DE69831995T2

DE69831995T2 - Montage einer Welle in einem Gehäuse mit einem vorgespannten Lager

Info

Publication number: DE69831995T2
Application number: DE69831995T
Authority: DE
Inventors: Michael D. Beaman
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1997-04-04
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2018-04-04
Also published as: EP0869289A2; EP0869289A3; EP0869289B1; DE69831995D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Montieren einer drehbaren Welle innerhalb eines Gehäuses und insbesondere auf ein für eine Lenksäulenwelle geeignetes Montieren.
Typischerweise erfordern neigbare Lenksäulen für Kraftfahrzeuge eine Federvorlast, um ein axiales freies Spiel auszuschalten, und einen Stahltoleranzring, um ein radiales freies Spiel auszuschalten. Gegenwärtig wird eine Stahlwendelfeder oder eine wellenartige Feder in Verbindung mit einem Stahl- oder Kunststoff-Toleranzring verwendet. Diese Montageanordnung erfordert einen großen Betrag von axialem Raum und verursachte Variationen in dem zum Verdrehen dienenden Drehmoment. Zusätzlich gestatten solche Montageanordnungen die Übertragung von Geräuschen und Vibrationen zu oder von der Welle durch das Lager hindurch.
Die US-A-4 456 314 offenbart eine bekannte Art des Montierens eines inneren Lagerrings auf einer Welle.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Montieren einer Welle innerhalb eines Gehäuses, wobei das Verfahren das Montieren eines Schrägkugellagers innerhalb des Gehäuses umfasst, wobei das Schrägkugellager Lagerkugeln zwischen einem äußeren Lagerring und einem inneren Lagerring hat, wobei das Schrägkugellager eine Achse hat, und Anordnen einer Welle innerhalb des inneren Lagerrings derart, dass ein ringförmiger Raum zwischen dem inneren Lagerring und der Welle geschaffen wird, gekennzeichnet durch Anordnen eines Montagerings, der aus einem elastomeren Polymer geformt ist, über der Welle und gegen den inneren Lagerring derart, dass ein Teil des Montagerings innerhalb des ringförmigen Raums zwischen dem inneren Lagerring und der Welle ist, so dass der innere Lagerring von der Welle beabstandet und in einer nicht berührenden Stellung relativ zu dieser ist, wodurch die Welle innerhalb des inneren Lagerrings zentriert wird und freies radiales Spiel der Welle in Bezug auf den inneren Lagerring vermindert wird, und axiales Zusammendrücken des Montagerings gegen den inneren Lagerring derart, dass der Montagering sich verformt und sich elastisch radial nach außen aufweitet und eine Vorspannung auf die Lagerkugeln ausübt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung geschaffen mit einem Gehäuse, einem Schrägkugellager, das Lagerkugeln zwischen einem äußeren Lagerring und einem inneren Lagerring hat, wobei der äußere Lagerring innerhalb des Gehäuses montiert ist, wobei der innere Lagerring eine zentrale ringförmige Öffnung hat, wobei eine Welle konzentrisch innerhalb der zentralen ringförmigen Öffnung des inneren Lagerrings derart angeordnet ist, dass ein ringförmiger Raum zwischen dem inneren Lagerring und der Welle geschaffen ist, und wobei ein Anschlagmittel auf der Welle montiert ist, gekennzeichnet durch einen Montagering, der aus einem elastomeren Polymer geformt ist, der einen Teil hat, der innerhalb des ringförmigen Raums zwischen dem inneren Lagerring und der Welle angeordnet ist, so dass der innere Lagerring mit Abstand von und in einer nicht berührenden Stellung relativ zu der Welle angeordnet ist, wobei der Montagering axial zwischen dem inneren Lagerring und dem Anschlagmittel zusammengedrückt ist, so dass der Montagering nachgiebig radial nach außen aufgeweitet ist und eine Vorspannung auf die Lagerkugeln ausgeübt wird.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese zur Wirkung gebracht werden kann, wird nun anhand von Beispielen Bezug genommen auf die beiliegen den Zeichnungen:
1 ist eine Schnittansicht einer innerhalb eines Gehäuses montierten Welle, die den Stand der Technik veranschaulicht;
2 ist eine Schnittansicht einer innerhalb eines Gehäuses montierten Welle, die ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 ist eine Schnittansicht einer innerhalb eines Gehäuses montierten Welle, die ein zweites Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
4 ist eine Schnittansicht, die einen elastomeren Polymer-Montagering der Ausführungsbeispiele der 2 und 3 vor dem axialen Zusammenpressen des Montagerings zeigt; und
5 ist eine Schnittansicht einer innerhalb eines Gehäuses montierten Welle, die ein drittes Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
1 veranschaulicht eine Welle 10, die innerhalb eines Gehäuses 12 durch Schrägkugellager 14 und 16 montiert ist. Ein Stahltoleranzring 18 ist gespalten oder segmentiert, sodass er sich radial nach innen eng gegen die Welle 10 und unter einen abgeschrägten Abschnitt eines inneren Lagerrings 20 des Schrägkugellagers 14 schließen kann, um radiales freies Spiel zwischen der Welle 10 und dem inneren Lagerring 20 zu vermindern. Eine Stahlwindungsfeder 22 schafft eine axiale Vorlast auf die Schrägkugellager 14 und 16, indem sie axial gegen den Stahltoleranzring 18 drückt.
2 veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Konstruktion, das eine Welle 24 hat, die innerhalb eines Gehäuses 26 mittels Schrägkugellagern 28 und 30 montiert ist, die einen Freiraum-Sitz mit der Welle bilden. Ein aus einem elastomeren Polymer geformter Montagering 32 ist gegenüber einem inneren Lagerring 34 des Schrägkugellagers 28 derart angeordnet, dass ein keilförmiger Abschnitt des Montagerings 32 zwischen dem inneren Lagerring 34 und der Welle 24 ist. Als Ergebnis dieser Anordnung des Montagerings 34 (gemeint ist 32) wird ein radiales freies Spiel der Welle vermindert, und die Welle wird zentriert und gegenüber einer Berührung mit dem Gehäuse und den Lagern isoliert, wodurch eine Übertragung von Geräuschen und Vibrationen auf die oder von der Welle vermindert wird.
Vorzugsweise werden die Schrägkugellager 28 und 30 innerhalb des Gehäuse 26 montiert, bevor die Welle 24 in ihre Position innerhalb der Lager eingesetzt wird (oder gleitet). Verschiedene Montagemittel können verwendet werden; zum Beispiel können die äußeren Lagerringe 36 und 38 unter Presssitz in das Gehäuse 26 axial nach innen gegen eine Schulter des Gehäuses 26 eingesetzt werden. In bequemer Weise können die Schrägkugellager 28 und 30 Lagerkäfige 40 mit sich radial erstreckenden Flanschen oder Laschen 42 und 44 aufweisen, die die Lager als eine Unteranordnung zusammenhalten, bevor die Welle 24 montiert und eine Vorlast aufgebracht wird.
In dem Ausführungsbeispiel von 2 hat die Welle 24 eine radial nach außen geneigte ringförmige Schulter 46, die an einer dazu passenden geneigten inneren Oberfläche des inneren Lagerrings 48 des Schrägkugellagers 30 anliegt. Eine ringförmige Scheibe 50, die durch einen Schnappring 54 oder andere Anschlagmittel gehalten ist, drückt den Montagering 32 axial gegen den inneren Lagerring 34 zusammen. Als Ergebnis dieser axialen Kompression verformt sich der Montagering 32 und spreizt sich nachgiebig radial nach außen auf und schafft eine Vorlast auf die Lagerkugeln 54 der Schrägkugellager 28 und 30, die durch das Gehäuse 26 hindurch wirkt und der ein Widerstand durch Eingriff des inneren Lagerrings 48 mit der ringförmigen Schulter 46 entgegengesetzt wird.
3 veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Konstruktion, mit einem optionalen keilförmigen Isolater 56, der aus einem elastomeren Polymer geformt ist, zwischen dem inneren Lagerring 48 und der ringförmigen Schulter 58 einer Welle 60. Die ringförmige Schulter 58 und die radiale Oberfläche, die an dem keilförmigen Isolator 56 angreifen, dienen dazu, die Spitze des Keils zwischen den inneren Lagerring 48 und die Welle 60 zu drücken, um die Welle zu zentrieren und eine Berührung zwischen dem Schrägkugellager 30 und der Welle zu verhindern. Diese Isolierung der Welle 60 schafft ferner eine Verminderung von übertragenen Geräuschen und Vibrationen zu der oder von der Welle. Andere Elemente dieses Ausführungsbeispiels sind ähnlich denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels.
Das Montageglied 32 ist in seiner nicht verformten zylindrischen Hülsengestalt 62 in 4 gezeigt.
5 veranschaulicht eine drittes Ausführungsbeispiel ähnlich dem zweiten Ausführungsbeispiel und mit dem keilförmig gestalteten Isolator 56. Eine Welle 60 hat eine ringförmige Schulter 66 ähnlich der ringförmigen Schulter 58 und weist einen Abschnitt mit vermindertem Durchmesser auf, der eine Stufe 60 (gemeint ist 72) bildet, die radial innerhalb des inneren Lagerrings 34 angeordnet ist. Die Stufe 72 gestattet es dem Montagering 70, einen dickeren radialen Querschnitt zu haben als der Montagering 32, wobei ein keilförmig gestalteter Abschnitt zum Angriff an einer radial nach außen geneigten Oberfläche des inneren Lagerrings 34 geschaffen wird. Wenn er durch einen Schnappring 74, wie gezeigt, gehalten ist, wird der Montagering 70 axial zusammengedrückt und spreizt sich nachgiebig radial nach außen, um eine Vorlast auf die Schrägkugellager 28 und 30 aufzubringen. Obwohl andere elastomere Polymere verwendet werden können, ist Urethan besonders als Material für diese Verwendung geeignet, weil es nicht leicht zusammendrückbar ist, aber sich nachgiebig verformt, ohne sein Volumen zu verändern und ohne Kriechen oder Entspannung unter Last. Wenn das Montageglied 32 oder 70 "axial zusammengepresst" wird, wie oben beschrieben, bleibt das Volumen im Wesentlichen das Gleiche, während es radial nach außen verformt wird, wobei der Kontakt mit der Welle aufrecht erhalten wird. Als Ergebnis dieser nachgiebigen Verformung wird ein gewünschtes Drehmoment für die Verdrehung mit geringerer Variation aufrecht erhalten, als es mit bekannten Montageanordnungen erzielt werden kann, wobei große axiale Verlagerungen der Welle und des Gehäuses beherrscht werden.
Es ist einzusehen, dass die vorliegende Konstruktion wesentliche Verbesserungen in Bezug auf eine Verminderung von Geräuschen und Vibrationen und in Bezug auf die Aufrechterhaltung eines gleichförmigen Drehmoments für die Verdrehung der Welle relativ zu dem Gehäuse schafft, die es ideal geeignet zur Montage von neigbaren Lenksäulen für Kraftfahrzeuge macht. Zusätzlich erfordert die vorliegende Konstruktion weniger Teile als bekannte Montageanordnungen, was einen einfacheren Zusammenbau zur Folge hat und einen geringeren axialen Raum erfordert.

Claims

Verfahren zum Montieren einer Welle (24) innerhalb eines Gehäuses (26), wobei das Verfahren das Montieren eines Schrägkugellagers (28) innerhalb des Gehäuses umfasst, wobei das Schrägkugellager Lagerkugeln (54) zwischen einem äußeren Lagerring (36) und einem inneren Lagerring (34) hat, wobei das Schrägkugellager eine Achse hat, und Anordnen einer Welle (24) innerhalb des inneren Lagerrings derart, dass ein ringförmiger Raum zwischen dem inneren Lagerring und der Welle geschaffen wird, gekennzeichnet durch Anordnen eines Montagerings (32), der aus einem elastomeren Polymer geformt ist, über der Welle (24) und gegen den inneren Lagerring (34) derart, dass ein Teil des Montagerings innerhalb des ringförmigen Raums zwischen dem inneren Lagerring und der Welle ist, so dass der innere Lagerring (34) von der Welle (24) beabstandet und in einer nicht berührenden Stellung relativ zu dieser ist, wodurch die Welle innerhalb des inneren Lagerrings zentriert wird und freies radiales Spiel der Welle in Bezug auf den inneren Lagerring vermindert wird, und axiales Zusammendrücken des Montagerings (32) gegen den inneren Lagerring (34) derart, dass der Montagering sich verformt und sich elastisch radial nach außen aufweitet und eine Vorspannung auf die Lagerkugeln (54) ausübt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der innere Lagerring (34) eine nach außen abgeschrägte, radial innere Oberfläche hat, die einer äußeren abgeschrägten, radial äußeren Oberfläche des Teils des Montagerings (32) zwischen dem inneren Lagerring und der Welle (24) entspricht, so dass das Einführen des Montagerings innerhalb des ringförmigen Raums zwischen dem inneren Lagerring und der Welle erleichtert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner das Montieren eines zweiten Schrägkugellagers (30) innerhalb des Gehäuses (26) umfasst, wobei das zweite Schrägkugellager Lagerkugeln (54) hat und mit einer Anschlagoberfläche (58) an der Welle in Eingriff bringbar ist, so dass das axiale Zusammendrücken des Montagerings (32) eine Vorspannung auf die Lagerkugeln (54) des zweiten Schrägkugellagers ausübt.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner das Anordnen eines keilförmigen, aus einem elastischen Polymer geformten Isolierglieds (56) zwischen der Welle (60) und dem zweiten Schrägkugellager (30) aufweist und das mit der Anschlagoberfläche an der Welle in Eingriff bringbar ist, wodurch das Zentrieren der Welle erleichtert wird und radiales freies Spiel der Welle in Bezug auf das zweite Schrägkugellager vermindert wird.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Montagering (32) aus Urethan geformt ist.
Anordnung mit einem Gehäuse (26), einem Schrägkugellager (28), das Lagerkugeln (54) zwischen einem äußeren Lagerring (36) und einem inneren Lagerring (34) hat, wobei der äußere Lagerring innerhalb des Gehäuses montiert ist, wobei der innere Lagerring eine zentrale ringförmige Öffnung hat, wobei eine Welle (24) konzentrisch innerhalb der zentralen ringförmigen Öffnung des inneren Lagerrings derart angeordnet ist, dass ein ringförmiger Raum zwischen dem inneren Lagerring und der Welle geschaffen ist, und wobei ein Anschlagmittel (50) auf der Welle montiert ist, gekennzeichnet durch einen Montagering (32), der aus einem elastomeren Polymer geformt ist, der einen Teil hat, der innerhalb des ringförmigen Raums zwischen dem inneren Lagerring (34) und der Welle (24) angeordnet ist, so dass der innere Lagerring (34) mit Abstand von und in einer nicht berührenden Stellung relativ zu der Welle (24) angeordnet ist, wobei der Montagering axial zwischen dem inneren Lagerring und dem Anschlagmittel (50) zusammengedrückt ist, so dass der Montagering nachgiebig radial nach außen aufgeweitet ist und eine Vorspannung auf die Lagerkugeln ausgeübt wird.
Anordnung nach Anspruch 6, bei der die zentrale ringförmige Öffnung des inneren Lagerrings (34) eine nach außen abgeschrägte, radial innere Oberfläche hat, die einer äußeren abgeschrägten, radial äußeren Oberfläche des Teils des Montagerings (32) zwischen dem inneren Lagerring und der Welle (24) entspricht.
Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, die ferner ein zweites Schrägkugellager (30) aufweist, das innerhalb des Gehäuses montiert ist, sowie eine Anschlagoberfläche (58) an der Welle, wobei das zweite Schrägkugellager an der Anschlagoberfläche anliegt und Lagerkugeln (54) hat, die durch den axial zusammengedrückten Montagering vorgespannt sind.
Anordnung nach Anspruch 7, die ferner ein keilförmiges, aus einem elastomeren Polymer geformtes Isolierglied (56) zwischen der Welle (24) und dem zweiten Schrägkugellager (30) aufweist und das an der Anschlagoberfläche (58) an der Welle anliegt, so dass ein Zentrieren der Welle und ein Vermindern eines radialen freien Spiels der Welle in Bezug auf das zweite Schrägkugellager erleichtert sind.
Anordnung nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, bei der der Montagering (32) aus Urethan geformt ist.
Anordnung nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 10, bei der die Welle (52) einen Abschnitt mit vermindertem Druchmesser hat, der eine Stufe (72) bildet, die radial innerhalb des inneren Lagerrings (34) liegt, und wobei der Montagering (70) auf dem Abschnitt mit vermindertem Durchmesser und gegenüber der Stufe angeordnet ist.