FAHRWERK Hoher
FAHRWERK Hoher Winkelausgleich, große Toleranzen Spezielles 4-Punkt-Lager für Lenksäulen ermöglicht Durchmessertoleranzausgleich von bis 0,11 mm Bei Standardlagern, wie sie auch bei Lenksäulen in Fahrzeugen zum Einsatz kommen, müssen Gehäuse und Lenkwelle in der Regel einen sehr präzisen Passungs-Sitz, zum Beispiel von h6, aufweisen und daher nach dem Urformprozess nachbehandelt werden. Um diesen aufwändigen und kostspieligen Fertigungsschritt zukünftig vermeiden zu können, ließ ein Zulieferunternehmen für eine Lenksäule von den Experten der Rollax GmbH & Co. KG eigens ein Speziallager entwickeln. Das von Rollax entwickelte Speziallager für eine Lenksäule wird in Fahrzeugen eines deutschen Automobilherstellers eingesetzt Bilder: Rollax GmbH & Co. KG Das 4-Punkt-Lager fängt Winkelfehler der Lenkwelle bis zu 3° sowie Koaxialitätsfehler und Durchmessertoleranzen von Welle und Gehäuse bis zu 0,11 mm ab. Da Rollax-Lager im Gegensatz zu Katalogware in Bauform und Größe variabel sind und präzise auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden können, lassen sich auch zusätzliche Sonderfunktionen, wie beispielsweise eine einstell- Die Autorin: Iris Gehard aus München, freie Redakteurin für Rollax, Bad Salzuflen bare Reibung, unkompliziert umsetzen. Bei Standardlagern aus 100Cr6 werden Außen- und Innenring gedreht, gehärtet und anschließend gehohnt. Sie weisen dadurch eine geringe Reibung sowie eine hohe Präzision auf und eignen sich besonders für hohe Geschwindigkeiten, haben jedoch einen gravierenden Nachteil: Die Lager haben feste Größen und benötigen zur einwandfreien Funktion gegenüber Gehäuse und Welle eine Passungstoleranz von beispielsweise h6, im vorliegenden Fall also 13 bis 20 μm. Winkel- und Koaxialfehler werden gar nicht kompensiert, so dass die umgebenden Komponenten diese aufnehmen müssen. Da es sich beim Gehäuse allerdings um eine Schweißbaugruppe handelt, ist der Lagersitz derartigen Fehlern unterworfen, die dann bei der Fertigung in einem nachgelagerten Dreh-/Fräs- beziehungsweise Schleifprozess ausgeglichen werden müssen. Spezialanfertigung mit hohem Toleranzausgleich Um bei einer Lenksäule, die in Fahrzeugen eines deutschen Automobilherstellers eingesetzt wird, auf diesen Aufwand verzichten zu können, ließ ein Zulieferer ein spezielles Lager von Rollax entwickeln: „Die Vorgabe war, dass das Lager eine mögliche Misslage der 48 AutomobilKonstruktion 2/2016
Patrick Berges, Projektleiter bei der Rollax: „Wir passen uns soweit irgend möglich den Bauteilen des Kunden an – im Fall des 4-Punkt-Lagers beispielsweise an die Maße der Lenkwelle.“ Das 4-Punkt-Lager besitzt einen tiefgezogenen Außenring sowie einen Innenring, der in einer besonderen Wellen-Form hergestellt wurde Lenkwelle sowie mögliche Koaxialitäts-Fehler von Lenksäulengehäuse und Lenkwelle kompensiert“, erklärt Patrick Berges, Projektleiter bei der Rollax GmbH & Co. KG in Bad Salzuflen. „Gehäuse- und Lenkwellentoleranzen sollten ebenfalls so gut wie möglich ausgeglichen werden.“ Rollax konstruierte daher ein 4-Punkt-Lager, dessen Außenring tiefgezogen und dessen Innenring in einer besonderen Wellen-Form hergestellt werden, wodurch es deutlich leichter ist, als die gedrehte Variante. Diese neue Konstruktion konnte die Ansprüche des Projektes sogar übertreffen und Winkel- sowie Koaxialitätsfehler von Welle und Gehäuse deutlich mehr als im geforderten Maße ausgleichen. Durch die spezielle Werkstoffwahl können die Durchmessertoleranzen im Gehäuse vollständig kompensiert werden. Darüber hinaus sorgt die spezielle Form des Innenrings dafür, dass die Durchmessertoleranz beziehungsweise die Rundheit der Lenkwelle im Zehntel-Millimeterbereich abgefangen wird, ohne die Stützwirkung zu vermindern. Zusätzlich sind zwei Toleranzringe im Inneren des Lagers aus Elastomeren gefertigt; das federnde Material unterstützt ebenfalls die Aufnahme von Abweichungen. „Dieses Zusammenspiel von Toleranzausgleichen und gleichzeitig hohen Belastungen umzusetzen, war bei der Konstruktion die größte Herausforderung“, so Berges. „Es gab viele Entwicklungsschleifen, um die geeignetsten Materialien und Formen zu finden.“ Für die auf niedrige Drehzahlen ausgelegten Lager verwendet Rollax zur Kostenoptimierung, wenn möglich, reine Ur- und Umformteile. Kein Schleifprozess mehr notwendig Insgesamt machen die Eigenschaften des neuen Lagers nun eine exakte Passung von Gehäuse und Welle überflüssig. Somit spart sich der Kunde eine Nachbehandlung des Gehäuses und der Welle nach dem Urformprozess. „Es ist kein Drehen und Fräsen oder Schleifen notwendig. Dadurch erzeugt das Lager große Kostenvorteile innerhalb der Applikation“, erklärt Berges. Da die Experten von Rollax bereits sehr früh in die Entwicklung der Lenksäule eingebunden wurden, konnte das Lager außerdem exakt auf Kundenmaß konstruiert werden. „Wir beraten Kunden im Vorfeld einer Entwicklung ausführlich und kostenlos, wie ein Lager aussehen kann, das nicht nur alle Anforderungen am besten in sich vereint, sondern auch besonders kosten- und anwendungsgerecht ist“, so Berges. „Wir passen uns also soweit irgend möglich den Bauteilen des Kunden an – im Fall des 4-Punkt-Lagers beispielsweise an die Maße der Lenkwelle.“ Bei Katalogware dagegen, die es nur in festgelegten Größen gibt, hätte der Automobilzulieferer die Konstruktion der Lenksäule auf den vorgegebenen Standard abstimmen, also bereits im Vorfeld auf bestimmte Freiheiten im Design sowie auf Möglichkeiten der Bauraum- und Funktionsoptimierung seines Systems verzichten müssen. Sonderfunktionen wie einstellbare Reibung Generell zeichnen sich Rollax-Lager aufgrund ihrer anwendungsbezogenen Entwicklung dadurch aus, dass sie in Bauform und Größe sehr variabel sind. Je nach Kundenwunsch können Toleranzen der Bohrung von 0,2 mm, der Welle von 0,11 mm sowie Koaxialitätsfehler von bis zu 0,5 mm kompensiert werden. Winkelfehler können bis zu 3° ausgeglichen werden, bei Pendellagern auch mehr. Zudem sind mehrere Funktionen in einem kundenspezifischen Lager vereinbar. So besteht auch die Option, die Reibung des Lagers nach dem Verbau einzustellen. Darüber hinaus können in das Lager Krampen für die axiale Sicherung eingefügt werden, so dass als weitere Einsparung der klassische Sprengring entfallen kann. Weitere Spezialanforderungen wie Kombinationslager aus Axial- und Radiallager können genauso umgesetzt werden wie unterschiedliche Dichtungskonzepte. „Wir ermöglichen unseren Kunden neue Möglichkeiten in der Entwicklung, insbesondere in der Auslegung bezüglich Bauraum und Funktionsintegration“, fasst Berges zusammen. „Häufig lohnt es sich bei einer Neuentwicklung, frühzeitig über die Lagerfunktionen nachzudenken anstatt Standards einzuzeichnen. Dabei unterstützen wir gerne.“ Rollax GmbH & Co. KG Tel.: +49 5222 96330-0 info@rollax.de 2/2016 AutomobilKonstruktion 49
