DE102012005932A1

DE102012005932A1 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE102012005932A1
Application number: DE102012005932A
Authority: DE
Inventors: Gergely László
Original assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: DE102012005932B4; WO2013143655A1; CN104603486B; US9366288B2; US20150049974A1; CN104603486A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung in der zwei Federsysteme voneinander entkoppelt sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage einer Lageranordnung, in der nachträglich ein Ausgleichsmittel dimensioniert werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung nach dem unabhängigen Anspruch 10.
Lageranordnungen, insbesondere solche in Lenkungssystemen für Kraftfahrzeuge, sind äußeren Einflüssen unterworfen. Einerseits von der Fahrzeugseite, nämlich durch Betätigung der Lenkung mittels eines Lenkrads, da durch die Lenkbewegung, die gelagerten Bauteile bewegt werden. Andererseits erfahren die Lager durch die Fahrbahnbeschaffenheit Stöße, Vibrationen, Schwingungen und dergleichen, die über das Lenksystem in die Lager eingetragen werden.
Deshalb werden Lager üblicherweise mit Dämpfungsvorrichtungen ausgerüstet, damit einerseits die Langlebigkeit gewährt wird und andererseits auch Klappergeräusche, die durch das Lager hervorgerufen werden, vermieden werden können. Solche Dämpfungsvorrichtungen können in axialer wie auch radialer Richtung wirken.
So ist beispielsweise aus der DE 10 2010 029 266 ein Kugelumlaufgetriebe bekannt, das ein axial gedämpftes Lager aufweist.
Die darin beschriebenen Federelemente sind zwischen einem Lagergehäuse und dem Lager angeordnet, wobei die Federelemente direkt mit einem Lageraußenring oder Lagerinnenring verbunden sind. Dadurch ergibt sich indes der Nachteil, dass die zur Dämpfung des Lagers notwendigen Federkräfte sich gegenseitig aufheben, wodurch nur eine Dämpfung der axial wirkenden Kräfte erreicht wird.
Weiterhin werden Lager vornehmlich im Ganzen in Lageranordnungen, beispielsweise für Kugelgewindetriebe eingebaut, weshalb man bereits bei der Planung Toleranzen berechnen muss, die deshalb recht groß ausfallen.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung eine Lageranordnung der eingangs erwähnten Art weiter zu entwickeln und bereitzustellen, in der sich die beiden Federkräfte nicht gegenseitig aufheben und andererseits ein Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung vorzuschlagen, nach dem die Toleranzen auf ein Minimum reduziert werden können.
Eine Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe weist die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 auf. Danach wird eine Lageranordnung, insbesondere für ein Kugelgewindetrieb, vorgeschlagen, mit einem gegenüber einem Lagergehäuse abgestützten Lager, wobei Federelemente zwischen einem Gehäuse und dem Lager angeordnet sind, mit wenigstens einem in einer Axialrichtung des Lagers beweglichen Anschlag.
Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Anschlag zumindest teilweise das Lager umgibt, wobei insbesondere ein Lageraußen- und ein Lagerinnenring innerhalb des Anschlags angeordnet sind.
Weiterhin kann nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass wenigstens ein zur axialen Abstützung des Lagers vorgesehenes erstes Federelement zwischen dem Anschlag und dem Gehäuse mittelbar und/oder unmittelbar angeordnet ist.
Vorteilhaft kann das erste Federelement den Anschlag in axialer Richtung des Lagers gegen das Gehäuse drängen.
Ebenso kann nach einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass wenigstens ein zur axialen Abstützung des Lagers vorgesehenes zweites Federelement zwischen dem Anschlag und dem Lager angeordnet ist.
Vorteilhaft kann hierbei vorgesehen sein, wenn das zweite Federelement das Lager innenseitig in axialer Richtung gegen den Anschlag drängt.
Nach einer anderen Ausgestaltung kann auf einer dem ersten Federelement gegenüberliegenden Seite eine Ausgleichsmittel, insbesondere eine Toleranzscheibe, vorgesehen sein, wobei insbesondere der Anschlag gegen die Toleranzscheibe gedrängt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann die Toleranzscheibe mit Spiel in einem Zwischenraum zwischen dem Anschlag und dem Gehäuse angeordnet sein.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Anschlag zumindest einen Lageraußenring umfangsseitig im Wesentlich U-förmig umgeben, wobei Auflagebereiche von den Federelementen zum Anschlag im Bereich des Lageraußenrings vorgesehen sind.
Ein Verfahren zur Lösung der Aufgabe weist die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 10 auf. Danach ist ein Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung vorgeschlagen, umfassend wenigsten ein Lager, ein Lagergehäuse und Federelemente zur axialen Abstützung des Lagers, aufweisend die Verfahrensschritte:

a) in das Gehäuse wird ein erstes Federelement eingesetzt,
b) in eine als Anschlag ausgebildete Hülse wird das Lager mit Lageraußenring auf Block und ein zweites Federelement eingesetzt,
c) die Kombination aus Hülse, Lager und Federelement wird in das Gehäuse auf Block einsetzt,
d) ein Ausgleichsmittel wird in das Gehäuse zwischen die Hülse und das Gehäuse eingesetzt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann das Ausgleichsmittel an Toleranzen der weiteren Bauteile anpassbar sein.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die weiteren Bauteile bei der Herstellung vermessen und mit einer Markierung z. B. nach Art eines Data-Matrix-Codes versehen werden, wobei das Maß in der Markierung hinterlegt ist, und dass das Ausgleichsmittel bei der Montage aus einem Vorrat von Ausgleichselementen mit verschiedenen Maßen so ausgewählt wird, dass sich bei der Montage mit den weiteren Bauteilen ein vorbestimmtes Maß für die Einbautoleranz ergibt anpassbar ist. Die Ausgleichselemente können dabei zum Beispiel in Stufen von 0,1 mm selektiert werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
1 eine Schnittansicht einer Lageranordnung mit einer Dämpfungsvorrichtung,
2 eine Detailansicht der 1,
3 verschiedene Stellungen der Dämpfungsvorrichtung des Lagers, und
4 eine Schnittansicht eines Lagers.
Die Lageranordnung ist Teil einer nicht weiter dargestellten Lenkung eines Kraftfahrzeugs. In der Lenkung ist eine Gewindespindel vorgesehen, auf der eine Kugelmutter angeordnet ist. Die Lageranordnung 10 sitzt auf der Kugelmutter, wobei die Lageranordnung 10 die Kugelmutter gegenüber einem Gehäuse 11 abstützt. Somit umgibt ein Gehäuse 11 zumindest zum Teil die Lageranordnung 10 und die Kugelmutter. Durch Rotation der Kugelmutter ist die Gewindespindel in axialer Richtung beweglich, bzw. durch eine Rotation der Gewindespindel die Kugelmutter auf der Gewindespindel verschiebbar.
Durch eine Verbindung der Lenkung über Räder des Fahrzeugs steht die Lenkung in Kontakt mit einer zu befahrenden Fahrbahn, weshalb Stöße, Schwingungen oder dergleichen auch in das Lenkungssystem eingetragen werden. Dadurch werden auch Stöße in axialer Richtung auf die Gewindespindel übertragen und gleichsam auf die Kugelmutter und die Lageranordnung 10.
Die Lageranordnung weist ein Lager mit einem Lageraußenring 12 und einem Lagerinnenring 13 auf, wobei das Lager gegenüber dem Gehäuse 11 abgestützt ist. Das Gehäuse weist zur Aufnahme des Lagers einen Ausnehmungsbereich auf, in dem das Lager zumindest teilweise mit einer Hülse 14 angeordnet ist. Das Lager selbst ist von einer als Anschlag ausgebildeten Zwischenhülse 15 umgeben, weshalb der Ausnehmungsbereich entsprechend dimensioniert ist.
Der Anschlag 15 umgibt das Lager umfangsseitig und liegt im Bereich des Lageraußenrings 12 auf diesem zumindest teilweise auf. Ein Innendurchmesser entspricht demnach in etwa einem Außendurchmesser des Lagers. Die Zwischenhülse 15 weist entsprechend dem Lager mittig wenigstens eine Öffnung auf, zur Durchdringung des Kugelgewindetriebs bzw. der Kugelmutter.
Ebenfalls innerhalb der Zwischenhülse ist ein zweites Federelement 16 angeordnet, dass zwischen dem Lager und dem Anschlag vorgesehen ist. Dieses zweite Federelement stützt das Lager gegenüber dem Anschlag ab. Deshalb ist der Anschlag in Form der Zwischenhülse 15 entsprechend einer Breite aus Lager, Federelement 16 und einem Federweg des Federelements 16 dimensioniert. Die entsprechende Breite ist anschaulich in 2 dargestellt, in der ein Innenbereich der Zwischenhülse 15 Platz für das Lager und das Federelement plus entsprechendem Federweg aufweist. Das zweite Federelement 16 erstreckt sich über die gesamt Breite des Lagers, wie in 4 dargestellt ist. Dabei ergibt sich im Bereich des Lageraußenrings 12 ein erster Auflagebereich zwischen dem zweiten Federelement 16 und dem Anschlag. Etwas weiter zu einem Zentrum des Lagers ist ein erster Auflagebereich zwischen dem Federelement und dem Lager vorgesehen, wie in 4 dargestellt ist. Weitere Auflagebereich bzw. -punkte sind denkbar und vorgesehen.
Auf einer Außenseite des Anschlags 15 ist die Zwischenhülse gegenüber dem Gehäuse bzw. der Hülse 14 abgestützt. Je nach Ausführungsform der Lageranordnung kann die Hülse 14 vorgesehen sein oder nicht. Sollte keine solche Hülse 14 vorgesehen sein, ist die Zwischenhülse unmittelbar mittels eines ersten Federelements 17 gegenüber dem Gehäuse abgestützt. Anderenfalls wäre nur eine mittelbare Abstützung mittels des ersten Federelements 17 über die Hülse 14 vorgesehen. Zur Anordnung des ersten Federelements 17 zwischen der Zwischenhülse 15 und dem Gehäuse 11 bzw. der Hülse 14 ist ein entsprechender Raum vorgesehen, wobei dieser einer Breite des ersten Federelements 17 plus eines Federwegs desselben entspricht. Das erste Federelement 17 ist gleich zu dem zweiten Federelement ausgebildet, weshalb die Auflagebereiche in einer radialen Richtung des Lagers zu den abzustützenden Bauteilen gleich sind.
Das erste Federelement 17 ist auf einer Außenseite des Anschlags 15 angeordnet, die einer Innenseite des Anschlags 15 gegenüberliegt, auf der das zweite Federelement 16 vorgesehen ist. Insofern umfassen die beiden Federelemente 16, 17 das Lager bzw. den Lageraußenring 12 beidseitig in axialer Richtung.
Auf einer dem ersten Federelement 17 gegenüberliegenden Außenseite der Zwischenhülse 15 ist ein Ausgleichsmittel in Form einer Toleranzscheibe 18 vorgesehen, die in einem Zwischenraum zwischen Anschlag und Gehäuse eingepasst ist. Die Toleranzscheibe 18 bildet mit dem Anschlag 15 in einem oberen Bereich, im Bereich des Lageraußenrings 12 gelegen, eine potentielle Anlagefläche. Der Zwischenraum ist breiter als die Breite der Toleranzscheibe dimensioniert, insbesondere entspricht ein Spalt a, wie in 2 dargestellt ist, zwischen Toleranzscheibe 18 und der Zwischenhülse 15 einem Federweg des ersten Federelements 17.
Dieser Spalt a ist jedoch nur in dem Fall vorhanden, wenn der Anschlag 15 gegen das erste Federelement 17 durch äußere Einwirkung gedrängt ist. Da ansonsten wellig ausgeformte erste Federelement, ist in der 2 plan dargestellt (s. a. 3 links). Damit wird das Lager über den Anschlag 15 und das erste Federelement 17 gegen die Hülse 14 bzw. das Gehäuse 11 abgestützt.
Ist das Lager in einer Ruhe- oder Ausgangsposition liegt die Zwischenhülse 15 in einer Dichtlage auf der Toleranzscheibe 18 auf, wie es in der 3 zentriert und rechts dargestellt ist. Danach lässt sich auch sehen, das der Spalt a klein ist und im Wesentlich tatsächlich dem Federweg des ersten Federelements 17 entspricht.
In der Ruhe- oder Ausgangsposition ist auch das zweite Federelement 16 wellig ausgeformt, so dass das Lager innerhalb der Zwischenhülse 15 stabil in einer Stellung gehalten werden kann. In dieser Stellung ist das Lager in einer Dichtlage an einer dem zweiten Federelement 16 gegenüberliegenden Innenseite der Zwischenhülse 15 angeordnet, weshalb es stabil in dem Anschlag 15 angeordnet ist.
In der in 3 rechts dargestellten Position des Lagers ist die Zwischenhülse 15 einerseits gegen die Toleranzscheibe 18 gedrängt und andererseits das Lager innerhalb der Zwischenhülse 18 gegen das zweite Federelement 16, wodurch dieses plan auf der entsprechenden Innenseite des Anschlags 15 aufliegt. Auf der gegenüberliegende Innenseite ist in dieser Position ein Zwischenraum zwischen dem Lager und der Zwischenhülse 15 gebildet, der in seiner Breite im Wesentlich dem Federweg des zweiten Federelements 16 entspricht.
Damit ist klar, dass einerseits das Lager in der Zwischenhülse 15 in axialer Richtung beweglich angeordnet ist und andererseits die Zwischenhülse 15 in axialer Richtung beweglich in der Aufnahme in dem Gehäuse angeordnet ist. Dadurch sind die beiden auf das Lager wirkenden Federkräfte der Federelemente 16, 17 entkoppelt voneinander. Es ist indes darauf zu achten, dass der Spalt a auf der dem ersten Federelement 17 gegenüberliegenden Außenseite der Zwischenhülse 15 vorgesehen ist und damit die Toleranzscheibe nicht überdimensioniert werden darf.
Zur Herstellung der Lageranordnung 10 können die oben beschriebenen Elemente zumindest zum Teil modulweise in das Lagergehäuse 11 eingebaut werden. Für die Montage wird in das Gehäuse 11 bzw. die Hülse 14 zuerst das erste Federelement 17 einsetzt. Separat kann das Zusammensetzen der Zwischenhülse 15 mit dem Lager und dem zweiten Federelement 16 erfolgen. Das Lager in Form des Lageraußenrings 12 wird in der Zwischenhülse 15 auf Block in dieses eingesetzt, gefolgt von dem zweiten Federelement 16, das den Lageraußenring 12 gegen die Innenseite des Anschlags 15 drängt. Der komplett montierte Anschlag wird sodann in die Aufnahme neben das erste Federelement 17 gesetzt, wo es auf Block geschoben wird. Diese Montage bietet den Vorteil, dass die einzelnen Elemente an unterschiedlichen Orten gefertigt werden können.
In Anbetracht der einzelnen gemessenen Toleranzen der jeweiligen Elemente und eines vorher festgelegten Spaltmaßes a, kann die Breite der Toleranzscheibe individuell bestimmt werden. Somit umgeht man die nachteilige großzügige Dimensionierung der Toleranzen im Vorfeld und kann somit auf Fertigungs- und Einbautoleranzen besser eingehen.
Hierfür wird das Maß B in einem „Data-Matrix-Code” (DMC) für das Lagergehäuse 11 hinterlegt wie auch das Maß A für einen Deckel und das Maß C für ein Lenkgetriebe. Beim Zusammenbau der Bauteile in der Produktion werden die Ist-Maße der Bauteile genommen und dadurch das Maß X für die Toleranzscheibe 18 festgelegt.
Ein besonderer Vorteil besteht in der Möglichkeit, das Lagergehäuse 11, und den Deckel sowie ggf. andere Bauteile, die die Einbautoleranzen beeinflussen, getrennt voneinander herzustellen. Dann werden die eventuell auch an unterschiedlichen Fertigungsstandarten hergestellten Komponenten vermessen und die Ist-Maße in dem zur Markierung des Bauteils verwendeten Data-Matrix-Code oder einer anderen maschinenlesbaren Kennzeichnung unmittelbar auf dem Bauteil hinterlegt. Bei der Montage des Lenkgetriebes kann dann jedes Maß der zur Montage bereit stehenden Bauteile gelesen und die Toleranzkette berechnet werden. Aus einem Vorrat von Toleranzscheiben 18, die nach Maßen sortiert sind, kann dann genau die passende Toleranzscheibe ausgewählt werden, mit der die Baugruppe das erforderliche Toleranzmaß erhält. Bei manueller Fertigung kann beispielsweise nach der Berechnung des erforderlichen Maßes der Toleranzscheibe 18 in einem Regal nur dasjenige Fach zur Entnahme einer Toleranzscheibe geöffnet werden, in dem die erforderliche Toleranzscheibe vorgehalten wird. So wird ein möglicher Montagefehler durch Verwendung einer ungeeigneten Toleranzscheibe sicher vermieden.
Insgesamt kann durch die Entkoppelung der einzelnen Federsysteme eine Toleranzkette verkleinert werden, wodurch diese nicht unvorteilhaft die maximal zulässige Toleranz der Kugelmutter übersteigt. Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung in der zwei Federsysteme voneinander entkoppelt sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage einer Lageranordnung, in der nachträglich ein Ausgleichsmittel dimensioniert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010029266 [0004]

Claims

Lageranordnung, insbesondere für ein Kugelgewindetrieb, mit einem gegenüber einem Lagergehäuse (11) abgestützten Lager, wobei Federelemente (16, 17) zwischen einem Gehäuse (11) und dem Lager angeordnet sind, gekennzeichnet durch wenigstens einen in einer Axialrichtung des Lagers beweglichen Anschlag (15).
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag zumindest teilweise das Lager umgibt, wobei insbesondere ein Lageraußen- und ein Lagerinnenring (12, 13) innerhalb des Anschlags angeordnet sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zur axialen Abstützung des Lagers vorgesehenes erstes Federelement (16, 17) zwischen dem Anschlag und dem Gehäuse (11) mittelbar und/oder unmittelbar angeordnet ist.
Lageranordnung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Federelement (17) den Anschlag in axialer Richtung des Lagers gegen das Gehäuse (11) drängt.
Lageranordnung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zur axialen Abstützung des Lagers vorgesehenes zweites Federelement (16) zwischen dem Anschlag (15) und dem Lager angeordnet ist.
Lageranordnung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement (16) das Lager innenseitig in axialer Richtung gegen den Anschlag (15) drängt.
Lageranordnung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer dem ersten Federelement (17) gegenüberliegenden Seite ein Ausgleichsmittel (18), insbesondere eine Toleranzscheibe, vorgesehen ist, wobei insbesondere der Anschlag (15) gegen das Ausgleichsmittel (18) gedrängt wird.
Lageranordnung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichmittel (18) mit Spiel in einem Zwischenraum zwischen dem Anschlag (15) und dem Gehäuse (11) angeordnet ist.
Lageranordnung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag zumindest einen Lageraußenring (12) umfangsseitig im Wesentlich U-förmig umgibt und wobei Auflagebereiche von den Federelementen (16, 17) zum Anschlag im Bereich des Lageraußenrings (12) vorgesehen sind.
Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung, umfassend wenigsten ein Lager, ein Lagergehäuse und Federelemente (16, 17) zur axialen Abstützung des Lagers, aufweisend die Verfahrensschritte: e) in das Gehäuse (11) wird ein erstes Federelement (17) eingesetzt, f) in eine als Anschlag ausgebildete Hülse wird das Lager mit Lageraußenring (12) auf Block und ein zweites Federelement (16) eingesetzt, g) die Kombination aus Hülse, Lager und Federelement (16, 17) wird in das Gehäuse (11) auf Block einsetzt, h) ein Ausgleichsmittel (18) wird in das Gehäuse zwischen die Hülse und das Gehäuse (11) eingesetzt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmittel (18) an Toleranzen der weiteren Bauteile anpassbar ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Bauteile bei der Herstellung vermessen und mit einer Markierung versehen werden, wobei das Maß in der Markierung hinterlegt ist, und dass das Ausgleichsmittel (18) bei der Montage aus einem Vorrat von Ausgleichselementen mit verschiedenen Maßen so ausgewählt wird, dass sich bei der Montage mit den weiteren Bauteilen ein vorbestimmtes Maß für die Einbautoleranz ergibt anpassbar ist.