung der gelagerten Welle 2 eine solche Anpressvorrichtung 17 eingesetzt, die mit einem federnd gelagerten Druckstück versehen ist. Dabei entspricht die Anpressvorrichtung einer in eine Gewindeöffnung 26 einschraubbaren Baugruppe, die mehrere Bauteile (Gehäuseteil, Druckstück, Feder usw.) aufweist und somit recht aufwendig gestaltet ist. Zudem müssen zur Einstellung des Anfederungsverhaltens die Bauteile entsprechend dimensioniert und aufeinander abgestimmt werden.
Um solche Probleme vorteilhaft zu lösen, kann eine in 2 dargestellte erste Ausführungsform der Erfindung eingesetzt werden, bei der eine einstellbare Anfederung der gelagerten Welle 2 mittels eines einstückigen elastischen Anpresselements 170 erzielt wird.
Das Anpresselement 170 ist aus einem elastomeren Material M0 gefertigt und kann formschlüssig in einen einfach realisierbaren Aufnahmeabschnitt 260 eingesetzt bzw. eingepasst werden. Das Anpresselement 170 drückt dann mit einer Kraft F direkt auf das ringsförmige Lagerungselement, das hier als Innenring 4 ausgebildet ist. Durch Materialwahl kann das Anfederungsverhalten genau eingestellt werden.
Wie die 3 veranschaulicht kann auch die Form des Anpresselements 170' eine bestimmte Ausgestaltung haben, um ein gewünschtes Anferungsverhalten zu erzielen.
Wie die 4 veranschaulicht kann alternativ oder zusätzlich dazu das Anfederungsverhalten auch über das Einbringen von Füllmaterial M1 in einen oder mehrere Füllräume 171, die in oder an dem Anpresselement 170 vorgesehen sind, verändert und eingestellt werden. Dabei kann über eine (nicht dargestellte) Einspritzöffnung eine genau definierte Menge des Füllmaterials M1 in den Hohlraum 171 eingespritzt werden und die Einspritzöffnung kann dann durch ein Element, insbesondere durch eine Kugel, verschlossen werden.
Als Füllmaterial M1 eignet sich z. B. ein Kunststoff, der unter Außenwirkung (Temperatur, Ultraschall...) und/oder unter chemischer Reaktion (unter Luft) aushärtet Insbesondere kann ein flüssiger und/oder aufschäumender Kunststoff, insbesondere ein Mehrkomponenten-Kunststoff verwendet werden.
Das Material M0 des Anpresselements 170 selbst ist vorzugsweise verschieden zu dem Füllmaterial M1, so dass beide Materialien eine unterschiedliche Anfederungskennlinie aufweisen. In 5 ist am Beispiel eines Kraft-Wege-Diagrams dargestellt, dass das Material M0 eine weitestgehend lineare Kennlinie aufweist und das Füllmaterial M1 eine progressive Kennlinie aufweist. Durch Abstimmung der Materialienmengen kann das Anfederungsverhalten des Anpresselement 170 so eingestellt werden, dass ein optimaler Arbeitsbereich sich einstellt, der im Knickbereich der Gesamtkennlinien liegt (s. eingekreister Bereich).
Zusammenfassend wird ein radialbewegliches Loslager (1) für eine Welle (2) eines Getriebes (3) eines Lenksystems vorgeschlagen, das mit einer Buchse oder einem Innenring (4) oder einem Wälzlager (18) versehen ist, der oder das sich in einer Aufnahme (5) eines Gestells (6) oder Gehäuses des Getriebes (3) abstützt, wobei der Innenring (4) oder die Buchse oder das Wälzlager (18) durch mindestens ein in einem Spalt (7) zwischen der Aufnahme (5) und dem Innenring (4) eingefügten Stützelement (8) aus einem Werkstoff mit elastomerem Verhalten gehalten ist, welches als Schwenklager (9) ausgeführt ist (s. 1). Für eine besonders geräuscharme und kostengünstig zu realisierende Anfederung der gelagerten Welle (2) wird eine Anpressvorrichtung eingesetzt, die als ein einstückig aus einem elastischen Material (M0) gefertigtes Anpresselement (170) gestaltet ist, das in einem Aufnahmeabschnitt (260) des Gehäuses (6) formschlüssig eingepasst ist (s. 2 und 3). Vorzugsweise weist das Anpresselement (170) zumindest einen Füllraum (171) zum Einbringen von Füllmaterial (M1) auf, wobei das Material (M0) des Anpresselements (170) selbst verschieden zu dem Füllmaterial (M1) des Füllraums (171) sein kann, wodurch sich das Anfederungsverhalten sehr genau einstellen lässt (s. 4 und 5).

1: Radialbewegliches Loslager
2: Welle
3: Getriebe
4: Lagerungselement (ringförmig als Innenring ausgebildet)
5: Aufnahme
6: Gestell
7: Spalt
8: Stützelement
9: Schwenklager
10: Dämpfungsanschlag
11: Innenumfangsfläche
12: Element
15: Umfangsabschnitt
17: Anpressvorrichtung mit federnd gelagertem Druckstück (Federdämpfer)
18: Wälzlager
19: Schwenkachse
26: Aufnahmeabschnitt
1*: Radialbewegliches Loslager (gemäß Erfindung)
170: Anpresselement (einstückig aus elastischem Material bzw. Werkstoff)
M0: Material des Anpresselements
171: Füllraum
M1: Füllmaterial
260: Aufnahmeabschnitt (Aussparung) für Anpresselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005035020 A1 [0003]

Claims

Radialbewegliches Loslager (1*) für eine Welle (2) eines Getriebes eines Lenksystems, mit einem Lagerungselement (4), das sich in einer Aufnahme (5) eines Gehäuses (6) des Getriebes abstützt, wobei das Lagerungselement (4) durch mindestens ein in einem Spalt (7) zwischen der Aufnahme (5) und dem Lagerungselement (4) eingefügtes Stützelement (8) aus einem Werkstoff mit elastomeren Verhalten gehalten ist, welches als Schwenklager (9) ausgeführt ist, wobei eine Anpressvorrichtung an dem Gehäuse (6) angebracht ist, die auf das Lagerungselement (4) mit einer Kraft (F) wirkt, um die in dem Schwenklager (9) gehaltene Welle (2) für einen Eingriff eines mit der Welle (2) verbundenen Getriebeteils mit einem anderen Getriebeteil zu verschwenken, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressvorrichtung als ein einstückig aus einem elastischen Material (M0) gefertigtes Anpresselement (170) gestaltet ist, das in einem Aufnahmeabschnitt (260) des Gehäuses (6) formschlüssig eingepasst ist.
Radialbewegliches Loslager (1*) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpresselement (170) zumindest einen Füllraum (171) zum Einbringen von Füllmaterial (M1) aufweist.
Radialbewegliches Loslager (1*) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpresselement (170) zwei Füllräume zum Einbringen eines Füllmaterials oder zwei verschiedener Füllmaterialien aufweist.
Radialbewegliches Loslager (1*) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (M0) des Anpresselements (170) verschieden zu dem Füllmaterial (M1) ist.
Radialbewegliches Loslager (1*) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Füllraum (171) als halboffener oder geschlossener Hohlraum ausgebildet ist.
Radialbewegliches Loslager (1*) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen Füllraum (171) ein Fluid oder ein Kunststoff als Füllmaterial eingebracht, insbesondere eingespritzt ist.
Radialbewegliches Loslager (1*) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (M1) ein unter Außeneinwirkung, insbesondere durch Temperatur oder Ultraschall, und/oder ein durch chemische Reaktion aushärtender Stoff ist, insbesondere ein flüssiger und/oder aufschäumender Kunststoff, insbesondere ein Mehrkomponenten-Kunststoff, ist.
Radialbewegliches Loslager (1*) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (M1) in den mindestens einen Füllraum (171) in einer vorgebaren Menge eingebracht ist.
Radialbewegliches Loslager (1*) nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpresselement (170) eine Einspritzöffnung aufweist, durch die das Füllmaterial (M1) in den Füllraum (171) einspritzbar ist.
Radialbewegliches Loslager (1*) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das die eine Einspritzöffnung durch ein Verschlusselement, insbesondere eine Kugel, verschlossen ist.
Radialbewegliches Loslager nach einem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenklager (9) mit einem tangential zu diesem beabstandeten Dämpfungsanschlag (10) versehen ist, der auf das Lagerungselement (4), das insbesondere ringförmig ausgebildet ist, wirkt.
Radialbewegliches Loslager nach einem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das, insbesondere ringförmig ausgebildete, Lagerungselement als Buchse, Wälzlager oder Innenring (4) ausgebildet ist.
Lenksystem mit einem Getriebe, das ein radialbewegliches Loslager (1*) für eine Welle (2) des Getriebes aufweist, mit einem Lagerungselement (4), das sich in einer Aufnahme (5) eines Gehäuses (6) des Getriebes abstützt, wobei das Lagerungselement (4) durch mindestens ein in einem Spalt (7) zwischen der Aufnahme (5) und dem Lagerungselement (4) eingefügtes Stützelement (8) aus einem Werkstoff mit elastomeren Verhalten gehalten ist, welches als Schwenklager (9) ausgeführt ist, wobei eine Anpressvorrichtung an dem Gehäuse (6) angebracht ist, die auf das Lagerungselement (4) mit einer Kraft (F) wirkt, um die in dem Schwenklager (9) gehaltene Welle (2) für einen Eingriff eines mit der Welle (2) verbundenen Getriebeteils mit einem anderen Getriebeteil zu verschwenken, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressvorrichtung als ein einstückig aus einem elastischen Material (M0) gefertigtes Anpresselement (170) gestaltet ist, das in einem Aufnahmeabschnitt (260) des Gehäuses (6) formschlüssig eingepasst ist.