WO2006021273A1 - Radiallageranordnung und radiallager, insbesondere für eine spindellagerung - Google Patents

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WO2006021273A1
WO2006021273A1 PCT/EP2005/007827 EP2005007827W WO2006021273A1 WO 2006021273 A1 WO2006021273 A1 WO 2006021273A1 EP 2005007827 W EP2005007827 W EP 2005007827W WO 2006021273 A1 WO2006021273 A1 WO 2006021273A1
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WO
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radial bearing
ring
balls
bearing
running
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/007827
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Inventor
Johannes Lang
Thomas Schilling
Alexander Zernickel
Andreas Oswald
Original Assignee
Schaeffler Kg
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Publication date
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/49—Bearings with both balls and rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/04—Ball or roller bearings, e.g. with resilient rolling bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
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    • F16C33/588—Races of sheet metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/20—Land vehicles
    • F16C2326/24—Steering systems, e.g. steering rods or columns

Definitions

  • the invention relates to a radial bearing arrangement for the rotatable Sieg ⁇ tion of a first component relative to a second component comprising a Ra- diallager with a running ring, which sits on the bearing seat surface of one of the components, and two in the race axially successively arranged WälzMech ⁇ wrestling, which roll on a running surface of the other component.
  • the invention furthermore relates to a new radial bearing used in this radial bearing arrangement and to a spindle bearing in which the radial bearing arrangement mentioned at the outset is used.
  • chipless rolling bearings In modern machine and device construction mainly inexpensive chipless rolling bearings are used, i. Rolling bearings with non-cutting produced Laufrin ⁇ gene. Such chipless rolling bearings have compared to machined bearings relatively large convincedstoieranzen that can cause a certain bearing clearance in use. This has an adverse effect, for example, on rotational movements controlled using rotational angle sensors, if the resolution of the sensors is of an order of magnitude smaller than that of the bearing clearance. Another disadvantage is seen in that a bearing clearance is always a source of noise.
  • a steering spindle for modern motor vehicles is called, is increasingly placed on a zero-backlash and low-noise function.
  • the invention has for its object to provide a radial bearing assembly and a radial bearing used therein in particular for the pivotal mounting of the steering spindle of a motor vehicle, which ensure a high degree of backlash and noise poverty in the use of Consequently ⁇ cheap chipless rolling bearings.
  • the invention is based on the finding that the possible radia ⁇ len movements of the mounted component due to a bearing clearance in the actual bearing bearing element can be largely eliminated by biased in the direction of the bearing clearance additional bearing elements.
  • the invention relates to a radial bearing arrangement for the rotatable Sieg ⁇ tion of a first component relative to a second component, comprising a Ra- diallager with a race which sits on the bearing seat surface of one of the components, and two in the race axially successively arranged WälzMech ⁇ rings , which roll on a running surface of the other component.
  • Rolling with two axially successively arranged WälzSystemringen are generally known for example as a double ball bearing or double roller bearings and in many uses. These are usually rolling bearings in which both Wälz redesignringe have equally bearing Aufga ⁇ ben, i. in which the seated on the bearing seat surface raceway is radially supported over its entire axial width.
  • the race is radially supported on the bearing seat surface only in the region of a first of the two rolling element rings, and that it is resiliently biased towards the running surface in the region of the second rolling element body such that the adjacent rolling elements are resiliently pressed against the running surface.
  • the raceway is formed of a resilient material.
  • This construction advantageously ensures that the rotatably mounted component is always centered during normal operation by the second rolling element ring, so that operating play can not have any effect and thus noise is largely reduced.
  • the bearing seat surface in the region of this second Wälz redesignringes In order to enable an elastic movement of the second Wälz redesignringes, the bearing seat surface in the region of this second Wälz redesignringes casge ⁇ cut, so that the raceway is not supported radially.
  • the raceway is an outer ring which sits on a cylindrical inner surface of one of the components, and that the rolling elements roll on an outer surface of the other component which is designed as a running surface.
  • a radial roller arrangement is particularly suitable for the rotary mounting of shafts, spindles and the like in a housing.
  • the first WälzISEring a needle bearing ring and the second Wälzianuring is a ball bearing ring
  • the second Wälzianuring with respect to an associated tread has an excess
  • Running ring is formed from ei ⁇ nem resiliently elastic material.
  • the running ring has a first axial section with a cylindrical running surface for the needles and a second axial section with a cross-section in the substantially circular segment-shaped running groove for the balls.
  • the NA- The bearing ring forms the actual bearing, ie the radial forces aufneh ⁇ ing storage area, while the ball bearing ring represents a toleranzausrete the area.
  • the balls have a larger diameter than the needles, and that the race is formed as an annular sleeve enveloping the Wälzoresringe, substantially on the balls on the one hand and the needles on the other hand.
  • the wall thickness of the annular sleeve is dimensioned so that on the one hand the desired preload forces are generated, but on the other hand the required elastic deflection movement is possible.
  • radial bearing of the raceway is formed as an outer ring having a first axial portion of smaller diameter and a second axial portion of larger diameter.
  • the needles of Nadel ⁇ bearing ring on the one hand and the balls of the ball bearing ring on the other hand vor ⁇ preferably each arranged in cages, so that the bearing can be installed as a preassembled unit.
  • the cages are preferably made of plastic, but steel can also be used as a material.
  • Another measure to reduce noise is to use plastic balls or hollow balls made of steel instead of standard bearing balls.
  • the invention also exhibits the desired effect with conventional steel rolling elements.
  • the raceway in the ring portion for the balls has exemptions, zwi ⁇ rule which webs are formed. At least two, preferably at least three exemptions equally distributed formed on the circumference of the race.
  • this raceway is designed so that the exemptions only cover part of the axial length of the ball cage holding the balls.
  • the ring portion for the Ku ⁇ on its inner side facing the rolling elements has a shape deviating from the circular polygonal geometry in which, for example, three Ab ⁇ sections of this inner side protrude radially inwardly.
  • a steering spindle assembly for a motor vehicle by means of one or more axially spaced radial bearing arrangements is provided that at least one of the radial bearing arrangements, namely diegei ⁇ ge, which has to bear the main bearing load in the above described Wei ⁇ se is formed.
  • the radial bearing arrangements namely diegei ⁇ ge, which has to bear the main bearing load in the above described Wei ⁇ se is formed.
  • several or all of the radial cantilever arrangements have a structure as described above.
  • FIG. 1 shows an axial longitudinal section through a radial bearing arrangement for a spindle bearing (detail I in FIG. 4)
  • FIG. 2 shows an axial longitudinal section through a radial bearing used in the radial bearing arrangement according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows a perspective view of a radial bearing 2
  • FIG. 4 shows a steering spindle with a plurality of axially spaced radial bearing arrangements, of which at least one (detail I) has a construction according to FIGS. 1 to 3,
  • FIG. 5 shows an end view of a bearing ring of the radial bearing in a further embodiment
  • FIG. 6 shows a longitudinal section through the bearing ring according to FIG. 5, FIG.
  • Fig. 7 is a three-dimensional side view of a radial bearing with a
  • FIG. 8 shows a radial bearing according to FIG. 7 in another perspective view.
  • FIG. 1 shows a radial bearing arrangement 2 for the rotatable mounting of a first component 4 (eg a spindle) in a second component 6 (eg a spindle housing), comprising a radial bearing 8 with a race 10, which is mounted on the bearing seat surface 12 of the second component 6 sits, and two in the running ring 10 axially successively arranged WälzSystemringen 14 and 16, the Wälz ⁇ body on a tread 18 of the first component 6 roll.
  • the running ring 10 is supported only in the region of the first Wälz redesignringes 14 on the bearing seat surface 12. In the region of the second Wälz redesignringes 16, the bearing seat surface 12 is cut free, so that the running ring 10 is not present.
  • the running ring 10 is formed of a resilient material and designed so that in the mounted state, the second WälzConsequentlyring 16 to the Lauf ⁇ surface 18 is elastically biased toward, ie. the rolling elements of the second Wälz ⁇ body ring 16 resiliently abut the tread 18.
  • the first WälzSystem 14 forms a gerlasten for receiving the load bearing loads designed bearing area, while the second WälzSystemring 16 a manufacturing tolerances of the first WälzSystemringes 14 balancing the area forms.
  • the first component 4 is centered by the second WälzSystemring 16.
  • the second rolling element ring 16 deviates in accordance with a possibly existing bearing clearance until the radial force is absorbed by the first rolling element ring 14.
  • Fig. 1 shows an example of a radial bearing assembly, in which the running ring 10 of the radial bearing 8 is an outer ring which sits on a cylindrical réelleflä ⁇ surface (bearing seat surface 12) of the second component 6, while the Wälz ⁇ body of WälzSystemringe 14, 16 at an outer surface (tread 18) of the first component 4 roll.
  • the race is an inner ring which sits on the outer surface of an inner member, while the rolling elements roll on the inside of an outer member.
  • Fig. 2 shows the radial bearing 8 of FIG. 1 in an axial longitudinal section.
  • the first Wälzèvering 14 is a needle bearing ring
  • the second Wälzoasa ⁇ ring 16 is a ball bearing ring.
  • Fig. 2 further reveals is in the than Outer ring trained race 10 a first cage 20 for receiving the first Wälzoasaring 14 forming needles 21 and a second cage 22 for receiving the second Wälz stressesring 16 forming balls 23 angeord ⁇ net.
  • the first cage 20 and the second cage 22 are combined in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 into a common cage arrangement. This is preferably made of plastic for reasons of noise reduction.
  • the raceway 10 forms a first axial section with a cylindrical running surface for the needles 21 and a second axial section with a cross-sectionally substantially circular segment-shaped raceway for the balls 23.
  • the balls 23 have a larger diameter than the needles 21 for technical reasons.
  • the raceway 10 is formed as a ring sleeve enclosing the rolling element rings 14, 16, which essentially conforms to the needles 21 on the one hand and the balls 23 on the other hand. Accordingly, the race 10 has a first axial section of smaller diameter surrounding the first rolling element ring 14 and a second axial section of larger diameter surrounding the second rolling element ring 16.
  • balls 23 it is also possible to use plastic balls or hollow balls made of steel instead of standard rolling bearing balls, which enable a further noise reduction.
  • FIG. 4 shows an application example for a radial bearing arrangement or a radial bearing, as described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • a steering shaft 26 is rotatably supported via radial bearings 28 and 30.
  • the steering shaft 26 is rotatably connected to a likewise spindle-type steering pinion 32, which is also rotatably mounted in the steering shaft housing 24 via a radial bearing 34 and a conventional ball bearing 36.
  • a rotation of the steering pinion 32 is in known per se and therefore not described in detail here transmitted via a rack on the steering linkage of a motor vehicle.
  • the steering pinion 32 is also associated with a likewise known and therefore unspecified device 38 for steering power amplification.
  • FIG. 4 The region marked by a circle I in FIG. 4 is shown in FIG. 1 by way of example on an enlarged scale and with details which show the structure of the radial bearing arrangement and of the radial bearing.
  • the reference numerals of FIG. 4 corresponding to the reference numerals of FIG. 1 are shown in brackets in FIG.
  • FIGS. 5 to 8 show, in various depictions, a running ring 10 or an inventively designed one
  • This race 10 is a substantially cylindrical structure, at one axial end of a radially inwardly facing annular rib 52 and at the other axial end bendable retaining plates 46 are formed.
  • this race 10 has a ring portion 40 for receiving the nails 21 and the associated first cage 20 and a ring portion 42 for receiving the balls 23 with the second cage 22.
  • this raceway 10 also three exemptions 44 or windows are formed, the gleichver ⁇ divides over the circumference of the raceway in the region of the annular portion 42 for the balls 23 are arranged. Between these exemptions 44 webs 48 are formed.
  • the axial length of the exemptions 44 only extends over a smaller one
  • Ring section 42 is advantageous that pressing force of the ring section
  • the running ring 10 is also formed in the region of the annular portion 42 for the balls 23 at its pointing to the balls inside 50 so that de ⁇ ren cross-sectional geometry deviates from the circular shape.
  • a cross-sectional geometry is provided with a polygon, in which project three areas of this inner side 50 of the race 10 radially inward.
  • a resilient annular section 42 is created by the clearances 44, with which the balls 23 can be pressed without play on, for example, a shaft.
  • the spring force of this ring portion 42 is variably adjustable by the material thickness and the size and / or their number during the production process, so that such inventively designed radial bearing for different requirements is easy to produce.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radiallageranordnung (2) zur drehbaren Lagerung eines ersten Bauteils (4) relativ zu einem zweiten Bauteil (6), umfassend ein Radiallager (8) mit einem Laufring (10), welcher auf der Lagersitzfläche (12) eines der Bauteile sitzt, und zwei in dem Laufring (10) axial hintereinander angeordneten Wälzkörperringen (14, 16), die sich auf einer Lauffläche (18) des anderen Bauteils abwälzen. Um einen spielfreien und geräuscharmen Betrieb sicherzustellen, ist vorgesehen, dass der Laufring (10) aus einem federnd elastischen Material gebildet ist, dass der Laufring (10) nur im Bereich eines ersten (14) der beiden Wälzkörperringe an der Lagersitzfläche (12) abgestützt ist, und dass der Laufring (10) im Bereich des zweiten Wälzkörperringes (16) zu der Lauffläche (18) hin elastisch vorgespannt ist derart, dass die zugeordneten Wälzkörper (Kugeln 23) federnd an die Lauffläche (18) angedrückt werden.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Radiallageranordnung und Radiallager, insbesondere für eine Spindellagerung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Radiallageranordnung zur drehbaren Lage¬ rung eines ersten Bauteils relativ zu einem zweiten Bauteil, umfassend ein Ra- diallager mit einem Lauf ring, welcher auf der Lagersitzfläche eines der Bauteile sitzt, und zwei in dem Laufring axial hintereinander angeordneten Wälzkörper¬ ringen, die sich auf einer Lauffläche des jeweils anderen Bauteils abwälzen. Die Erfindung betrifft femer ein in dieser Radiallageranordnung verwendetes neues Radiallager und eine Spindellagerung, bei der die eingangs genannte Radiallageranordnung zum Einsatz kommt.
Hintergrund der Erfindung
Im modernen Maschinen- und Gerätebau werden vorwiegend kostengünstige Spanlos-Wälzlager eingesetzt, d.h. Wälzlager mit spanlos gefertigten Laufrin¬ gen. Derartige Spanlos-Wälzlager weisen gegenüber spanend gefertigten Wälzlagern verhältnismäßig große Fertigungstoieranzen auf, die im Einsatz ein gewisses Lagerspiel bedingen können. Dies wirkt sich beispielsweise bei unter Einsatz von Drehwinkelsensoren gesteuerten Drehbewegungen nachteilig aus, wenn die Auflösung der Sensoren in einer Größenordnung liegt, die kleiner als diejenige des Lagerspiels ist. Ein weiterer Nachteil wird darin gesehen, dass ein Lagerspiel auch immer eine Geräuschquelle darstellt.
Als Beispiel sei eine Lenkspindel für moderne Kraftfahrzeuge genannt, bei der zunehmend Wert auf eine spielfreie und geräuscharme Funktion gelegt wird. Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radiallageranordnung und ein darin verwendetes Radiallager insbesondere für die Drehlagerung der Lenk- spindel eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, die bei einem Einsatz von kosten¬ günstigen Spanlos-Wälzlagem eine weitgehende Spielfreiheit und Geräusch¬ armut gewährleisten.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 beschriebenen Merkmale gelöst. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die infolge eines Lagerspiels beim eigentlichen tragenden Lagerelement möglichen radia¬ len Bewegungen des gelagerten Bauteils durch in Richtung des Lagerspiels vorgespannte zusätzliche Lagerelemente weitgehend ausgeschaltet werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Radiallageranordnung zur drehbaren Lage¬ rung eines ersten Bauteils relativ zu einem zweiten Bauteil, umfassend ein Ra- diallager mit einem Laufring, welcher auf der Lagersitzfläche eines der Bauteile sitzt, und zwei in dem Laufring axial hintereinander angeordneten Wälzkörper¬ ringen, die sich auf einer Lauffläche des anderen Bauteils abwälzen.
Wälzlager mit zwei axial hintereinander angeordneten Wälzkörperringen sind ganz allgemein beispielsweise als Doppelkugellager oder Doppelrollenlager bekannt und in vielfachem Einsatz. Es handelt sich dabei üblicherweise um Wälzlager, bei denen beide Wälzkörperringe gleichermaßen tragende Aufga¬ ben haben, d.h. bei denen der auf der Lagersitzfläche sitzende Laufring über seine ganze axiale Breite radial abgestützt ist.
Im Gegensatz dazu ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der Laufring nur im Bereich eines ersten der beiden Wälzkörperringe an der Lagersitzfläche radial abgestützt ist, und dass er im Bereich des zweiten Wälz¬ körperringes zur Lauffläche hin elastisch vorgespannt ist derart, dass die zu¬ geordneten Wälzkörper federnd an die Lauffläche angedrückt werden. Zu die- sem Zweck ist der Laufring aus einem federnd elastischen Material gebildet.
Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass das drehgelagerte Bauteil im normalen Betrieb durch den zweiten Wälzkörperring stets zentriert wird, so dass ein Betriebsspiel sich nicht auswirken kann und damit Geräusche weitge- hend reduziert werden.
Um eine elastische Bewegung des zweiten Wälzkörperringes zu ermöglichen, ist die Lagersitzfläche im Bereich dieses zweiten Wälzkörperringes freige¬ schnitten, so dass der Laufring nicht radial abgestützt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Laufring ein Außenring ist, welcher auf einer zylindrischen Innenfläche eines der Bauteile sitzt, und dass die Wälzkörper sich an einer als Lauffläche ausge¬ bildeten Außenfläche des anderen Bauteils abwälzen. Eine derartige Radialla- geranordnung eignet sich insbesondere für die Drehlagerung von Wellen, Spindeln und dergleichen in einem Gehäuse.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung eines Radiallagers zur Verwendung in einer Radiallageranordnung der vorne beschriebenen Art ist vorgesehen, dass der erste Wälzkörperring ein Nadellagerring und der zweite Wälzkörperring ein Kugellagerring ist, dass ferner der zweite Wälzkörperring mit Bezug auf eine zugeordnete Lauffläche ein Übermaß aufweist, und dass der Laufring aus ei¬ nem federnd elastischen Material gebildet ist. Dementsprechend hat der Lauf¬ ring einen ersten axialen Abschnitt mit einer zylindrischen Lauffläche für die Nadeln und einen zweiten axialen Abschnitt mit einer im Querschnitt im We¬ sentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Laufrille für die Kugeln. Der Na- dellagerring bildet den eigentlichen tragenden, d.h. die Radialkräfte aufneh¬ menden Lagerbereich, während der Kugellagerring einen toleranzausgleichen¬ den Bereich darstellt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kugeln einen größeren Durchmesser haben als die Nadeln, und dass der Laufring als eine die Wälzkörperringe umhüllende, sich im Wesentlichen an die Kugeln einer¬ seits und die Nadeln andererseits anschmiegende Ringhülse ausgebildet ist. Die Wandstärke der Ringhülse ist so bemessen, dass einerseits die gewünsch- ten Vorspannkräfte erzeugt werden, andererseits aber die erforderliche elasti¬ sche Ausweichbewegung möglich ist.
Bei einer Ausgestaltung des Radiallagers ist der Laufring als Außenring mit einem ersten axialen Abschnitt kleineren Durchmessers und einem zweiten axialen Abschnitt größeren Durchmessers ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Nadeln des Nadel¬ lagerringes einerseits und die Kugeln des Kugellagerringes andererseits vor¬ zugsweise jeweils in Käfigen angeordnet, so dass das Lager als vormontierte Einheit eingebaut werden kann.
Zur Reduzierung eines Lagergeräusches sind die Käfige vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt, jedoch kann auch Stahl als Werkstoff genutzt werden. Eine weitere Maßnahme zur Geräuschreduzierung ist, anstelle von Standard- Wälzlagerkugeln Kunststoffkugeln oder Hohlkugeln aus Stahl zu verwenden. Die Erfindung zeigt die gewünschte Wirkung jedoch auch mit üblichen Stahl¬ wälzkörpern.
In besondere Ausgestaltung des Radiallagers kann zudem vorgesehen sein, dass der Laufring im Ringabschnitt für die Kugeln Freistellungen aufweist, zwi¬ schen denen Stege ausgebildet sind. Dabei sind wenigstens zwei, vorzugswei- se wenigstens drei Freistellungen gleichverteilt am Umfang des Laufringes ausgebildet.
Zudem ist vorgesehen, dass durch Auswahl der Anzahl, der Geometrie und/oder der jeweilige Fläche der Freistellungen und/oder der Dicke des Ringsabschnittes für die Kugeln die auf die Kugeln wirkende Federkraft dieses Ringabschnittes eingestellt ist.
Insbesondere ist dieser Laufring so ausgebildet, dass die Freistellungen nur einen Teil der axialen Länge des die Kugeln haltenden Kugelkäfigs überde¬ cken. Bevorzugt ist außerdem vorgesehen, dass der Ringabschnitt für die Ku¬ geln an seiner den Wälzkörpern zugewandeten Innenseite eine von der Kreis¬ form abweichende Polygongeometrie aufweist, bei der beispielsweise drei Ab¬ schnitte dieser Innenseite radial nach Innen vorstehen.
Schließlich wird es hinsichtlich des Radiallagers als vorteilhaft beurteilt, wenn der Lagerring an seinen einem axialen Ende einen radial nach Innen weisen¬ den Ringsteg und an seinem anderen axialen Ende radial nach Innen umbieg¬ bare Haltebleche aufweist, zwischen denen der erste Käfig und der zweite Kä- fig axial fixiert aufgenommen sind.
Für eine spiel reduzierte und geräuscharme Spindellagerung, insbesondere die Lagerung einer Lenkspindelanordnung für ein Kraftfahrzeug mittels einer oder mehrerer axial beabstandeter Radiallageranordnungen ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Radiallageranordnungen, nämlich beispielsweise diejeni¬ ge, welche die Haupt-Lagerlast zu tragen hat, in der oben beschriebenen Wei¬ se ausgebildet ist. Vorzugsweise haben jedoch mehrere oder alle Radialla¬ geranordnungen einen Aufbau, wie er vorne beschrieben ist. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine Radiallageranordnung für ei¬ ne Spindellagerung (Einzelheit I in Fig. 4), Fig. 2 einen axialen Längsschnitt durch ein bei der Radiallageranordnung gemäß der Fig. 1 verwendetes Radiallager, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Radiallagers gemäß der Fig. 2, Fig. 4 eine Lenkspindel mit mehreren axial beabstandeten Radiallageran¬ ordnungen, von denen wenigstens eine (Einzelheit I) einen Aufbau entsprechend den Fig. 1 bis Fig. 3 hat,
Fig. 5 eine Stirnseitenansicht eines Lagerringes des Radiallagers in einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Lagerring gemäß Fig. 5,
Fig. 7 eine dreidimensionale Seitenansicht eines Radiallagers mit einem
Lagerring gemäß den Figuren 5 und 6, sowie
Fig. 8 ein Radiallager gemäß Fig. 7 in einer anderen perspektivischen An- sieht.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 zeigt eine Radiallageranordnung 2 zur drehbaren Lagerung eines ersten Bauteils 4 (z.B. einer Spindel) in einem zweiten Bauteil 6 (z.B. einem Spindel¬ gehäuse), umfassend ein Radiallager 8 mit einem Laufring 10, welcher auf der Lagersitzfläche 12 des zweiten Bauteils 6 sitzt, und zwei in dem Lauf ring 10 axial hintereinander angeordneten Wälzkörperringen 14 und 16, deren Wälz¬ körper sich auf einer Lauffläche 18 des ersten Bauteils 6 abwälzen. Wie die Fig. 1 erkennen lässt, ist der Lauf ring 10 nur im Bereich des ersten Wälzkörperringes 14 an der Lagersitzfläche 12 abgestützt. Im Bereich des zweiten Wälzkörperringes 16 ist die Lagersitzfläche 12 freigeschnitten, so dass der Lauf ring 10 nicht anliegt.
Der Lauf ring 10 ist aus einem federnd elastischen Material gebildet und so ausgelegt, dass im montierten Zustand der zweite Wälzkörperring 16 zur Lauf¬ fläche 18 hin elastisch vorgespannt ist, d.h. die Wälzkörper des zweiten Wälz¬ körperringes 16 federnd an der Lauffläche 18 anliegen.
Der erste Wälzkörperring 14 bildet einen zur Aufnahme der auftretenden La¬ gerlasten ausgelegten tragenden Bereich, während der zweite Wälzkörperring 16 einen Fertigungstoleranzen des ersten Wälzkörperringes 14 ausgleichen¬ den Bereich bildet. Im normalen Betrieb wird das erste Bauteil 4 durch den zweiten Wälzkörperring 16 zentriert. Bei Auftreten von die normalen Betriebs¬ kräfte übersteigenden radialen Kräften weicht der zweite Wälzkörperring 16 entsprechend einem eventuell vorhandenen Lagerspiel aus, bis die Radialkraft vom ersten Wälzkörperring 14 aufgenommen wird.
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine Radiallageranordnung, bei der der Lauf ring 10 des Radiallagers 8 ein Außenring ist, welcher auf einer zylindrischen Innenflä¬ che (Lagersitzfläche 12) des zweiten Bauteils 6 sitzt, während sich die Wälz¬ körper der Wälzkörperringe 14, 16 an einer Außenfläche (Lauffläche 18) des ersten Bauteils 4 abwälzen. Es ist jedoch auch eine Umkehrung denkbar, bei der der Laufring ein Innenring ist, welcher auf der Außenfläche eines inneren Bauteils sitzt, während sich die Wälzkörper an der Innenseite eines äußeren Bauteils abwälzen.
Fig. 2 zeigt das Radiallager 8 der Fig. 1 in einem axialen Längsschnitt. Der ers- te Wälzkörperring 14 ist ein Nadellagerring, während der zweite Wälzkörper¬ ring 16 ein Kugellagerring ist. Wie Fig. 2 weiter erkennen lässt, ist in dem als Außenring ausgebildeten Laufring 10 ein erster Käfig 20 zur Aufnahme der den ersten Wälzkörperring 14 bildenden Nadeln 21 sowie ein zweiter Käfig 22 zur Aufnahme der den zweiten Wälzkörperring 16 bildenden Kugeln 23 angeord¬ net. Der erste Käfig 20 und der zweite Käfig 22 sind in dem in den Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel zu einer gemeinsamen Käfiganord¬ nung zusammengefasst. Dieser ist aus Gründen einer Geräuschreduzierung vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt.
Der Laufring 10 bildet einen ersten axialen Abschnitt mit einer zylindrischen Lauffläche für die Nadeln 21 sowie einen zweiten axialen Abschnitt mit einer im Querschnitt im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Laufrille für die Kugeln 23. Die Kugeln 23 haben aus technischen Gründen einen größeren Durchmessers als die Nadeln 21. Der Laufring 10 ist als eine die Wälzkörper¬ ringe 14, 16 umhüllende, sich im wesentlichen an die Nadeln 21 einerseits und die Kugeln 23 andererseits anschmiegende Ringhülse ausgebildet. Dement¬ sprechend hat der Laufring 10 einen ersten axialen Abschnitt kleineren Durch¬ messers, welcher den ersten Wälzkörperring 14 umgibt, sowie einen zweiten axialen Abschnitt größeren Durchmessers, welcher den zweiten Wälzkörper¬ ring 16 umgibt.
Für die Kugeln 23 können anstelle von Standard-Wälzlagerkugeln auch Kunst¬ stoffkugeln oder Hohlkugeln aus Stahl eingesetzt werden, die eine weitere Ge¬ räuschreduzierung ermöglichen.
Fig. 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel für eine Radiallageranordnung bzw. ein Radiallager, wie sie anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben wurden. In einem allgemein mit 24 bezeichneten Lenkspindelgehäuse ist eine Lenkspindel 26 über Radiallager 28 und 30 drehbar gelagert. Die Lenkspindel 26 ist mit einem ebenfalls spindelartigen Lenkritzel 32 drehfest verbunden, welches über ein Radiallager 34 sowie ein herkömmliches Kugeliager 36 ebenfalls drehbar im Lenkspindelgehäuse 24 gelagert ist. Eine Drehung des Lenkritzels 32 wird in an sich bekannter und deshalb hier nicht näher beschriebener Weise über eine Zahnstange auf das Lenkgestänge eines Kraftfahrzeuges übertragen. Dem Lenkritzel 32 ist außerdem eine ebenfalls bekannte und deshalb nicht näher beschriebene Einrichtung 38 zur Lenkkraftverstärkung zugeordnet.
Bei derartigen modernen Lenkanordnungen wird verstärkt Wert auf Geräusch¬ armut in der Lenkung gelegt. Der Einsatz der modernen, hochauflösenden Sensortechnik stellt besondere Anforderungen an die Toleranzen der Spindel¬ lager, insbesondere Nadellager, die von konventionellen Spanlos-Nadellagem nicht mehr erfüllt werden. Es ist deshalb vorgesehen, insbesondere eines oder mehrere der in der Fig. 4 kreuzschraffierten Nadellager durch ein Nadellager bzw. eine Nadellageranordnung gemäß den Figuren 1 bis 3 zu ersetzen. Der in der Fig. 4 durch einen Kreis I markierte Bereich ist in der Fig. 1 beispielhaft in vergrößertem Maßstab und mit Einzelheiten dargestellt, die den Aufbau der Radiallageranordnung und des Radiallagers erkennen lassen. Die den Be¬ zugszeichen der Fig. 1 entsprechenden Bezugszeichen der Fig. 4 sind in Fig. 1 in Klammern aufgeführt.
Die Figuren 5 bis 8 zeigen, wie oben bereits erwähnt, in verschiedenen Dar- stellungsweisen einen Lauf ring 10 bzw. ein erfindungsgemäß ausgebildetes
Radiallager. Dieser Laufring 10 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Gebilde, an dessen einen axialen Ende ein radial nach innen weisender Ringssteg 52 sowie am anderen axialen Ende umbiegbare Haltebleche 46 ausgebildet sind.
Zwischen diesen beiden axialen Enden des Laufringes 10 sind die beiden Wälzkörperkäfige 20 und 22 eingesetzt (Fig. 7 und Fig. 8).
Zudem weist dieser Laufring 10 einen Ringabschnitt 40 zur Aufnahme der Na¬ deln 21 und des zugehörigen ersten Käfigs 20 sowie einen Ringabschnitt 42 zur Aufnahme der Kugeln 23 mit deren zweiten Käfig 22 auf. In dem Laufring 10 sind zudem drei Freistellungen 44 oder Fenster ausgebildet, die gleichver¬ teilt über den Umfang des Laufringes im Bereich des Ringsabschnittes 42 für die Kugeln 23 angeordnet sind. Zwischen diesen Freistellungen 44 sind Stege 48 ausgebildet.
Wie insbesondere die Figuren 7 und 8 zeigen, erstreckt sich in diesem Ausfüh- rungsbeispiel die axiale Länge der Freistellungen 44 nur über einen kleineren
Teil des Ringabschnittes 42 für die Kugeln 23. Durch die Größe, Geometrie und Anzahl bzw. Gesamtfläche der Freistellungen 44 sowie der Dicke des
Ringsabschnittes 42 ist vorteilhaft diejenige Anpresskraft des Ringsabschnittes
42 eingestellt, mit dem dieser radial federnd nach innen auf die Kugeln 23 wirkt.
Der Lauf ring 10 ist zudem im Bereich des Ringsabschnittes 42 für die Kugeln 23 an seiner zu den Kugeln weisenden Innenseite 50 so ausgebildet, dass de¬ ren Querschnittsgeometrie von der Kreisform abweicht. Hier ist eine Quer- Schnittsgeometrie mit einem Polygonzug vorgesehen, bei dem drei Bereiche dieser Innenseite 50 des Laufringes 10 radial nach Innen vorspringen.
Im Ergebnis dieses Aufbaus ist durch die Freistellungen 44 ein federnder Ring¬ abschnitt 42 geschaffen, mit dem die Kugeln 23 spielfrei an beispielsweise eine Welle drückbar sind. Die Federkraft dieses Ringabschnittes 42 ist durch die Materialdicke und die Größe und/oder deren Anzahl beim Produktionsprozess variabel einstellbar, so dass ein solches erfindungsgemäß ausgebildetes Radiallager für unterschiedliche Anforderungen leicht herstellbar ist. Liste der Bezugszeichen
2 Radiallageranordnung
4 Erstes Bauteil (Spindel)
6 Zweites Bauteil (Spindelgehäuse)
8 Radiallager
10 Lauf ring
12 Lagersitzfläche
14 Wälzkörperring
16 Wälzkörperring
18 Lauffläche
20 Erster Käfig
21 Nadeln
22 Zweiter Käfig
23 Kugeln
24 Lenkspindelgehäuse
26 Lenkspindel
28 Radiallager
30 Radiallager
32 Lenkritzel
34 Radiallager
36 Kugellager
38 Einrichtung zur Lenkkraftverstärkung
40 Ringabschnitt für Nadeln
42 Ringabschnitt für Kugeln
44 Freistellung im Laufring
46 Halteblech
48 Steg
50 Innenseite des Ringabschnittes für Kugeln
52 Ringsteg

Claims

Patentansprüche
1. Radiallageranordnung zur drehbaren Lagerung eines ersten Bauteils (4) relativ zu einem zweiten Bauteil (6), umfassend ein Radiallager mit ei- nem Lauf ring (10), welcher auf der Lagersitzfläche (12) eines der Bautei¬ le sitzt, und zwei in dem Lauf ring (10) axial hintereinander angeordneten Wälzkörperringen (14, 16), die sich auf einer Lauffläche des anderen Bauteils abwälzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufring (10) aus einem federnd elastischen Material gebildet ist, dass der Laufring (10) nur im Bereich eines ersten (14) der beiden Wälzkörperringe (14,
16) an der Lagersitzfläche (12) radial abgestützt ist, und dass der Lauf¬ ring (10) im Bereich des zweiten Wälzkörperringes (16) zur Lauffläche (18) hin elastisch vorgespannt ist derart, dass die zugeordneten Wälz¬ körper (Kugeln 23) federnd an die Lauffläche (18) angedrückt werden.
2. Radiallageranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lagersitzfläche (12) im Bereich des zweiten Wälzkörperringes (15) freigeschnitten ist.
3. Radiallageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net, dass der Laufring (10) ein Außenring ist, welcher auf einer zylindri¬ schen Innenfläche (Lagersitzfläche 12) eines der Bauteile sitzt, und dass die Wälzkörper (Nadeln 21 , Kugeln 23) sich an einer Außenfläche (Lauf¬ fläche 18) des anderen Bauteils abwälzen.
4. Radiallager in einer Radiallageranordnung gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Laufring und zwei in dem Laufring axial hintereinander angeordneten Wälzkörperringen, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der erste Wälzkörperring (14) ein Nadellagerring und der zweite Wälzkörperring (16) ein Kugellagerring ist, dass der zweite
Wälzkörperring (16) mit Bezug auf eine zugeordnete Lauffläche ein Ü- bermaß aufweist, und dass der Lauf ring (10) aus einem federnd elasti¬ schen Material gebildet ist.
5. Radiallager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lauf- ring (10) einen ersten axialen Abschnitt mit einer zylindrischen Laufflä¬ che für die Nadeln (21) und einen zweiten axialen Abschnitt mit einer im Querschnitt im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildeten Laufrille für die Kugeln (23) hat.
6. Radiallager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (23) einen größeren Durchmesser haben als die Nadeln (21), und dass der Lauf ring (10) als eine die Wälzkörperringe (14, 16) umhül¬ lende, sich im wesentlichen an die Nadeln (21) einerseits und die Ku¬ geln (23) andererseits anschmiegende Ringhülse ausgebildet ist.
7. Radiallager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lauf¬ ring (10) ein Außenring mit einem ersten Abschnitt kleineren Durchmes¬ sers und einem zweiten axialen Abschnitt größeren Durchmessers ist.
8. Radiallager nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Nadeln (21) des ersten Wälzkörperringes (14) einerseits und die Kugeln (23) des zweiten Wälzkörperringes (16) andererseits je¬ weils in einem Käfig (20, 22) angeordnet sind.
9. Radiallager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfi¬ ge (20, 22) aus Kunststoff oder Stahl hergestellt sind.
10. Radiallager nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Kugeln (23) des zweiten Wälzkörperringes aus Kunststoff oder Stahl bestehen.
11. Radiallager nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Kugeln (23) des zweiten Wälzkörperringes Hohlkugeln aus Stahl sind.
12. Radiallager nach einem der Ansprüche 4 bis 11 , dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Laufring (10) im Ringabschnitt (42) für die Kugeln (23) Freistellungen (44) aufweist, zwischen denen Stege (48) ausgebil¬ det sind.
13. Radiallager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass we¬ nigstens zwei Freistellungen (44) gleichverteilt am Umfang des Laufrin- ges (10) ausgebildet sind.
14. Radiallager nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekenn- zeichnet, dass durch Auswahl der Anzahl, der Geometrie und/oder der jeweilige Fläche der Freistellungen (44) und/oder der Dicke des Rings¬ abschnittes (42) für die Kugeln (23) die auf die Kugeln (23) wirkende Federkraft dieses Ringabschnittes (42) eingestellt ist.
15. Radiallager nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Freistellungen (44) nur einen Teil des axialen Länge des die Kugeln (23) haltenden Kugelkäfigs (22) überdecken.
16. Radiallager nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Ringabschnitt (42) für die Kugeln (23) an seiner den
Kugeln (23) zugewandeten Innenseite (50) eine von der Kreisform ab¬ weichende Polygongeometrie aufweist.
17. Radiallager nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Lagerring (10) an seinen einen axialen Ende einen radial nach Innen weisenden Ringsteg (52) und an seinem anderen axi- alen Ende radial nach Innen umbiegbare Haltebleche (46) aufweist, zwischen denen die erste Käfig (20) und der zweite Käfig (22) axial fi¬ xiert aufgenommen sind.
18. Spindellagerung, insbesondere Lagerung einer Lenkspindelanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einer oder mehreren axial beabstandeten Ra¬ diallageranordnungen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ei¬ ne der Radiallageranordnungen entsprechend einer Radiallageranord¬ nung (2) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist bzw. ein Radiallager (8) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 4 bis
17 aufweist.
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