WO2005015039A1 - Wälzlager zur lagerung einer lenkwelle - Google Patents

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Herbert Erhardt
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Ina-Schaeffler Kg
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    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
    • F16C35/067—Fixing them in a housing

Definitions

  • the invention relates to a rolling bearing, in particular an angular contact ball bearing for mounting a steering shaft of a motor vehicle, consisting of a bearing inner and a bearing outer ring, between which rolling rolling elements on associated raceways, the bearing inner ring being secured against axial displacement on the steering shaft.
  • Rolling bearings of this type are used for mounting steering shafts in steering columns in motor vehicles.
  • the bearing is an angular contact ball bearing that is used together with another angular contact ball bearing and forms a bearing arrangement with this additional angular contact ball bearing and different preloading and supporting elements.
  • Such a bearing arrangement is previously described in DE 40 13 655 C2.
  • Tolerance rings made of metal are thin-walled, hollow-cylindrical elements with a bevel at one end. Their disadvantage is in particular that they are relatively expensive to manufacture and have no or only very low damping properties. In addition, it is difficult to manufacture a structural unit with steel tolerance rings.
  • FIG. 8 of WO 98/26189 Another steering bearing is shown in Figure 8 of WO 98/26189.
  • the bearing is designed as an angular contact ball bearing and interacts with another angular contact ball bearing in a steering column. These are biased against each other by spring force.
  • the angular contact ball bearing has an outer ring and an inner ring made of sheet metal. Balls are clamped between the rings by means of the spring force.
  • An intermediate element designed as a plastic tolerance ring is assigned to the inner ring. This centers the bearing on the steering shaft and prestresses the inner ring against the balls. For such a bias, the tolerance ring is followed by a wave spring.
  • the spring When the steering bearing is mounted in the steering column, the spring is supported on a toothed ring which, on the one hand, has its teeth engaged in the material of the surface of the steering shaft.
  • This toothed ring secures the inner ring and thus the bearing, at least in an axial direction, so that it cannot move on the steering shaft.
  • the outer ring, the balls, often also a cage for guiding the balls, the inner ring, the tolerance ring, the springs and the prong ring are combined to form a unit in which the parts are held captively for handling the bearing until it is assembled.
  • Such steering bearings used according to the prior art have a relatively large number of parts. For each individual part you need tools for production and also for assembly. Steering bearings of this type are therefore associated with relatively high costs.
  • steering bearings are provided as an electrical connection between a housing located on the vehicle and the steering shaft, they become even more complicated because the stroke current has to be transmitted.
  • additional sheet metal elements made of copper or brass or similar materials are often used as a connection between the inner ring and the steering shaft.
  • the object of the invention is therefore to develop a steering bearing, the manufacture and assembly of which is simplified and which is composed of a few components.
  • this object is achieved according to the characterizing part of claim 1 in conjunction with its preamble in that the bearing inner ring is designed as a solid ring which is provided with an internal toothing in its receiving bore.
  • the bearing inner ring of the steering bearing is pressed onto the steering shaft.
  • the steering shaft shears material at the tooth tips of the internal toothing, which material is completely or partially displaced into the spaces between the teeth in the direction of the tooth base, so that the steering bearing is firmly seated on the steering shaft via its inner ring.
  • the bearing inner ring takes over the previous function of the tolerance ring, thus also compensates for manufacturing inaccuracies between the inner ring and the steering shaft.
  • the steering bearing designed according to the invention also has one component less, namely the tolerance ring, which has a positive effect on production and assembly costs.
  • Another advantage lies in the fact that by eliminating the previously required tolerance ring, less axial installation space is required.
  • Another advantage of the bearing designed according to the invention is the substantially higher rigidity of the steering shaft, since the bearing inner ring is very compact.
  • the bearing inner ring is machined or non-cutting by a cold forming process.
  • the bearing outer ring is designed as a thin-walled chipless shaped ring.
  • the bearing outer ring is designed as a solid ring which is provided on its outer surface with an external toothing. In this way, a secure hold of the bearing arrangement in the steering tube is realized, and again manufacturing tolerances can be compensated for at the same time.
  • the cohesion of the bearing components results in an captive structural unit which can be handled in a very simple manner up to the assembly.
  • the rolling elements are held in a cage which is provided at its two ends with a plurality of axial extensions which are evenly spaced apart in the circumferential direction and which engage behind the bearing outer ring and the bearing inner ring with holding lugs directed radially outwards and radially inwards.
  • the raceways of the bearing rings are to be subjected to a hardening process.
  • the two figures each show a longitudinal section or half section through a steering bearing designed according to the invention.
  • the steering bearing shown in FIG. 1 consists of the non-cutting bearing outer ring 1, the bearing inner ring 2 and bearing balls 4 guided in the cage 3, which roll on the associated, unspecified raceways around the bearing axis 5.
  • the bearing outer ring 1 has the axially extending part 1.1, which is continued from the radially extending part 1.2.
  • the bearing inner ring 2 is designed as a solid part and is provided in its receiving bore 2.1 with the internal toothing 2.2, which has a tooth height of approximately 0.5 mm in the exemplary embodiment.
  • the bearing balls 4 are held by the cage 3, which also brings about the overall cohesion of the steering bearing.
  • the cage 3 is provided with axial extensions 3J and 3.2 which are evenly spaced apart in the circumferential direction and which are provided at their ends with holding lugs 3J .1 directed radially outwards or holding lugs 3.2.1 directed radially inwards.
  • the radially outwardly directed retaining lugs 3.1.1 encompass the radially directed part 1.2 of the bearing outer ring 1, while the radially inwardly directed retaining lugs 3.2J encompass the inner bearing ring 2. If this steering bearing is now pressed onto a steering shaft (not shown), this material shears off the tooth tips of the internal toothing 2.2 and presses it in the direction of the tooth base.
  • FIG. 1 further shows that the steering bearing designed according to the invention is significantly simplified compared to the steering bearings according to the prior art, ie it has fewer components and is therefore much easier to manufacture and assemble.
  • the steering bearing shown in FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 only by the bearing outer ring 6, which is provided on its outer surface with the additional external toothing 6J.
  • 6.1 material is sheared off at the tooth tips of the external toothing, which material is completely or partially displaced into the gaps between the teeth in the direction of the tooth base, so that a firm fit is realized in the steering tube.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schrägkugellager zur Lagerung einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus einem Lagerinnen- (2) und einem Lageraußenring (1, 6), zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen Wälzkörper (4) abwälzen, wobei der Lagerinnenring (1) gegen axiales Verschieben auf der Lenkwelle gesichert ist. Das Lager zeichnet sich dadurch aus, dass der Lagerinnenring (2) als ein Massivring ausgebildet ist, der in seiner Aufnahmebohrung (2.1) mit einer Innenverzahnung (2.2) versehen ist.

Description

Wälzlager zur Lagerung einer Lenkwelle
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, insbesondere ein Schrägkugellager zur Lagerung einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus einem Lagerinnen- und einem Lageraußenring, zwischen , denen auf zugehörigen Laufbahnen Wälzkörper abwälzen, wobei der Lagerinnenring gegen axiales Verschieben auf der Lenkwelle gesichert ist.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Wälzlager werden zur Lagerung von Lenkwellen in Lenksäulen in Kraftfahrzeugen verwendet. In den meisten Fällen ist das Lager ein Schrägkugellager, das zusammen mit einem weiteren Schrägkugellager eingesetzt und mit diesem weiteren Schrägkugellager sowie unterschiedlichen Vorspann- und Stützelementen eine Lageranordnung bildet. In der DE 40 13 655 C2 ist eine derartige Lageranordnung vorbeschrieben.
Ein weiteres gattungsgemäßes Schrägkugellager, wie es häufig zur Lagerung von Lenkwellen verwendet wird, ist aus der DE 38 08 556 A1 vorbekannt. Der Innenring ist von einem Toleranzring aus einem Kunststoff aufgenommen, der den Innen- und Außenring mit einem radialen Vorsprung hintergreift. Am ande- ren axialen Ende des Innenringes ist ein Federelement in Form eines Federringes 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. Toleranzringe sind insbesondere aus Stahlblech oder aus Kunststoff ausgeführt. Kunststoff wird als Werkstoff für die Fertigung der Toleranzringe jedoch bevorzugt, da sie sich in der Massenfertigung kostengünstig herstellen lassen. Ein anderer großer Vorteil von Toleranzringen liegt in ihrem Schwingungen dämpfenden Verhalten. Damit wird den steigenden Anforderungen an einen niedrigen Geräuschpegel und an ein komfortables Verhalten der Lenkung im Fahrzeug genüge getan. Toleranzringe aus Metall sind dünnwandig hohlzylind- risch ausgebildete Elemente, die an einem Ende mit einer Schräge versehen sind. Ihr Nachteil liegt insbesondere darin, dass sie in der Herstellung relativ teuer sind und keine bzw. nur sehr geringe dämpfende Eigenschaften aufweisen. Außerdem ist es schwierig, mit Toleranzringen aus Stahl eine Baueinheit zu fertigen.
Ein anderes Lenkungslager ist in Figur 8 der WO 98/26189 dargestellt. Das Lager ist als Schrägkugellager ausgeführt, wirkt in einer Lenksäule mit einem weiteren Schrägkugellager zusammen. Diese sind mittels Federkraft gegeneinander vorgespannt. Das Schrägkugellager weist einen Außenring und einen Innenring aus Blech auf. Zwischen den Ringen sind Kugeln mittels der Feder- kraft eingespannt. Dem Innenring ist ein als Toleranzring aus Kunststoff ausgeführtes Zwischenelement zugeordnet. Dieses zentriert das Lager auf der Lenkwelle und spannt den Innenring gegen die Kugeln vor. Für eine derartige Vorspannung schließt sich dem Toleranzring eine Wellfeder an. Wenn das Lenkungslager in der Lenksäule montiert ist, stützt sich die Feder an einem Za- ckenring ab, der sich einerseits mit seinen Zacken in dem Material der Oberfläche der Lenkwelle verkrallt hat. Dieser Zackenring sichert den Innenring und damit das Lager zumindest in einer axialen Richtung unverschiebbar auf der Lenkwelle. Der Außenring, die Kugeln, häufig auch ein Käfig zum Führen der Kugeln, der Innenring, der Toleranzring, die Federn und der Zackenring sind zu einer Baueinheit zusammen gefasst, in der die Teile verliersicher für die Handhabung des Lagers bis zu seiner Montage gehalten sind. Solche nach dem Stand der Technik verwendete Lenkungslager weisen eine relativ große Anzahl von Teilen auf. Für jedes einzelne Teil benötigt man Werkzeuge für die Fertigung und auch für die Montage. Derartige Lenkungsla- ger sind daher mit relativ hohen Kosten behaftet. Wenn diese Lenkungslager als elektrische Verbindung zwischen einem am Fahrzeug befindlichen Gehäuse und der Lenkwelle vorgesehen sind, werden sie noch komplizierter, da der Hubstrom zu übertragen ist. Dazu werden häufig zusätzliche Blechelemente aus Kupfer oder Messing bzw. ähnlichen Werkstoffen als Verbindung zwischen dem Innenring und der Lenkwelle verwendet.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Lenkungslager zu entwickeln, dessen Herstellung und Montage vereinfacht ist und das aus wenigen Bauteilen zusammen gesetzt ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass der Lagerinnenring als ein Massivring ausgebildet ist, der in seiner Aufnahmebohrung mit einer Innenverzahnung versehen ist.
Mit dieser Innenverzahnung wird der Lagerinnenring des Lenkungslagers auf die Lenkwelle aufgepresst. Durch die Lenkwelle wird an den Zahnspitzen der Innenverzahnung Material abgeschert, das ganz oder teilweise in die Zwischenräume zwischen den Zähnen in Richtung Zahngrund verdrängt wird, so dass ein fester Sitz des Lenkungslagers über dessen Innenring auf der Lenkwelle realisiert ist. Dabei ist von Vorteil, dass der Lagerinnenring die bisherige Funktion des Toleranzringes übernimmt, also auch Fertigungsungenauigkeiten zwischen Innenring und Lenkwelle ausgleicht. Aus diesem Grunde enthalten derart erfindungsgemäß ausgebildete Lenkungslager auch ein Bauteil weniger, nämlich den Toleranzring, was sich positiv auf Fertigungs- und Montagekosten auswirkt. Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, dass durch Wegfall des bisher erforderlichen Toleranzringes weniger axialer Bauraum erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäß ausgebildeten Lagers ist die wesentlich höhere Steifigkeit der Lenkwelle, da der Lagerinnenring sehr kompakt ausgebildet ist.
Weitere Ausführungsvarianten der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben.
So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass der Lagerinnenring spanend oder spanlos durch einen Kaltumformungsprozeß hergestellt ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 3 soll der Lageraußenring als ein dünnwandiger spanlos geformter Ring ausgebildet sein.
Nach einem anderen zusätzlichen Merkmal der Erfindung ist nach Anspruch 4 vorgesehen, daß der Lageraußenring als ein Massivring ausgebildet ist, der an seiner Mantelfläche mit einer Außenverzahnung versehen ist. Auf diese Weise ist ein sicherer Halt der Lageranordnung im Lenkrohr realisiert, wobei gleichzeitig nochmals Fertigungstoleranzen ausgleichbar sind.
Aus Anspruch 5 geht der Zusammenhalt der Lagerbauteile zu einer unverlier- baren Baueinheit hervor, die sich in sehr einfacher Weise bis zur Montage handhaben lässt. Danach ist vorgesehen, dass die Wälzkörper in einem Käfig gehalten sind, der an seinen beiden Enden mit mehreren gleichmäßig in Um- fangsrichtung voneinander beabstandeten axialen Verlängerungen versehen ist, die mit radial nach außen und radial nach innen gerichteten Haltenasen den Lageraußenring und den Lagerinnenring hintergreifen. Schließlich sollen nach einem letzten Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 6 die Laufbahnen der Lagerringe einem Härteprozeß unterworfen sein.
Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beiden Figuren zeigen je einen Längsschnitt bzw. Halbschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Lenkungslager.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in der Figur 1 gezeigte Lenkungslager besteht aus dem spanlos gefertigten Lageraußenring 1 , dem Lagerinnenring 2 sowie im Käfig 3 geführten Lagerkugeln 4, die auf zugehörigen, nicht näher bezeichneten Laufbahnen um die Lagerachse 5 abwälzen. Der Lageraußenring 1 weist den axial sich erstre- ckenden Teil 1.1 auf, der vom radial sich erstreckenden Teil 1.2 fortgesetzt ist. Der Lagerinnenring 2 ist als ein Massivteil ausgestaltet und in seiner Aufnahmebohrung 2.1 mit der Innenverzahnung 2.2 versehen, die im Ausführungsbeispiel eine Zahnhöhe von etwa 0,5 mm aufweist. Die Lagerkugeln 4 sind durch den Käfig 3 gehalten, der auch den Gesamtzusammenhalt des Lenkungslager bewerkstelligt. Das erfolgt derart, dass der Käfig 3 mit gleichmäßig in Umfangs- richtung voneinander beabstandeten axialen Verlängerungen 3J und 3.2 versehen ist, die an ihren Enden mit radial nach außen gerichteten Haltenasen 3J .1 bzw. radial nach innen gerichteten Haltenasen 3.2.1 versehen sind. Die radial nach außen gerichteten Haltenasen 3.1.1 umgreifen den radial gerichte- ten Teil 1.2 des Lageraußenringes 1 , während die radial nach innen gerichteten Haltenasen 3.2J den Lagerinnenring 2 umgreifen. Wird nun dieses Lenkungslager auf eine nicht dargestellte Lenkwelle gepresst, so wird durch diese Material von den Zahnspitzen der Innenverzahnung 2.2 abgeschert und in Richtung Zahngrund gedrückt. Auf diese Weise erfolgt eine feste Verbindung zwischen Lagerinnenring 2 und Lenkwelle. An den Lageraußenring 1 schließt sich in nicht dargestellter Weise ein Lenkrohr an. Es ist erkennbar, dass aufgrund des kompakten Lagerinnenrings 2 die Lenkwelle eine hohe Steifigkeit aufweist. Die Figur 1 läßt weiter erkennen, dass das erfindungsgemäß gestaltete Lenkungslager gegenüber den Lenkungslagern nach dem bisherigen Stand der Technik wesentlich vereinfacht ist, d.h., weniger Bauteile aufweist und demzufolge wesentlich einfacher herstell- und montierbar ist.
Das in der Figur 2 gezeigte Lenkungslager unterscheidet sich von dem gemäß Figur 1 lediglich durch den Lageraußenring 6, der an seiner Mantelfläche mit der zusätzlichen Außenverzahnung 6J versehen ist. Beim Einschieben in ein nicht dargestelltes Lenkrohr sind an den Zahnspitzen der Außenverzahnung 6.1 Material abgeschert, das ganz oder teilweise in die Zwischenräume zwischen den Zähnen in Richtung Zahngrund verdrängt wird, so daß ein fester Sitz im Lenkrohr realisiert ist.
Bezugszeichen
1 Lageraußenring
1.1 axial sich erstreckender Teil 1.2 radial sich erstreckender Teil
2 Lagerinnenring 2J Aufnahmebohrung
2.2 Innenverzahnung
3 Käfig 3.1 axiale Verlängerung
3.1.1 Haltenase
3.2 axiale Verlängerung
3.2.1 Haltenase
4 Lagerkugel 5 Achse
6 Lageraußenring
6J Außenverzahnung

Claims

Patentansprüche
1. Wälzlager, insbesondere ein Schrägkugellager zur Lagerung einer Lenkwelle eines Kraftfahzeuges, bestehend aus einem Lagerinnen- (2) und einem Lageraußenring (1 , 6), zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen Wälzkörper (4) abwälzen, wobei der Lagerinnenring (2) gegen axiales Verschieben auf der Lenkwelle gesichert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerinnenring (2) als ein Massivring ausgebildet ist, der in seiner Aufnahmebohrung (2.1) mit einer Innenverzahnung (2.2) versehen ist.
2. Schrägkugellager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerinnenring (2) spanend oder spanlos durch einen Kaltumfor- mungsprozeß hergestellt ist.
3. Schrägkugellager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Lageraußenring (1 ) als ein dünnwandiger spanlos geformter Ring ausgebildet ist.
4. Schrägkugellager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Lageraußenring (6) als ein Massivring ausgebildet ist, der an seiner Mantelfläche mit einer Außenverzahnung (6.1) versehen ist.
5. Schrägkugellager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (4) in einem Käfig (3) gehalten sind, der an seinen beiden Enden mit mehreren gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten axialen Verlängerungen (3.1 , 3.2) versehen ist, die mit radial nach außen und radial nach innen gerichteten Haltenasen (3.1.1 , 3.2J ) den Lageraußenring (1 ,6) und den Lagerinnenring (2) hintergrei- fen. Schrägkugellager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß Laufbahnen der Lagerringe (1 , 2, 6) einem Härteprozeß unterworfen sind.
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