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Die Erfindung betrifft eine Lenkungslager für ein Lenksystem eines Fahrzeugs, umfassend mindestens einen Innenring und mindestens einen Außenring, wobei räumlich zwischen dem jeweiligen Innenring und dem jeweiligen Außenring in einem Käfig geführte Wälzkörper angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines solchen Lenkungslagers zur Lagerung einer Welle für ein Lenksystem eines Fahrzeugs.
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Lenkungslager werden in verschiedenen Ausführungen in einer Fahrzeuglenkung eingesetzt. Häufig ist eine als Lenkspindel einer Lenkungsanordnung oder Lenksäule ausgebildete Welle über wenigstens das Lenkungslager drehbar gelagert. Mithin ist ein Lenkungslager als Wälzlager zu verstehen. Ein derartiges Lenkungslager weist in der Regel wenigstens einen Innenring und wenigstens einen Außenring auf, wobei räumlich zwischen dem jeweiligen Innenring und dem jeweiligen Außenring Wälzkörper angeordnet sind, die von einem Kugelkäfig geführt sind. Das Lenkungslager kann dazu vorgesehen sein, ein Lenkungsgestänge, insbesondere eine Lenkspindel einer Lenkungsanordnung bzw. eines Lenksystems drehbar aufzunehmen und wenigstens radial gegenüber einem Gehäuse der Anordnung abzustützen. Dazu kann der jeweilige Außenring beispielsweise direkt oder mittelbar in ein Lenkrohr eingepresst sein. Der jeweilige Innenring des Lenkungslagers kann demgegenüber axial auf der Lenkspindel fixiert sein. Ferner ist denkbar zwei oder mehrere Lenkungslager in der Lenksäule vorzusehen, um die Lenkspindel sicher zu lagern. Der oder die Lenkungslager kann bzw. können axial vorgespannt ausgeführt sein.
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Aus der
DE 10 2012 010 733 A1 geht ein Kugelkäfig für einen Kugelgewindetrieb einer Fahrzeuglenkung hervor, umfassend über Stege verbundene Taschen zur Aufnahme von Kugeln, wobei die Taschen jeweils eine Aufnahmeöffnung aufweisen, die durch mindestens zwei elastisch verformbare Aufnahmeelemente mit freien Enden gebildet ist und deren freie Enden einen ersten Abstand zueinander aufweisen, welcher kleiner ist als ein Durchmesser einer in der Tasche aufzunehmenden Kugel. Mindestens eines der Aufnahmeelemente weist ein freies Ende mit einer Breite auf, die in Umfangsrichtung der Tasche verringert ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Lenkungslager, bei dem verhindert wird, dass ein Wälzkörper führender Käfig im Betrieb axial aus dem Lager wandert. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
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Ein erfindungsgemäßes Lenkungslager für ein Lenksystem eines Fahrzeugs umfasst mindestens einen Innenring und mindestens einen Außenring, wobei räumlich zwischen dem jeweiligen Innenring und dem jeweiligen Außenring in einem Käfig geführte Wälzkörper angeordnet sind, wobei der Käfig einen Seitenring mit daran angeformten Stegen aufweist, die Taschen ausbilden, wobei an einer zum Seitenring axial gegenüberliegenden Seite des Käfigs Öffnungen zwischen den Stegen ausgebildet sind, wobei sich die Wälzkörper über die Öffnungen axial hinaus erstrecken, und wobei die Stege Umschlingungen für die Wälzkörper aufweisen, die derart ausgebildet sind, dass ein axiales Austreten der Wälzkörper aus den Taschen verhindert wird. Mit anderen Worten sind die Stege des Käfigs derart ausgebildet, dass eine axiale Montage oder Demontage des Käfigs in das Lenkungslager nicht möglich ist. Die Stege sind im Wesentlichen so steif bzw. unnachgiebig ausgeführt, dass eine elastische Verformung der Stege oder Abschnitte der Stege verhindert wird, die ein ungewolltes axiales Austreten der Wälzkörper aus dem Käfig bzw. ein Auswandern des Käfigs aus dem Lenkungslager zur Folge haben könnte. Eine Montage der Wälzkörper in die Taschen des Käfigs kann nur von radial außen oder von radial innen des Käfigs erfolgen.
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Die die Taschen bildenden Stege sind einteilig mit dem Seitenring des Käfigs verbunden und erstrecken sich ausgehend vom Seitenring im Wesentlichen parallel zueinander in die gleiche axiale Richtung. Anders gesagt sind an einer Stirnseite des Seitenrings über dessen Umfang gleichmäßig verteilte, parallel ausgerichtete Stege angeordnet. Jeder Steg ist ausschließlich mit dem Seitenring verbunden, wobei sich in Umfangsrichtung benachbarte Stege auf einer ausgehend vom Seitenring gegenüberliegenden Seite des Käfigs nicht berühren. Vielmehr sind an der ausgehend vom Seitenring gegenüberliegenden Seite des Käfigs die genannten Öffnungen ausgebildet, durch die die in den Taschen aufgenommenen Wälzkörper in axialer Richtung über den Käfig hinausragen. Dadurch kann der Käfig axial kurzbauend ausgebildet werden, sodass eine besonders kompakte Bauweise des Käfigs realisierbar ist.
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Jeder Steg ist in Umfangsrichtung des Lenkungslagers bzw. des Käfigs zwischen zwei Taschen angeordnet, wobei der jeweilige Steg eine der ersten Tasche zugewandte gekrümmte erste Flanke und einer der zweiten Tasche zugewandte gekrümmte zweite Flanke aufweist. Diese beiden gekrümmten Flanken sind einerseits mit dem Seitenring verbunden und weisen andererseits ein freies Ende auf. Eine erste Flanke eines ersten Stegs bildet zusammen mit einer zweiten Flanke eines in Umfangsrichtung benachbarten zweiten Stegs die jeweilige Tasche aus, wobei aus der ersten Flanke des ersten Stegs und der zweiten Flanke des zweiten Stegs die jeweilige Umschlingung für einen dazugehörigen Wälzkörper ausbilden. Anders gesagt bilden zwei Flanken zwei in Umfangsrichtung benachbarter Stege die jeweilige Tasche mit der Umschlingung für einen jeweiligen Wälzkörper aus. Zudem wird durch die gekrümmte Form der Flanken ein Hinterschnitt ausgebildet, der verhindert, dass die Wälzkörper aus dem Käfig austreten können bzw. dass der Käfig im Betrieb aus dem Lenkungslagers austreten kann.
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In Umfangsrichtung zwischen den die Tasche räumlich begrenzenden Flanken zwei benachbarter Stege ist die jeweilige Öffnung ausgebildet, wobei die Öffnung einen lichten Abstand zwischen den Stegen auf der ausgehend vom Seitenring gegenüberliegenden Seite des Käfigs bildet, welcher kleiner ist als der kleinste Durchmesser des Wälzkörpers bzw. als der Durchmesser eines als Kugel ausgebildeten Wälzkörpers, sodass ein Herausfallen der Kugel aus dem Käfig verhindert wird. Mithin sind die Öffnungen vorzugsweise kleiner ausgebildet als der kleinste Durchmesser des jeweiligen Wälzkörpers. Anders gesagt weisen die beiden die jeweilige Tasche bildende Flanken an ihren freien Enden einen Abstand zueinander auf, der kleiner ist als der kleinste Durchmesser des Wälzkörpers bzw. als der Durchmesser eines als Kugel ausgebildeten Wälzkörpers. Der Käfig weist eine konstante radiale Höhe auf. Anders gesagt weisen sowohl der Seitenring als auch die Stege eine gleiche radiale Höhe auf.
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Der Abstand zwischen zwei Taschen bzw. die Breite des jeweiligen Stegs ist derart gewählt, dass eine ungewollte elastische Verformung der Stege verhindert wird. Es wird sichergestellt, dass die Stege nicht derart verformen können, dass die Wälzkörper axial aus dem Käfig können bzw. dass der Käfig axial aus dem Lenkungslager austreten kann. An der dünnsten Stelle erweist sich eine Wandstärke des Stegs in Umfangsrichtung zwischen den Wälzkörpern von mindestens 1 mm als vorteilhaft.
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Die gekrümmt ausgeformten Flanken des jeweiligen Stegs sind vorzugsweise teilkreisförmig bzw. ringsegmentförmig ausgebildet, sodass ein vorzugsweise als Kugel ausgebildeter Wälzkörper mit möglichst geringen Reibungswiderständen vom Käfig geführt werden kann. Zudem sind die die Taschen bildenden Flanken der Stege nicht kalottenförmig ausgebildet, sondern vielmehr in Form eines Ringsegments mit im Wesentlichen zylindrischer Innenmantelfläche.
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Vorzugsweise umgeben die Flanken bzw. Umschlingungen zwei in Umfangsrichtung benachbarter Stege einen jeweiligen Wälzkörper um mehr als 50% und weniger als 100%. Eine um mehr als 50% ausgebildete Umschlingung des jeweiligen Wälzkörpers stellt sicher, dass der Wälzkörper, der im Betrieb zwischen Laufbahnen des Innen- und Außenrings abrollt, durch den Käfig in axialer Richtung gehalten wird. Damit wird ein axiales Austreten des Wälzkörpers aus dem Käfig bzw. ein axiales Auswandern des Käfigs aus dem Lenkungslager verhindert.
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Bevorzugt umgibt jede Umschlingung mindestens 55%, bevorzugt mindestens 60%, ferner bevorzugt mindestens 65% des jeweiligen Wälzkörpers. Je größer der Anteil des von der jeweiligen Umschlingung umschlossenen Wälzkörpers ist, desto sicherer werden die Wälzkörper im Käfig gehalten und geführt und desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Käfig ungewollt aus dem Lenkungslager austritt.
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Ferner bevorzugt umgibt jede Umschlingung höchstens 90%, vorzugsweise höchstens 80%, bevorzugt höchstens 70% des jeweiligen Wälzkörpers. Je kleiner der Anteil des von der jeweiligen Umschlingung umschlossenen Wälzkörpers ist, desto geringer sind die im Lenkungslanger auftretenden Reibungsverluste.
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Nach einem Ausführungsbeispiel sind die Taschen in Form eines Ringsegments mit einer im Wesentlichen zylindrischen Innenumfangsfläche ausgebildet. Anders gesagt sind die Taschen teilkreisförmig mit konstanter Tiefe ausgeführt, wobei jede Tasche an einer zum Seitenring axial gegenüberliegenden Seite des Käfigs eine Öffnung aufweist, durch die der Wälzkörper axial aus dem Käfig hinausragt.
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Der Käfig ist vorzugsweise aus einem Kunststoff ausgebildet. Insbesondere ist der Käfig mittels Spritzgießen hergestellt. Anders gesagt sind der Seitenring mit den daran angeformten Stegen einstückig ausgebildet. Dadurch lässt sich das Bauteilgewicht des Käfigs und das Gesamtgewicht des Lenkungslagers reduzieren.
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Nach einem Ausführungsbeispiel weist das Lenkungslager zwei Innenringe auf, die von einem Haltering wenigstens in axialer Richtung gehalten sind. Der Haltering ist radial innerhalb der Innenringe angeordnet und hält diese zumindest in ihrer axialen Position. Der Haltering ist bevorzugt derart ausgebildet, dass er zur Realisierung eines Presssitzes auf eine Welle oder dergleichen aufgepresst werden kann.
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Vorzugsweise weist der Haltering zwei radiale Borde auf, wobei zwischen einem ersten Bord und dem ersten Innenring eine Distanzscheibe angeordnet ist. Der Haltering ist im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig ausgebildet, wobei die beiden Innenringe axial zwischen den beiden Borden angeordnet sind. Zur Sicherung der axialen Position der Innenringe ist zudem die ringförmige Distanzscheibe zwischen dem ersten Innenring und dem ersten Bord angeordnet. Alternativ kann die Distanzscheibe auch zwischen dem zweiten Innenring und dem zweiten Bord angeordnet sein. Die Distanzscheibe ist ferner dazu vorgesehen, die Innenringe axial gegeneinander vorzuspannen. Anders gesagt können die beiden Innenringe auch als Innenringsegmente mit einer jeweiligen Teillaufbahn ausgebildet sein, wobei mittels der Distanzscheibe eine axiale Position der beiden Segmente zueinander einstellbar ist, um eine axiale Vorspannung des Lenkungslagers zu realisieren.
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Das erfindungsgemäße Lenkungslager ist zur Lagerung einer Welle für ein Lenksystem eines Fahrzeugs verwendbar.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
- 1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Lenkungslagers,
- 2 eine schematische Perspektivschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Lenkungslagers,
- 3 eine schematische Perspektivdarstellung eines Käfigs des erfindungsgemäßen Lenkungslagers,
- 4 eine schematische Perspektivdarstellung des erfindungsgemäßen Lenkungslagers ohne Außenring, und
- 5 eine weitere schematische Perspektivschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Lenkungslagers.
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Gemäß den 1, 2 und 5 umfasst ein Lenkungslager 1 zwei Innenringe 2, 3 und einen Außenring 4, wobei räumlich zwischen den Innenringen 2, 3 und dem Außenring 4 in einem Käfig 6 geführte Wälzkörper 7 angeordnet sind. 4 zeigt das Lenkungslager 1 ohne den Außenring 4, um die Aufnahme und Führung der Wälzkörper 7 durch den Käfig 6 besser zu veranschaulichen.
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Das Lenkungslager 1 ist Teil eines - hier nicht gezeigten - Lenksystems für ein Fahrzeug, insbesondere zur Lagerung einer Welle des Lenksystems, insbesondere einer Lenkspindel oder dergleichen. Die beiden Innenringe 2, 3 sind von einem radial innerhalb davon liegenden Haltering 13 in axialer Richtung gehalten. Der Haltering 13 weist zwei im Wesentlichen radial nach außen verlaufende Borde 14, 15 auf, zwischen denen die Innenringe 2, 3 angeordnet sind, wobei zwischen dem ersten Bord 14 des Halterings 13 und dem ersten Innenring 2 eine Distanzscheibe 16 angeordnet ist, mittels derer die Innenringe 2, 3 zueinander axial vorgespannt sind. Die Innenringe 2, 3, der Außenring 4, der Haltering 13 sowie die Wälzkörper können aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein.
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Die - hier nicht näher dargestellten - Laufbahnen, an denen die Wälzkörper 7 an den Innenringen 2, 3 und dem Außenring 4 abrollen, können zudem oberflächenbehandelt sein, um eine Reibung zwischen den Wälzkörpern 7 und den Innenringen 2, 3 bzw. dem Außenring 4 zu reduzieren. Räumlich zwischen den Innenringen 2, 3 und dem Außenring 4 kann zudem mindestens ein - hier ebenfalls nicht gezeigtes - Dichtelement angeordnet sein, um das Lenkungslager 1 vor äußeren Einwirkungen, wie Schmutz und Feuchtigkeit, zu schützen.
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Der Käfig 6 ist aus einem Kunststoff ausgebildet und weist einen umlaufenden Seitenring 8 mit daran einstückig angeformten Stegen 9 auf, wobei die Stege 9 gleichmäßig beabstandet zueinander an einer Stirnfläche des Seitenrings 8 angeformt sind und in axialer Richtung parallel zueinander angeordnet sind. Der Käfig 6 weist über seinen gesamten Umfang eine im Wesentlichen konstante radiale Höhe auf. Somit weisen die Stege 9 und der Seitenring 8 des Käfigs 6 eine im Wesentlichen gleichbleibende Höhe auf.
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Jeder Steg 9 weist eine erste gekrümmte Flanke 17 und eine zweite gekrümmte Flanke 18 auf, wobei die erste Flanke eines ersten Stegs 9 und die zweite Flanke 18 eines in Umfangsrichtung benachbarten zweiten Stegs 9 gemeinsam eine zwischen zwei Stegen 9 ausgeformte Tasche 10 ausbilden, die zur Aufnahme eines als Kugel ausgebildeten Wälzkörpers 7 ausgebildet ist. Die beiden Flanken 17, 18 erstrecken sich ausgehend vom Seitenring in Form eines Ringsegments zur axial gegenüberliegenden Seite des Käfigs 6, wobei räumlich zwischen den freien Enden der beiden Flanken 17, 18 einer jeweiligen Tasche 10 eine Öffnung 11 ausgebildet ist. Anders gesagt ist die jeweilige Öffnung 11 an einer zum Seitenring 8 axial gegenüberliegenden Seite des Käfigs 6 zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarter Stege 9 ausgebildet. Die Öffnungen 11 sind kleiner ausgebildet als der kleinste Durchmesser des jeweiligen Wälzkörpers 7, sodass ein axiales Heraustreten des jeweiligen Wälzkörpers 7 aus den Taschen 10 verhindert wird.
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Die Taschen 10 sind derart ausgebildet, dass sich die Wälzkörper 7 über die Öffnungen 11 axial über den Käfig 6 hinaus erstrecken, wobei die Flanken 17, 18 der Stege 9 durch ihre Ringsegmentform Umschlingungen 5 für die Wälzkörper 7 aufweisen. Die Taschen 10 sind folglich in Form eines Ringsegments mit einer im Wesentlichen zylindrischen Innenumfangsfläche 12 ausgebildet, wobei durch diese Form eine möglichst kleine Kontaktfläche zwischen dem jeweiligen Wälzkörper 7 und dem Käfig sichergestellt wird. Die Stege 9 sind mit den die jeweilige Umschlingung 5 bildenden Flanken 17, 18 derart ausgebildet, dass ein axiales Austreten der Wälzkörper 7 aus den Taschen 10 verhindert wird. Die Umschlingungen 5 bzw. die Flanken 17, 18 zwei in Umfangsrichtung benachbarter Stege 9 umgeben den jeweiligen in der Tasche 10 geführten Wälzkörper 7 um mehr als 50% und weniger als 100% und bilden dadurch einen Hinterschnitt. Mit anderen Worten wird jeder Wälzkörper 7 durch je zwei Flanken 17, 18, die vorliegend gemeinsam etwa 75 % des Wälzkörpers 7 umgreifen, umgeben. Die Flanken 17, 18 bzw. die Innenumfangsfläche 12 der jeweiligen Tasche 10 weisen dazu, wie insbesondere in 3 gezeigt ist, eine zum Wälzkörper 7 im Wesentlichen komplementäre, gekrümmte Form auf, sodass der Wälzkörper 7 mit möglichst geringen Reibungsverlusten vom Käfig geführt wird. Der Anteil, mit dem der jeweilige Wälzkörper 7 von den die jeweilige Umschlingung 5 bildenden Flanken 17, 18 umgeben ist derart zu wählen, dass zum einen Reibungsverluste innerhalb des Lenkungslagers 1 minimiert werden. Zum anderen sind die Umschlingungen derart ausgeführt, dass der Käfig 6 möglichst axial kurzbauend ausgeführt ist und dass ein axiales Auswandern des Käfigs 6 aus dem Lenkungslager 1 durch ungewollte elastische Verformung der Stege 9 mit damit einhergehender temporärer Vergrößerung der jeweiligen Öffnung 11 verhindert wird. Durch eine temporäre Vergrößerung der jeweiligen Öffnung 11 könnte der Wälzkörper 7 aus dem Käfig 6 austreten. Dies wird durch entsprechende Ausbildung der Stege 9 mit einer hinreichenden Steifigkeit verhindert. Insbesondere wird der Abstand zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarter Taschen 10 derart groß gewählt, dass sich die Stege 9 nicht derart verformen, dass die Wälzkörper 7 durch die Öffnung 11 hindurch aus dem Käfig 6 austreten können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkungslager
- 2
- Erster Innenring
- 3
- Zweiter Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Umschlingung
- 6
- Käfig
- 7
- Wälzkörper
- 8
- Seitenring
- 9
- Steg
- 10
- Tasche
- 11
- Öffnung
- 12
- Innenumfangsfläche
- 13
- Haltering
- 14
- Erster Bord
- 15
- Zweiter Bord
- 16
- Distanzscheibe
- 17
- Erste Flanke
- 18
- Zweite Flanke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012010733 A1 [0003]
