DE102014200479A1

DE102014200479A1 - Lenkgetriebe

Info

Publication number: DE102014200479A1
Application number: DE102014200479.9A
Authority: DE
Inventors: Herbert Erhardt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2015-07-16
Also published as: WO2015106743A1

Abstract

Lenkgetriebe (1), insbesondere für eine elektrische Servolenkung, mit wenigstens einer an zwei Lagerstellen (3, 4) gelagerten Welle (2), wobei die Welle (2) an den Lagerstellen (3, 4) mittels spanlos hergestellten Schrägkugellagern (6, 7, 13, 20, 27, 33) gelagert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe, insbesondere für eine elektrische Servolenkung, mit wenigstens einer an zwei Lagerstellen gelagerten Welle.
Hintergrund der Erfindung
In herkömmlichen Lenkgetrieben wird zur radialen und axialen Abstützung einer Welle auf einer Seite ein Festlager und auf der anderen Seite ein Loslager verwendet. Das Festlager kann als Kugellager ausgebildet sein, das Loslager kann als Nadellager ausgebildet sein. In Abhängigkeit von der Bauform müssen diese Lager sowohl radiale als auch hohe axiale Kräfte und hohe Momente übertragen. Damit diese hohen Axialkräfte und Kippmomente aufgenommen werden können, werden häufig Kugellager mit Vierpunktkontakt gewählt. In der Praxis erfolgt die Lagerung der Wellen von Lenkgetrieben durch Nadelhülsen, Nadelkränze und Kugellager. Aufgrund der Verkippung erfahren die Nadellager hohe Kantenlasten an den Wälzkörpern, was zu erhöhtem Verschleiß der Laufbahnen führt. Andererseits ist es bei Kugellagern erforderlich, das Axialspiel gering zu halten, um die Entstehung unerwünschter Geräusche zu verhindern. Durch die hohen Axialkräfte und Kippmomente erfahren die Lager sehr hohe Belastungen am Schulterbereich der Laufbahnen. Eine Erhöhung der Schultern ist aus Montagegründen jedoch nur eingeschränkt möglich. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass die Wälzkörper, insbesondere Kugeln, durch die Verkippung gezwungen werden, in den Laufbahnen an unterschiedlichen Positionen am Umfang zu rollen. Da die einzelnen Wälzkörper, insbesondere Kugeln, unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten aufweisen, steigt das Reibmoment.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenkgetriebe anzugeben, dessen Lagerstelle trotz hoher Axiallasten und Verkippungen einen einwandfreien Ablauf der Wälzkörper ermöglicht und das kostengünstig herstellbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Lenkgetriebe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Welle an den Lagerstellen mittels spanlos hergestellten Schrägkugellagern gelagert ist.
Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass spanlos hergestellte Schrägkugellager sich besonders gut für den beschriebenen Einsatzzweck eignen, da sie besonders hohe Axiallasten aufnehmen können. Zudem weisen die erfindungsgemäß vorgesehenen Schrägkugellager den Vorteil auf, dass der Toleranzbereich erweitert werden kann, wodurch eine kostengünstige Herstellung der Welle und des Gehäuses und somit des gesamten Lenkgetriebes möglich ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Lenkgetriebe wird es bevorzugt, dass die Schrägkugellager so angeordnet sind, dass der Anlaufwinkel der Kugeln 40° bis 50° beträgt, vorzugsweise näherungsweise 45°. Dieser vergleichsweise große Anlaufwinkel ermöglicht die Aufnahme höherer Axiallasten im Vergleich zu den bei herkömmlichen Lenkgetrieben verwendeten Lagern.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes sieht vor, dass die Schrägkugellager in O-Anordnung angeordnet sind. Auf diese Weise stützen sich Innenringe des Schrägkugellagers an der Welle und Außenringe des Schrägkugellagers an dem Gehäuse des Lenkgetriebes ab.
Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, die beiden Schrägkugellager mittels einer Mutter axial zu positionieren, wobei die Innenringe wie bereits erwähnt an der Welle und die Außenringe an dem Gehäuse abgestützt sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Lenkgetriebe ist es auch denkbar, dass die Welle und/oder die Mutter eine Konus- oder Radiusfläche aufweist bzw. aufweisen. Die Konus- oder Radiusfläche bewirkt eine automatische Zentrierung des Schrägkugellagers bei der Montage.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass ein Schrägkugellager eine durch einen Käfig verbundene Baueinheit bildet. Dementsprechend werden Innenring, Wälzkörper und Außenring des Schrägkugellagers durch den Käfig verbunden, der eine Trennung oder Demontage der Komponenten des Schrägkugellagers verhindert.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes sieht vor, dass ein Schrägkugellager eine über Laufbahnen verbundene Baueinheit bildet. Bei dieser Ausgestaltung sind die Laufbahnen des Innenrings und/oder des Außenrings so ausgebildet, dass das Schrägkugellager im montierten Zustand eine Baueinheit bildet, die nicht ohne weiteres demontiert werden kann. Der Zusammenhalt wird somit durch die Ausgestaltung der Laufbahnen bewirkt.
In ähnlicher Weise kann es bei dem erfindungsgemäßen Lenkgetriebe vorgesehen sein, dass ein Schrägkugellager ein separates Halteelement aufweist, durch das ein Zusammenhalt gewährleistet wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Lenkgetriebe ist es auch denkbar, dass die Elastizität der spanlos hergestellten Laufbahnen des Schrägkugellagers so gewählt ist, dass das Schrägkugellager spielfrei vorgespannt ist.
Um eine hohe Laufgenauigkeit zu erzielen, können die Laufbahnen des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes nach dem Umformen durch Rollieren und/oder Honen nachbehandelt sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Detail eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes in einer geschnittenen Ansicht;
2 ein Detail einer Lagerung eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
3 ein Detail einer Lagerung eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
4 ein Detail einer Lagerung eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und
5 ein Detail einer Lagerung eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein Detail eines Lenkgetriebes 1 mit einer Welle 2, die an zwei Lagerstellen 3, 4 gegenüber einem Gehäuse 5 des Lenkgetriebes 1 gelagert ist.
Die Welle 2 ist an den Lagerstellen 3, 4 mittels spanlos hergestellter Schrägkugellager 6, 7 gelagert. Jedes Schrägkugellager 6, 7 umfasst einen Außenring 8, einen Innenring 9 und dazwischen aufgenommene, als Kugeln ausgebildete Wälzkörper 10.
Bei dem in 1 gezeigten Lenkgetriebe 1 treten hohe Axialkräfte sowie hohe Belastungen im Schulterbereich der Laufbahnen von Außenring 8 und Innenring 9 der Schrägkugellager 6, 7 auf. Diese hohen Lasten können von den Schrägkugellagern 6, 7 aufgenommen werden, da der Anlaufwinkel der Wälzkörper 10 auf ca. 45° erhöht ist.
In 1 erkennt man, dass die Schrägkugellager 6, 7 in O-Anordnung angeordnet sind, so dass die Außenringe 8 an dem Gehäuse 5 und die Innenringe 9 an der Welle 2 abgestützt sind.
Im Gegensatz zur Verwendung massiver Schrägkugellager zeichnen sich spanlos hergestellte Schrägkugellager durch geringere Herstellungskosten aus. Dementsprechend kann das in 1 gezeigte Lenkgetriebe kostengünstig hergestellt werden.
An dem Innenring des Schrägkugellagers 4 liegt eine Mutter 11 an, die eine Konus- oder Radiusfläche 12 aufweist, die an einer schrägen Gegenfläche des Innenrings des Schrägkugellagers 7 anliegt.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, wobei lediglich das Schrägkugellager 13 in einem vergrößerten Maßstab dargestellt ist. Das Schrägkugellager 13 umfasst einen Außenring 14, der an dem Gehäuse (nicht gezeigt) des Lenkgetriebes abgestützt ist, sowie einen Innenring 15, der an der Welle des Lenkgetriebes anliegt und dazwischen angeordnete, als Kugeln ausgebildete Wälzkörper.
In 2 ist dargestellt, dass die Kugeln 16 in einem Käfig 17 gehaltert sind, der so ausgebildet ist, dass er eine einfache Zerlegung des Schrägkugellagers 13 verhindert. Dazu weist der Käfig 17 einen ersten umlaufenden Vorsprung 18 auf, der radial über das Ende des Außenrings 14 hinaussteht. Bei anderen Ausführungen kann anstelle eines umlaufenden Vorsprungs auch ein segmentierter Vorsprung vorgesehen sein. An der entgegengesetzten Seite weist der Käfig 17 einen radial nach innen gerichteten segmentierten oder umlaufenden Vorsprung 19 auf, der über das Ende des Innenrings 15 hinaussteht. Die Formgebung des Käfigs 17 mit den beiden Vorsprüngen 18, 19 verhindert eine Zerlegung des Schrägkugellagers 13. Das Schrägkugellager 13 bildet somit eine einteilige Baueinheit, wodurch die Montage erleichtert wird.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei lediglich das Schrägkugellager 20 in einem vergrößerten Maßstab dargestellt ist. Zwischen einem Außenring 21 und einem Innenring 22 sind Kugeln 23 angeordnet. Die Kugeln 23 sind in einem Käfig 24 gehaltert. Die spezielle Form der Laufbahnen 25, 26, die die Kugeln 23 in Umfangsrichtung teilweise umgeben, verbindet Außenring 21 und Innenring 22 miteinander, so dass eine einstückige Baueinheit gebildet wird. Dementsprechend kann das Schrägkugellager 20 besonders leicht montiert werden.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei lediglich das Schrägkugellager 27, das für ein Lenkgetriebe vorgesehen ist, in einem vergrößerten Maßstab dargestellt ist. Neben einem Außenring 28, einem Innenring 29 und Kugeln 30 ist ein separates Halteelement 31 vorgesehen, das außenseitig an dem Innenring 29 anliegt. Das Halteelement 31 weist einen nach außen weisenden segmentierten oder umlaufenden Rand 32 auf, wodurch eine einfache Zerlegung oder Demontage des Schrägkugellagers 27 verhindert wird. Das Halteelement 31 ist ringförmig ausgebildet und auf die Welle des Lenkgetriebes aufgeschoben. Alternativ sind auch Ausführungen möglich, bei denen das Halteelement den Außenring außenseitig umgibt. Das Halteelement ist aus Stahl oder alternativ aus einem nichtmetallischen Werkstoff hergestellt.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schrägkugellagers 33 für ein Lenkgetriebe, umfassend einen Außenring 34, einen Innenring 35 und dazwischen angeordnete Kugeln 36.
Der Innenring 35 weist durch Umformen hergestellte „Krallen“ 37 auf. Eine scharfe Kante der Krallen 37 liegt an einem benachbarten Bauteil, beispielsweise an der Welle des Lenkgetriebes, an. Die Krallen 37 bewirken eine Selbsthalterung des Innenrings 35 auf der Welle, so dass keine weiteren Sicherungsmittel in axialer Richtung erforderlich sind. Daneben umfasst der Innenring 35 einen umlaufenden oder segmentierten Vorsprung 38, der über das Ende des Innenrings 35 hinaussteht. Der Vorsprung 38 verhindert eine Zerlegung des Schrägkugellagers 33.
Die in den 1 bis 5 gezeigten Lagerstellen umfassen jeweils spanlos hergestellte Schrägkugellager. Optional sind die Schrägkugellager nach dem Umformen durch Rollieren und/oder Honen nachbehandelt.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen Möglichkeiten auf, eine Welle eines Lenkgetriebes, insbesondere für eine elektrische Servolenkung, kostengünstig mittels spanlos hergestellter Schrägkugellager zu lagern.
Bezugszeichenliste

1: Lenkgetriebe
2: Welle
3: Lagerstelle
4: Lagerstelle
5: Gehäuse
6: Schrägkugellager
7: Schrägkugellager
8: Außenring
9: Innenring
10: Wälzkörper
11: Mutter
12: Konus- oder Radiusfläche
13: Schrägkugellager
14: Außenring
15: Innenring
16: Kugel
17: Käfig
18: Vorsprung
19: Vorsprung
20: Schrägkugellager
21: Außenring
22: Innenring
23: Kugel
24: Käfig
25: Laufbahn
26: Laufbahn
27: Schrägkugellager
28: Außenring
29: Innenring
30: Kugel
31: Halteelement
32: Rand
33: Schrägkugellager
34: Außenring
35: Innenring
36: Kugel
37: Kralle
38: Vorsprung
39: Bauteil

Claims

Lenkgetriebe (1), insbesondere für eine elektrische Servolenkung, mit wenigstens einer an zwei Lagerstellen (3, 4) gelagerten Welle (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) an den Lagerstellen (3, 4) mittels spanlos hergestellten Schrägkugellagern (6, 7, 13, 20, 27, 33) gelagert ist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägkugellager (6, 7, 13, 20, 27, 33) so angeordnet sind, dass der Anlaufwinkel der Kugeln (16, 23, 30, 36) 40° bis 50° beträgt, vorzugsweise 45°.
Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägkugellager (6, 7, 13, 20, 27, 33) in O-Anordnung angeordnet sind.
Lenkgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schrägkugellager (6, 7, 13, 20, 27, 33) mittels einer Mutter (11) axial positioniert sind, wobei die Innenringe (9, 15, 22, 29, 35) der Schrägkugellager (6, 7, 13, 20, 27, 33) an der Welle (2) und die Außenringe (8, 14, 21, 28, 34) an einem Gehäuse (5) des Lenkgetriebes (1) abgestützt sind.
Lenkgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) und/oder die Mutter (11) eine Konus- oder Radiusfläche (12) aufweist bzw. aufweisen.
Lenkgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schrägkugellager (13) eine durch einen Käfig (17) verbundene Baueinheit bildet.
Lenkgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schrägkugellager (20) eine über Laufbahnen (25, 26) verbundene Baueinheit bildet.
Lenkgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schrägkugellager (27, 33) mittels eines separaten Halteelements (31) oder mittels eines umgeformten Innenrings (35), der einen Vorsprung (38) aufweist, verbunden ist.
Lenkgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastizität spanlos hergestellter Laufbahnen (25, 26) des Schrägkugellagers (6, 7, 13, 20, 27, 33) so gewählt ist, dass das Schrägkugellager (6, 7, 13, 20, 27, 33) spielfrei vorgespannt ist.
Lenkgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnen (25, 26) nach einem Umformvorgang durch Rollieren oder Honen nachbehandelt sind.