DE19604036A1 - Vorgespanntes Radialkugellager, das aus der Halterung geraten kann, und seine Verwendung in einer Lenksäule - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radialkugellager, das dazu geeignet ist, vorgespannt zu werden und axial zu seiner Drehachse lediglich dann aus der Halterung zu geraten, wenn es einer axialen Belastungskraft ausgesetzt ist, die eine vorbestimmte höhere Schwelle übersteigt, und die Verwendung eines derartigen Wälzlagers insbesondere in einer Lenksäule eines bodengebundenen Kraftfahrzeugs.

Wie bekannt, sind die für die Lenksäulen der bodengebundenen Kraftfahrzeuge verwendeten Radialkugellager bzw. Wälzlager von einem sehr speziellen Typ, da sie sehr spezifische, häu­ fig widersprüchliche Bedingungen erfüllen müssen.

Diese Wälzlager müssen tatsächlich eine Übertragung der Dreh­ bewegung des Lenkrads gestatten, die exakt, leichtgängig, gleichmäßig sowie spiel frei während der gesamten Einsatzdauer des Fahrzeugs ist, ohne daß deshalb das Lenkrad speziell bei niedrigen Frequenzen insbesondere infolge des Resonanzphäno­ mens vibriert. Diese Wälzlager müssen ferner derart sein, daß das Lenkrad im Fall eines frontalen Zusammenstoßes mit rela­ tiv starker Längskomponente für den Fahrer keine Gefahr ist. Für diese spezielle Verwendung geeignete Radialwälzlager sind am häufigsten spielfreie vorgespannte Radialnadellager.

Wälzlager dieses Typs werden beispielsweise in den Druckschriften FR 2 191 652, FR 2 193 443, FR 2 432 646 sowie FR 2 426 828 beschrieben.

Ein Radialnadellager dieses Typs für eine Lenksäule ist dazu bestimmt, in eine Lageranordnung oder Bohrung eines an dem Fahrgestell oder Aufbau des Fahrzeugs angebrachten Rohrträ­ gers angeordnet zu sein und die Achse bzw. Welle oder der­ gleichen aufzunehmen, die an ihrem freien Ende karosseriesei­ tig das Lenkrad trägt. Üblicherweise ist ein derartiges Wälz­ lager unter anderem aus Nadeln aufgebaut, die gegebenenfalls in einem Käfig gelagert sind, einem dünnen Außenring mit einer nichtkreisförmigen Innenfläche, die den Nadeln als Außenlaufring dient, und mit einer Außenfläche, einer Hülsen­ muffe oder einem Versteifungsring, der die mechanische Vor­ spannung mit einer inneren Kammer herbei führt, die dazu be­ stimmt ist, die Außenfläche des Außenrings aufzunehmen und mit einer Außenverkleidung, die dazu bestimmt ist, direkt in der Lageranordnung oder indirekt in derselben mittels einer geeigneten Halterung angebracht zu werden, die die Bestand­ teile des Wälzlagers enthält. Ein Endstück der Achse der Lenksäule dient den Nadeln direkt mittels seiner Außenfläche lokal als Innenlaufring oder nimmt auch eine Gleithülse, Muffe oder dergleichen auf, die bzw. das ihm aufgesteckt ist und im Wälzlager als Innenring dient.

Wenn dieser Wälzlagertyp im wesentlichen zufriedenstellend ist, so gestattet er an sich, wie er ist, nicht, alle an eine Lenksäule gestellten Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Bei einem frontalen Zusammenstoß mit relativ starker Längs­ komponente muß tatsächlich der mögliche heftige Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad außer einer Verformung des letztge­ nannten ein gewisses Zurückweichen der Achse der Lenksäule, d. h. eine Verschiebung dieser Achse in den Vorbau des Fahr­ zeugs, nachsichziehen.

Die horizontale Kraft, die aus dem Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad resultiert, zerlegt sich in eine senkrecht zur Achse der Säule wirkende radiale Kraft und in eine parallel zur Achse der Säule wirkende axiale Kraft. Es wird beobach­ tet, daß, wenn kein Hindernis vorhanden ist, um eine Gegen­ kraft auf die radiale Kraft zu gewährleisten, ein bogenarti­ ges Durchhängen der Achse der Säule in ihrem Träger und kein Zurückweichen der Achse vorliegt, weil ein spielfreies radiales Wälzlager des zuvor angebenen Typs normalerweise keinen ausreichenden radialen Widerstand entgegensetzt.

Um die Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, ist es daher er­ forderlich, daß das Wälzlager gleichzeitig eine gewisse radiale Steifigkeit besitzt und ein gewisses axiales Gleiten zuläßt. Dies kann nur erreicht werden, indem eine Muffe oder Hülse aus einem elastischem Material einer höheren Shorehärte zur Erhaltung der radialen Steifigkeit verwendet wird, die die mechanische Vorspannung ausübt und als Versteifungsring oder dergleichen dient, und es müssen besonders strenge Bear­ beitungs- und Montagegrenzen erfüllt sein, um die geforderte Eignung zum axialen Gleiten aufrechtzuerhalten, was unter ver­ nünftigen ökonomischen Bedingungen schwer zu erreichen ist. Wenn man ferner eine Hülsenmuffe großer Shorehärte derart verwendet, daß die Gegenkraft auf eine radiale Kraft erhalten wird, und außerdem, wenn die Pressung der Hülsenmuffe in ihrer Lageranordnung oder ihrer Halterung sehr groß ist, neigt der dünne nichtkreisförmige Außenring dazu, eine kreis­ förmige Gestalt anzunehmen, so daß der Widerstand gegen das axiale Gleiten zu schwach, insbesondere für die Einhaltung einer für den Transport erforderlichen Mindestschwelle unzu­ reichend wird. Aus Sicherheitsgründen muß eine Lenksäule eines bodengebundenen Kraftfahrzeugs ferner sich im Fall eines sehr heftigen frontalen oder quasi-frontalen Zusammen­ stoßes aus dem Gelenk springen können, wobei dafür gesorgt sein muß, daß ihre Achse im Karosserie in Fahrerrichtung so wenig wie möglich vorspringt.

Neben diesen Bedingungen für den normalen oder außergewöhnli­ chen Betrieb muß eine Lenksäule mit einem derartigen Wälzla­ ger unter ökonomischen Montagebedingungen in dem Fahrzeug hergestellt werden.

Wenn eine Lenksäule, die eine vorgefertigte Untergruppe bil­ det, an der selbsttragenden Karosserie oder dem Aufbau des Fahrzeugs angebracht wird, muß das Lenkrad im Verhältnis zum Fahrerhaus der Karosserie eine axiale Endposition einnehmen, die exakt bestimmt ist, wobei diese Endregulierung am Monta­ geband mittels einer Einstellung der Position des Lenkrads erfolgt, indem man die Achse, die es trägt, längs zu seiner Achse in seinem Träger gleiten läßt. Es ist daher nötig, daß die Wälzlager der Lager, die die Achse tragen, eine axiale Verschiebung von einigen Millimetern annehmen, was nur die in den vorgenannten Druckschriften beschriebenen Nadellager zu­ lassen. Es wird deutlich, daß diese Endregulierungsmethode am Montageband schwierig, zeitaufwendig und daher kostspielig ist. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, hat man bereits vor­ geschlagen, vorgefertigte und einbaufertige Lenksäulen-Unter­ gruppen zu liefern, bei denen die Position des Endes der Achse, das dazu bestimmt ist, das Lenkrad aufzunehmen, speziell zu seinem Träger eine besonders axiale, speziell gut definierte und praktisch unverrückbare Position einnimmt. Zu diesem Zweck wird gewöhnlich ein (größerer) Stift, Keil oder dergleichen, am häufigsten aus synthetischem Material, ver­ wendet und simultan in ein geeignetes Loch des Trägers und in ein entsprechendes Loch der Achse eingebaut. Danach, sobald eine derartige Lenksäule geliefert und an der selbsttragenden Karosserie oder dem Aufbau eines Fahrzeugs angeordnet ist, genügt es, den Stift zu entfernen oder ihn abzudrücken. Es ist verständlich, daß, wenn diese Lösung es erlaubt, das ge­ wünschte Resultat am Montageband leicht zu erhalten, sie bei der Herstellung und Montage der Lenksäulen-Untergruppe bei ihrem Hersteller teuer ist, da zwei zusätzliche Hilfsbohrun­ gen in dem Träger und in der Achse vorgesehen werden müssen, und da anschließend diese Löcher verglichen und in dieser Lage mittels des Stifts gehalten werden müssen, der nur wäh­ rend des Transports dienlich ist und anschließend entfernt werden muß, weshalb zusätzliche Arbeiten zur Herstellung und Montage entstehen, die die Kosten erhöhen.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, der Mehrzahl der zuvor kurz aufgezählten Unannehmlichkeiten mittels einer Lösung ab­ zuhelfen, die gleichzeitig den Ansprüche der Hersteller von Untergruppen wie Lenksäulen für bodengebundene Kraftfahr­ zeuge, den Ansprüchen der Automobilhersteller, deren Aufgabe es ist, diese Untergruppen an Bord der Fahrzeuge anzubringen sowie den Ansprüchen der Fahrzeugnutzer sowohl unter normalen als auch außergewöhnlichen Bedingungen genügt.

Die Erfindung hat ein Radialkugellager zum Gegenstand, das dazu geeignet ist, vorgespannt zu werden und axial zu seiner Drehachse lediglich dann aus der Halterung zu geraten, wenn es zumindest in einer Richtung einer axialen Kraft ausgesetzt ist, die eine vorgegebene höhere Schwelle übersteigt, wohl aber im Transportzustand oder im normalen Betriebszustand zu­ sammengesetzt zu bleiben, wenn es einer axialen Kraft ausge­ setzt ist, die keine vorbestimmte untere Schwelle übersteigt. Das erfindungsgemäße Wälzlager weist im wesentlichen eine Halterung in Form einer zylindrischen Buchse mit einem radia­ len zentripetalen Steg an dem einen seiner axialen Enden und einem Auflager an dem anderen seiner axialen Enden auf, wobei in dieser Halterung ein Außenring gelagert ist, der in zwei ringförmigen Abschnitten ausgeführt ist, die relativ zueinan­ der beweglich montiert sind, wobei ein Innenring dazu be­ stimmt ist, sich in dieser Halterung zu plazieren, wobei not­ wendigenfalls zwischen diesem äußeren und inneren Ring zwi­ schengeschaltete Kugeln in einem Käfig gehalten werden, die geeignet sind, auf zumindest drei kreisförmigen Spuren, die auf jedem der Abschnitte des Außenrings und auf dem Innenring angeordnet sind, zu kreisen, und zumindest ein elastisches Element, das zwischen dieser Halterung und dem einen der Ab­ schnitte des Außenrings derart gepreßt ist, daß der eine der beiden Abschnitte gegen den anderen zumindest axial belastet wird, um normalerweise die Kugeln gegen ihre Spuren zu halten und eine Vorspannung auszuüben, und wo die Spur(en), die auf dem Innenring angeordnet ist bzw. sind, in einem meridionalen axialen Querschnitt wie eine konkave Nut, die beiderseits von geradlinigen Lagerflächen eingefaß ist, sich präsentiert bzw. sich präsentieren. Dieses Wälzlager ist insofern bemerkens­ wert, als daß es Trenneinrichtungen aufweist, die im Innern seiner Halterung gelegen sind und einen begrenzten axialen Widerstand bieten und geeignet sind, lediglich unter einer axialen Kraft nachzugeben, die die vorbestimmte höhere Schwelle übersteigt.

Die Erfindung hat auch die Verwendung eines Wälzlagers des zuvor angegebenen Typs in einer Lenksäule eines bodengebunde­ nen Kraftfahrzeugs zum Gegenstand, wo der Innenring auf deren Achse aufgesteckt oder mit der letztgenannten aus einem Stück ist.

Weitere Eigenschaften der Erfindung werden beim Studium der nachfolgenden Beschreibung und Ansprüche sowie beim Studium der bei liegenden Zeichnung, die lediglich als Beispiel dient, deutlich, wobei:

Fig. 1 eine schematische Teilansicht in meridionalem Längsschnitt einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs ist, die mit Lagern ausgerüstet ist, von denen zumindest eines ein erfindungsgemäßes Wälzlager ist;

Fig. 2 eine vergrößerte schematische Detail-Teilansicht in meridionalem Längsschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers während des Aus-der-Halte­ rung-Geratens ist;

Fig. 3 eine nicht maßstabgerechte schematische Ansicht in meridionalem Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers ist, dessen Innenring mit einer Begrenzungsschulter versehen ist;

Fig. 4 eine nicht maßstabgerechte schematische Ansicht in meridionalem Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers ist, dessen Halterung mit einem Auflager mit Kragen versehen ist; und

Fig. 5 eine nicht maßstabgerechte schematische Ansicht in meridionalem Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers ist, dessen Halterung mit einem Auflager mit Unterlegscheibe und Lappen verse­ hen ist.

Da die spielfreien vorgespannten Radialkugellager sowie die Lenksäulen bodengebundenen Kraftfahrzeugs in der Technik wohlbekannt sind, wird nachfolgend lediglich das direkt oder indirekt die Erfindung Betreffende beschrieben. Für das Üb­ rige kann sich der Fachmann des betrachteten Fachgebiets in den ihm zur Verfügung stehenden alltäglichen klassischen Lö­ sungen konsultieren, um den speziellen Problemen zu begegnen, mit denen er konfrontiert ist.

Nachfolgend wird stets dieselbe Bezugsziffer verwendet, um ein gleiches Element unabhängig von der Ausführungsform oder seiner Ausführungsvariante zu kennzeichnen.

Zur Vereinfachung der schriftlichen Ausführungen wird nach­ einander jedes Bestandteil eines spielfreien vorgespannten erfindungsgemäßen Radialkugellagers beschrieben, bevor je nach Bedarf auf dessen Aufbau, Anwendung und Funktionsweise eingegangen wird.

Nachfolgend wird ein derartiges erfindungsgemäßes Lager in seiner speziellen Verwendung in einer Lenksäule eines boden­ gebundenen Kraftfahrzeugs beschrieben; es ist jedoch klar, daß diese spezielle Verwendung nicht als Einschränkung aufzu­ fassen ist.

In Fig. 1 ist schematisch eine herkömmliche Lenksäule eines bodengebundenen Kraftfahrzeugs abgebildet, die mit zumindest einem spielfreien vorgespannten erfindungsgemäßen Radialku­ gellager R ausgerüstet ist. Diese Lenksäule C weist im we­ sentlichen die Achse A auf, die in einem Rohrträger S mit einer Innenbohrung, bearbeitet oder nicht bearbeitet, montiert ist, die zumindest einem Lager P in einem Wälzlager R als Lageranordnung L dient. Dieses Wälzlager R ist zwischen dem Träger S und der Achse A zwischengeschaltet, die je nach Bedarf direkt mittels eines Abschnitts ihrer Außenfläche den Kugeln des Wälzlagers lokal als innere Wälzspur dient.

Für gewöhnlich ist eine derartige Lenksäule in der Karosserie angebracht, die in einem bestimmten Winkel, der ausgehend von der Horizontalen gemessen ist, geneigt ist.

Im Fall eines frontalen Zusammenstoßes mit einer Kraft mit stärkerer Längskomponente geschieht es nicht selten, daß der Fahrer, obwohl er durch seinen Sicherheitsgurt gehalten ist, heftig mit einer horizontalen oder quasi-horizontalen Kraft F auf das Lenkrad V prallt, das sich biegt, bevor eine Verfor­ mung der Achse der Lenksäule hervorgerufen wird. Es ist dafür gesorgt, daß die Gegenkraft auf die radiale Komponente r der Kraft F eine ausreichende Stärke hat, um eine axiale Kompo­ nente ª einzuleiten, deren Intensität ausreicht, um das Zu­ rückweichen der in ihrem Träger befindlichen Achse in den Vorbau des Fahrzeugs hervorzurufen, da diese Stärke eine vor­ bestimmte höhere Schwelle übersteigt.

Wie beim Studium der Figuren der Zeichnung klar ersichtlich, umfaßt ein vorgespanntes, spielfreies, erfindungsgemäßes, Radialkugellager R im wesentlichen eine Halterung 10, einen Außenring 20, einen Innenring 30, aneinanderstoßende oder nicht aneinanderstoßende Kugeln 40, die notwendigenfalls, wie herkömmlich üblich, in einem Käfig gehalten sind, und zumin­ dest ein zwischen der Halterung 10 und dem Außenring 20 ge­ preßtes elastisches Element 50.

Die Halterung 10, die beispielsweise aus einem Metallblech geeigneter und entsprechend den herkömmlichen Techniken bear­ beiteter Art ausgeführt ist, präsentiert sich nach Art einer zylindrischen Buchse 11 mit einem zentripetalen radialen Steg 12 an dem einen seiner axialen Enden und einem Auflager 13 an dem anderen seiner axialen Enden. Gemäß einer Ausführungsform ist das Auflager 13 beispielsweise ein verdünnter Kragen 130, der von der Halterung 10 klappbar ist, um dort mittels Umfalzen die Bestandteile festzuhalten, die sich dort befin­ den. Ein derartiger Kragen ist durchgehend oder unterbrochen und daher ausgezackt oder sägeartig gezahnt. Gemäß einer wei­ teren Ausführungsform besteht das Auflager 13 beispielsweise aus einer verformbaren Unterlegscheibe 131, die beispiels­ weise konisch wie ein Belleville-Dichtungsring ist, und von der Halterung 10 vorspringenden zentripetalen Lappen 132, die dazu bestimmt sind, die Unterlegscheibe 131, sobald diese an­ gebracht ist, zu halten. Diese Lappen 132 sind beispielsweise abstandsgleich, und ihre Anzahl beträgt drei. Diese Lappen werden beispielsweise mithilfe von in der Buchse der Halte­ rung ausgeführten Vertiefungen oder halben Vertiefungen, wie dies herkömmlich üblich ist, erhalten. Die Neigung dieser Lappen und ihre Größe sind derart gewählt, daß sie ein leich­ tes Einbauen der Unterlegscheibe, beispielsweise mittels elastischer Verformung insbesondere der Unterlegscheibe ge­ statten, die, nachdem sie die Lappen überschritten hat, von diesen gehalten wird.

Der Außenring 20 ist in der Halterung 10 gelagert und aus zwei Abschnitten 21 in Form ringförmiger Ausbuchtungen oder dergleichen ausgeführt, die aus einem Metallblech geeigneter Art hergestellt sind und untereinander relativ beweglich montiert sind. Es ist klar, daß diese beiden Abschnitte un­ terschiedlich und selbständig sein können, oder einer von ihnen mit der Halterung aus einem Stück oder mit der Halte­ rung einteilig sein kann.

Der Innenring 30 ist dazu bestimmt, sich in der Halterung 10 zu plazieren. Dieser Innenring besteht direkt aus einem Ab­ schnitt der Außenfläche der Achse, die den Kugeln lokal als innere Wälzspur dient, oder aus einer Muffe, Gleithülse oder dergleichen aus Metall, die bzw. das auf die Achse aufge­ steckt ist.

Die aneinanderstoßenden oder nicht aneinanderstoßenden Kugeln 40, die nötigenfalls in einem geeigneten Käfig, wie dies her­ kömmlich üblich ist, gehalten sind, sind zwischen dem Außen­ ring 20 und dem Innenring 30 geschaltet und geeignet, auf zu­ mindest drei kreisförmigen Spuren zu kreisen, wobei die einen 200 jeweils auf einem der Abschnitte 21 des Außenrings 20 und die andere bzw. anderen 300 auf, dem Innenring 30 angeordnet ist bzw. sind.

Zumindest ein elastisches Element 50, das beispielsweise aus einem O-Ring aus eigens zu diesem Zweck gewähltem Elastomer oder Gummi geeigneter Shorehärte ausgeführt ist, ist zwischen der Halterung 10 und dem einen der Abschnitte 21 des Außen­ rings 20 derart gepreßt, daß die beiden Abschnitte 21 zumin­ dest axial gegeneinander belastet werden, um normalerweise die Kugeln 40 gegen ihre Spuren 200 und 300 festzuhalten und eine Vorspannung auszuüben, um insbesondere jegliches mögli­ che Spiel auszugleichen.

Die Spur(en) 300, die auf dem Innenring 30 angeordnet ist bzw. sind, präsentiert bzw. präsentieren sich im meridional axialen Querschnitt nach Art einer konkaven Nut 301, die bei­ derseits von vorzugsweise geradlinigen Lagerflächen 302 ein­ gefaßt ist.

Die Zonen des Außen- und Innenrings oder der Ersatz dafür, die insbesondere als Laufringe dienen, wo die Spuren angeord­ net sind, auf denen die Kugeln kreisen, sind lokal in geeig­ neter Art und Weise, wie herkömmlich üblich, bearbeitet, um ihnen die geforderte Härte und Elastizität zu verleihen.

All dies ist klar in den Figuren der Zeichnung wiedergegeben und beispielsweise in der Druckschrift FR 2 594 189 oder in der Druckschrift US 3 876 266, auf die man sich praktisch be­ ziehen kann, in allgemeinen Zügen beschrieben.

Erfindungsgemäß ist beispielsweise eine zur Drehachse Δ des Wälzlagers relativ schräg stehende Anflachung 303 zwischen der Nut 301 und zumindest einer der Lagerflächen 302 und, notwendigenfalls, zwischen dieser Nut und jeder dieser beiden Lagerflächen gelegen. Vorzugsweise verlängert eine derartige beispielsweise geradlinige oder konvexe Anflachung 303 tangential die Nut 301, an die sie sich somit ohne scharfkan­ tige Stelle oder jeglichen anderen Vorsprung anschließt. Vor­ zugsweise wird erfindungsgemäß für die Position des Tangentialpunkts ein Winkel von ungefähr 20° gewählt, d. h. auch der Winkel einer geradlinigen Anflachung mit der Achse Δ. Wie aus den Figuren der Zeichnung ablesbar, stehen die Lagerflächen 302 zueinander und zur Achse Δ parallel und haben dieselben Radien (Fig. 3) oder verschiedene Radien (Fig. 4), d. h. sie sind zur Achse Δ in gleichen oder un­ gleichen Abständen gelegen. Die Lagerflächen 302 können auch relativ zueinander geneigt sein, wobei beispielsweise eine von ihnen parallel zur Achse Δ und die andere zu dieser Achse schräg verläuft (Fig. 5).

Erfindungsgemäß hat das Wälzlager drei Spuren, und die konkave Nut 301 ist beispielsweise ein Kreisbogen mit konstantem oder elliptischem Radius.

Man kann beobachten, daß der Radius des Kreisbogens der Nut 301 oder seines Oskulationskreises beispielsweise in der Größenordnung von ungefähr 10 bis 20% größer als der Radius R der Kugeln ist, so daß sich die Spur 300 daher normaler­ weise als alleiniger Kreis präsentiert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat das Wälzlager vier Spuren, und die konkave Nut 301 hat beispiels­ weise die Form eines Spitzkegels, eine V-Form oder derglei­ chen. Die Spuren 300 präsentieren sich daher normalerweise als zwei Kreise. Diese Lösung gestattet es, die axiale Position des Normalbetriebs des Wälzlagers gemäß der Erfin­ dung exakt festzulegen.

Damit ein erfindungsgemäßes Wälzlager drei oder vier Spuren hat, wählt man die Tiefe p der Nut 301, vom Boden derselben zum Anschluß der Anflachung an die Lagerfläche (siehe Fig. 2) oder im Außendurchmesser d des Innenrings 30 gemessen, je nach den Umständen, so daß folgende Gleichung erfüllt ist:

wobei R der Radius der Kugeln und c der Durchmesser der Außenbahn der Kugeln ist, die auf den Spuren 300 kreisen, d. h. der Quotient aus Kugeln und Durchmesser.

Erfindungsgemäß ist vorzugsweise zumindest die eine der La­ gerflächen 302 zur Achse Δ mit einem Winkel in der Größenord­ nung von beispielsweise 15° auf zumindest ungefähr einem Millimeter geneigt. Der Anschluß einer Lagerfläche 302 zur Anflachung 303 erfolgt entsprechend einer scharfkantigen Stelle.

Erforderlichenfalls ist der Innenring 30 erfindungsgemäß mit einer zentrifugalen radialen Schulter 31 versehen, die zumin­ dest die eine der Lagerflächen 302 entgegengesetzt von der Nut 301 verlängert (Fig. 3). Diese Schulter 31 ist dazu be­ stimmt, den Kugeln 40, die ihre Spur(en) 300 verlassen, als Begrenzung zu dienen, damit sie nicht dem Innenring 30 aus Gründen, die im Anschluß verständlich gemacht werden, entwei­ chen. Eine derartiger Begrenzungseffekt kann auch erhalten werden, indem eine der Lagerflächen 302 in einem Abstand von der Achse Δ angeordnet ist, der größer ist als der der ande­ ren Lagerfläche (Fig. 4).

Das Auflager 13 ist erfindungsgemäß derart aufgebaut, daß, wenn einer der Ringe dazu neigt, sich relativ zum anderen axial zu verschieben, beispielsweise infolge eines frontalen Zusammenstoßes, dieses Auflager einen begrenzten axialen Wi­ derstand aufweist und geeignet ist, unter einer axialen Kraft, die sich in einer Richtung auswirkt und eine vorbe­ stimmte höhere Schwelle beispielsweise von 1 kN übersteigt, nachzugeben.

Erfindungsgemäß wählt man die Shorehärte des zusammengedrück­ ten elastischen Elements bzw. der zusammengedrückten elastischen Elemente 50 derart, daß dem Wälzlager erfindungs­ gemäß eine radiale Steifigkeit verliehen wird, die zwischen 0,2 und 0,5 mm unter 100 daN beträgt.

Alle Parameter eines Wälzlagers, insbesondere geometrische und elastische, werden erfindungsgemäß derart gewählt, daß das zu seiner Drehachse Δ axiale oder longitudinale Aus-der-Hal­ terung-Geraten nur in einer engen Belastungsspanne er­ folgt. Auf diese Weise erfolgt kein Aus-der-Halterung-Geraten bei einer axialen Kraft, die nicht eine vorbestimmte untere Schwelle in der Größenordnung von beispielsweise 420 N-500 N übersteigt, wohl aber erfolgt zwangsläufig und notwendiger­ weise ein zu der Drehachse Δ axiales Aus-der-Halterung-Gera­ ten bei jeglicher Kraft, die eine vorbestimmte höhere Schwelle von beispielsweise ungefähr 1000 N übersteigt. Eine derartige höhere Schwelle ist unter bestimmten Bedingungen leicht überschritten, beispielsweise aufgrund einer dynami­ schen Kraft, die aus dem Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad infolge eines heftigen frontalen Zusammenstoßes resultiert.

Es ist klar, daß diese untere und obere Schwelle verschieden, durch ein gewähltes Intervall getrennt oder auch ineinander­ fließend sein können.

Wenn eine axiale Kraft wirkt, die zur vorbestimmten höheren Schwelle tendiert, ist die Belastung des Aus-der-Halterung-Ge­ ratens als Funktion von der Größe der Verschiebung der Ku­ geln mittels einer Kennlinie wiedergegeben, die drei aufein­ anderfolgende Zonen umfaßt. Eine erste Zone mit einem auf­ steigenden, praktisch geradlinigen Abschnitt setzt unterhalb des Ursprungs des orthonormierten Bezugssystems ein und er­ streckt sich in einer hohlen Wölbung zur Abszissenachse hin. Eine zweite Zone mit einer Wölbung einer in gleicher Richtung verlaufenden Konkavität schließt sich der Wölbung der voran­ gegangenen Zone an und erstreckt sich durch einen abfallenden praktisch geradlinigen Abschnitt. Eine dritte geradlinige praktisch horizontale Zone schließt sich durch einen Knick an den abfallenden Abschnitt der zweiten Zwischenzone an.

In der ersten Zone steigen die Kugeln unter dem Axialdruck in der Nut, wie in Fig. 2 abgebildet, und der Gegendruck der Spur bewirkt eine axiale Komponente, die zu der durch das Zu­ sammendrücken der elastischen Elemente bewirkten radialen Kraft proportional ist.

In der zweiten Zwischenzone entweichen die Kugeln aus der Nut. Das Aus-der-Halterung-Geraten vollzieht sich auf dem Hö­ hepunkt der Wölbung.

In der dritten und letzten Zone findet Gleiten statt und die einzige noch fortbestehende axiale Kraft ist der Widerstand insbesondere infolge der Gleitreibung. Damit sich diese Kraft nicht auf einem zu niedrigen Niveau befindet, rufen die An­ flachung und/oder der geneigte Lagerfläche eine axiale Gegen­ kraft hervor, die sich zur Reibung addiert. Man wird fest­ stellen, daß ein derartiger axialer Widerstand auch erhöht werden kann, indem lediglich die Nut des Innenrings im we­ sentlichen da bearbeitet wird, wo sie als Spur(en) dem Kreisen der Kugeln dient. In dieser Weise, wenn die Kugeln der Nut entweichen, "setzen" sie sich in der Anflachung und/oder je nach Bedarf in der Lagerfläche "an", indem sie dort während des Aus-der-Halterung-Geratens eine dauerhafte Verformung hervorrufen. Dies gestattet es, eine Kraft eines hohen Niveaus zu erhalten, um notwendigenfalls, Energie zu absorbieren.

Verglichen mit einer Lösung, wo sich die Nut direkt an eine Lagerfläche mittels eines scharfkantigen Punktes anschließt, der vom Scheitel oder Boden des Kreisbogens der Nut ausgehend bei 30° angeordnet ist, wenn eine Kugel die Anflachung er­ reicht, ist die radiale Komponente Fr der Gegenkraft auf die axiale Kraft Fa gleich:

ΔFa = Gegenkraft (sin 30° - sin 20°) ≅ 0,16 Fa,

d. h. einem Wert, der nicht zu vernachlässigen ist und es er­ möglicht, die anfängliche Vorspannung für eine selbe höhere Schwelle des Aus-der-Halterung-Geratens zu erhöhen.

Die Neigung eines der Lagerflächen gestattet, den Abfall der Kennlinie in ihrer Endzone zu dämpfen und daher ein weniger heftiges Aus-der-Halterung-Geraten zu erhalten. Diese Wirkung addiert sich der Anflachung hinzu.

Wenn zumindest eine Schulter verwendet wird, ist es möglich, das aus der Halterung geratene Wälzlager nicht vollständig irreversibel zu trennen, wodurch es möglich ist, falls erfor­ derlich, ein Wiedereinsetzen der Kugeln in die anfängliche Position in der Nut zu erwägen.

Wenn man ein Wälzlager gemäß der Erfindung baut, das symme­ trisch ist, werden die Montageprobleme vereinfacht, da ein genaues Positionieren und eine anfängliche Orientierung nicht mehr erforderlich sind.

Wenn man ein Wälzlager gemäß der Erfindung baut, das nicht symmetrisch ist (Fig. 4), kann man dafür sorgen, daß die vor­ bestimmte höhere Schwelle, ab der sich das Aus-der-Halterung-Ge­ raten vollzieht, wenn sie überschritten ist, nicht in der Richtung, in der eine axiale Kraft ausgeübt wird, dieselbe ist. Man kann beispielsweise eine höhere Schwelle als 1000 N in einer Richtung wählen, ab der sich ein Aus-der-Halterung-Ge­ raten vollzieht, sowie in der anderen entgegengesetzten Richtung eine weitere, bedeutend höhere Schwelle wählen, so daß selbst unter einer axialen Kraft, die 15000 N erreicht, sich kein Aus-der-Halterung-Geraten vollzieht. Derartige Werte für unterschiedliche höhere Schwellen für ein und das­ selbe gegebene Wälzlager sind für eine Lenksäule eines Kraft­ fahrzeugs geeignet. Tatsächlich gestattet es der kleine Wert von 1000 N dem Wälzlager, für eine der höheren Schwellen in einer Richtung aus der Halterung zu geraten, wenn das Lenkrad durch den Fahrer infolge eines heftigen frontalen Zusammen­ pralls angestoßen wird, und der große, höhere Wert für die andere der höheren Schwellen gestattet es dem Wälzlager, nicht in der anderen entgegengesetzten Richtung aus der Hal­ terung zu geraten, falls die Lenksäule infolge eines heftigen frontalen Zusammenstoßes aus dem Gelenk springt. Auf diese Weise weicht das Lenkrad zurück, stellt sich in der Karosse­ rie unter den Bedingungen des genormten Versuchs "Body Block" zurück, und das Lenkrad fährt nicht aus, steigt unter den Be­ dingungen des genormten Versuchs "Crash Test" nicht in die Karosserie, wobei diese genormten Tests den Automobilbauern wohlbekannt sind.

Anhand all der vorausgehenden Ausführungen wird deutlich, daß ein erfindungsgemäßes Wälzlager es gestattet, eine Achse ge­ nau axial relativ zu ihrem Träger während der Herstellung einer Lenksäulen-Untergruppe zu positionieren, und anschließend diese auf diese Weise voreingestellte Unter­ gruppe vom Hersteller zum Automobilhersteller zu transportie­ ren, ohne eine Änderung dieser Voreinstellung zu riskieren, wobei jedoch ihr axiales Aus-der-Halterung-Geraten unter speziellen vorbestimmten Bedingungen gestattet ist.

Anhand all der vorausgehenden Ausführungen wird deutlich, daß der Aufbau als ein Gebilde, das für die Montage eines erfin­ dungsgemäßen Wälzlagers bereit ist, aus der Schließung der Halterung resultiert, die mittels des Umfalzens des Kragens, der in geeigneter Weise verdünnt worden ist, oder mittels der Wahl einer Unterlegscheibe von sinnvoller Form und aus geeignetem Material erhalten wird, das einerseits bei der Herstellung gestattet, die Vorspannung des Wälzlagers zu ge­ währleisten, und andererseits je nach Bedarf sich unter einer ganz bestimmten axialen Kraft verformt, um es den Bestandtei­ len zu ermöglichen, in den Außenring des Wälzlagers zu ent­ weichen.

Die vorausgehenden Ausführungen erhellen die unterscheidenden Besonderheiten der Erfindung, das Interessante an der Erfin­ dung sowie deren Vorteile.

Claims (12)

1. Radialkugellager, das dazu geeignet ist, vorgespannt zu werden und zu seiner Drehachse A axial aus der Halterung zu geraten, wenn es einer axialen Kraft ausgesetzt ist, die eine vorbestimmte höhere Schwelle übersteigt, welches Radialkugellager eine Halterung (10) in Form einer zylin­ drischen Buchse (11) mit einem radialen zentripetalen Steg an dem einen ihrer Enden und einem Auflager (13) an dem anderen ihrer Enden aufweist, wobei in dieser Halte­ rung (10) ein Außenring (20) gelagert ist, der in zwei ringförmigen, relativ zueinander beweglich montierten Ab­ schnitten (21) ausgeführt ist, wobei ein Innenring (30) dazu bestimmt ist, sich in dieser Halterung (10) zu plazieren, wobei notwendigenfalls Kugeln (40), die in einem Käfig gehalten sind, zwischen diesem Außenring (20) und dem Innenring (30) zwischengeschaltet und geeig­ net sind, auf zumindest drei kreisförmigen Spuren (200, 300) zu kreisen, die auf einem jeden dieser Abschnitte (21) des Außenrings (20) und Innenrings (30) angeordnet sind, und zumindest ein elastisches Element (50), das zwischen dieser Halterung (10) und einem der Abschnitte (21) des Außenrings (20) derart zusammengedrückt ist, daß diese beiden Abschnitte (21) zumindest axial gegeneinan­ der belastet werden, um normalerweise die Kugeln (40) gegen ihre Spuren (200, 300) zu halten und eine Vorspan­ nung auszuüben, und, wo die Spur(en) (300), die auf dem Innenring (30) angeordnet ist bzw. sind, im meridionalen axialen Querschnitt sich nach Art einer konkaven Nut (301) präsentiert bzw. präsentieren, welche beiderseits von geradlinigen Lagerflächen (302) eingefaßt ist, welches Wälzlager dadurch gekennzeichnet ist, daß es Trenneinrichtungen um­ faßt, die im Inneren der Halterung (10) sich befinden und einen begrenzten axialen Widerstand bieten und geeignet sind, unter einer axialen Kraft, die die vorbestimmte hö­ here Schwelle übersteigt, zurückzuweichen.

2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtungen eine Nut (301), deren Tiefe, und Kugeln (40) aufweisen, deren Radius derart gewählt sind, daß folgende Gleichung er­ füllt ist: wobei
R der Radius der Kugeln (40) ist;
d der Außendurchmesser des Innenrings (30) ist;
c der Durchmesser der Außenbahn der auf den Spuren (300) kreisenden Kugeln ist.

3. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Trenneinrichtungen zu­ mindest eine zur Achse (Δ) relativ schräge Anflachung (303) aufweisen, die zwischen dieser Nut (301) gelegen ist, an die sich tangential zumindest eine dieser Lager­ flächen (302) anschließt.

4. Wälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Lagerflächen (302) zu­ einander und zur Achse (Δ) parallel verlaufen.

5. Wälzlager nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Lagerflächen (302) re­ lativ zueinander geneigt sind, wobei eine dieser Lager­ flächen (302) parallel zur Achse (Δ) und die andere von ihnen (302) zu dieser (Δ) schräg verläuft.

6. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Innenring (30) mit einer radialen Zentrifugenschulter (31) versehen ist, die zumindest eine dieser Lagerflächen (302) entgegengesetzt zu dieser Nut (301) verlängert und dazu bestimmt ist, den Kugeln (40), die ihre Spur (300) verlassen, als Begren­ zung zu dienen.

7. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Innenring (30) ledig­ lich die Spur(en) (300) bearbeitet ist bzw. sind.

8. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Trennmittel aus dem Auflager (13) bestehen.

9. Wälzlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Auflager (13) ein ver­ dünnter, von der Halterung (10) klappbarer Kragen (130) ist.

10. Wälzlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Auflager (13) in einer verformbaren Unterlegscheibe (131) und zentripetalen von der Halterung, die die Unterlegscheibe (131) hält, vor­ springenden Lappen (132) ausgeführt ist.

11. Verwendung eines Wälzlagers nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer Lenksäule (C) eines bodengebundenen Kraftfahrzeugs, wo der Innenring (30) auf der Achse (A) desselben aufgesteckt ist.

12. Verwendung eines Wälzlagers nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer Lenksäule (C) eines bodengebundenen Kraftfahrzeugs, wo der Innenring (30) aus einem Stück mit der Welle (A) derselben (C) ist.