-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Spielausgleichselement für ein Wälzlager, das zur axialen und radialen Lagerung einer Welle in einem Gehäuse eines Lenkgetriebes dient.
-
Stand der Technik
-
In der
EP 2 576 320 B1 wird ein Kugelumlaufgetriebe für die Lenkung eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Das Kugelumlaufgetriebe umfasst eine Gewindespindel und eine auf der Gewindespindel aufsitzende Mutter, die in einem Wälzlager im Gehäuse aufgenommen ist. Der Außenring des Wälzlagers weist an seinen gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils ein Federelement und ein Anschlagselement auf, über das eine axiale Abstützung am Gehäuse erfolgt. Die Federelemente dämpfen stoßartige Belastungen in axialer Richtung.
-
Die
DE 10 2006 012 598 B4 beschreibt ein Wälzlager zur axialen und radialen Lagerung einer Welle in einem Lenkgetriebe, wobei das Wälzlager axial über Elastomerringe gegenüber dem aufnehmenden Lenkgetriebegehäuse abgestützt ist. Einen vergleichbaren Gegenstand zeigt auch die
EP 2 049 383 B1 .
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Spielausgleichselement dient zur Abstützung eines Wälzlagers, das eine axiale und radiale Lagerung einer Welle in einem Gehäuse eines Lenkgetriebes ermöglicht. Die axiale Abstützung des Wälzlagers erfolgt über das Spielausgleichselement, das einen Spielausgleich in Achsrichtung - bezogen auf die Längsachse der zu lagernden Welle - zwischen dem Wälzlager und dem aufnehmenden Gehäuse des Lenkgetriebes erlaubt. Das Wälzlager sitzt auf der Welle des Lenkgetriebes auf, wobei ein Wälzlager-Außenring sich an dem Spielausgleichselement axial abstützt. Das Spielausgleichselement reduziert das axiale Spiel in signifikanter Weise, in bevorzugter Ausführung wird das Axialspiel durch das Spielausgleichselement eliminiert. Dies hat den Vorteil, dass die Geräuschbelastung durch Anschlagen des Wälzlagers an seiner Abstützung, insbesondere beim Überfahren einer schlechten Wegstrecke oder bei einem Lenkrichtungswechsel, reduziert oder ggf. völlig vermieden wird.
-
Das Spielausgleichselement bildet eine axiale Einstelleinheit zur Spieleliminierung oder -reduzierung. Das Spielausgleichselement umfasst zwei parallele Stützringe, die vorzugsweise konzentrisch angeordnet sind und insbesondere den gleichen Außendurchmesser, ggf. auch den gleichen Innendurchmesser aufweisen. Die beiden Stützringe des Spielausgleichselements liegen mit den einander zugewandten Stirnseiten axial aneinander an. Die Außenseiten der Stützringe bilden die nach außen gerichteten axialen Abstützflächen zur Abstützung des Wälzlagers und zur Abstützung gegenüber einem Gehäusebauteil des Lenkgetriebes.
-
Die Stützringe sind in der Weise ausgebildet, dass der Achsabstand zwischen den Außenseiten der Stützringe durch eine Relativverdrehung der Stützringe um die Stützringlängsachse zueinander einstellbar ist. Der Achsabstand ist somit kinematisch mit der Relativwinkellage zwischen den Stützringen gekoppelt und kann durch eine Änderung der Relativwinkellage zwischen den Stützringen eingestellt werden. Dies ermöglicht es auf einfache Weise, durch Änderung der Relativwinkellage zwischen den Stützringen den Achsabstand zwischen den Außenseiten der Stützringe einzustellen und damit in gewünschter Weise das axiale Spiel zwischen dem Wälzlager und dem Spielausgleichselement bzw. zwischen dem Spielausgleichselement und dem Gehäuse des Lenkgetriebes einzustellen.
-
Die kinematische Verbindung zwischen der Relativverdrehung der Stützringe zueinander und dem Achsabschnitt zwischen den Außenseiten der Stützringe erfolgt, gemäß bevorzugter Ausführung, über mindestens eine Stützfläche an jedem Stützring, die gegenüber einer Mittelebene, welche parallel zu den Ebenen der Stützringe liegt, unter einem Winkel geneigt ist, der größer als 0° ist. Die Stützringe liegen mit ihren jeweiligen Stützflächen aneinander, wobei aufgrund der winkligen Ausrichtung der Stützflächen eine Relativverdrehung mit einer Änderung des Achsabstandes einhergeht. Die Stützfläche an jedem Stützring erstreckt sich in Umfangsrichtung. Der Winkel, unter dem die Stützfläche gegenüber der Mittelebene geneigt ist, liegt vorzugsweise bei maximal 7°. Je kleiner der Winkel der Stützfläche ist, umso geringer ist bei einer Relativverdrehung zwischen den Stützringen auch die Änderung des Achsabstandes zwischen den Außenseiten der Stützringe.
-
Der Winkel von maximal 7° ermöglicht eine Selbsthemmung, bei der bei einer axialen Belastung von außen nach innen der axiale Außenabstand der Stützringe gleich bleibt. Die Selbsthemmung verhindert demnach ein axiales Zusammendrücken und eine Verringerung des axialen Abstandes zwischen den Stützringen.
-
Es kann aber gegebenenfalls zweckmäßig sein, die Stützflächen mit einem größeren Winkel gegenüber der Mittelebene anzuordnen, beispielsweise in der Größenordnung zwischen 20° und 30°, so dass bereits verhältnismäßig kleine Winkeländerungen zwischen den Stützringen zu größeren axialen Abstandsänderungen zwischen den Außenseiten der Stützringe führen. Da bei diesen größeren Winkelbereich keine Selbsthemmung gegeben ist, erfolgt vorteilhafterweise eine Abstützung zwischen den Stützringen über ein verhältnismäßig groß dimensioniertes Federelement und/oder über eine Verzahnung oder über Formschlusselemente zwischen den Stützringen.
-
Vorteilhafterweise sind über den Umfang verteilt an jedem Stützring mehrere Stützflächen angeordnet, die sich jeweils über den gleichen Winkelabschnitt erstrecken und die gleiche Steigung aufweisen. Die Stützflächen innerhalb eines Stützrings sind zueinander gleichartig ausgebildet. Die Stützflächen an den gegenüberliegenden Stützringen sind vorzugsweise gegenüber der Mittelebene spiegelsymmetrisch ausgebildet. Dies ermöglicht es, die Stützringe zwischen einer minimalen Abstandsposition und einer maximalen Abstandsposition zu verdrehen.
-
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist zwischen den Stützringen mindestens ein Federelement angeordnet, das die Stützringe in eine Relativposition mit maximalem Achsabstand zueinander beaufschlagt. Diese Ausführung ermöglicht es, dass das Axialspiel im Übertragungsweg zwischen dem Wälzlager und dem Gehäuse des Lenkgetriebes selbsttätig von dem Spielausgleichselement reduziert bzw. eliminiert wird. Über den Umfang verteilt können mehrere Federelemente angeordnet sein. Das oder die Federelemente beaufschlagen vorteilhafterweise die Stützringe in Drehrichtung, wobei es im Prinzip auch möglich ist, dass die Stützringe axial von dem oder den Federelementen oder winklig zwischen Axial- und Radialrichtung beaufschlagt werden. Das oder die Federelemente sind insbesondere in der Weise angeordnet, dass die beiden Stützringe in ihre Relativposition mit maximalem Achsabstand zueinander beaufschlagt sind. Dies erlaubt es, das Spiel des Wälzlagers ohne weiteren Eingriff selbsttätig von dem Spielausgleichselement kompensieren zu lassen.
-
Das oder die Federelemente können insbesondere radial versetzt zu der oder den Stützflächen an den Stützringen angeordnet sein. Es ist beispielsweise möglich, radial nach außen oder radial nach innen versetzt zu der oder den Stützflächen eine Aufnahmevertiefung oder mehrere derartige Aufnahmevertiefungen zur Aufnahme eines bzw. mehrerer Federelemente vorzusehen. Als Federelement kommt beispielsweise eine Spiralfeder in Betracht, die bevorzugt in Druckrichtung beaufschlagt ist und sich in Umfangsrichtung erstreckt. Die gegenüberliegenden stirnseitigen Enden jedes Federelementes stützen sich an Absätzen der beiden Stützringe ab.
-
Vorteilhafterweise sind die beiden Stützringe bezogen auf die Mittelebene spiegelsymmetrisch im Hinblick auf die Stützflächen, auf die Federelemente sowie die Aufnahmevertiefungen zur Aufnahme der Federelemente sowie der Absätze zur Abstützung der Federelemente ausgebildet.
-
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist an einem Stützring mindestens ein axial verstellbarer Montagenocken angeordnet, dem eine Montageausnehmung im anderen Stützring zugeordnet ist. Ohne äußere Krafteinwirkung ragt der Montagenocken in die Montageausnehmung hinein und verhindert eine Relativverdrehung der Stützringe zueinander. In dieser Position mit zueinander fixierten Stützringen, insbesondere mit minimalem Achsabstand, kann das Spielausgleichselement in das Gehäuse des Lenkgetriebes eingesetzt werden. Nach dem Einsetzen in das Gehäuse des Lenkgetriebes kann die Verriegelung gelöst werden, indem der Montagenocken axial aus der Montageausnehmung herausgedrückt wird. Daraufhin können die Stützringe ihre Drehlage zueinander verändern, wobei die Relativverdrehung mit einer Änderung des Achsabstandes, insbesondere mit einer Abstandsvergrößerung zwischen den Außenseiten der Stützringe einhergeht.
-
Der Montagenocken kann an einer umlaufenden, ringförmigen Halteleiste angeordnet sein, die mit einem Stützring verbunden ist. Die Halteleiste befindet sich beispielsweise radial zwischen den Stützflächen und den Aufnahmevertiefungen zur Aufnahme der Federelemente.
-
Der Montagenocken kann mit einem Betätigungsschwert verbunden sein, das insbesondere auch mit der umlaufenden Halteleiste verbunden ist und in die Montageausnehmung hineinragt oder gegebenenfalls durch die Montageausnehmung hindurchragt. Wirkt eine äußere Kraft auf das Betätigungsschwert oder auf den gegenüberliegenden Stützring, so gelangt der Montagenocken in Außereingriff mit der Montageausnehmung und können die Stützringe vorzugsweise selbsttätig zum Spielausgleich ihren axialen Abstand zueinander vergrößern.
-
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung befinden sich an den Stützringen ineinandergreifende Halteelemente, die die Stützringe aneinander sichern. An jedem Stützring befindet sich mindestens ein Halteelement, wobei ggf. über den Umfang verteilt mehrere Halteelemente angeordnet sind, denen korrespondierende Halteelemente am anderen Stützring zugeordnet sind. Die Halteelemente sichern die Stützringe axial aneinander, sie erlauben aber zugleich sowohl die Relativverdrehung als auch die Änderung des Achsabstandes zwischen den Stützringen. Die Halteelemente können ggf. nach Art eines Bajonettverschlusses ausgebildet sein, wobei der Bajonettverschluss die gleiche Relativverdrehung sowie die mit der Relativverdrehung bewirkte axiale Abstandsänderung sowie die Stützflächen zwischen den Stützringen ermöglichen.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Spielausgleichselement-Wälzlager-Baueinheit, die ein Wälzlager und ein vorbeschriebenes Spielausgleichselement umfasst. Gegebenenfalls ist das Spielausgleichselement mit dem Außenring des Wälzlagers verbunden.
-
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Lenkgetriebeeinheit für ein Fahrzeug mit einem Wälzlager und einem vorbeschriebenen Spielausgleichselement.
-
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug mit elektromotorischer Lenkunterstützung,
- 2 einen Schnitt durch ein Lenkgetriebe des Lenksystems, mit einer in Wälzlagern aufgenommenen Welle, wobei ein Wälzlager über ein Spielausgleichselement am Gehäuse des Lenkgetriebes abgestützt ist,
- 3 eine perspektivische Ansicht des Spielausgleichselementes mit zwei aufeinanderliegenden Stützringen,
- 4 eine perspektivische Ansicht eines Stützrings,
- 5 eine weitere perspektivische Ansicht eines Stützrings,
- 6 eine Seitenansicht des Spielausgleichselementes mit den beiden Stützringen in axial angenäherter Position,
- 7 eine weitere Seitenansicht des Spielausgleichselementes mit den beiden Stützringen in verdrehter und axial beabstandeter Position.
-
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt ein Lenksystem 1 in einem Fahrzeug mit einem Lenkrad 2, einer Lenkwelle 3 und einem Lenkgehäuse 4 mit einem darin aufgenommenen Lenkgetriebe und einem Lenkgestänge 5, über das die Lenkbewegung des Fahrers auf die lenkbaren Räder des Fahrzeugs übertragen wird. Der Fahrer gibt über das Lenkrad 2, das drehfest auf der Lenkwelle 3 aufsitzt, den Lenkwinkel δL vor, der im Lenkgetriebe, welches im Lenkgehäuse 4 angeordnet ist, in eine Stellbewegung einer Zahnstange des Lenkgestänges 5 übertragen wird. Daraufhin stellt sich an den lenkbaren Rädern 6 der Radlenkwinkel δV ein.
-
Über einen elektrischen Servomotor 7 kann zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten Hand- bzw. Lenkmomentes ein Servomoment in das Lenkgetriebe im Lenkgehäuse 4 eingespeist werden.
-
In 2 ist ein Schnitt durch das Lenkgehäuse 4 mit einer darin aufgenommenen Welle 8 des Lenksystems gezeigt. Die Welle 8 ist in zwei spiegelbildlich angeordneten, als Schrägkugellager ausgebildeten Wälzlagern 9 aufgenommen, die die Welle 8 sowohl axial - bezogen auf die Längsachse der Welle 8 - als auch radial lagern. Die in 2 dargestellte X-Anordnung der Schrägkugellager kann durch weitere bekannte Anordnungen von Wälzlagern ersetzt werden, beispielsweise einer Fest-Los-Lagerung.
-
Ein Wälzlager 9 stützt sich axial in Gegenrichtung an einem Ausgleichselement 10 ab, das auf der dem Wälzlager 9 gegenüberliegenden Seite an einem Deckel 4a des Lenkgehäuses axial abgestützt ist, wobei der Deckel 4a über Schrauben 11 mit dem Lenkgehäuse 4 verschraubt ist. Das Spielausgleichselement 10 ermöglicht einen Ausgleich bzw. die Kompensierung von Axialspiel der Wälzlager 9.
-
In den folgenden 3 bis 7 ist das Spielausgleichselement 10 gezeigt. Das Spielausgleichselement 10 umfasst zwei Stützringe 12 und 13, die koaxial angeordnet sind und sich axial - bezogen auf ihre Längsachse - aneinander abstützen. Die Stützringe 12 und 13 können eine Relativverdrehung zueinander ausführen, die über einen kinematischen Mechanismus in eine axiale Relativbewegung umgesetzt wird, wodurch der Achsabstand zwischen den gegenüberliegenden Außenseiten der Stützringe 12 und 13 veränderbar ist. Die Außenseite des ersten Stützrings 12 stützt sich an einem Außenring 9a (2) des Wälzlagers 9 ab. Die Außenseite des zweiten Stützrings 13 stützt sich an der Innenseite des Deckels 4a ab.
-
Die Stützringe 12 und 13 weisen an den einander zugewandten Seiten Stützflächen 14 und 15 auf, die jeweils unter einem Winkel gegenüber einer Mittelebene durch das Spielausgleichselement 10 geneigt sind. Die Mittelebene durch das Spielausgleichselement 10 verläuft im eingebauten Zustand orthogonal zur Längsachse der Welle 8. Der Winkel, unter dem die Stützflächen 14, 15 gegenüber der Mittelebene geneigt sind, liegt im Ausführungsbeispiel bei ca. 3° bis 5°. Über den Umfang verteilt sind pro Stützring insgesamt drei Stützflächen 14 bzw. 15 angeordnet, die jeweils winklig geneigt sind. Bezogen auf die Mittelebene sind die Stützflächen 14, 15 spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet. In Umfangsrichtung schließen die Stützebenen 14 bzw. 15 an jedem Stützring 12 bzw. 13 unmittelbar aneinander an, wobei im Übergang von einer Stützfläche zur darauffolgenden Stützfläche ein Absatz gebildet ist. Befinden sich die beiden Stützringe 12 und 13 in der in 3 dargestellten Position, in welcher die Absätze zwischen aufeinanderfolgenden Stützflächen 14, 15 unmittelbar aneinander liegen, weist das Spielausgleichselement 10 den kleinsten axialen Abstand zwischen den Außenseiten der Stützringe 12, 13 auf. Wird von dieser Ausgangsposition eine Relativverdrehung der Stützringe 12, 13 durchgeführt, so dass sich die Absätze in den Übergängen zwischen den Stützflächen 14, 15 voneinander entfernen, wächst zugleich der Achsabstand zwischen den Außenseiten 12, 13 an. Auf diese Weise kann ein Spiel zwischen dem Außenring 9a des Wälzlagers 9 und dem Deckel 4a ausgeglichen werden.
-
Die Relativverdrehung zwischen den Stützringen 12 und 13 erfolgt durch Federkraftbeaufschlagung mithilfe von Federelementen 16 (4, 7), die jeweils in einer nutförmigen Aufnahmevertiefung 17 liegen, welche radial nach innen versetzt gegenüber der Stützfläche 14 am ersten Stützring 12 angeordnet sind. Die Aufnahmevertiefungen 17 erstrecken sich konzentrisch zu den Stützflächen 14 am ersten Stützring 12. Radial nach innen sind die Aufnahmevertiefungen 17 von einer Stützwand 18 begrenzt und radial nach außen von Halteleisten 19, welche zwischen den radial außenliegenden Stützflächen 14 und den radial innenliegenden Aufnahmevertiefungen 17 angeordnet ist. Sowohl die Stützwand 18 als auch die Halteleiste 19 sind ringförmig umlaufend ausgebildet.
-
An jedem Ende einer Aufnahmevertiefung 17 befindet sich eine Stützerhöhung 20, die einteilig mit dem ersten Stützring 12 ausgebildet ist und die eine Abstützung für das Federelement 16 bildet. Das Federelement 16 ist als Schrauben- bzw. Spiralfeder ausgebildet, deren axial gegenüberliegendes Ende von einer korrespondierenden Stützerhöhung am zweiten Stützring beaufschlagt ist. Die Aufnahmevertiefungen 17 einschließlich der Stützerhöhungen 20 befinden sich spielgelsymmetrisch auch an dem zweiten Stützring 13.
-
In der in 3 gezeigten Ausgangsposition, in welcher die Stützflächen 14 und 15 mit ihren Absätzen unmittelbar aneinander liegen und der axiale Außenabstand des Spielausgleichselementes 10 minimal ist, sind die Federelemente 16 zusammengedrückt und üben jeweils eine Federkraft aus, die bestrebt ist, die beiden Stützringe 12 und 13 in eine Relativverdrehung zueinander zu versetzen, derart, dass die Stützflächen 14 und 15 aneinander entlanggleiten und der axiale Außenabstand zwischen den Außenseiten der Stützringe sich vergrößert. Hierdurch ist sichergestellt, dass ein eventuelles Spiel in der Einbaulage des Wälzlagers und des Spielausgleichselementes 10 selbsttägig von dem Spielausgleichselement ausgeglichen wird.
-
An der Halteleiste 19 des ersten Stützrings 12 befinden sich über den Umfang verteilt insgesamt drei Montagenocken 21, die im Ausführungsbeispiel in Umfangsrichtung in Höhe der Stützerhöhung 20 liegen. Die Montagenocken 21 korrespondieren mit Montageausnehmungen 22, die in den zweiten Stützring 13 eingebracht sind (3). Die Montageausnehmungen 22 dienen außerdem zur Aufnahme von Betätigungsschwertern 23, die an der Oberseite der Halteleisten 19 angeformt sind und im montierten Zustand über die Außenseite des zweiten Stützrings 13 axial hinausragen, so wie dies in 3 und 6 dargestellt ist. Durch den Eingriff der Montagenocken 21 in die Montageausnehmungen 22 ist die Relativverdrehung der Stützringe blockiert und ist gewährleistet, dass die beiden Stützringe 12 und 13 ihre in 3 dargestellte Ausgangsposition einnehmen. In dieser Ausgangsposition mit blockierten Stützringen lässt sich das Spielausgleichselement in den hierfür vorgesehenen Einbauort im Lenkgehäuse 4 einbauen.
-
Nach dem Einbau kann das Betätigungsschwert 23 manuell bzw. durch Aufsetzen des Deckels 4a axial hineingedrückt werden, wodurch der Montagenocken 21 in Außereingriff mit der Montageausnehmung 22 gelangt und die Blockierung in Verdrehrichtung zwischen den Stützringen 12 und 13 aufgehoben ist. Daraufhin können die beiden Stützringe 12 und 13 durch die Wirkung der Federelemente 16 ihre Relativverdrehung zueinander ausführen und hierbei zugleich den Achsabstand zwischen den Außenseiten der Stützringe 12, 13 vergrößern.
-
An der radial innenliegenden Seite der Stützringe 12 und 13 befinden sich Halteelemente 24 und 25 (3 bis 5), die ineinandergreifen und die Stützringe 12 und 13 axial aneinander sichern. Die Halteelemente 24 und 25 können nach Art eines Bajonettverschlusses ausgebildet sein und sowohl die Relativverdrehung zwischen den Stützringen 12 und 13 als auch die zugleich ausgeführte axiale Verschiebebewegung mit ausführen. Die axiale Sicherung zwischen den Stützringen 12 und 13 bleibt bei einer Relativverdrehung über die Halteelemente 24 und 25 erhalten.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2576320 B1 [0002]
- DE 102006012598 B4 [0003]
- EP 2049383 B1 [0003]
