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Die Erfindung betrifft ein Axiallager zur elastischen und/oder gefederten Lagerung einer Welle eines Lenkgetriebes, insbesondere in der Ausführung eines Schneckengetriebes für ein elektrisches Hilfskraft-Lenksystem in einem Kraftfahrzeug. Unter einem Axiallager ist ein Lager zu verstehen, das zur Aufnahme von Axiallasten geeignet ist bzw. ein möglichst geringes Axialspiel aufweist, vorzugsweise ein Vierpunktlager. Das Axiallager umfasst einen Außenring und einen Innenring mit dazwischen abwälzenden Walzkörpern, vorzugsweise Kugeln, wobei der Innenring zur Aufnahme der Welle ausgebildet ist. Das Axiallager weist außerdem eine Federplatte auf, die einen inneren Bereich und einen, zu diesem elastisch und/oder federnd verschwenkbaren äußeren Bereich umfasst, wobei der äußere Bereich mit einem Gehäuse des Lenkgetriebes verbindbar ist, sodass das Axiallager und das Gehäuse zueinander elastisch und/oder federnd verschwenkbar bzw. verkippbar anordenbar sind. Insbesondere sind das Axiallager und das Gehäuse koaxial zueinander anordenbar und angular zueinander verschwenkbar. Die Federplatte ist hierzu mit Ausnehmungen versehen bzw. mit Stegen ausgebildet, die elastisch biegbar sind und derart eine Torsion zwischen dem äußeren und dem inneren Bereich der Federplatte ermöglichen.
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Aus der
EP 1 767 797 B1 ist ein elektrisches Hilfskraft-Lenksystem, wie es in Kraftfahrzeugen Verwendung findet, bekannt. Hierin wird eine rotatorische Bewegung, die mittels eines elektrischen Antriebs aufgebracht wird über eine Kugelmutter und eine Gewindespindel eines Kugelgewindetriebs in eine translatorische Hilfskraft zur Lenkunterstützung umgesetzt. Die Kugelmutter, die hier als Welle fungiert, ist drehbeweglich über ein Wälzlager mit geringem Axialspiel innerhalb eines Gehäuses des Lenkgetriebes gelagert. Im Fahrbetrieb wirken jedoch nicht nur Axiallasten sondern auch, z. B. durch Lenkbewegungen des Fahrers hervorgerufene Radiallasten auf die Kugelmutter-Lagerung ein. Das resultierende Kippmoment kann zu einer Neigung des Wälzlagers gegenüber der Kugelwelle führen. Um eine solche Neigung zu verhindern wird vorgeschlagen, das Wälzlagers mittels einer Federplatte elastisch innerhalb des Gehäuses anzuordnen. Die Federplatte weist hierzu einen inneren, topfförmigen Aufnahmebereich für das Wälzlager auf und einen scheibenförmigen, äußeren Bereich der mit dem Gehäuse verbunden wird. Zur Fixierung des Wälzlagers mit der Federplatte ist dieses in den topfförmigen Aufnahmebereich eingesetzt und wird mittels eines gebördelten Axialanschlags arretiert. Der Aufnahmebereich und der äußere Bereich sind über elastisch biegbare Stege zueinander verschwenkbar verbunden.
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Insbesondere aus der
WO 2011/073089 A1 ist die Verwendung einer ähnlichen Federplatte zur Lagerung einer Welle eines Lenkgetriebes, das als Schraubradgetriebe bzw. Schneckengetriebe für ein elektrisches Hilfskraft-Lenksystem ausgebildet ist, bekannt. Bei einem solchen Schneckengetriebe wird die Schneckenwelle mittels zweier Wälzlager, einem Festlager und einem Loslager drehbeweglich innerhalb eines Gehäuses gelagert. Auf der Loslagerseite wirkt eine radial gerichtete Vorspannkraft auf die Schnecke, um diese konstant gegen das Schneckenrad zu drücken. Auf diese Weise kann ein Verschleiß des Schneckenrads, der sich im Laufe der Betriebsdauer einstellt ausgeglichen werden. Die radial gerichtete Vorspannkraft führt jedoch zu einer Verschwenkung bzw. Verkippung der Wellenachse gegenüber dem Gehäuse. Zum Ausgleich des Kipp- bzw. Schwenkwinkels ist die Schneckenwelle auf der Festlagerseite mittels eines Axiallagers gelagert, das wiederum von einer Halterung aufgenommen wird, die als Federplatte ausgebildet ist. Die Halterung umfasst einen äußeren Abschnitt zur Befestigung mit dem Getriebegehäuse sowie einen topfförmigen, inneren Abschnitt zur Aufnahme des Axiallagers.
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Nachteilig an den zuvor beschriebenen Ausführungen ist, dass das Wälzlager jeweils in einem Gehäuse der Federplatte aufgenommen wird, wodurch die Verbindung zwischen Federplatte und Wälzlager aufwändig gestaltet ist. Eine Arretierung des Wälzlagers erfolgt z. B. durch Umbördeln eines Gehäuseabschnitts oder durch Verklemmen des Lagers in einem 2-teiligen Gehäuse der Federplatte. Derlei Befestigungen bzw. Verbindungen mittels mehrerer Bauteile zwischen einem Wälzlager und einer Federplatte führen jedoch zu einer erhöhten Toleranzkette, wodurch eine präzise Ausrichtung des Wälzlagers bzw. das Einhalten vorgegebener Winkeltoleranzen nicht mehr gelingen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Axiallager zur elastischen Lagerung einer Welle eines Lenkgetriebes bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Axiallagers anzugeben.
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Die Erfindungsaufgabe wird durch ein Axiallager gemäß Anspruch 1 und hinsichtlich der Herstellung durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8. Eine erfindungsgemäße Verwendung ist in Anspruch 11 angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Axiallager der eingangs beschriebenen Art kennzeichnet sich dadurch, dass der Außenring des Axiallagers einen Flansch aufweist und eine Verbindung zwischen der Federplatte und dem Axiallager mittels des Flansches ausgebildet ist. Eine axial verlaufende Außenfläche des Außenrings und eine radial verlaufende Auflagefläche des Flansches sind hierbei in einem Winkel zueinander angeordnet. Der Flansch erstreckt sich also ausgehend von der Außenfläche bzw. der äußeren Mantelfläche des Außenrings in radialer Richtung, wobei der Außenring und der Innenring des Axiallagers koaxial bzw. parallel zueinander angeordnet sind und axial aus einer Flanschebene herausragen. Anders als im Stand der Technik ist nicht die Federplatte mit einem Mittel zur Aufnahme des Wälzlagers ausgebildet. Stattdessen weist das Wälzlager selbst ein Mittel bzw. einen Flansch zur Befestigung der Federplatte auf. Insbesondere kann die Federplatte daher auch als einfaches Federblech bspw. mit durchgehend konstanter Blechstärke ausgeführt sein.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Außenring des Axiallagers einstückig mit dem Flansch ausgeführt. Hierzu wird der Flansch insbesondere aus dem Außenring gedreht. Der Winkel zwischen der axial verlaufenen Außenfläche des Außenrings und der radial verlaufenden Auflagefläche des Flansches kann z. B. durch Schleifen nachbearbeitet werden, wodurch ein präziser Winkel von beispielsweise 90° mit einer sehr geringen Toleranz ausbildbar ist.
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Vorzugsweise ist die Federplatte innerhalb des ersten Winkels zwischen der Auflagefläche des Flansches und der Außenfläche des Außenrings angeordnet, wobei die Federplatte auf der Auflagefläche des Flansches aufliegt und von dem Außenring und dem Innenring des Axiallagers durchsetzt ist. Insbesondere entspricht ein Durchmesser einer inneren Ausnehmung der Federplatte dem äußeren Durchmesser des Außenrings. Indem die Federplatte auf der Auflagefläche des Flansches platziert wird bzw. passgenau von dem Außenring des Axiallagers durchsetzt wird stellt sich zwischen der Federplatte und dem Innenring und/oder dem Außenring des Axiallagers ein zweiter Winkel ein, dessen Wert und Toleranz dem ersten Winkel, der zwischen der Außenfläche des Außenrings und der Auflagefläche des Flansches angeordnet ist, entspricht. Nach einer vorteilhaften Ausbildung des Axiallagers ist ein zweiter Winkel zwischen der Federplatte und dem Innenring und/oder dem Außenring rechtwinklig ausgebildet und weist eine sehr geringe Toleranz auf.
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Vorteilhafterweise ist der Flansch mit der Federplatte vernietet bzw. ist der Flansch mittels Nieten mit der Federplatte verbunden. Der Flansch weist hierzu eine oder mehrere Durchgangsöffnungen auf, die entlang dessen Umfang angeordnet sind und den Flansch in axialer Richtung durchsetzen. Zur Vernietung mit der Federplatte weist diese eine oder mehrere komplementäre Öffnungen auf, sodass ein Niet sowohl eine Durchgangsöffnung des Flansches als auch eine Öffnung der Federplatte durchsetzt. Durch plastische Verformung des Niet entsteht so eine formschlüssige oder auch form- und kraftschlüssige, nicht lösbare Verbindung zwischen dem Flansch und der Federplatte. Mittels einer solchen Nietverbindung lassen sich der Flansch und die Federplatte spielfrei und nicht lösbar miteinander verbinden, wodurch Stöße oder Vibrationen, die beispielsweise durch Lenkbewegungen auf das Getriebe einwirken, weder zu einem Lösen des Niet noch zu einem Klappern der Bauteile führen können.
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Optional ist der Flansch mit der Federplatte verschraubt bzw. ist der Flansch mittels Schrauben mit der Federplatte verbunden. Der Flansch weist hierzu eine oder mehrere Gewindeöffnungen auf, die entlang dessen Umfang angeordnet sind und den Flansch in axialer Richtung durchsetzen. Zur Verschraubung mit der Federplatte weist diese eine oder mehrere komplementäre Öffnungen auf, sodass eine Schraube eine Öffnung der Federplatte durchsetzend angeordnet und mit einem Gewinde der Gewindeöffnung des Flansches verschraubt ist. In ebenfalls optionaler Ausführung ist auch eine Kombination aus Niet- und Schraubverbindungen denkbar. Die Anzahl der Durchgangs- und/oder Gewindeöffnungen innerhalb des Flansches bzw. die Anzahl der komplementären Öffnungen innerhalb der Federplatte wird nach den Belastungen, die auf die jeweilige Verbindung einwirken ausgerichtet und liegt z. B. zwischen eins und zehn, vorteilhafterweise zwischen zwei und acht Öffnungen. Zur gleichmäßigen Verteilung von Belastungen, die aufgrund der Schraub- und/oder Nietverbindungen auf die Auflagefläche des Flansches einwirken, kann eine ringförmige Unterlegscheibe zwischen der Auflagefläche und dem jeweiligen Befestigungsmittel platziert werden.
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In einer alternativen Ausführung der Erfindung sind eine oder mehrere Verbindungen zwischen dem Flansch und der Federplatte als Schraube-Mutter-Verbindung ausgeführt. Hierzu sind eine oder mehrere Schrauben die Durchgangsöffnungen bzw. die Gewindeöffnungen des Flansches sowie die komplementären Öffnungen der Federplatte durchsetzend angeordnet und jeweils mittels einer Mutter fixiert.
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Nach einer vorteilhaften Ausbildung beträgt eine axiale Breite des Flansches d. h., die Flanschstärke in axialer Richtung, mindestens 3 mm, vorzugsweise mindestens 4 mm. Der Flansch weist somit einerseits eine ausreichende Stabilität auf, um Biege- und/oder Torsionsbelastungen, die von der Federplatte auf den Flansch übertragen werden aufzunehmen, andererseits um eine dauerhafte Verbindung mit der Federplatte zu gewährleisten. Insbesondere richtet sich die Anzahl der Windungen, die innerhalb einer Gewindeöffnung ausgebildet sind nach der Länge der Durchgangsöffnung, also nach der axialen Breite des Flansches.
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Nach einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für ein Axiallager mit einer Federplatte wird der Außenring des Axiallagers mit einem Flansch ausgebildet und die Federplatte mit dem Flansch verbunden, wobei eine axial verlaufende Außenfläche des Außenrings und eine radial verlaufende Auflagefläche des Flansches mit einem ersten Winkel zueinander ausgebildet werden. Insbesondere wird der Außenring des Axiallagers mit einer zunächst höheren Wandstärke ausgeführt und der Flansch aus dem Außenring gedreht. Mittels einer anschließenden Schleifbearbeitung wird der erste Winkel rechtwinklig, mit einer sehr geringen Toleranz ausgebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Federplatte mit einem zweiten Winkel zu der axial verlaufenden Außenfläche des Außenrings und/oder des Innenrings ausgebildet, wobei der zweite Winkel (β) rechtwinklig ist und eine sehr geringe Toleranz aufweist. Insbesondere werden hierzu Winkelmaß und Toleranz des ersten Winkels auf den zweiten Winkel übertragen, indem die Federplatte auf die Auflagefläche des Flansches aufgelegt wird, sodass die axial verlaufende Außenfläche des Außenrings die Federplatte passgenau durchsetzt.
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Vorzugsweise wird der Flansch zur Verbindung mit der Federplatte mit Durchgangs- und/oder Gewindeöffnungen versehen und mit der Federplatte vernietet und/oder verschraubt. Die Federplatte wird hierzu vorzugsweise mit komplementären Öffnungen ausgestaltet.
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Eine erfindungsgemäße Verwendung sieht vor, einen Flansch zur Verbindung eines Axiallagers mit einer Federplatte einzusetzen. Die Federplatte weist einen inneren Bereich und einen zu diesem elastisch und/oder federnd verschwenkbaren äußeren Bereich auf. Das Axiallager, vorzugsweise ein Vierpunktkugellager umfasst einen Außenring und einen Innenring mit dazwischen abwälzenden Wälzkörpern, vorzugsweise Kugeln. Der Flansch wird einstückig am Außenring des Axiallagers ausgebildet und mit der Federplatte, insbesondere dem inneren Bereich der Federplatte verschraubt und/oder vernietet.
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Das erfindungsgemäße Axiallager mit Federplatte eignet sich zur Lagerung der drehbeweglichen Komponente verschiedener Getriebearten elektrischer Hilfskraft-Lenksysteme, wobei eine rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung umgesetzt wird, wie beispielsweise bei einem Kugelgewindetrieb, einem Schneckengetriebe, einem Schraubradgetriebe oder ähnlichen Bauformen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmals(unter) kombinationen, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung und den Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1a, b ein Ausführungsbeispiel eines Axiallagers als Vierpunktflanschlager mit sechs Durchgangsöffnungen in einer frontalen Ansicht sowie einer seitlichen Schnittdarstellung,
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2a, b eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Axiallagers als Vierpunktflanschlager mit einer Federplatte in einer seitlichen sowie einer frontalen Ansicht,
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3a, b eine schematische Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels aus 2a, b in einer seitlichen sowie einer frontalen Ansicht.
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1a stellt ein Ausführungsbeispiel eines Axiallagers 1 als Flanschlager mit Vierpunkt-Geometrie in einem seitlichen Schnitt dar. Das Axiallager 1 umfasst einen Innenring 3, dessen Innendurchmesser DI zur Aufnahme einer Welle eines Lenkgetriebes ausgebildet ist. Der Innenring 3 bildet gemeinsam mit einem Außenring 5 einen Kugelkanal in dem Kugeln 7 angeordnet sind. Die Kugeln 7 weisen mit dem Innenring 3 bzw. dem Außenring 5 jeweils zwei festgelegte Berührungspunkte 701 auf, sodass sich jede der Kugeln 7 an bis zu vier Berührungspunkten 701 innerhalb des Kugelkanals abstützt, wodurch das Axialspiel des Lagers minimiert ist. Der Innenring 3 und der Außenring 5 weisen jeweils eine axiale Breite BR auf. Der Außenring 5 umfasst eine äußere Mantelfläche bzw. eine axiale Außenfläche 501 mit einem Durchmesser DA. Ein Flansch 9 ist einstückig mit der Außenfläche 501 des Außenrings 5 ausgebildet, wobei eine axiale Breite BF des Flansches 9 geringer ist als die axiale Breite BR des Außenrings 5. Vorzugsweise weist der Flansch 9 eine axiale Breite BF von 4 mm auf und überragt den Außenring 5 in radialer Richtung um in etwa jeweils 5 mm bis 6 mm. Ein Winkel α zwischen einer radialen Auflagefläche 901 des Flansches 9 und der Außenfläche 501 des Außenrings 5 ist rechtwinklig, mit einer sehr geringen Toleranz, insbesondere durch Schleifen ausgebildet. Der Flansch 9 ist mit axialen Durchgangsöffnungen 902 durchsetzt.
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1b zeigt das Axiallager 1 in einer frontalen Ansicht. Der Flansch 9 weist einen Durchmesser DF auf, der in etwa 10 mm bis 12 mm größer ist, als der Durchmesser DA der Außenfläche 501 des Außenrings 5, sodass ein Ringabschnitt 903 mit einer Breite von 5 mm bis 6 mm ausgebildet ist, der von bspw. sechs Durchgangsöffnungen 902 mit jeweils einem Durchmesser DD durchsetzt ist. Die Durchgangsöffnungen 902 sind beispielsweise entlang einer Umfangslinie 904 innerhalb des Ringabschnitts 903 des Flansches 9 angeordnet, wobei der Winkelabstand jeweils 60° beträgt.
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2a zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Axiallagers 1 als Vierpunktflanschlager mit einer Federplatte 11 in einer frontalen Ansicht. Zwischen dem Außenring 5 und dem Innenring 3 sind mehrere Kugeln 7 in einem Kugelkäfig angeordnet. Die Federplatte 11 umfasst einen äußeren Bereich 111 zur Verbindung mit einem Gehäuse eines Lenkgetriebes sowie einen inneren Bereich 112 der mit dem Flansch 9 des Axiallagers 1 verbunden ist. Die Federplatte 111 ist lediglich schematisch dargestellt und kann zur verbesserten Federung bzw. Verschwenkbarkeit des äußeren Bereichs 111 gegenüber dem inneren Bereich 112 beispielsweise mit dazwischen liegenden Ausnehmungen ausgebildet sein. Anstelle einer Kreis- und/oder Ringform kann der äußere Bereich 111 auch mit beispielsweise zwei Laschen zur Verbindung mit einem Gehäuse eines Lenkgetriebes ausgebildet sein. Der Flansch 9 ist einstückig mit dem Außenring 5 verbunden und mittels zweier Niete 13, die die Durchgangsöffnungen 902 durchsetzen, mit der Federplatte 11 verbunden. Die Federplatte 11 weist hierzu komplementäre Öffnungen 113 auf, die entlang eines Umfangs des inneren Bereichs 112 angeordnet sind.
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In 2b ist das Axiallager 1 aus 2a in einer schematischen, seitlichen Darstellung gezeigt. Zu erkennen ist, dass die Federplatte 11 ebenbündig auf der radialen Auflagefläche 901 des Flansches 9 aufliegt. Zwischen der Außenfläche 501 des Außenrings 5 und der Federplatte 11 ist ein Winkel β rechtwinklig ausgebildet. Der Außenring 5 sowie der Innenring 3 sind koaxial mit zueinander parallel verlaufenden Mantelflächen angeordnet, sodass auch ein Winkel zwischen der Federplatte 11 und dem Innenring 3 rechtwinklig mit einer sehr geringen Toleranz ausgebildet ist. Die Federplatte 11 ist hierzu mit einer kreisrunden Ausnehmung 114 versehen, die passgenau von dem Außenring 5 durchsetzt ist bzw. passgenau an der Außenfläche 501 des Außenrings 5 anliegt.
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In 3a bzw. 3b ist jeweils ein Schnitt des Axiallagers 1 aus 2a in einer frontalen bzw. seitlichen Ansicht schematisch dargestellt. Aus 3b geht hervor, dass der innere Bereich 112 der Federplatte 11 auf der radialen Auflagefläche 901 des Flansches 9 aufliegt und mittels Nieten 13 mit diesem fixiert ist. Die Nieten 13 sind mittels plastischer Umformung derart ausgebildet, dass eine formschlüssige Verbindung des inneren Bereichs 112 der Federplatte 11 mit dem Flansch 9 ausgebildet ist. Auf diese Weise wird die Federplatte 11 passgenau innerhalb des Winkels α platziert und bildet selbst mit der Außenfläche 501 des Außenrings 5 einen Winkel β, dessen Winkelmaß und Toleranz dem des Winkels α entspricht und vorzugsweise rechtwinklig mit einer sehr geringen Toleranz ausgebildet ist. Die Nietverbindung kann auf unterschiedliche Weise, mittels der bekannten Niete wie Halb- oder Vollniete, Hohlniete, Blindniete usw. ausgeführt sein. In der Zeichnung ist beispielhaft ein Vollniet, der zur Aufnahme besonders hoher Belastungen geeignet ist, dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Axiallager
- 3
- Innenring
- 5
- Außenring
- 501
- axiale Außenfläche
- 7
- Kugel
- 701
- Berührungspunkt
- 9
- Flansch
- 901
- radiale Auflagefläche
- 902
- axiale Durchgangsöffnung
- 903
- Ringabschnitt
- 904
- Umfangslinie
- 11
- Federplatte
- 111
- äußerer Bereich
- 112
- innerer Bereich
- 113
- Öffnungen
- 114
- Ausnehmung
- 13
- Niet
- BR
- axiale Außen- bzw. Innenringbreite
- BF
- axiale Flanschbreite
- DA
- Durchmesser der Außenfläche
- DI
- Innendurchmesser des Innenrings
- DD
- Durchmesser der Durchgangsöffnung
- DF
- Durchmesser des Flansches
- α
- erster Winkel
- β
- zweiter Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1767797 B1 [0002]
- WO 2011/073089 A1 [0003]
