DE4440725C2

DE4440725C2 - Lageranordnung zur spielfreien Einstellung einer Lenkwelle in einer Lenksäule

Info

Publication number: DE4440725C2
Application number: DE4440725A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dipl Ing Kidzun; Herbert Zettner; Herbert Rost; Herbert Erhardt
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1994-11-15
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2014-11-16
Also published as: DE4440725A1; US5632562A

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur spielfreien Einstellung einer Lenkwelle in einer Lenksäule mit einem Nadellager, dessen äußere Laufbahn von einer dünnwandigen, geschlitzten, die Lagernadeln mit elastischer Vor spannung umschließenden Hülse gebildet ist, die wiederum von einem elasti schen Ring mit Vorspannung umschlossen ist, wobei der elastische Ring an zumindest einer Mantelfläche mit nebeneinander an geordneten, in axialer oder in Umfangsrichtung verlaufenden Noppen versehen ist.

Ein derartiges Lenkungslager ist aus der US 48 20 062 vorbekannt, wobei dessen Noppen in axialer Richtung verlaufen. Bei der Montage dieses Lagers wird der elastische Außentoleranzring mit Überdeckung in die Lenksäule eingepreßt, d. h. der Außendurchmesser des Tolerenzringes ist vor der Monta ge größer als der Innendurchmesser der Lenksäule. Die durch die Überdeckung beim Einpressen des Lagers in die Lenksäule entstehende Vorspannung im Außentoleranzring wird auf die geschlitzte Hülse und somit auf die Wälzkörper und die Lenkwelle übertragen, d. h. das Lager wird spielfrei.

Bei Einsatz derartiger Lager in Lenksäulen mit Größtmaß-Lagersitz wird die Vorspannung entsprechend klein und bei Lagersitzen mit Kleinstmaß entspre chend groß sein. Bei Gehäusesitzen mit großen Toleranzen wird die Vorspan nung entsprechend große Unterschiede aufweisen. Häufig führen diese Toleran zen dazu, daß das Lager bei dem einen oder bei dem anderen Extremwert der Bohrung in der Lenksäule die vom Kunden gestellten Anforderungen nicht mehr erfüllt. Zum Beispiel kann beim Lenksäulenkleinstmaß die Vorspannung auf die Welle so hoch sein, daß das Drehmoment und/oder die axiale Verschiebekraft zu groß werden. Um dieses Problem zu vermeiden, wurde die Verrippung des elastischen Toleranzringes eingeführt, die die Vorspannung mindert. Nach dem bisherigen Stand der Technik ist diese Verrippung derart ausgeführt, daß auf der äußeren Mantelfläche des elastischen Toleranzringes mehrere in Achsrichtung verlaufende, gleichmäßig über den Umfang verteilte Nuten vorhanden sind. Dadurch entstehen zwischen den Nuten in radialer Richtung hervorstehende Noppen gleicher Ausdehnung. Eine solche Ausbildung der Noppen führt aber häufig dazu, daß bei großen Toleranzen zwischen Weile und Lenksäule die Vorspannung des Lagers wieder zu gering wird und demzufolge die radiale Auslenkung zu groß ist. Weiterhin kann in beiden Fällen, d. h. bei zu großer und bei zu geringer Vorspannung, das Dämpfungsverhalten nachteilig beeinflußt werden.

Nun ist zwar aus der US 50 44 785 ein elastischer Ring bekannt, der den Lageraußenring eines Kugellagers umfaßt und gleichmäßig nebeneinander um den Umfang angeordnete Flächen aufweist, die sich in ihrer radialen Ausdeh nung um den Betrag Δr unterscheiden. Dieses Dokument liefert jedoch keinen Hinweis auf die mögliche Verwendung eines elastischen Ringes in einem Lenkungslager zur Beeinflussung von Drehmoment, axialer Verschiebekraft und radialer Auslenkung. Ziel dieser Entwicklung war es vielmehr, in radialer Richtung auftretende Erschütterungen durch den elastischen Ring abzufan gen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Lenkungslager der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß sowohl bei kleinen als auch bei großen Toleranzen zwischen Lenkwelle und Lenksäule die Vorspannung so eingestellt ist, daß einerseits das Lager ein geringes Drehmoment und eine geringe axiale Ver schiebekraft aufweist und andererseits seine radiale Auslenkung gering ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß abwechselnd eine Noppe mit einer größeren radialen Ausdehnung neben einer Noppe mit einer kleineren radialen Ausdehnung angeordnet ist und ein von beiden Noppen begrenzten Freiraum eine Größe aufweist, die dem über die Höhe der kurzen Noppen hinausragenden Anteil der langen Noppe entspricht.

Dadurch wird erreicht, daß durch die Noppe mit der größeren radialen Aus dehnung, nachstehend lange Noppe genannt, die Größtmaß- bzw. Kleinstmaß- Toleranz zwischen Lenksäule und Lenkwelle ausgeglichen wird, während die Noppe mit der kleineren radialen Ausdehnung, nachstehend kurze Noppe genannt, als Wegbegrenzung für die Verformung der langen Noppe dient. Die kurze Noppe liegt dabei je nach Toleranz zwischen Lenkwelle und Lenksäule nicht an der dünnwandigen Hülse des Lagers bzw. an der Lenksäule an, liegt nur leicht vorgespannt oder liegt mit stärkerer Vorspannung an, d. h. der Wider stand gegen die Verformung bzw. vollständige Komprimierung der kurzen Noppe begrenzt die radiale Auslenkung der Welle. Die unterschiedliche Ver rippung durch die Noppen unterschiedlich radialer Ausdehnung reduziert das zu verdrängende Volumen des elastischen Toleranzringes, so daß einerseits durch eine nicht zu hohe Vorspannung ein nicht zu hohes Reibmoment und eine nicht zu hohe axiale Verschiebekraft des Lenkungslagers gegeben ist, während andererseits durch die kurze Noppe die radiale Auslenkung des Lagers durch deren Komprimierung begrenzt ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des elastischen Toleranzringes werden die sich diametral gegenüberstehenden Anforderungen an ein Lenkungs lager, nämlich auf der einen Seite ein geringes Reibmoment und eine geringe axiale Verschiebekraft und auf der anderen Seite eine geringe radiale Auslen kung, auf elegante Art und Weise realisiert. Bei einer nicht abgestuften Ver rippung nach dem bisherigen Stand der Technik bedeutete eine geringe Vor spannung zwar ein erwünscht geringes Reibmoment und eine geringe axiale Verschiebekraft des Lagers, ging aber mit einer unerwünscht großen radialen Auslenkung des Lagers einher. Wurde andererseits nach dem bisherigen Stand der Technik durch die nicht abgestufte Verrippung eine große Vorspannung auf das Lager aufgebracht, war dessen radiale Auslenkung zwar gering, aber das Reibmoment und die axiale Verschiebekraft waren unerwünscht hoch.

Mit der vorliegenden Erfindung hingegen wird erstmalig ein Lenkwellenlager vorgeschlagen, bei dem über einen erfindungsgemäß gestalteten elastischen Toleranzring gezielt die Parameter Drehmoment, axiale Verschiebekraft und radiale Auslenkung in der gewünschten Weise beeinflußt werden können.

Dadurch, daß ein von beiden Noppen begrenzter Freiraum eine Größe auf weist, die dem über die Höhe der kurzen Noppe hinausragenden Anteil der langen Noppe entspricht, wird sichergestellt, daß beim Montieren des Lagers die lange Noppe zum Toleranzausgleich zwischen Lenkwelle und Lenksäule derart verquetscht ist, daß ihr verquetschter Teil in dem zwischen beiden Noppen gebildeten Zwischenraum hineinpaßt. In diesem Fall wird ein voller Querschnitt des Toleranzringes erzielt, der sich positiv auf das radiale Auslenk verhalten auswirkt.

Aus Anspruch 2 geht hervor, daß die Noppen eine dreieckige bzw. trapezförmi ge Querschnittsform aufweisen sollen. Diese Querschnittsformen sind besonders vorteilhaft, da sie eine günstige Abstimmung des zu verquetschenden Volumens der langen Noppe mit dem zwischen beiden Noppen liegenden Freiraum zur Aufnahme des zu verquetschenden Volumens ermöglichen. Sowohl das zu verquetschende Volumen der langen Noppe als auch der Freiraum sind nämlich dreieckig ausgebildet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die dreieckförmige Spitze der langen Noppe sich leicht verquetschen läßt, während die trapezför mige kurze Noppe eine breite Auflagefläche aufweist, die der radialen Aus lenkung des Lagers beträchtlichen Widerstand entgegensetzen kann. Natürlich sind die lange bzw. kurze Noppe nicht auf die beschriebenen Querschnitts formen beschränkt. Es sind auch abgerundete Querschnittsformen mit unter schiedlichen Radien denkbar.

In Weiterbildung der Erfindung nach dem unabhängigen Anspruch 3 treten die beschriebenen Vorteile auch dann ein, wenn abwechselnd eine Noppe mit einer größeren radialen Ausdehnung neben zwei Noppen mit einer kleineren radialen Ausdehnung angeordnet ist.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Längssäulenlagerung mit zwei Nadellagern;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Nadellagers nach Fig. 1 mit erfindungsgemäßer Verrippung des Toleranzringes;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Toleranzring mit innen angeordneter Verrippung;

Fig. 4 eine Darstellung der radialen Auslenkung zweier Lenklager in Abhängigkeit von der Belastung;

Fig. 5 eine Darstellung der axialen Verschiebekraft zweier Lenkwellen in Abhängigkeit von der aufge wendeten Axialkraft.

Die in Fig. 1 dargestellte Lenksäulen-Lagerung besteht aus einer Lenkwelle 1, die über zwei Nadellager 2 in einer Lenksäule 3 gelagert ist. Die in Fig. 2 vergrößert dargestellten Nadellager 2 bestehen aus einer dünnwandigen Hülse 4, die an einer Stelle ihres Umfanges einen durchgehenden Schlitz 5 aufweist. Die innere Mantelfläche der Hülse 4 bildet dabei eine nicht näher bezeichnete Laufbahn für die in einem Käfig 6 geführten Lagernadeln 7. Die zweite Laufbahn der Lagernadeln 7 wird von der Lenkwelle 1 gebildet. Die geschlitzte Hülse 4 ist von einem elastischen Toleranzring 8 umgeben, so daß die Lagernadeln 7 durch den Toleranzring 8 bzw. die geschlitzte Hülse 4 unter Vorspan nung gehalten sind, d. h. das Nadellager 2 ist spielfrei eingestellt.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, ist der elastische Toleranz ring 8 an seiner äußeren oder an seiner inneren Mantelfläche mit in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Noppen 9, 10 versehen, wobei eine der beiden eine größere radiale Ausdehnung aufweist. Sind die Noppen 9, 10 auf der äußeren Mantelfläche des Toleranzringes 8 an geordnet, so ist der zur Noppe 9 gehörende Radius R1 größer als der zur Noppe 10 gehörende Radius R2. Sind hingegen die Noppen 9, 10 an der inneren Mantelfläche des elastischen Toleranzringes 8 angeordnet, so ist der Radius R1 kleiner als der Radius R2.

Wie insbesondere aus Fig. 3 erkennbar, ist im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel die lange Noppe 9 mit einem dreieckförmigen Querschnitt versehen, während die kurze Noppe 10 einen trapezförmigen Querschnitt aufweist. Beim Einschieben des Nadellagers 2 in die Lenksäule 3 bzw. beim Einschieben der Lenkwelle 1 in das Nadellager 2 werden die Tole ranzen zwischen Lenkwelle 1 und Lenksäule 3 durch ein Verquetschen des unteren Teiles 11 der Noppe 9 in den Freiraum 12 ausgeglichen. Dieser Freiraum 12 wird einerseits von den beiden anliegenden, nicht näher bezeichneten Flanken der Noppen 9 und 10 und andererseits vom Radius R2 der Noppe 10 begrenzt. Der ideale Lagersitz ist dann gegeben, wenn der Teil 11 der Noppe 9 den gesamten Freiraum 12 einnimmt, da in diesem Fall der elastische Toleranzring 8 einen vollen Querschnitt besitzt.

Aus der in Fig. 4 dargestellten Abhängigkeit der radialen Auslenkung eines Lenkwellenlagers von der aufgewendeten Kraft läßt sich erkennen, daß nur unwesentliche Unterschiede zwischen der Kurve 13, die ein Lager nach dem Stand der Technik darstellt, und der Kurve 14 bestehen, die ein erfindungsgemäßes Lager darstellt. Demgegenüber ist aus Fig. 5 erkennbar, daß durch die erfindungsgemäße Gestaltung des elastischen Toleranzringes die axiale Verschiebekraft gegenüber einem Lager nach dem Stand der Technik geringer ist.

Bezugszeichenliste

1 Lenkwelle
2 Nadellager
3 Lenksäule
4 Hülse
5 Schlitz
6 Käfig
7 Lagernadel
8 Toleranzring
9 Noppe
10 Noppe
11 Teil der Noppe 9
12 Freiraum
13 radiale Auslenkung bzw. Verschiebekraft eines Lagers nach dem bisherigen Stand der Technik
14 radiale Auslenkung bzw. axiale Verschiebekraft eines Lagers mit dem erfindungsgemäß gestalteten Toleranzring

Claims

1. Lageranordnung zur spielfreien Einstellung einer Lenkwelle (1) in einer Lenksäule (3) mit einem Nadellager (2), dessen äußere Laufbahn von einer dünnwandigen, geschlitzten, die Lagernadeln (7) mit elastischer Vorspannung umschließenden Hülse (4) gebildet ist, die wiederum von einem elastischen Ring (8) mit Vorspannung umschlossen ist, wobei der elastische Ring (8) an zumindest einer Mantelfläche mit nebeneinander angeordneten, in axialer oder in Umfangsrichtung verlaufenden Noppen (9, 10) versehen ist, dadurch ge kennzeichnet, daß abwechselnd eine Noppe (9) mit einer größeren radialen Ausdehnung neben einer Noppe (10) mit einer kleineren radialen Ausdehnung angeordnet ist und ein von beiden Noppen (9, 10) begrenzter Freiraum (12) eine Größe aufweist, die dem über die Höhe der kurzen Noppe (10) hinaus ragenden Anteil der langen Noppe (9) entspricht.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Noppen (9, 10) eine dreieckige bzw. trapezförmige Querschnittsform aufweisen.

3. Lageranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekenn zeichnet, daß abwechselnd eine Noppe (9) mit einer größeren radialen Aus dehnung neben zwei Noppen (10) mit einer kleineren radialen Ausdehnung angeordnet ist und ein von zwei Noppen (9, 10) begrenzter Freiraum (12) eine Größe aufweist, die dem über die Höhe der kurzen Noppe (10) hinausragenden Anteil der langen Noppe (9) entspricht.