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Magnetelektrische Lichtmaschine für Fahr- und Motorräder mit ,einem
gleitend am oberen Ende der Ankerwelle angebrachten Schulterkugellager Die Verwendung
von Schulterkugellagern, die aus einem inneren Ring, einem Kugelring und einem Schulterring
(Außenring) bestehen, als oberes, dem Laufrädchen benachbartes Lager für die schnell
laufenden, senkrechten Ankerwellen von Fahrradlichtmaschinen ist bekannt.
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Eine Schwierigkeit jedoch, die bei Verwendung von Schulterkugellagern
für den erwähnten Zweck entsteht, ergibt sich aus der Notwendigkeit, daß die verhältnismäßig
schweren, mit aufgezogenem Anker versehenen Lichtmaschinenwellen einer genauen Einstellung
unterworfen werden müssen, und aus der Auswirkung- dieser Einstellung auf den Einbau
und die Arbeitsweise der Schulterlager.
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Bei der ersten Verwendung von oberen Kugellagern für Fahrradlichtmaschinen
half man sich durch eine feste Axialeinstellung. Der Kugellagerinnenring wurde fest
auf den oberen Teil der Ankerwelle aufgezogen und die Axialeinstellung entweder
durch genaue Abstimmung vermittels einer größeren Anzahl sehr dünner Abstimmscheibchen
vorgenommen oder dadurch, daß man die Ankerwelle beispielsweise an ihrem unteren
Ende durch eine Laufkugel, eine Haltschraube und eine Feststellschraube gegen das
Axialspiel sicherte. Diese beiden Arbeitsweisen haben sich nicht bewährt. Es ist
beim Zusammenbau im Werk sehr wohl möglich, diese Abstimmungen genau vorzunehmen;
aber die Abstimmscheiben sowohl als auch die Sicherung mit Kugel und zwei Sicherungsschrauben
unterliegen bei 'der holten Drehzahl und der starken Erschütterungsbeanspruchung
der Fahrradlichtmaschine einer derartigen Abnutzung, daß nach verhältnismäßig kurzer
Gebrauchszeit Nachstellungen notwendig werden. Diese Nachstellungen an im Gebrauch
befindlichen Lichtmaschinen werden jedoch zum größten Teil nicht im Werk vorgenommen,
sondern müssen von mehr oder weniger
unberufenen Händen gemacht
werden. Da weder dein Fahrradmechaniker, beispielsweise auf dem Lande, noch dem
Durchschnittsradfahrer Gefühl und Erfahrung zur Verfügung stehen, die zur Vornahme
derartig feiner Arbeiten notwendig sind, ergab sich bald die Tatsache, daß die Nachstellungen
zum großen Teil entweder zu lose oder zu streng vorgenommen wurden. Bei zu strenger
Nachstellung ergab sich ein zu schwerer Gang der Lichtmaschine und eine zu starke
Reibungsabnutzung des Kugellagers. Bei zu loser Nachstellung war die Folge ein unzulässig
großes Axialspiel der Ankerwelle, die infolge der durch die Fahrterschütterungen
erhaltenen senkrechten Stöße mit dem fest aufsitzenden Kugellagerinnenring und Kugelring
auf den Schulterring des Kugellagers wie eine Art Hammer wirkte und die Lauffläche
des Schulterringes infolgedessen langsam zerstörte.
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Um dieser Schwierigkeiten Herr zu werden, wurde versucht, an Stelle
der festen, lediglich der Abnutzung unterworfenen Axialeinstellung mit einer ausreichend
stark gefederten Ankerwelle zu arbeiten. Der Kugellagerinnenring saß auch liier
fest auf dem oberen Wellenteil. Die Welle selbst wurde mit ihrem unteren
Ende in einem Gleitlager ,7
führt, und eine genügend starke Feder (Spiralfeder)
sorgte dafür. daß sie mit dem oben angebrachten Kugelring dauernd gleichmäßig gegen
die Auflagefläche des Schulterringes gedrückt wurde. Bei dieser Lösung stellte sich
jedoch im Laufe der vorgenommenen Versuche heraus, daß man zur Über-Windung der
auftretenden Erschütterungen diese Feder entweder so stark machen muß, daß sie für
den notwendigen leichten Lauf der Ankerwelle ein wirksames bremsendes Hindernis
wird oder daß bei Verwendung etwas schwächerer Federn die Fahrterschütterungen einfach
nicht überwunden werden können, daß also dann die Ankerwelle in noch viel stärkerem
Maße als bei schlecht vorgenommener fester Axialeinstellung wie ein die Schulterringlauffläche
planmäßig zerstörender Nietdöpper wirkt; denn die Eigenschwingungen der einmal in
Schwingung geratenen zu schwachen Feder wirken sich größtenteils verstärkend auf
die Wucht der vom Boden her erhaltenen Stöße aus.
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Ein anderer Vorschlag ging dahin, den inneren Kugellagerring mit Gleitsitz
zu versehen und auf der Welle eine einerseits mit dem Kugellagerinnenring und andererseits
mit der Welle gekuppelte Spiralfeder anzuordnen, welche den Kugellagerring dauernd
gegen die Kugeln drückt.
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Diese Lösung ist zwar besser als die obengenannten, aber trotzdem
noch. unvollkommen. Deren die einerends fest mit der Ankerwelle erbundene Feder
beeinflußt den Innenring nicht nur axial, sondern auch tangential. Praktisch wird
der Innenring auf der sich drehenden Welle tangential vibrieren und der Drehung
einmal vor-, einmal nacheilen. Das muß aber zu einer unbeabsichtigten Abnützung
des Schiebesitzes führen.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Schwächen
der bisherigen Arbeitsweisen, also den entweder zu schweren Lauf der Maschine öder
das Auftreten der starken lagerzerstörenden Stöße oder aber die Abnützung des Schiebesitzes
des Lagerinnenringes auf der Welle zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß besitzt der innere Laufring des Kugellagers an der
dem Anker zugewandten Seite eine kegelige Erweiterung der Bohrung, gegen die eine
auf der Ankerwelle leicht verschiebbar sitzende, mit einem Längsschlitz versehene
Hülse durch eine einerends mit der Ankerwelle fest verbundene Schraubenfeder derart
gedrückt wird, daß zwischen dem inneren Laufring des Kugellagers und der Hülse unter
Reibung eine relative Verdrehung in nur einer Richtung. und zwar in der Drehrichtung-
eintreten kann.
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In dem Ausführungsbeispiel ist Abb. z eine Darstellung vorzugsweise
du-; herausgenommenen oberen Ankerwellenendes. Abb. :2 eine Schnittzeichnung durch
die -ganze Lichtmaschine.
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In den Abbildungen bedeuten a die Lichtmaschirienwelle, cal den auf
der Welle festsitzenden Anker, b den Lichtmaschinendeckel, c den Lichtmaschinenmantel,
d den Magnet. e die Laufrolle, f das auf dein oberen Ankerwellenende sitzende Schulterkugellager,
und zwar f1 den Kugellagerinnenring, J2 den Kugelring, f;, den Schulterring (Außenring),
g die auf der Ankerwelle unterhalb des Kugellagerinnenringes sitzende Schiebehülse
(geschlitztes Rohrstückchen), hl die lose Scheibe, h. die feste Scheibe, i die zwischen
den Scheiben sitzende Druckfeder.
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Die Wirkungsweise ist wie folgt: Der innere Schulterkugellagerring
j-, ist ebenfalls gleitend am oberen Ende der senkrechten Lichtmaschinenwelle e!
angebracht. besitzt aber unten eine kegeirge Erweiterung der Bohrung, gegen welche
die auf der Lichtnraschinenwelle c! leicht verschiebbar sitzende. mit einem Längsschlitz
versehene Hülse g durch die lose Scheibe lal und die durch eine feste Scheibe h2
abgestützte Druckfeder i gedrückt wird. Feder, Hülse und kegelige Eindrehung
der Bohrung im Kugellagerinnenlaufring wirken wie eine zwischen dem letzteren und
der Ankerwelle eingesetzte Rutschkuppelung.
Dadurch ist, wenn überhaupt,
nur eine der Wellendrehung nacheilende Bewegung des Innenringes möglich, weil die
Feder nicht mit ihm verbunden ist. Die Festhaltung wird vielmehr durch die geschlitzte
Hülse vorgenommen, die von der Feder gegen den am Innenring vorgesehenen Innenkonus
gedrückt wird. Wenn der Innenkonus tatsächlich einmal nachgeeilt ist, wird er nicht
durch eine fest verbundene Feder ,in die alte Lage zurückgezogen und dadurch für
Bruchteile einer Sekunde zum Voreilen gezwungen, sondern in der durch das Nacheilen
erreichten neuen Lage festgehalten. Es liegt klar zutage, daß .die Abnutzung ,des
Innenringes und der Welle, die durch Drehung des Ringes auf der Achse entstehen
muß, kleiner und weniger störend ist, wenn die Drehung nur in einer Richtung möglich
ist, als wenn der Ring drehend auf der Welle hin und her vibriert und damit die
Welle, die praktisch meist weicher ist als er, nicht nur schleifend abnützt, sondern
geradezu aufrauht.
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Die geschlitzte Hülse erfüllt aber damit nicht ihren Hauptzweck. Der
besteht vielmehr darin, durch die Zusammenarbeit ihres Längsschlitzes mit dem Innenkonus
des Ringes die Drehung des Ringes auf der Achse auch bei ungünstiger Toleranzlage
. des Schiebesitzes zu verhindern. Dadurch, daß die Feder die Hülse gegen den Innenkonus
drückt und dieser wiederum bestrebt ist, die Hülse zusammenzudrücken, entsteht ein
System, das, wenn auch lose, praktisch bei normalen Verhältnissen sich gleichsam
starr auswirkt, das aber den Vorteil hat, bei besonderen Reibungs- und Schwingungsverhältnissen
den Innenring sofort freizugeben, um ihn eine kleine ausgleichende Bewegung machen
zu lassen.
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Anstatt daß man am Kugellagerinnenring eine kegelige Ausfräsung des
Innendurchmessers vornimmt, kann man auch so verfahren, daß man ein rohrähnliches
Drehteil schafft, das an seinem einen Ende den erforderlichen Innenkonus besitzt
und das unter Preßsitz in den Kugellagerinnenring gedrückt wird, während er selbst
unter Schiebesitz auf dem nunmehr etwas schwächeren oberen Wellenende ruht.
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Die Frage einer einwandfreien, nach jeder Richtung hin richtigen Kugellagerbefestigung
und Axialabstimmung für Fahrradlichtmaschinenwellen kann somit als gelöst betrachtet
werden.