DE19807514B4

DE19807514B4 - Spielfreies Radialkugellager

Info

Publication number: DE19807514B4
Application number: DE19807514A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl.-Ing. Zernickel; Rainer Lutz; Herbert Erhardt
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1998-02-21
Filing date: 1998-02-21
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2018-02-22
Also published as: US6158896A; DE19807514A1; BR9900773A

Abstract

Spielfreies Radialkugellager mit einem in axialer Richtung zweiteiligen Lagerring, zwischen dem und einem konzentrisch angeordneten zweiten Lagerring Lagerkugeln (1) abrollen, wobei wenigstens eines der beiden Lagerringteile (4, 5) des zweiteiligen Lagerringes von einem Federelement (11, 20) in axialer Richtung mit Druck beaufschlagt ist, so dass die Lagerkugeln (1) unter Vorspannung gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Lagerring zweiteilig ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der beiden Lagerringteile (4, 5) in radialer und in axialer Richtung verschiebbar ist und der äußere Lagerring (6, 23, 25) eine Laufbahn (2) aufweist, deren Radius deutlich größer als der Radius der Lagerkugeln (1) ist, dass der äußere Lagerring (6) und die beiden Lagerringteile (4, 5) als Massivteile ausgebildet sind, wobei die beiden Lagerringteile (4, 5) von einer spanlos geformten Innenhülse (7) aufgenommen sind, die an ihren Enden radial nach außen gerichtete Borde (8, 9) aufweist, die eine Stirnseite des ersten Lagerringteils (4) und eine an...

Description

Die Erfindung betrifft ein spielfreies Radialkugellager mit einem in axialer Richtung zweiteiligen Lagerring, zwischen dem und einem konzentrisch angeordneten zweiten Lagerring Lagerkugeln abrollen, wobei wenigstens eines der beiden Lagerringteile des zweiteiligen Lagerringes von einem Federelement in axialer Richtung mit Druck beaufschlagt ist, so daß die Lagerkugeln unter Vorspannung gehalten sind.

Ein derartiges Radialkugellager ist aus der DE 43 93 663 C1 vorbekannt. Der äußere Lagerring ist zweiteilig ausgebildet, wobei ein Federelement aus einem Elastomer für die Vorspannung im Lager sorgt, in dem es den beweglichen Außenring gegen die Kugel und somit gegen den zweiten Außenring drückt.

Nachteilig dabei ist, daß bei derartigen Lagern bei einer Schiefstellung der gelagerten Welle die Spielfreiheit beeinträchtigt werden kann. So ist es beispielsweise möglich, daß durch die Kippbewegung der Welle die Federspannung zu sehr ansteigt und damit die Reibmomente im Lager zu hoch werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Lager so zu verbessern, daß es auch bei Fluchtungsfehlern der Welle ohne Beeinträchtigung funktioniert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1, 2 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsvarianten gehen aus den Ansprüchen 3, 4, 6 und 7 hervor.

Alten drei unabhängigen Ansprüchen ist gemeinsam, dass der innere Lagerring zweiteilig ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der beiden Lagerringteile in radialer und in axialer Richtung verschiebbar ist und der äußere Lagerring eine Laufbahn aufweist, deren Radius deutlich größer als der Radius der Lagerkugeln ist.

Durch die im Vergleich zu den Lagerkugeln deutlich größere Schmiegung der Außenlaufbahn wird im Zusammenspiel mit dem zweiteiligen beweglichen Innenring ein begrenztes Verkippen der Welle bei gleichzeitiger Lagerspielfreiheit ermöglicht. Diese Lösung eignet sich besonders für einen Kippwinkel bis 2°.

Die Schmiegung, d. h., die Krümmungsunterschiede zwischen den Lagerkugeln und der Laufbahn des äußeren Lagerringes wird wie folgt definiert:

Unter anderem sind laut Anspruch 1 der äußere Lagerring und die beiden Lagerringteile als Massivteile ausgebildet, wobei die beiden Lagerringteile von einer spanlos geformten Innenhülse aufgenommen sind, die an ihren Enden radial nach außen gerichtete Borde aufweist, die eine Stirnseite des ersten Lagerringteils und eine an den zweiten Lagerringteil sich anschließende Wellfeder umgreifen. Die spanlos geformte Innenhülse, die sich fertigungstechnisch in einfacher Weise realisieren läßt, sorgt durch die Aufnahme der beiden Lagerringteile und der Wellfeder für eine geschlossene Baueinheit.

Auch soll nach Anspruch 1 ein axial verlaufender Teil der Innenhülse einen abgestuften Außendurchmesser aufweisen. Dieser abgestufte Außendurchmesser läßt sich innerhalb des spanlosen Formgebungsprozesses problemlos realisieren und sorgt dafür, daß der Lagerinnenring seine Lage ändern kann, wenn eine Schiefstellung der Welle erforderlich sein sollte, ohne daß auf die Vorspannung der Lagerung in unerwünschter Weise eingewirkt wird.

Das Radialkugellager nach Anspruch 5 zeichnet sich u. a. auch dadurch aus, daß der äußere Lagerring als spanlos geformtes Teil ausgebildet ist, das erste Lagerringteil durch einen Versteifungsabschnitt gebildet ist, der an einem Ende in eine spanlos geformte Innenhülse übergeht, die in einem radial nach außen gerichteten Bord endet, zwischen dem und dem Versteifungsabschnitt der zweite als Massivteil ausgebildete Lagerringteil und die Wellfeder angeordnet sind.

Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß eine Laufringhälfte des Innenringes integraler Bestandteil der ohnehin erforderlichen Innenhülse ist, so daß auf ein Massivteil verzichtet werden kann. Fertigungstechnisch läßt sich ein derartiges aus Innenhülse und Lagerringteil einstückig zusammengesetztes Bauteil beispielsweise duch ein Tiefziehverfahren auf einfache Art und Weise herstellen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 6 ist vorgesehen, daß die Laufbahn des äußeren Lagerringes durch einen gefalteten Versteifungsabschnitt gebildet ist. Dies bedeutet, daß der äußere Lagerring doppelwandig ausgebildet ist und somit größere Aufpresskräfte sicher aufnehmen kann, wenn beispielsweise ein solches Lager in eine Gehäusebohrung eingepresst wird. Auch ein derartig gefalteter Lageraußenring läßt sich in einfacher Art und Weise durch ein Spanlosverfahren herstellen.

Nach Anspruch 2 ist u a. vorgesehen, daß der äußere Lagerring und das erste Lagerringteil als ein Massivteil ausgebildet sind, das zweite Lagerringteil durch einen spanlos geformten Winkelring gebildet ist, wobei sowohl der Winkelring über eine Elastomerfeder als auch das erste Lagerringteil von einer spanlos geformten Innenhülse aufgenommen sind, die an beiden Enden in einen radial nach außen gerichteten Borde übergeht.

Die beim Schwenkvorgang erforderliche Bewegung des Innenringes ist gemäß Anspruch 3 dadurch sichergestellt, daß zwischen dem Winkelring und der ihn aufnehmenden Innenhülse ein radialer Spalt gebildet ist.

Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 4 ist in diesem Fall vorgesehen, daß das erste Lagerringteil in seiner axialen Ausdehnung über eine durch den Kugelkranz gelegte Mittelsenkrechte hinaus geht. Auf diese Weise wird eine Begrenzung der radialen Auslenkung ermöglicht, das heißt, die Lagerkugeln können beim Verschwenken der Lagerachse nur um einen begrenzten Betrag radial ausweichen.

In Weiterbildung der Erfindung ist schließlich nach Anspruch 7 vorgesehen, daß das Verhältnis von Radius der Laufbahn des äußeren Lagerringes zum Durchmesser der Lagerkugeln größer als 60 % ist. Die Schmiegung eines normalen Rillenkugellagers liegt bei etwa 52–54%.

Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die 1 bis 4 zeigen axiale Halbschnitte unterschiedlicher Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen spielfreien Radialkugellagers.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Bei dem in 1 dargestellten spielfreien Radialkugellager wälzen in einem Käfig 13 geführte Lagerkugeln 1 an einer Außenlaufbahn 2 einer Kugelrille 12 eines als Massivteil ausgebildeten Lageraußenringes 6 und an einer konzentrisch dazu angeordneten Innenlaufbahn 3 ab. Die Innenlaufbahn 3 wird gemeinsam von einem ersten und einem zweiten Lagerringteil 4, 5 getragen, die voneinander in axialer Richtung beabstandet sind und von einer spanlos geformten Innenhülse 7 aufgenommen sind. Die Innenhülse 7 weist radial nach außen gerichtete Borde 8 und 9 auf, wobei der Bord 8 eine Stirnfläche des ersten Lagerringteiles 4 umgreift. Der andere Bord 9 der Hülse 7 umfaßt eine Wellfeder 11, die sich in axialer Richtung an den zweiten Lagerringteil 5 anschließt. Diese Wellfeder 11 sorgt nun für die Vorspannung im Kugellager, in dem sie den beweglichen zweiten Lagerringteil 5 gegen die Lagerkugeln 1 und somit gegen den ersten Lagerringteil 4 und den Lageraußenring 6 drückt. 1 ist weiter entnehmbar, daß ein axialer Teil 10 der Innenhülse 7 einen abgestuften Außendurchmesser aufweist, so daß zwischen dem axialen Teil 10 und dem zweiten beweglichen Lagerringteil 5 ein Radialspalt 14 gebildet ist.
Der Axialschnitt zeigt, daß die Lagerkugel 1 stärker gekrümmt ist als das Profil der konkaven Kugelrille 12, das heißt, der Radius der Lagerkugel 1 ist kleiner als der Radius der Kugelrille 12. Bei einer waagerecht verlaufenden Lagerachse 15 des Radialkugellagers werden die Lagerkugeln 1 die Laufbahnen 2 und 3 an drei Stellen berühren, das heißt, es ist ein sogenanntes Dreipunkt-Lager gebildet. Die Punktberührung zwischen Lagerkugel 1 und Außenlaufbahn 2 ist in 1 mit dem Bezugszeichen 16 versehen. Wird nun die Lagerachse 15 um einen bestimmten Betrag verkippt, so wird der Berührungspunkt 16 auf der Laufbahn 2 nach links in Richtung des Käfigs 13 wandern, während der Radialspalt 14 zwischen dem axialen Teil 10 und dem zweiten Lagerringteil 5 in seiner Größe vermindert wird.
Das Lager nach 2 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigtem dadurch, daß das zweite Lagerringteil 5 und die Wellfeder 11 durch einen Winkelring 17 und eine Elastomerfeder 20 ersetzt sind. Der Winkelring 17 weist einen axial verlaufenden Schenkel 18 und einen radial verlaufenden Schenkel 19 auf, dessen zusammenstoßende Enden einen Teil der Innenlaufbahn 3 für die Lagerkugeln 1 bilden. Die Elastomerfeder 20 wird vom Winkelring 17 und vom axialen Teil 10 sowie vom Bord 9 der spanlos geformten Innenhülse 7 eingeschlossen, wobei zwischen dem zylindrischen Teil 10 und dem Schenkel 19 wiederum ein Radialspalt 14 gebildet ist. Wird nun in der bereits beschriebenen Weise wieder eine Kippbewegung um den Winkel α ausgeführt, so wird der Radialspalt in seiner Größe verringert, während der Berührungspunkt 16 von de Lagerkugel 1 und Laufbahn 2 sich nach links verschiebt. 2 ist weiter entnehmbar, daß sich das Lagerringteil 4 in axialer Richtung über die durch den Mittelpunkt der Lagerkugeln 1 gelegte Mittelsenkrechte 22 erstreckt, so daß die radiale Auslenkung begrenzt ist.
Das in 3 dargestellte spielfreie Radialkugellager besitzt einen geweihartig spanlos geformten Lageraußenring 23 auf, der die Außenlaufbahn 2 für die Lagerkugeln 1 bildet. Im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Figuren wird ein Teil der Innenlaufbahn 3 durch einen Versteifungsabschnitt 24 gebildet, der Bestandteil einer Innenhülse 21 ist. Dieser Versteifungsabschnitt 24 schließt sich an einem Ende der Innenhülse 21 an und kann problemlos durch einen Formgebungsvorgang gefertigt werden. Der andere Teil der Innenlaufbahn 3 wird in der bereits beschriebenen Weise durch das Lagerringteil 5 gebildet, an den sich die Wellfeder 11 anschließt, die von einem Bord 22 der Innenhülse 21 umfaßt ist. Das in 4 dargestellte Radiallager unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten dadurch, daß einerseits ein spanlos geformter Lageraußenring 25 mit einem Versteifungsabschnitt 26 versehen ist und daß andererseits zwischen Versteifungsabschnitt 24 und Innenhülse 21 kein Freiraum 28 gelassen ist.
Die vorstehend beschriebenen Radialkugellager können beispielsweise vorteilhaft als Lenksäulenlager in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, da trotz möglicher Fluchtungsfehler der Welle die erforderliche Spielfreiheit gegeben ist. Darüberhinaus können sie die erforderlichen hohen Axial- und Radialkräfte aufnehmen.

1: Lagerkugel
2: Außenlaufbahn
3: Innenlaufbahn
4: erstes Lagerringteil
5: zweites Lagerringteil
6: Lageraußenring
7: Innenhülse
8: Bord
9: Bord
10: axialer Teil von 7
11: Wellfeder
12: Kugelrille
13: Käfig
14: Radialspalt
15: Lagerachse
16: Punkt
17: Winkelring
18: axialer Schenkel von 17
19: radialer Schenkel von 17
20: Elastomerfeder
21: Innenhülse
22: Bord
23: Lageraußenring
24: Versteifungsabschnitt von 21
25: Lageraußenring
26: Versteifungsabschnitt von 25
27: Mittelsenkrechte
28: Freiraum
α: Kippwinkel
r: Radius von 2 bzw. 12
D: Durchmesser von 1

Claims

Spielfreies Radialkugellager mit einem in axialer Richtung zweiteiligen Lagerring, zwischen dem und einem konzentrisch angeordneten zweiten Lagerring Lagerkugeln (1) abrollen, wobei wenigstens eines der beiden Lagerringteile (4, 5) des zweiteiligen Lagerringes von einem Federelement (11, 20) in axialer Richtung mit Druck beaufschlagt ist, so dass die Lagerkugeln (1) unter Vorspannung gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Lagerring zweiteilig ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der beiden Lagerringteile (4, 5) in radialer und in axialer Richtung verschiebbar ist und der äußere Lagerring (6, 23, 25) eine Laufbahn (2) aufweist, deren Radius deutlich größer als der Radius der Lagerkugeln (1) ist, dass der äußere Lagerring (6) und die beiden Lagerringteile (4, 5) als Massivteile ausgebildet sind, wobei die beiden Lagerringteile (4, 5) von einer spanlos geformten Innenhülse (7) aufgenommen sind, die an ihren Enden radial nach außen gerichtete Borde (8, 9) aufweist, die eine Stirnseite des ersten Lagerringteils (4) und eine an den zweiten Lagerringteil (5) sich anschließende Wellfeder (11) umgreifen und dass ein axial verlaufender Teil (10) der Innenhülse (7) einen abgestuften Außendurchmesser aufweist.
Spielfreies Radialkugellager nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Lagerring zweiteilig ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der beiden Lagerringteile (4, 5) in radialer und in axialer Richtung verschiebbar ist und der äußere Lagerring (6, 23, 25) eine Laufbahn (2) aufweist, deren Radius deutlich größer als der Radius der Lagerkugeln (1) ist, dass der äußere Lagerring (6) und der erste Lagerringteil (4) als Massivteile ausgebildet sind, das zweite Lagerringteil (5) durch einen spanlos geformten Winkelring (17) gebildet ist, wobei sowohl der Winkelring (17) über eine Elastomerfeder (20) und das erste Lagerringteil (4) von einer spanlos geformten Innenhülse (7) aufgenommen sind, die an beiden Enden in einen radial nach außen gerichteten Bord (8, 9) übergeht.
Spielfreies Radialkugellager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Winkelring (17) und der Innenhülse (7) ein radialer Spalt (14) gebildet ist.
Spielfreies Radialkugellager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerringteil (4) in seiner axialen Ausdehnung über eine durch den Kugelkranz (1) gelegte Mittelsenkrechte (27) hinaus geht.
Spielfreies Radialkugellager nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Lagerring zweiteilig ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der beiden Lagerringteile (4, 5) in radialer und in axialer Richtung verschiebbar ist und der äußere Lagerring (6, 23, 25) eine Laufbahn (2) aufweist, deren Radius deutlich größer als der Radius der Lagerkugeln (1) ist, dass der äußere Lagerring (23, 25) als spanlos geformtes Teil ausgebildet ist, das erste Lagerringteil (4) durch einen Versteifungsabschnitt (24) gebildet ist, der an einem Ende in eine spanlos geformte Innenhülse (21) übergeht, die in einem radial nach außeren gerichteten Bord (22) endet, zwischen dem und dem Versteifungsabschnitt (24) der zweite als Massivteil ausgebildete Lagerringteil (5) und eine Wellfeder (11) angeordnet sind.
Spielfreies Radialkugellager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn (2) des äußeren Lagerringes (25) durch einen gefalteten Versteifungsabschnitt (26) gebildet ist.
Spielfreies Radialkugellager nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Radius der Laufbahn (2) des äußeren Lagerringes (6, 23, 25) zu Durchmesser der Lagerkugeln (1) größer als 60% ist.