DE896767C - Lenkgetriebe fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Schnecke und Lenkhebel, in dessen Endauge ein in die Schnecke eingreifender Führungszapfen mittels Wälzrollen gelagert ist, wobei eine axiale Vorspannung dieser Zapfenlagerung durch kegelmantelige Profilierung des Lenkhebel auges ermöglicht wird. Es sind Lagerungen dieser Art bekannt, bei welchen die "Vorspannung des Zapfenlagers durch Anzug einer auf dem Zapfen sitzenden Verschraubung zustande kommt. Mit diesem 'Vbrspannmittel ist es aber wegen oft vorhandener kleiner Ungenauigkeiten der Lagerflächen bei der Montage recht schwierig, den richtigen Grad der Vorspannung einzustellen. Überdies läßt diese montagemäßig eingestellte Vorspannung schon nach kurzer Betriebszeit infolge Abnutzung von Lagerteilen nach und geht schließlich ganz verloren.

Zur Behebung dieses Mangels sieht die Erfindung vor, daß nachgiebige Vorspannungsmittel unmittelbar auf die Wälzrollen wirken und diese durch ihren Druck gegen die verengte Stelle des Lagerauges im Lenkhebel drängen. Hierdurch wird einerseits die genaue Einstellung des gewünschten, erfahrungsmäßig als richtig befundenen Vorspannungsgrades für den Zapfen sehr erleichtert, andererseits aber die Konstantheit des Voorspannungsgrades auch bei stärkerer Abnutzung von Lagerteilen völlig gesichert.

Nun ist es bereits bekannt, Wälzrollenlagerungen von Wellenenden mit axialer Vorspannung durch nachgiebige Vorspannungsmittel auszuführen. Bei

diesen bekannten Lagerungen liegen jedoch ganz andere Arbeitsbedingungen vor, da es sich dort um Stützlager von kraftbetriebenen, schnell laufenden Wellen, handelt, die dauernd nach einer axialen Richtung gedrückt werden, während es erfindungsgemäß um sehr langsame, von der Fahrerhand bewirkte Bewegungen geht, deren Richtung beständig wechselt..Überdies erfolgt bei den bekannten Lagerungen mit nachgiebigen Vorspannungsmitteln to die Einwirkung· letzterer auf die Lagerung durchweg in der Weise, daß die Vorspannungsmittel auf. einen der Laufringe für die Wälzkörper drücken, der deshalb auf der zu lagernden Welle bzw. im Lagerauge verschiebbar sein muß. Im (Gegensatz hierzu wirken erfindungsgemäß die nachgiebigen Vorspannungsmittel 'unmittelbar auf die Wälzkörper, so daß bei Auftreten von Abnutzungen diese Wälzkörper und nicht die Laufflächen axial verschoben werden. Infolgedessen kann von der Anwendung besenderer Laufringe als Träger der Laufflächen abgesehen werden.

Bei Anwendung der Vorspannung enthält die Lagerung des Zapfens im Lenkhebelarm zwei Sätze von Rollen, die in entgegengesetzt konischen Räumen zwischen den inneren und äußeren Laufflächen liegen. Dies ist hinsichtlich der Raumgestaltung im Lagerauge schon bekannt; dabei ist es möglich, die inneren Laufflächen auf den Zapfen zu legen und die doppelkegelmantelige Innenfläche des Lenkhebelauges'alsäußereLaufflächender Rollen auszunutzen. Mindestens ein Satz der Rollen in diesem Raum wird dann nachgiebig gegen die verengte Stelle des Lenkhebelauges gedruckt. Der nachgiebige axiale Druck auf die Rollen kann erfmdungsgemäß entweder z. B. durch eine vorgespannte ringförmige Membranfeder oder durch eine vorgespannte kegelförmige Federscheibe ausgeübt werden, um den Vorteil der günstigen Charakteristik der Belastungsverformung solcher Federn aus-■■ zunutzen.

Eine Ausführungsfo'rm der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. ι eine Vorderansicht des Lenkgetriebes, bei

dem die Deckplatte des Getriebegehäuses entfernt ist, Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 in größerem Maßstab einen Axialschnitt

eines der Zapfen und seiner Lagerung nach Linie 3-3 der Fig. 4,

Fig. 4 eine Hinteransicht des Zapfens nach Fig. 3, Fig. 5 in größerem Maßstab den Axialschnitt eines abgewandelten Zapfens und seiner Lagerung und

Fig. 6 das Diagramm der B elastungsver formung für eine ringförmige Membranfeder, wie sie in Fig. ι bis 5 dargestellt ist.

Die Erfindung ist in einem Schnecken- und Lenkhebelsteuergetriebe verwirklicht, bei dem der Lenkhebelarm 10 der Steuerwelle 12 zwei Zapfen 14 und trägt, die mit der Rille 18 der Schnecke 20 im Eingriff stehen und mit der Steuerwelle 22 kraftschlüssig verbunden sind. Die Erfindung ist nicht auf ihre Benutzung in einem Lenkgetriebe beschränkt, das zwei solcher Zapfen 14 und ιό besitzt; sie kann auch wertvoll sein für ein Lenkgetriebe mit lediglich einem Zapfen. Die Schnecke 20 und die Steuerwelle 22 sind drehbar um ihre Achsen in dem Gehäuse 24 gelagert, vorzugsweise mittels Rollenlagers. Die Pendelwelle 12 liegt in Lagern des Gehäuses 24 rechtwinklig zur Achse der Schnecke 20 und in einem gewissen Abstand unter dieser. Der Lenkhebelarm 10 ist fest mit dem inneren Ende der Pendelwelle verbunden, deren äußeres Ende einen Lenkarm 26 trägt, mit dem die Stoßstange verbunden ist. Die Pendelwellen-Lenkhebel-Einheit 10 ist durch eine Stellschraube 28 axial einstellbar, damit der Zapfen in guten Eingriff mit der Rille 18 der Schnecke 20 gelangt.

Der Lenkhebelarm 10 enthält an seinem freien Ende zwei Löcher zur Aufnahme der beiden Zapfen 14 und 16. Die beiden Zapfen sind gleichartig und wie durch Fig. 3 und 4 dargestellt gelagert. Das Loch "30 für den Zapfen im Lenkhebelarm 10 bildet zwei Laufringe 32 und 34 für den vorderen und hinteren Satz von Rollenlagern 36 und 38. Diese Lauf ringe 32 und 34 sind kegelförmig, und ihre engeren Enden liegen innen. Ihre Oberflächen sind gehärtet und bearbeitet. Die Lauf ringe können zwar als Einsatzteile ausgebildet sein, vorzuziehen ist jedoch, sie mit dem Lenkhebelarm 10 aus einem Stück zu bilden, um das Höchstmaß an Wider- go Standsfähigkeit bei geringstem Materialaufwand zu erreichen.

Der Zapfen 14 (oder 16) hat einen hervorragenden kegelförmigen Ansatz 40, der in die Rille 18 der Schnecke 20 hineinpaßt. Hinter diesem Ansatz 40 befindet sich ein Flansch 42,' dessen Hinterfläche eine Schulter als Anlage für die äußeren Kanten des vorderen Rollensatzes 36 bildet, während der innere Laufring oder Kegel 44 für diese Rollen 36 unmittelbar von der Fläche des Zapfens hinter der Schulter 42 gebildet wind. Der innere Laufring oder Konus 46 für den hinteren Rollensatz 38 ist auf dem Zapfen hinter dem Konus 44 gebildet, und vorzugsweise endet dieser Konus 46 kurz vor den äußeren Enden dieser Rollen 38, wenn sie sich in ihrer normalen Lage befinden. Der schwächere Schaft 48 des Zapfens ragt nach hinten aus dem kegelförmigen Teil 46 heraus. Er besitzt eine zweckentsprechende, z.B. zylindrische Oberfläche49, um ein Mitdrehen der zwischengeschalteten Scheiben zu verhindern und ist am äußeren Ende mit Gewinde zur Aufnahme einer Mutter 58 versehen. Die Kegel und φ bestehen vorzugsweise zwecks bestmöglicher Festigkeit mit dem Zapfen aus einem Stück. Jedenfalls sind sie miteinander und mit dem Zapfen als Ganzes fest verbunden und ihre gegenseitige Lage wird weder beim Zusammenbau noch bei der Einregelung noch 'bei der Montage geändert.

Die vorderen und hinteren Rollen 36 und 38 sind vorzugsweise gleich. Sie können eine beliebige für die Benutzung zwischen den kegelförmigen Laufringen geeignete Form haben, vorzugsweise sind sie kegelstumpfförmige Rollen, die im allgemeinen 'als Schrägrollen bezeichnet werden.

Die äußeren Enden des hinteren Rollensatzes 38 liegen an einer gehärteten Druckscheibe 50, die

drehbar und gleitbar auf dem Schaft 48 gelagert ist. Die Stirnfläche dieser Scheibe 50 ist vorzugsweise kegelstumpfförmig, und die Endflächen der Rollen 38 haben vorzugsweise gebrochene Kanten, damit eine gute Anlage erreicht wird. Hinter der konischen Scheibe liegt eine flache Scheibe 52, die auf dem Schaft 48 gleitbar, aber nicht drehbar getragen wind¹. Hinter dieser flachen Scheibe 52 liegt eine Federscheibe 54, die in unbelastetem Zustand Tellerform hat und mit ihrer Grundfläche gegen die Scheibe 52 gekehrt ist.

Hinter der Federscheibe 54 liegt eine Sternscheibe 56, die gleitbar, aber nicht drehbar auf dem Schaft 48 gelagert ist und eine Mehrzahl radial vorspringender Zinken besitzt, die wahlweise zu sperrender Anlage an der Mutter 58 umgebogen werden können. Die Mutter 58 ist auf den Schaft 48 aufgeschraubt, um die Einzelteile zusammenzuhalten, und drückt die Federscheibe 54 um das erforderliche Maß zusammen. Sie ist in der eingestellten Lage durch Aufbiegen eines oder mehrerer Zinken der Sternscheibe 56 gesichert.

In der in Fig. 3 dargestellten Vereinigung mit den anderen Teilen übt die Scheibe 54 über die flache Scheibe 52 und die konische Scheibe 50 einen Axialdruck gegen die äußeren Enden des hinteren Rollensatzes 38 aus. Dieser wirkt dahin, die Rollen 38 gegen das enge Ende des konischen Rollenraumes zu drücken. Die Gegenwirkung der Feder auf die Mutter zieht den Zapfen 14 nach hinten, so' daß die Schulter 42¹ einen Axialdruck nach rückwärts auf die äußeren Enden des vorderen Rollensatzes 36 ausübt, um sie nach dem engeren Ende ihres konischen Rollenraumes zu drücken. Als Ergebnis dieser Kräfte wird das Rollenlager in einem Maße vorgespannt, welches durch die Anfangseinstellung der Mutter 58 auf dem Schaft 48 vorbestimmbar ist.

Die Vorspannung und Einstellung der Mutter 58

wird zweckentsprechend nach dem Moment bemessen, welches nötig ist, um den Zapfen 14 in dem Lenkhebelarm 10 zu drehen.

Das Diagramm der Fig. 6 zeigt die Kurve der Verformung einer konischen Federscheibe, wie sie dargestellt ist, entsprechend ihrer Belastung, und gibt die Vorspannungseinstellung einer Lagereiriheit nach Fig. 3 an. In diesem Diagramm ist die Vorspannung auf das Zapfenlager in Kilogramm waagerecht aufgetragen, und die Verformung in Millimetern ist senkrecht aufgetragen. Die Kurve zeigt die 'Verformung der Feder. Beim Punkt A, wo die Verformung der Feder 0,4064 mm beträgt, beläuft sich die Vorspannung auf den Zapfenlagern auf etwa 64,87 kg und erfordert ein Moment von 3,74 cm/kg zum Drehen des Zapfens, und das stellt vorzugsweise die niedrigste Vorspannung des untersuchten Lagers dar. Beim Punkt B, für den die Federverformung 0,58 mm beträgt, ist die Vorspannung auf die Zapfenlager etwa 84,82 kg und erfordert ein Moment von etwa 5,76 cm/kg zum Drehen dieses Zapfens, und das ist vorzugsweise die höchste Vorspannung des untersuchten Lagers. In der Praxis soll die Mutter 58 so eingestellt werden, daß die Vorspannung nahe dem Höchstwert liegt, wie er durch das Moment 5,76 cm/kg dargestellt wird. Da das Lager sich beim Gebrauch abnutzt, können sich die beiden Rollensätze 36 und 38 infolge dieser Abnutzung gegeneinander bewegen. Wenn dann die Verformung der Feder geringer wird, bleibt trotzdem die Vorspannung in der gewünschten Größenordnung. Es hat sich ergeben, daß eine Änderung der Verformung von 0,58 mm auf 0,4064mm, d.h. um 0,1778 mm völlig ausreicht, um die übliche Abnutzung des Lagers während ihrer ganzen Lebensdauer auszugleichen. Auf diese Weise wird während der Lebensdauer der Zapfenlagerung eine im wesentlichen konstante Vorspannung aufrechterhalten, d. h. es ist nicht nötig, zum Anfang eine übermäßige Vorspannung zu geben, wenn man die Betriebsvorspannung während der Benutzung der Lager nach der Anfangsabnutzung aufrechterhalten will.

Die Vbrspannungskraft der Feder wird unmittelbar auf die Rollen selbst übertragen und nicht auf irgendeinen Teil, wie z. B. einen besonderen Kegel, der gleitende Bewegung gegenüber einem anderen Teil erfordern würde, und die Rollen können dem nachgiebigen Vorspannungsdruck frei folgen. Im Falle geringfügiger Ungenauigkeit der Lagerflächen, beispielsweise bei Unrundheit eines der Kegel oder Lagerringe oder geringfügiger Ungenauigkeit der Schulter 42 oder bei Anwesenheit kleiner Fremdkörper in den Lagern können die Rollen entgegen der nachgiebigen Vorspannung axial ausweichen, so daß eine Überbeanspruchung vermieden wird, welche sich sonst auf die Teile auswirken würde; Rauheit oder Hemmungen bei der Betätigung des Lenkgetriebes werden auf diese Weise herabgesetzt und praktisch ausgeschaltet. Diese Wirkung verhindert aber nicht nur Rauheit und Hemmungen bei der Betätigung des Lenkgetriebes, sondern schützt die Lagerteile auch gegen eine Überlastung, welche sonst die Teile schädigen und ihre Gebrauchsfähigkeit zerstören könnte.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform des Schaftes am Ende des Zapfens. Die beiden Rollensätze, die Laufringe und ihre Kegel, sind die gleichen wie in Fig. 3, und der hintere Rollensatz liegt wie vorher an einer gehärteten und bearbeiteten Scheibe. Hinter dieser Scheibe 50 liegt eine Federsitzscheibe 52, die auf dem Schaft 48 weder drehbar noch gleitbar ist, hinter dieser eine kegelförmige Federscheibe 54, die mit ihrer Grundfläche gegen die Scheibe 52 gerichtet ist. Hinter der ersten Federscheibe 54 liegt eine zweite Federscheibe 55, die entgegengesetzt zur Scheibe 54 gerichtet ist, so daß beide Federscheiben in Serie arbeiten. Hinter der zweiten Federscheibe 55 liegt eine Lager- und Verriegelungsscheibe 57, die auf dem Schaft 48 nicht drehbar ist und um ihre Mittelöffnung herum eine Versenkung 59 enthält. Die Teile werden durch einen Schlitzring 60 zusammengehalten, der in der Versenkung 59 liegt und in eine Umfangsrille 62 des Zapfenschaftes 48 hineinragt. In diesem Falle ist die Rille 62 bei der Anfertigung des Zapfens so angeordnet, daß von den beiden Federringen 54 und 55 die gewünschte Vorspannungskraft aus-

geübt wird, wenn die Einzelteile, wie dargestellt, vereinigt sind. Bei Benutzung von zwei derartigen in Serie arbeitenden, kegelförmigen Ringen ist es praktisch· möglich, die Federringe bei der Montage so weit zusammenzudrücken, daß die Sperrscheibe 57 eine Stellung bekommt, bei der sie die Rille 62 des Schaftes 48 freigibt und das Einsetzen des Schlitzringes 60 gestattet. Sobald der starke Druck aufgehoben wird, geht die Sperrscheibe 57 gegen den Schlitzring 60 zurück und nimmt ihn in seiner Versenkung auf, so daß dieser gegen Herausspringen aus der Umfangsnut 62 gesichert ist. Die Einzelteile sind auf diese Weise sicher gegeneinander gesperrt, und bei genauer Anordnung der Rille 62 wird der gewünschte nachgiebige Vorspannungsdruck auf die beiden Rollensätze ausgeübt.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Schnecke, Lenkhebel und mindestens einem in die Schnecke eingreifenden und in einem durch kegelmantelige Flächen begrenzten Auge des Lenkhebels mittels zweier sich gegenüberliegender Sätze von Wälzrollen gelagerten Zapfen, gekennzeichnet durch unmittelbar auf die Wälzrollen (36, 38) wirkende nachgiebige Vorspannungsmittel (5.54. bzw. 54-55), deren Druck die Wälzrollen gegen die verengte Stelle des Lagerauges (32, 34) am Lenkhebel (10) drückt.
2. 2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtung eine vorgespannte, ringförmige Membranfeder (54, Fig. 3) enthält.
3. 3. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtung eine vorgespannte kegelförmige Federscheibe (54-55, Fig· 5) enthält.
4. 4. Lenkgetriebe nach Anspruchs oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige 'Vorspannungseinrichtung so angeordnet ist, daß sie über den Zapfen (14, ιό) die Rollensätze (36, 38) gegeneinanderdrückt.
5. 5. Lenkgetriebe nach Anspruch 1 >bis 4, gekennzeichnet durch einen Zapfenkörper -(14), der auf seiner Oberfläche nach der Mitte der Lagerungsstelle hin geneigte, vorzugsweise kegelstumpfförmige innere Laufflächen hat, die zusammen mit geneigten, vorzugsweise konischen Lagerflächen im Lenkhebel (10) ein Paar nach innen verjüngte Rollenkäfige für die vorzugsweise kegelstumpfförmigen Lagerrollen bilden.

   Angezogene Druckschriften:

   Automobiltechnisches Handbuch von R. Bussien, Ausgabe 1941, S. 612;

   Aufsatz »Die Wälzlager« von Jürgensmeyer, erschienen 1937 bei Springer, Berlin, S. γγ und 282; »Der Motorwagen«, Jahrg. 1928, S. 649;

   britische Patentschrift Nr. 337 194.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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