DE102008028371A1

DE102008028371A1 - Toleranzring

Info

Publication number: DE102008028371A1
Application number: DE102008028371A
Authority: DE
Inventors: Rainer Lutz; Andreas Wöllner
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2028-06-14
Also published as: DE102008028371B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Toleranzring (1) zur Überbrückung eines radialen Abstands zwischen einem Wälzlager und einer Welle, beispielsweise einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer radialen Außenfläche (3) zur Anlage an das Wälzlager und wenigstens einer radialen Innenfläche (4) zur Anlage an die Welle, wobei Mittel (5) zur elastischen Abstützung der Welle gegenüber dem Wälzlager vorgesehen sind.
Zudem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Toleranzring (1) mehrere Bauteile (2) aufweist, und dass Mittel (9, 10) vorgesehen sind, die eine gegenseitige Relativbewegung der Bauteile (2) in axialer Richtung (a) und/oder einer radialen Richtung (r1, r2) verhindern. Durch diesen Aufbau wird erreicht, dass der Toleranzring (1) sehr einfach montiert werden kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Toleranzring zur Überbrückung eines radialen Abstands zwischen einem Wälzlager und einer Welle, beispielsweise einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer radialen Außenfläche zur Anlage an das Wälzlager und wenigstens einer radialen Innenfläche zur Anlage an die Welle, wobei Mittel zur elastischen Abstützung der Welle gegenüber dem Wälzlager vorgesehen sind.
Hintergrund der Erfindung
Es ist allgemein bekannt, Toleranzringe zwischen einer Welle und einem auf der Welle angeordneten ringförmigen Element einzusetzen, um beispielsweise Abstände (Durchmesserunterschiede) zwischen der Welle und dem ringförmigen Element auszugleichen, fertigungsbedingte Ungenauigkeiten zu kompensieren, funktionsbedingte Kräfte, insbesondere Verschiebkräfte zwischen der Welle und dem ringförmigen Element in einem gewünschten Bereich zu halten sowie um Lage- und Formabweichungen der Umgebungskonstruktion (z. B. Verkippungen und Mittenversatz) auszugleichen. Ein bevorzugtes Anwen dungsgebiet solcher Toleranzringe ist beispielsweise die Lagerung von Lenkwellen im Lenkgehäuse.
Aus der DE 198 55 538 A1 ist ein gattungsgemäßer Toleranzring bekannt, wobei dieser an seinem Innenumfang mit zungenartigen, elastischen Elementen versehen ist. Die zungenartigen, elastischen Elemente stützen sich gegen außenliegende Vertiefungen einer verschiebbaren Welle ab und ermöglichen somit eine Verschiebung der Welle mit definierter Verschiebekraft, welche durch die Auslegung der elastischen Elemente einstellbar ist.
Aus der DE 41 14 643 A1 ist ein Wälzlager für Lenksäulen bekannt, welches auf eine Lenksäule aufgeschoben wird. Das Wälzlager ist zudem mit einem Toleranzring ausgestattet, welcher mehrere elastische Vorsprünge aufweist, die radial nach innen in den Bereich der axialen Bohrung des Toleranzrings ragen. Diese elastischen Vorsprünge können in Ausnehmungen der Lenkwelle einrasten und sich an entsprechenden Stützflächen der Lenkwelle abstützen.
Schließlich beschreibt die DE 39 30 970 A1 einen Toleranzring im Bereich eines Wellenabsatzes, der zwischen einem Wälzlager und einer Welle angeordnet ist. Dabei stützt sich der Toleranzring mit einem radialen Absatz axial gegen den Wellenabsatz ab. Das Wälzlager wiederum stützt sich mit seinem Innenring axial gegen den radialen Absatz des Toleranzrings ab, wobei sich die radial gerichteten Flächen des Wellenabsatzes und des Innenrings radial nicht überdecken. Auf diese Weise kann bei axialer Überlastung der radiale Absatz des Toleranzringes abgeschert und das Wälzlager axial vom Toleranzring geschoben werden, so dass eine Zerstörung des Wälzlagers vermieden wird. Um die Montage des Toleranzringes zu erleichtern wird ferner vorgeschlagen, den Toleranzring in Lagerlängsrichtung zu schlitzen oder zweiteilig auszubilden.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Toleranzring der eingangs genannten Art bereitzustellen, der leicht zu montieren ist.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Erfindung geht daher aus von einem Toleranzring zur Überbrückung eines radialen Abstands zwischen einem Wälzlager und einer Welle, beispielsweise einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer radialen Außenfläche zur Anlage an das Wälzlager und wenigstens einer radialen Innenfläche zur Anlage an die Welle, wobei Mittel zur elastischen Abstützung der Welle gegenüber dem Wälzlager vorgesehen sind.
Zudem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Toleranzring aus mehreren Bauteilen aufgebaut ist, und dass Mittel vorgesehen sind, die eine gegenseitige Relativbewegung der dieser Bauteile in axialer und/oder einer radialen Richtung verhindern. Darüber hinaus erfolgt durch einen gezielt eingebrachten Spalt zwischen den Einzelteilen ein Toleranzausgleich zwischen diesen, um eine etwaige Durchmesservergrößerung zu verhindern.
Durch diesen Aufbau wird erreicht, dass der Toleranzring sehr einfach montiert werden kann. Durch die Mehrteiligkeit kann zunächst die Wälzlagereinheit in das Lenkgehäuse montiert werden. Anschließend erfolgt die Montage des Toleranzringes an der Welle, wobei durch die Mittel, die eine gegenseitige Relativbewegung der Bauteile des Toleranzringes in axialer und/oder einer radialen Richtung verhindern, eine deutliche Erhöhung der Montagesicherheit des Toleranzringes gegeben ist. Ein ungewolltes gegenseitiges Verschieben der Bauteile des Toleranzringes ist so kaum mehr möglich.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass durch die Mehrteiligkeit des Toleranzringes an diesem radiale Kontaktflächen gebildet sind, und dass die Mittel zur Verhinderung der gegenseitigen Relativbewegung der Bauteile des Toleranzringes im Bereich dieser Kontakt flächen ausgebildet sind. Auch durch diesen Aufbau werden weder die Ausgestaltung der radialen Außenfläche noch die der radialen Innenfläche des Toleranzrings beeinträchtigt.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mittel zur Verhinderung der gegenseitigen Relativbewegung der Bauteile des Toleranzrings als Nut bzw. Feder ausgebildet sind. Nut und Feder bilden bekanntermaßen sehr wirksame Mittel zur Verhinderung einer gegenseitigen Relativbewegung von miteinander verbundenen Teilen.
Es ist höchst vorteilhaft, wenn die Bauteile des Toleranzrings einen geometrisch identischen Aufbau aufweisen. Auf diese Weise kann zum einen der Fertigungsaufwand zur Herstellung eines Toleranzringes verringert zum anderen der Aufwand für eine entsprechende Lagerhaltung sowie Stücklistenverwaltung minimiert werden. Dabei ist es sehr zweckmäßig, wenn der Toleranzring zweiteilig ausgebildet ist. Zwar ist es auch möglich, den Toleranzring aus mehr als zwei Bauteilen aufzubauen, jedoch lassen sich zwei Bauteile bei der Montage, insbesondere bei einer automatisierten Montage, gut handhaben.
Weiterhin ist in vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass die Mittel zur elastischen Abstützung der Welle gegenüber dem Wälzlager als zwischen der radialen Außenfläche und der radialen Innenfläche des Toleranzrings wenigstens bereichsweise eingebrachter lichter Zwischenraum bzw. als Hohlraum ausgebildet sind. Zweckmäßigerweise sollten dabei mehrere Zwischenräume beziehungsweise Hohlräume vorgesehen sein, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Toleranzrings verteilt angeordnet sind. Durch diese konstruktiven Maßnahmen kann der Toleranzring auftretende Toleranzen sehr flexibel ausgleichen und auch Bewegungen der Welle gut aufnehmen.
Gemäß einer sehr zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die radiale Innenfläche des Toleranzrings eine Kontur aufweist, die mit der Außenkontur der Welle im Wesentlichen übereinstimmt. Durch den so erzeugbaren Formschluss ist eine sichere Übertragung von Drehmomenten möglich. Es ist so gewährleistet, dass sich der Toleranzring bei einer rotierenden Welle immer mitdreht.
Zur bedarfsweisen Veränderung, insbesondere Verringerung der axialen Verschiebekraft des Toleranzrings auf der Welle, kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass die radiale Außenfläche und die radiale Innenfläche des Toleranzrings in ihrer Länge voneinander abweichen, wobei vorzugsweise die Länge der radialen Innenfläche geringer ist als die Länge der radialen Außenfläche des Toleranzrings.
Zur Absicherung einer betriebsbedingt maximalen radialen Auslenkung der Welle sind in vorteilhafter Weise Mittel zur Bildung eines radialen Anschlags für diese Welle vorgesehen.
Die Mittel zur Bildung eines radialen Anschlags für die Welle können dabei zweckmäßigerweise innerhalb der lichten Zwischenräume bzw. Hohlräume des Toleranzrings ausgebildet bzw. angeordnet sein. Alternativ und ebenso vorteilhaft ist es aber auch möglich, dass die Mittel zur Bildung eines radialen Anschlags für die Welle in einer stirnseitigen Draufsicht auf den Toleranzring gesehen um etwa 45° versetzt zu den Zwischenräumen bzw. Hohlräumen des Toleranzrings ausgebildet bzw. angeordnet sind.
Es ist sehr vorteilhaft, wenn der Toleranzring im Bereich einer axialen Seite einen radial nach innen gehenden Absatz aufweist. Dieser Absatz, der bevorzugt eine geeignete, axiale Länge aufweist und dessen Außendurchmesser derart bemessen ist, dass ein erleichtertes Einschieben des Absatzes in das Wälzlager möglich ist, erlaubt im Sinne einer Vormontage eine erste Halterung sowie Zentrierung des Toleranzrings im Innenring des Wälzlagers und erleichtert so die Montage des Toleranzringes von Hand. Die erwähnte axiale Länge des Absatzes entspricht dabei vorzugsweise in etwa der Hälfte der axialen Länge des Wälzlagers. So wird wirksam verhindert, dass der Toleranzring nach einer Vormontage von Hand aus dem Wälzlager fällt.
Schutz beansprucht wird schließlich auch für ein Bauteil, von dem mehrere solcher identischer Bauteile zu einem erfindungsgemäßen Toleranzring montierbar sind. Dies führt, wie bereits erwähnt, zu deutlichen Vorteilen hinsichtlich des Fertigungsaufwands zur Herstellung eines Toleranzringes, hinsichtlich des Aufwands für eine entsprechende Lagerhaltung sowie hinsichtlich des Aufwands für eine Stücklistenverwaltung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Toleranzrings wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Toleranzring in perspektivischer Darstellung, bestehend aus zwei identischen Bauteilen;
2 ein Bauteil des erfindungsgemäßen Toleranzrings in perspektivischer Darstellung;
3 ein Bauteil des erfindungsgemäßen Toleranzrings in der Draufsicht mit einem Radialanschlag;
4 ein Bauteil des erfindungsgemäßen Toleranzrings in der Draufsicht mit einem Radialanschlag einer zweiten Variante;
5 ein Bauteil des erfindungsgemäßen Toleranzrings in der Draufsicht mit einem Radialanschlag einer dritten Variante.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Zunächst wird auf 1 und 2 Bezug genommen, in denen ein erfindungsgemäßer Toleranzring 1 bzw. eines seiner Bauteile 2 dargestellt ist. Der Toleranzring 1 besteht aus zwei identischen Bauteilen 2, vorzugsweise aus Kunststoff, die jeweils radial ausgerichtete Kontaktflächen 20 bzw. 21 aufwei sen. Die Kontaktflächen 20 bzw. 21 liegen in einer Kontaktebene E, die den Toleranzring 1 in seiner Längsrichtung in die zwei identischen Bauteilen 2 trennt. Innerhalb der Kontaktflächen 20 bzw. 21, und zwar angrenzend an eine radiale Außenfläche 3, sind Mittel zur Verhinderung einer gegenseitigen Relativbewegung der Bauteile 2 im zusammengefügten Zustand vorgesehen. Die Mittel umfassen eine Nut 10 und eine Feder 9. Nach dem Zusammenfügen zweier identischer Bauteile 2 zu einem erfindungsgemäßen Toleranzring 1 greifen Nut 10 und Feder 9 derart ineinander, dass eine gegenseitige Relativbewegung der Bauteile 2 in radialen Richtungen r1 (Verschieben) bzw. falls erwünscht auch r2 (Trennen) und axialer Richtung a (Verschieben) gesichert ist. Hinsichtlich der Sicherung in radialer Richtung r2 ist zu erwähnen, dass durch geeignete Dimensionierung beziehungsweise Oberflächenstrukturierung von Nut 10 und Feder 9 eine solche zusätzliche Sicherung realisiert werden kann.
Im montierten Zustand des Toleranzrings 1 ist, wie aus 1 hervorgeht, die radiale Außenfläche 3 mit ihrer axialen Länge B gut ersichtlich, wobei die Außenfläche 3 zur Anlage an den Innenring eines nicht gezeigten Wälzlagers dient. Über den Umfang der radialen Außenfläche 3 gleichmäßig verteilt sind in derselben sechs in etwa rechteckförmige Ausnehmungen 7 vorhanden, innerhalb derer flexible Rastelemente 8 angeordnet sind.
Des Weiteren ist eine radiale Innenfläche 4 mit einer axialen Länge b erkennbar, deren Kontur in der stirnseitigen Draufsicht auf den Toleranzring 1 eine in etwa kleeblattförmige Gestalt aufweist. Die radiale Innenfläche 4 dient zur verschieblichen aber drehfesten Aufnahme einer nicht gezeigten, ebenso kleeblattförmigen Welle. Dies kann z. B. die Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges sein. Zur Einstellung einer gewünschten axialen Verschiebekraft des Toleranzrings 1 kann die Länge b der radialen Innenfläche 4 entsprechend gewählt werden, vorzugsweise kleiner als die Länge B der radialen Außenfläche 3.
Zwischen der radialen Außenfläche 3 und der radialen Innenfläche 4 sind, ebenso gleichmäßig über den Umfang verteilt, lichte Zwischenräume 5 bzw.
Hohlräume ausgebildet. Im Bereich dieser Zwischenräume 5 weist die radiale Innenfläche 4 jeweils eine wellenförmige Ausbuchtung 40 auf, deren Wellenberge radial nach innen gerichtet sind und zur kleeblattförmigen Querschnittskontur der radialen Innenfläche 4 führen.
Durch die lichten Zwischenräume 5 ist gewährleistet, dass eine innerhalb des Toleranzringes 1 gelagerte Welle aufgrund von Radialbelastungen (z. B. Wellenschlag) entsprechende radiale Auslenkungen vollführen kann und dennoch sicher im Tolleranzring 1 und damit im Wälzlager aufgenommen ist.
Des Weiteren ist der Toleranzring 1 an einer axialen Seite mit einem radial nach innen gehenden Absatz 30 versehen. Der Durchmesser vom Absatz 30 ist nur geringfügig kleiner als der Durchmesser der radialen Außenfläche 3. Der Absatz 30 dient zur Zentrierung des Toleranzrings 1 in einem Wälzlager bei der Montage. Die axiale Länge des Absatzes 30 ist dabei so ausreichend bemessen, dass der Toleranzring 1 bei einem ersten axialen Einstecken in den Innenring des Wälzlagers nicht aus diesem heraus fällt. Bei der Endmontage wird der Toleranzring 1 dann weiter in das Wälzlager gedrückt, solange, bis die Rastelemente 8 das Wälzlager rastend hintergreifen und das Wälzlager gegen einen Radialflansch 6 des Toleranzrings 1 anschlägt.
Zur Absicherung einer maximalen radialen Auslenkung der Welle sind in den 3 bis 5 mehrere Varianten für Radialanschläge dargestellt, wobei immer nur ein von zwei identischen Bauteilen des Toleranzringes dargestellt ist.
So zeigt 3 ein Bauteil 2', welches mit einem hügelförmig geformten Radialanschlag 11 versehen ist, der innerhalb des lichten Zwischenraums 5 angeordnet ist. In 4 ist ein Bauteil 2'' mit einem brückenartigen Radialanschlag 12 zu sehen, der ebenfalls innerhalb des lichten Zwischenraums 5 angeordnet ist. 5 zeigt ein Bauteil 2''' mit einem Radialanschlag 13, der zu den lichten Zwischenräumen 5 um etwa 45° versetzt angeordnet ist. In den 3 bis 5 ist zwar immer nur ein Radialanschlag dargestellt, es können jedoch natürlich auch mehrere Radialanschläge vorhanden sein.

1: Toleranzring
2, 2', 2'', 2''': Bauteil des Toleranzrings
20: Kontaktfläche
21: Kontaktfläche
3: Radiale Außenfläche
30: Radial nach innen gehender Absatz
4: Radiale Innenfläche
40: Wellenförmige Ausbuchtung
5: Lichter Zwischenraum
6: Radialer Flansch
7: Ausnehmung
8: Rastelement
9: Feder
10: Nut
11: Radialanschlag
12: Radialanschlag
13: Radialanschlag
a: Axiale Relativbewegung
E: Kontaktebene
r1: Radiale Relativbewegung
r2: Radiale Relativbewegung
B: Länge der radialen Außenfläche
b: Länge der radialen Innenfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19855538 A1 [0003]
- DE 4114643 A1 [0004]
- DE 3930970 A1 [0005]

Claims

Toleranzring (1) zur Überbrückung eines radialen Abstands zwischen einem Wälzlager und einer Welle, beispielsweise einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer radialen Außenfläche (3) zur Anlage an das Wälzlager und wenigstens einer radialen Innenfläche (4) zur Anlage an die Welle, wobei Mittel (5) zur elastischen Abstützung der Welle gegenüber dem Wälzlager vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring (1) mehrere Bauteile (2) aufweist, und dass Mittel (9, 10) vorgesehen sind, die eine gegenseitige Relativbewegung der Bauteile (2) in axialer Richtung (a) und/oder einer radialen Richtung (r1, r2) verhindern.
Toleranzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Mehrteiligkeit des Toleranzringes (1) an diesem Kontaktflächen (20, 21) gebildet sind, und dass die Mittel (9, 10) zur Verhinderung der gegenseitigen Relativbewegung der Bauteile (2) des Toleranzringes (1) im Bereich der Kontaktflächen (20, 21) ausgebildet sind.
Toleranzring nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (9, 10) zur Verhinderung der gegenseitigen Relativbewegung der Bauteile (2) als Nut (10) bzw. Feder (9) ausgebildet sind.
Toleranzring nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (2) einen geometrisch identischen Aufbau aufweisen.
Toleranzring nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring (1) zweiteilig ausgebildet ist.
Toleranzring nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5) zur elastischen Abstützung der Welle gegenüber dem Wälzlager als zwischen der radialen Außenfläche (3) und der radialen Innenfläche (4) des Toleranzrings (1) wenigstens bereichsweise eingebrachter lichter Zwischenraum (5) bzw. als Hohlraum ausgebildet sind.
Toleranzring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere lichte Zwischenräume (5) bzw. Hohlräume vorgesehen sind, die über den Umfang des Toleranzrings (1) verteilt angeordnet sind.
Toleranzring nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Innenfläche (4) des Toleranzrings (1) eine Kontur aufweist, die mit einer Außenkontur der Welle im Wesentlichen übereinstimmt.
Toleranzring nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Außenfläche (3) und die radiale Innenfläche (4) des Toleranzrings (1) in ihrer axialen Länge (B; b) voneinander abweichen, wobei die Länge (b) der radialen Innenfläche (4) kleiner ist als die Länge (B) der radialen Außenfläche (3).
Toleranzring nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (11, 12, 13) zur Bildung eines radialen Anschlags für die Welle vorgesehen sind.
Toleranzring nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (11, 12) zur Bildung eines radialen Anschlags für die Welle innerhalb der lichten Zwischenräume (5) bzw. Hohlräume angeordnet sind.
Toleranzring nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (13) zur Bildung eines radialen Anschlags für die Welle in einer stirnseitigen Draufsicht auf den Toleranzring (1) gesehen um etwa 45° versetzt zu den lichten Zwischenräumen (5) bzw. Hohlräumen angeordnet sind.
Toleranzring nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring (1) im Bereich einer axialen Seite einen radial nach innen gehenden Absatz (30) aufweist.
Toleranzring nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere identische Bauteile (2, 2', 2'', 2''') zu einem Toleranzring (1) gemäß wenigstens einem der vorherigen Ansprüche montierbar sind.