DE3529975A1 - Festlager fuer ein schraegverzahntes ritzel einer zahnstangenlenkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Festlager für eine ein schrägverzahntes Ritzel einer Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge tragende Welle, welches als Wälzlager mit zwischen zwei Laufbahnen abrollenden Wälzkörpern ausge­ bildet, in einer Bohrung eines Lenkungsgehäuses angeordnet ist und auf das bei Drehung der Welle Axialkräfte wirken.

Derartige Festlager, die infolge der Schrägverzahnung bei der Betätigung der Lenkung sowohl Radial- als auch Axialkräfte aufnehmen müssen, werden mit gutem Erfolg als Wälzlager ausgeführt.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich der beim Betätigen der Lenkung im Interesse geringer Betätigungskräfte an sich wünschenswerte geringe Dreh­ widerstand des Wälzlagers bei unbetätigter Lenkung dahingehend nachteilig auswirkt, daß von den Rädern des Kraftfahrzeugs kommende, z. B. infolge von Radflattern auftretende Störkräfte ungeschwächt zum Lenkrad gelangen und so den Bedienungskomfort mindern.

Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, das Festlager mit einer Bremsein­ richtung zu versehen, um so seinen Drehwiderstand zu erhöhen. Zwar wurden durch diese Maßnahme die Störkräfte vom Lenkrad ferngehalten, jedoch wurde die Lenkung gleichzeitig schwergängiger, da die Bremsein­ richtung ständig, das heißt auch im betätigtem Zustand der Lenkung wirk­ sam war. Es wurde somit ein Zuwachs an Bedienungskomfort an einer Stelle durch einen Verlust an Bedienungskomfort an anderer Stelle erkauft. Außerdem wurden die Kosten der Lenkung und deren Bauraumbedarf durch die zusätzliche Bremseinrichtung erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Festlager der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, das unter Vermeidung einer besonderen Brems­ einrichtung im unbetätigten Zustand der Lenkung einen höheren Dreh­ widerstand als im betätigten Zustand aufweist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Festlager als Vierpunktkugellager ausgebildet ist, dessen eine Laufbahn ein Laufring trägt, der im Bereich der Laufbahn in einer rechtwinklig zu seiner Längsachse verlaufenden Ebene in zwei Teile geteilt ist, welche gegenüber dem sie tragenden Bauteil axial verschieblich sind und im axial unbe­ lasteten Zustand des Festlagers unter der Einwirkung von an diesem abge­ stützten Federn unter Vorspannung an den Kugeln anliegen, wobei der je­ weils von der Axialkraft beaufschlagte Teil des Laufringes unter deren Einwirkung um einen größeren Weg in deren Wirkungsrichtung verschiebbar ist, als der jeweils entlastete Teil des Laufringes unter Einwirkung der ihm zugeordneten Feder.

Dadurch daß die Abschnitte der Laufbahn des geteilten Laufringes unter Vorspannung an den Kugeln anliegen, liegen diese ihrerseits an der anderen Laufbahn unter Vorspannung an, so daß das Vierpunktkugellager in sich vorgespannt ist. Hierdurch weist das Vierpunktkugellager eine erhöhte Gleitreibung auf, der zu einer Erhöhung des Drehwiderstandes führt. Ausgehend davon macht sich die Erfindung die Tatsache, daß beim Be­ tätigen der Lenkung Axialkräfte auf das Festlager wirken, in der Weise zunutze, daß eine die Vorspannkraft der Federn überschreitende Axialkraft den von der Axialkraft beaufschlagten Teil des Laufringes in Richtung ihrer Wirkungsrichtung verschiebt. Da der von der Axialkraft beaufschlagte Teil des Laufringes um einen größeren Weg in deren Wirkungsrichtung ver­ schiebbar ist, als der andere entlastete Teil des Laufringes unter der Wir­ kung der ihm zugeordneten Feder, kommen die Kugeln mit der Laufbahn des letzteren und außerdem, da in diesem Zustand das Vierpunktkugellager nicht mehr in sich vorgespannt ist, mit demjenigen Abschnitt der anderen Laufbahn, der der des entlasteten Teils des Laufringes diametral gegenüberliegt, außer Eingriff, so daß das im unbetätigten Zustand der Lenkung relativ schwergängige, in sich vorgespannte Vierpunktkugellager im betätigten Zustand der Lenkung als leichtgängiges Schrägkugellager wirkt. Selbst in Betriebszuständen, in denen die Betätigungskräfte nicht ausreichen, um die Kugeln mit den entlasteten Abschnitten der Laufbahnen außer Eingriff zu bringen, tritt dennoch eine Entlastung der Kugeln ein, die die Gleitreibung und damit den Drehwiderstand des Festlagers senkt. Durch geeignete Wahl der Vorspannung ist es aber jedenfalls möglich, sicherzustellen, daß wenigstens beim Rangieren des Kraftfahrzeugs die Betätigungskräfte ausreichen, um die Kugeln mit den entlasteten Abschnitten der Laufbahnen außer Eingriff zu bringen.

Durch das erfindungsgemäße Festlager wird somit unter Vermeidung einer besonderen Bremseinrichtung erreicht, daß bei unbetätigter Lenkung von den Rädern des Kraftfahrzeugs kommende Störkräfte vom Lenkrad fernge­ halten werden, ohne daß bei Betätigung der Lenkung erhöhte Betätigungs­ kräfte auftreten.

Nach einer Variante der Erfindung ist ein Anschlag vorgesehen, welcher den Weg des jeweils entlasteten Teils des Laufringes begrenzt und welcher im axial unbelasteten Zustand des Lagers gegenüber den Teilen des Lauf­ ringes jeweils mit einem axialen Spiel angeordnet ist, das höchstens gleich dem der Vorspannkraft der jeweils zugehörigen Feder entsprechenden Federweg ist. Durch diese Maßnahme ist es möglich, durch die Wahl der Größe der Vorspannkraft einerseits und des axialen Spiels andererseits die­ jenige Größe der Betätigungskraft, bei der die Kugeln mit der Laufbahn des entlasteten Teils des Laufringes außer Eingriff kommen, den jeweiligen Anforderungen anzupassen.

Nach Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, daß der Anschlag an dem den Laufring tragenden Bauteil vorgesehen ist und in Ausneh­ mungen eingreift, die ausgehend von den einander zugewandten Stirn­ flächen der Teile des Laufringes in deren dem sie tragenden Bauteil be­ nachbarten Mantelflächen vorgesehen sind, und daß die Federn als Teller­ federn ausgebildet sind. Hierdurch wird erreicht, daß durch den Anschlag einerseits und die Federn andererseits der in axialer Richtung von dem Festlager eingenommene Bauraum überhaupt nicht bzw. nur geringfügig gegenüber dem vergrößert ist, den ein herkömmliches Festlager einnehmen würde.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Festlager im unbetätigten Zustand,

Fig. 2 das Festlager nach Fig. 1 im belasteten Zustand und

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung die Einzelheit A nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes, im axial unbelasteten Zustand befind­ liches Festlager 1 für eine Welle 2, die ein nicht dargestelltes schrägver­ zahntes Ritzel einer ebenfalls nicht näher dargestellten Zahnstangenlen­ kung für Kraftfahrzeuge trägt. Infolge der Schrägverzahnung des Ritzels wirken bei Drehung der Welle 2 Axialkräfte auf das Festlager 1, welches als Wälzlager mit zwischen zwei Laufbahnen 3 und 4 abrollenden Kugeln 5 ausgebildet und in einer Bohrung 6 eines Lenkungsgehäuses 7 angeordnet ist.

Das Festlager 1 ist als Vierpunktkugellager ausgebildet, dessen äußerer Laufring die Laufbahn 3 trägt und in deren Bereich in einer rechtwinklig zu seiner Achse verlaufenden Ebene in zwei Teile 8 und 9 geteilt ist, welche in der Bohrung 6 des Lenkungsgehäuses 7 axial verschieblich ange­ ordnet sind. Die Teile 8 und 9 des äußeren Laufringes liegen unter der Einwirkung von beiderseits des äußeren Laufringes angeordneten gleichen Tellerfedern 10 und 11, die an dem Lenkungsgehäuse 7 abgestützt sind, mit ihren jeweiligen Abschnitten der Laufbahn 3 an den Kugeln 5 unter Vorspannung an. Die Kugeln 5 liegen infolgedessen ihrerseits unter Vor­ spannung an den Abschnitten der inneren Laufbahn 4 an, die ein Innenring 12 trägt, der auf der Welle 2 angeordnet und von einem Sprengring 13 gegen einen Absatz der Welle 2 gehalten ist. Das Vierpunktkugellager ist somit im axial unbelasteten Zustand in sich vorgespannt.

Der äußere Laufring weist an den einander zugewandten Stirnflächen 14 und 15 seiner Teile 8 und 9 Ausnehmungen 16 und 17 auf, in die ein als Anschlag wirkender Stift 18 eingreift, der in einer Bohrung des Lenkungs­ gehäuses 7 angebracht ist und zu dem im unbelasteten Zustand des Fest­ lagers 1 die Teile 8 und 9 des äußeren Laufringes mit jeweils gleichem axialen Spiel angeordnet sind.

Das axiale Spiel ist jeweils höchstens gleich demjenigen Federweg einer der Tellerfedern 10 oder 11, der deren Vorspannkraft entspricht. Außerdem ist der noch zur Verfügung stehende Federweg jeder der Tellerfedern 10 und 11 größer als das axiale Spiel, wodurch gewährleistet ist, daß einer der Teile 8 und 9 des Außenringes unter Einwirkung einer ausreichend großen Axialkraft um einen größeren Weg in deren Wirkungsrichtung ver­ schoben werden kann als der andere Teil 9 oder 8 des äußeren Laufringes unter der Einwirkung der ihm zugeordneten Tellerfeder 11 oder 10 in der gleichen Richtung verschiebbar ist, bevor er an dem Stift 18 zur Anlage kommt.

Unter Einwirkung einer bei der Betätigung der Lenkung auftretenden Axialkraft auf das Festlager 1, die in Richtung auf die Tellerfeder 10 wirkt und einen Federweg der Tellerfeder 10 bewirkt, der größer ist als das zwischen dem Teil 9 des äußeren Laufringes und dem Stift 18 vorhandene Spiel, stellen sich die in Fig. 2 dargestellten Verhältnisse ein, das heißt, der Teil 8 des äußeren Laufringes wird um einen Weg in Richtung auf die ihm zugeordnete Tellerfeder 10 verschoben, der so groß ist, daß der andere Teil 9 des äußeren Laufringes an dem Stift 18 zur An­ lage kommt, so daß er mit seinem Abschnitt der Laufbahn 3 mit den Kugeln 5 außer Eingriff ist. Da in diesem Zustand das Festlager 1 nicht mehr in sich vorgespannt ist, kommen die Kugeln 5 auch mit dem dem entlasteten Abschnitt der Laufbahn 3 des Teils 9 des äußeren Laufringes diametral gegenüberliegenden Abschnitt der Laufbahn 4 des Innenringes 12 außer Eingriff, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Es wird somit deutlich, daß das Festlager 1 bei fehlender Axialkraft, dies entspricht dem unbetätigtem Zustand der Lenkung, wie in Fig. 1 darge­ stellt als in sich vorgespanntes Vierpunktkugellager wirkt, während es bei vorhandener Axialkraft, dies entspricht dem betätigtem Zustand der Lenkung, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, als Schrägkugellager wirkt. Da bekanntermaßen der Drehwiderstand eines in sich vorgespannten Vierpunkt­ kugellagers erheblich größer ist als der eines Schrägkugellagers, werden somit bei unbetätigter Lenkung vom Rad kommende Störkräfte durch das Festlager 1 gedämpft und vom Lenkrad ferngehalten, während im betätigten Zustand wegen des geringeren Drehwiderstands des Schrägkugel­ lagers die gewünschte Leichtgängigkeit der Lenkung gewährleistet ist.

Obwohl entsprechende Ausführungsbeispiele nicht gezeigt sind, ist es auch möglich, den inneren Laufring geteilt und den äußeren Laufring ungeteilt oder beide Laufringe geteilt auszuführen.

Ebenso können im Rahmen der Erfindung mehrere Anschläge 18 über den Umfang der Bohrung 6 des Lenkungsgehäuses 7 gleichmäßig verteilt ange­ ordnet sein, um ein Verkippen des entlasteten Teils 9 des äußeren Lauf­ ringes zu verhindern. Aus dem gleichen Grund kann auch ein ringförmigess Bauteil in die Bohrung 6 des Lenkungsgehäuses 7 eingesetzt sein.

Schließlich ist es möglich, den beschriebenen Anschlag 18 fortzulassen. Es muß dann lediglich sichergestellt sein, daß den Tellerfedern noch ein Federweg zur Verfügung steht, der größer ist, als der ihrer Vorspannung entsprechende Federweg.

Claims (4)

1. Festlager für eine ein schrägverzahntes Ritzel einer Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge tragende Welle, welches als Wälzlager mit zwischen zwei Laufbahnen abrollenden Wälzkörpern ausgebildet, in einer Bohrung eines Lenkungsgehäuses angeordnet ist und auf das bei Drehung der Welle Axialkräfte wirken, dadurch gekennzeichnet, daß das Festlager (1) als Vierpunktkugellager ausgebildet ist, dessen eine Laufbahn (3) ein Laufring trägt, der im Bereich der Laufbahn (3) in einer rechtwinklig zu seiner Längsachse verlaufenden Ebene in zwei Teile (8 und 9) geteilt ist, welche gegenüber dem sie tragenden Bauteil (7) axial verschieblich sind und im axial unbelasteten Zustand des Festlagers (1) unter der Einwirkung von an diesem abgestützten Federn (10, 11) unter Vorspannung an den Kugeln (5) anliegen, wobei der jeweils von der Axialkraft beaufschlagte Teil (8 bzw. 9) des Laufringes unter deren Einwirkung um einen größeren Weg in deren Wirkungsrichtung verschiebbar ist, als der jeweils entlastete Teil (9 bzw. 8) des Laufringes unter Einwirkung der ihm zugeordneten Feder (11 bzw. 10).

2. Festlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (18) vorgesehen ist, welcher den Weg des jeweils entlasteten Teils (9 bzw. 8) des Laufringes begrenzt und welcher im axial unbelasteten Zustand des Festlagers (1) gegenüber den Teilen des Laufringes (8 und 9) jeweils mit einem axialen Spiel angeordnet ist, das höchstens gleich dem der Vor­ spannkraft der jeweils zugehörigen Feder (10 bzw. 11) entsprechenden Federweg ist.

3. Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (18) an dem den Laufring tragenden Bauteil (7) vorgesehen ist und in Aus­ nehmungen (16 und 17) eingreift, die ausgehend von den einander zuge­ wandten Flächen der Teile (8 und 9) des Laufringes in deren dem sie tragenden Bauteil (7) benachbarten Mantelflächen vorgesehen sind.

4. Festlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn als Tellerfedern (10, 11) ausgebildet sind.