DE19952119A1 - Kugellager - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Schrägkugellager, insbesondere zur Lagerung einer Lenkwelle (27) eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus einem Lagerinnenring (11) und einem Lageraußenring (1), zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen (14, 5) Lagerkugeln (7) abrollen, wobei der Lagerinnenring (11) von einem elastischen Toleranzring (15) aus einem polymeren Werkstoff aufgenommen ist und Mittel zur Bildung zu einer unverlierbaren Baueinheit vorhanden sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist zwischen der Lenkwelle (27) und dem Toleranzring (15) ein Haltering (20) angeordnet, aus dem in axialer Richtung gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Halteelemente (19) hervorstehen, deren radial nach außen gerichtete Haltenasen (22) den Lageraußenring (1) überdecken, wobei der Toleranzring (15) gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Freiräume (18) zur Aufnahme der Halteelemente (19) aufweist und sich in axialer Richtung bis zum Ende eines im wesentlichen radial verlaufenden Teils (12) des Lagerinnenrings (11) erstreckt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Schrägkugellager, insbesondere zur Lagerung einer
Lenkwelle einer Kraftfahrzeuges, bestehend aus einem Lagerinnenring und
einem Lageraußenring, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen Lager
kugeln abrollen, wobei der Lagerinnenring von einem elastischen Toleranzring
aus einem polymeren Werkstoff aufgenommen ist und Mittel zur Bildung einer
unverlierbaren Baueinheit vorhanden sind.
Derartige Schrägkugellager, die meistens spanlos hergestellt sind, nehmen nur
in einer Richtung Axialkräfte auf und müssen daher gegen ein zweites Lager
angestellt werden. Sie werden bevorzugt als Lenkungslager eingesetzt, da sie
nur ein geringes Reibmoment haben, eine relativ hohe Steifigkeit aufweisen,
einfach montiert werden und kostengünstig sind.
Ein solch gattungsgemäßes Schrägkugellager, wie es häufig zur Lagerung von
Lenkwellen verwendet wird, ist aus der DE 38 08 556 A1 vorbekannt. Der In
nenring ist von einem Toleranzring aus einem Kunststoff aufgenommen, der
den Innen- und den Außenring mit einem radialen Vorsprung hintergreift. Am
anderen axialen Ende des Innenringes ist ein Federelement in Form eines Fe
derringes angeordnet, das im Toleranzring durch eine Sperrscheibe gehalten
ist, die ebenfalls im Toleranzring durch einen radial nach innen weisenden
Vorsprung gesichert ist. Auf diese Weise ist eine vorgespannte Baueinheit aus
dem Wälzlager und den Halteelementen bzw. Spannelementen gebildet. Damit
ist bei der Montage nur noch ein einziges, durch einfaches axiales Aufschieben
vormontierbares Teil vorhanden.
Nachteilig dabei ist, dass sich der Toleranzring in axialer Richtung gesehen
über die gesamte Länge der Laufbahnen der Lagerkugeln erstreckt. Dies hat
einen vergrößerten radialen Bauraum zur Folge, da ein solcher Toleranzring
wegen seiner spritztechnischen Herstellung im dünnsten Bereich einen Quer
schnitt < 1 mm aufweisen muss.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Lenkungslager zu entwickeln, das die
Nachteile des bekannten Standes der Technik vermeidet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von
Anspruch 1 dadurch gelöst, dass zwischen Lenkwelle und Toleranzring ein
Haltering angeordnet ist, aus dem in axialer Richtung gleichmäßig in Umfangs
richtung voneinander beabstandete Halteelemente hervorstehen, deren radial
nach außen gerichtete Haltenasen den Lageraußenring überdecken, wobei der
Toleranzring gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Frei
räume zur Aufnahme der Halteelemente aufweist und sich in axialer Richtung
bis zum Ende eines im wesentlichen radial verlaufenden Teils des Lagerinnen
ringes erstreckt.
Dadurch, dass der Toleranzring sich erstens nicht über die gesamte axiale
Ausdehnung des Lagers erstreckt und zweitens Freiräume zur Aufnahme der
Halteelemente aufweist, ist sichergestellt, dass die Lagereinheit einen geringen
radialen Bauraum beansprucht. Der radiale Abstand zwischen Lenkwelle und
Lagerinnenring des Lenkungslagers wird nicht mehr wie bisher durch die ra
diale Ausdehung des Toleranzringes im Laufbahnbereich, sondern durch die
radiale Stärke der Halteelemente bestimmt, wobei diese sehr dünn ausgeführt
werden können, d. h. im zehntel Millimeterbereich. Die den Lageraußenring
überdeckenden Halteelemente können entweder elastisch federnd ausgebildet
sein, oder sie werden am Abschluss des Montagevorganges nach außen um
gebogen. In beiden Fällen ist durch die Haltenasen jedoch eine verliersichere
Baueinheit gebildet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprü
chen 2 bis 7 beschrieben.
So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass der Haltering an seinem den Hal
teelementen abgewandten Ende wenigstens einen radial nach außen gerich
teten Vorsprung aufweist, der in eine zugehörige Ausnehmung im Toleranzring
eingreift. Dieser radial nach außen gerichtete Vorsprung wirkt als Montagehilfe
und erleichtert so den gesamten Montagevorgang der Lagerbaueinheit.
Wenn ein derartiges Lager als oberes Lenkungslager in einer Längssäule ein
gesetzt ist, müssen Mittel zur Übertragung des elektrischen Stromes von der
Lenkwelle über das Wälzlager zum aufnehmenden Lenkrohr vorhanden sein.
Dies ist für die Betätigung des Signalhornes oder für das Auslösen des Airbags
erforderlich. Aus diesem Grunde ist nach Anspruch 3 vorgesehen, dass die
leitende Verbindung zwischen Lenkwelle und Lenkrohr über den Haltering er
folgt, der erfindungsgemäß aus einem den elektrischen Strom gut leitenden
Material, beispielsweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung hergestellt
sein soll. In diesem Fall hat es sich nach Anspruch 4 als besonders zweckmä
ßig erwiesen, wenn die Halteelemente mit in beide Umfangsrichtungen weisen
den Lappen versehen sind. Diese können dann gegebenenfalls in radialer
Richtung nach innen umgelegt werden, so dass eine gut leitende Verbindung
zwischen Haltering und Lenkwelle hergestellt ist. Eine andere Möglichkeit eine
leitende Verbindung zwischen Lenkwelle und Lenkrohr herzustellen, besteht
nach Anspruch 5 darin, dass der Toleranzring aus einem elektrisch leitenden
polymeren Werkstoff hergestellt ist. Dabei ist durch geeignete Maßnahmen die
elektrische Leitfähigkeit des Kunststoffes soweit zu erhöhen, dass er sich wie
ein Metall verhält. Das kann beispielsweise derart erfolgen, dass die Leitfähig
keit des polymeren Werkstoffes durch Zusatz von Kohle-, Stahlfasern oder
Rußpartikeln realisiert ist. Dies hat den Vorteil, dass die Leitfähigkeit des poly
meren Kunststoffes bereits während seines Fertigungsprozesses gegeben ist,
so dass eine Nachbehandlung des fertigen Kunststoffbauteils nicht erforderlich
ist. Die Leitfähigkeit des polymeren Werkstoffes kann aber auch durch einen
metallischen Überzug hergestellt werden, wobei dieser entweder galvanisch,
chemisch oder durch PVD-Verfahren aufgebracht werden kann. Bei den galva
nischen Verfahren ist es erforderlich, nach dem Reinigen und Aufrauhen eine
leitende Schicht auf den Kunststoff aufzubringen. Die galvanische Technik er
laubt es grundsätzlich, nahezu beliebig geformte Bauteile mit dichten, poren
freien und fest haftenden Metallüberzügen zu versehen. Die Abscheidung er
folgt in bekannter Weise aus wässrigen Lösungen, welche das abzuscheiden
de Metall in Form von Ionen enthalten. Durch Anlegen einer Spannung werden
die Metallionen an die Bauteiloberfläche transportiert, dort reduziert und haft
fest auf der Oberfläche angelagert. Die chemische oder stromlose Metallisie
rung erfolgt in bekannter Weise derart, dass Metallionen aus einer Salzlösung
durch Reduktionsmittel ausgefällt werden. Der sich bildende metallische Nie
derschlag schlägt sich auf dem Kunststoffbauteil nieder. Die beim direkten
stromlosen Metallisieren abgeschiedenen Metallschichten sind jedoch im all
gemeinen sehr dünn, wobei Schichtdicken im Bereich von 1 bis 5 µm üblich
sind. Unter PVD-Verfahren versteht der Fachmann Schichten, die nach dem
Prinzip "Physical Vapour Deposition" erzeugt werden, d. h. sie entstehen durch
Abscheiden von Atomen oder Molekülen aus der Gasphase. Der Schichtdic
kenbereich dieser Schichten kann dabei von einigen Zehntel µm bis zu einigen
mm reichen. Zu den PVD-Verfahren zählen das Vakuumaufdampfverfahren
(Bedampfen), das Sputtern (Zerstäubungsschichten) und das Ionenplattieren.
Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 6 ist vorgesehen,
dass das Schrägkugellager zum axialen Vorspannen eine Wellfeder aufweist,
die mit gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten axialen
Vorsprüngen in zugehörige Ausnehmungen des Toleranzringes eingreift. Die
Wellfeder ist auf diese Art und Weise mit der Lagerbaueinheit lösbar verbun
den.
Schließlich geht aus Anspruch 7 hervor, dass der Lageraußenring im An
schluss an seinen im wesentlichen axial verlaufenden Teil der Laufbahn der
Lagerkugeln eine Stufe aufweist, die von einem im Durchmesser größeren axial
verlaufenden Bereich fortgesetzt ist, der sich in axialer Richtung bis zum Tole
ranzring erstreckt und an seinem Ende einen radial nach außen gerichteten
Flansch aufweist. Diese durch die Stufe hervorgerufene Unterteilung des La
geraußenringes in zwei Teilbereiche ist in zweifacher Hinsicht günstig:
Zum ersten ist es bei der Herstellung ziehtechnisch von Vorteil, weil im zuge
hörigen Werkzeug zur Produktion des Lageraußenringes Laufbahn der Lager
kugeln und der axial verlaufende Bereich des Lageraußenringes getrennt ab
stimmbar sind. Dies hat positive Wirkung auf das Lager derart, dass jede belie
bige Schmiegung unabhängig vom axial verlaufenden Bereich, d. h. unabhän
gig vom Außendurchmesser herstellbar ist. Zum zweiten wird beim Einpressen
des Schrägkugellagers in das ortsfeste Lenkrohr bei großen Toleranzen die
Laufbahn für die Lagerkugeln nicht negativ beeinflusst, da das Einpressen nur
über dem im Durchmesser größeren axial verlaufenden Teil erfolgt. Auf diese
Weise ist eine hohe Tragzahl des Schrägkugellagers sichergestellt.
Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schräg
kugellager und
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schräg
kugellager mit eingeschobener Lenkwelle.
Das in der Fig. 1 dargestellte Schrägkugellager ist im oberen Bereich zwi
schen zwei Halteelementen 19 geschnitten, während der Schnitt im unteren
Bereich durch ein Halteelement 19 gelegt ist. Es besteht aus dem spanlos ge
zogenen Lageraußenring 1, der einen zu seiner Drehachse 2 im wesentlichen
radial verlaufenden Teil 3 aufweist, welcher in einen im wesentlichen parallel
zur Drehachse 2 verlaufenden Teil 4 übergeht. Beide Teile 3 und 4 bilden die
äußere Laufbahn 5 für die im Käfig 6 geführten Lagerkugeln 7. Am rechtsseiti
gen Ende des axial verlaufenden Teiles 4 weist der Lageraußenring eine Stufe
8 auf, die von einem zur Drehachse 2 parallel verlaufenden Bereich 9 fortge
setzt ist, der einen größeren Durchmesser als die Stufe 8 aufweist. Am rechts
seitigen Ende geht der Bereich 9 in einen radial nach außen gerichteten
Flansch 10 über. Der Lagerinnenring 11 ist ebenfalls spanlos hergestellt und
besteht aus dem im wesentlichen radial verlaufenden Teil 12 und dem im we
sentlichen axial verlaufenden Teil 13, so dass durch die beiden miteinander
verbundenen Teile 12 und 13 die innere Laufbahn 14 für die Lagerkugeln 7
gebildet ist.
Der Lagerinnenring 11 ist von dem polymeren Toleranzring 15 aufgenommen,
der aus dem axial sich erstreckenden Teil 16 und dem radialen Flansch 17
besteht. Der Toleranzring 15 erstreckt sich mit seinem Teil 16 bis zum Ende
des im wesentlichen radial verlaufenden Teiles 12 des Lagerinnenringes 11, d. h. bis zum linksseitigen Ende der inneren Laufbahn 14 oder anders ausge
drückt, bis die die beide Mittelpunkte der oberen und unteren Lagerkugel 7
verbindende Linie nahezu erreicht ist. Der Toleranzring 15 weist über einen
Teil seiner axialen Ausdehnung radial durchgehende Freiräume 18 auf, in die
die Halteelemente 19 des Halteringes 20 eingreifen. Der Haltering 20 ist sehr
dünnwandig ausgebildet und umgreift den Toleranzring 15 mit seinem in Um
fangsrichtung durchgängigen Teil 21. Aus diesem Teil 21 ragen die in Um
fangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandeten Halteelemente 19 her
vor, die an ihren freien Enden radial nach außen gerichtete Haltenasen 22
aufweisen, welche den Lageraußenring 1 überdecken, so dass eine unverlier
bare Baueinheit gebildet ist. Die Halteelemente 19 weisen darüberhinaus in
beide Umfangsrichtungen ausstehende Lappen 23 auf, die ggf. zur besseren
elektrischen Kontaktierung radial nach innen umgebogen sein können. Außer
dem ist der Haltering 20 an seinem rechtsseitigen Ende mit einem radial sich
nach außen erstreckenden Vorsprung 24 versehen, der in eine zugehörige
Ausnehmung im Toleranzring 15 eingreift und als Montagehilfe dient. An der
den Halteelementen 19 abgewandten Seite ist der Toleranzring 15 mit der
Wellfeder 25 bestückt, die axial gerichtete Vorsprünge 26 besitzt, welche in
zugehörige Ausnehmungen des Toleranzringes 15 eingreifen.
In Fig. 2 schließlich ist die erfindungsgemäße Lagerbaueinheit mit zugehöri
ger Lenkwelle 27 dargestellt. Diese wird in Umfangsrichtung durch den Tole
ranzring 15 gehalten, wie aus dem unteren Teil der Zeichnung ersichtlich. Wie
der obere Teil der Figur erkennen lässt, erfolgt die Kontaktierung zur Leitung
des elektrischen Stromes über die Halteelemente 19, die den Kontakt zwischen
Lenkwelle 27 und Lagerinnenring 11 herstellen. Die Stromführung erfolgt dabei
von innen nach außen, d. h. von Lenkwelle 27 über die Halteelemente 19 zum
Innenring 11. Von dort über die Lagerkugeln 7, den Lageraußenring 1 bis hin
zum nicht gezeigten, ortsfesten Lenkrohr. Die Stromführung ist allerdings auch
über den Toleranzring 15 möglich, falls dieser elektrisch leitend ausgebildet ist.
1
Lageraußenring
2
Drehachse
3
radial verlaufender Teil
4
axial verlaufender Tel
5
äußere Laufbahn
6
Käfig
7
Lagerkugel
8
Stufe
9
axial verlaufender Bereich
10
Flansch
11
Lagerinnenring
12
radial verlaufender Teil
13
axial verlaufender Teil
14
innere Laufbahn
15
Toleranzring
16
axial verlaufender Teil
17
radialer Flansch
18
Freiraum
19
Halteelement
20
Haltering
21
Teil
22
Haltenase
23
Lappen
24
Vorsprung
25
Wellfeder
26
Vorsprung
27
Lenkwelle
Claims (7)
1. Schrägkugellager, insbesondere zur Lagerung einer Lenkwelle(27) ei
nes Kraftfahrzeuges, bestehend aus einem Lagerinnenring (11) und ei
nem Lageraußenring (1), zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen
(14, 5) Lagerkugeln (7) abrollen, wobei der Lagerinnenring (11) von ei
nem elastischen Toleranzring (15) aus einem polymeren Werkstoff auf
genommen ist und Mittel zur Bildung einer unverlierbaren Baueinheit
vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Lenkwelle
(27) und Toleranzring (15) ein Haltering (20) angeordnet ist, aus dem in
axialer Richtung gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beab
standete Halteelemente (19) hervorstehen, deren radial nach außen ge
richtete Haltenasen (22) den Lageraußenring (1) überdecken, wobei der
Toleranzring (15) gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beab
standete Freiräume (18) zur Aufnahme der Halteelemente (19) aufweist
und sich in axialer Richtung bis zum Ende eines im wesentlichen radial
verlaufenden Teils (12) des Lagerinnenringes (11) erstreckt.
2. Schrägkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Haltering (20) an seinem den Halteelementen (19) abgewandten Ende
wenigstens einen radial nach außen gerichteten Vorsprung (24) auf
weist, der in eine zugehörige Ausnehmung im Toleranzring (15) ein
greift.
3. Schrägkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Haltering (20) aus einem den elektrischen Strom gut leitenden Material,
beispielsweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung hergestellt ist.
4. Schrägkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Halteelemente (19) mit in beide Umfangsrichtungen weisenden Lappen
(23) versehen sind.
5. Schrägkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Toleranzring (15) aus einem elektrisch leitenden polymeren Werkstoff
hergestellt ist.
6. Schrägkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
zum axialen Vorspannen eine Wellfeder (25) angeordnet ist, die mit
gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten axialen
Vorsprüngen (26) in zugehörige Ausnehmungen des Toleranzringes (15)
eingreift.
7. Schrägkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Lageraußenring (1) im Anschluss an seinen im wesentlichen axial ver
laufenden Teil (4) eine Stufe (8) aufweist, die von einem im Durchmes
ser größeren axial verlaufenden Bereich (9) fortgesetzt ist, der sich in
axialer Richtung bis zum Toleranzring (15) erstreckt und an seinem En
de einen radial nach außen gerichteten Flansch (10) aufweist.
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