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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine vorgespannte Lageranordnung
und eine mechanische Einheit, die eine derartige Anordnung aufweist,
und insbesondere eine mechanische Einheit zur Befestigung einer
Kraftfahrzeuglenkspindel.
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Ein
Kraftfahrzeuglenksäulenanordnung
enthält
im Allgemeinen eine Spindel, die mittels zweier zueinander entgegengesetzt
angeordneter Schräglager
in einem rohrförmigen
Gehäuse
drehbar gelagert ist. Die Wälzlager
sind im Allgemeinen, beispielsweise mittels einer Schraubenfeder,
vorgespannt, um einen unter axialen und radialen Kräfte spielfreien
Lauf der Wälzlager
zu ermöglichen.
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Aus
der FR-2 718 803 ist eine verbesserte Schräglagerbaueinheit bekannt, die
ein Gehäuse aufweist,
das ein Wälzlager
mit einem Innenring und einem Außenring sowie einem Ring enthält, der
dazu bestimmt ist, mit einem innenliegenden Sitz des Innenrings
in Berührung
zu kommen. Eine Schraubenfeder ist dazu eingerichtet, auf dem Ring
in Anlage zu kommen, um auf das Wälzlager eine Vorspannung auszuüben, indem
sie auf entgegengesetzten Seite an einer mit der Säule verbundenen
Radialfläche
in Anlage steht.
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Allerdings
ist eine solche Wälzlagerbaueinheit
nicht völlig
zufriedenstellend. Eine derartige Wälzlagerbaueinheit basiert auf
einer großen
Zahl einzelner Teile, was die Planung der Vorhaltung und Lagerhaltung
einzelner Teile hinsichtlich eines Zusammenbau des Lenksäulensystems
erschwert. Darüber
hinaus ist für
einen Mechaniker die Hand habung der Wälzlagerbaueinheit bei Montage
erschwert, da Elemente wegfallen können. Weiter ist eine solche
mit einer Vorspannfeder ausgerüstete Wälzlagerbaueinheit
in axialer Richtung platzraubend.
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Die
FR 2 806 135 beschreibt ein insbesondere für Lenksäulen von Kraftfahrzeugen verwendetes Wälzlager,
zu dem gehören:
ein mit einer Lagerlauffläche
versehener Außenring,
ein mit einer Lagerlauffläche
versehener Innenring, ein Kranz von zwischen den Lagerlaufflächen der
Ringe angeordneten Wälzkörpern, eine
Ausgleichsbüchse,
der dazu dient, die Verbindung des Innenrings mit einer Lenkspindel
der Lenksäule
sicherzustellen, und ein Stoßdämpfungselement,
das an dem gegenüber
den Wälzkörpern entgegengesetzten
axialen Ende des Lagers in Berührung
mit der Ausgleichsbüchse
angeordnet ist. Das Stoßdämpfungselement
ist in Bezug auf die Ausgleichsbüchse
in axialer Richtung verschiebbar. Das Lager enthält ferner eine in axialer Richtung
elastische Federscheibe, die zwischen dem Stoßdämpfungselement und der Ausgleichsbüchse angeordnet ist.
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Die
vorliegenden Erfindung betrifft eine vorgespannte Lageranordnung,
die integrierte Mittel enthält,
um das Wälzlager
unter Vorspannung zu setzen, wobei die Mittel in Gestalt einer modularen
Einheit verwirklicht sind, die sich bei ihrer Montage von einem
Mechaniker problemlos handhaben lässt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist eine vorgespannte Lageranordnung,
die sich ohne weiteres an unterschiedliche mechanische Einheiten
anpassen lässt,
insbesondere an mechanische Einheiten, die zum Zusammenbau einer
Lenksäule
dienen.
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Noch
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und
kostengünstig
herzustellende vorgespannte Lageranordnung zu schaffen.
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Die
Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert.
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Eine
derartige vorgespannte Lageranordnung, insbesondere für die Lenksäule von
Kraftfahrzeugen enthält
einen mit einer Lagerlauffläche
versehenen Außenring,
einen mit einer Lagerlauffläche versehenen
Innenring, und zwischen den Lagerlaufflächen des Innen- und Außenrings
angeordnete Wälzelemente,
einen in axialer Richtung gegenüber dem
Innen- und Außenring
verschiebbaren Stützring, eine
Ausgleichsbüchse
und ein elastisches Element. Das elastische Element ist zwischen
dem Stützring und
einer dem Außenring
zugeordneten Anlagefläche
angeordnet, um zwischen dem Stützring
und dem Außenring
eine axiale Spreizkraft auszuüben, wobei
ein axiales Spreizen zwischen dem Stützring und dem Außenring
durch Haltemittel begrenzt ist, die dem Innenring zugeordnet sind.
Die Ausgleichsbüchse
führt für die Verbindung
des Innenrings mit einer Welle durch den Innenring hindurch, wobei
die Ausgleichsbüchse
sich durch den Stützring
erstreckt und auf der dem Innenring gegenüberliegenden Seite des Stützringes
Haltemittel für
den Stützring
aufweist. Die Ausgleichsbüchse
weist auf der vom Kranz abliegenden Seite des Innenrings einen radialen Wulst
auf.
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Weitere
erfindungsgemäße Merkmale
sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Der
in axialer Richtung verschiebbare Stützring und das zwischen dem
Kranz und einer in Verbindung mit dem Außenring stehenden Anlagefläche angeordnete
elastische Element ermöglichen
es, eine von dem axialen Abstand zwi schen dem Stützring und dem Außenring
und der Länge
des elastischen Elements im unbefestigten Zustand abhängige axiale
Vorspannkraft auf den Außenring
auszuüben. Der
Stützring
ist in der Lage, auf einem Element eines Gehäuses, beispielsweise eines
rohrförmigen Lenksäulengehäuses in
Anlage zu kommen. Der Stützring
lässt sich
problemlos an das Gehäuse
anpassen, mit dem der Stützring
zusammenwirken soll.
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Gemäß der Erfindung
ist eine axiale Ausdehnung zwischen dem Stützring und dem Außenring durch
Haltemittel begrenzt, die dem Innenring zugeordnet sind. Auf diese
Weise neigt das elastische Element dazu, den Stützring von dem Außenring wegzudrücken, wobei
die dem Innenring zugeordneten Haltemittel allerdings ein Wegdrücken des
Stützrings
von dem Außenring über eine
gewisse Grenze hinaus verhindern. Demzufolge wird der Stützring, obwohl
er beweglich ist, geeignet zurückgehalten,
so dass die Lageranordnung als eine auf dem Wälzlager, dem Stützring und
dem elastischen Element basierende modulare Baueinheit zur Verfügung steht. Zufolge
dem durch die Haltemittel erlaubten Auseinanderdrücken von
Stützring
und Außenring
kann auf das Wälzlager
eine axiale Vorspannkraft ausgeübt werden.
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Vorzugsweise
sind der Stützring
und das elastische Element in axialer Richtung zwischen den dem
Innenring zugeordneten Befestigungsmitteln und einem Innenringabschnitt
angeordnet, der die Lagerlauffläche
aufweist, die für
eine schräge
und den Haltemitteln zugewandte Berührung eingerichtet ist.
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In
einem Ausführungsbeispiel
weisen die Haltemittel die Gestalt von Haken auf, die ausgehend von
einem Ende der Ausgleichsbüchse
nach außen gerichtet
sind.
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Der
radiale Wulst ist dazu bestimmt, mit dem Innenring axial in Berührung zu
kommen, so dass bei Ausübung
einer Axialkraft zwischen dem Innenring und der Ausgleichsbüchse eine
radial nach innen gerichtete Verformung der Ausgleichsbüchse hervorgerufen
wird, um eine von der Ausgleichsbüchse umgebene Welle zu befestigten
und auf diese Weise Radialspiele auszugleichen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
ist der Außenring
in einer äußeren Hülse angeordnete,
die dazu eingerichtet ist, in einen rohrförmigen Sitz zu passen. Die
den Außenring
umgebende äußere Hülse bildet ein
Zwischenglied zwischen dem Außenring
und einem rohrförmigen
Sitz, in den die Lageranordnung einzusetzen ist. Die äußere Hülse lässt sich
problemlos aus einem Kunststoff durch Spritzen herstellen. Damit
kann auf einfache Weise eine Anpassung der Lageranordnung verwirklicht
werden, indem der Durchmesser der äußeren Hülse abhängig von dem Innendurchmesser
des Sitzes variiert wird. Dementsprechend ist es möglich, Wälzlager
zu verwenden, die mit Standardaußenringen ausgestattet sind.
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In
einem Ausführungsbeispiel
stützt
sich das elastische Element an einer Fläche der äußeren Hülse ab, die der Seite des Stützrings
zugewandt ist. Die äußere Hülse lässt sich
ohne Weiteres mit Flächen versehen,
die ein zufriedenstellendes Zusammenwirken mit einem elastischen
Element erlauben, insbesondere mit einer für die Ausübung einer Axialkraft geeigneten
radialen Anlagefläche.
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In
einem Ausführungsbeispiel
weist der Stützring
eine Anlagefläche
auf, die für
eine Berührung
mit einer Stütze
vorgesehen ist und von dem Wälzlager
wegzeigend orientiert ist.
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In
einem Ausführungsbeispiel
ist das elastische Ele ment eine Schraubenfeder. Die Schraubenfeder
kann Scheibenringe aufweisen, die mit Wellen versehen sind, wobei
sich die Wellenberge der Wellen gegenseitig berühren. Eine derartige Feder
ermöglicht
es, mit einer geringen axiale Verformung eine erhebliche Axialkraft
auszuüben.
Dadurch ist es möglich,
eine Feder geringer axialer Länge
zu verwenden, was die Kompaktheit der vorgespannten Lageranordnung
begünstigt.
Außerdem
ist dadurch ermöglicht,
eine von der axialen Verformung der Feder abhängige im Wesentlichen konstante
axiale Kraft auszuüben.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine mechanische Vorrichtung,
zu der gehören:
eine Säule,
ein rohrförmiger
Sitz, ein zwischen dem rohrförmigen
Sitz und der Säule
angeordnetes Wälzlager,
wobei der rohrförmige
Sitz und die Säule
Mittel zur Befestigung an dem Wälzlager
aufweisen, und eine zwischen dem rohrförmigen Sitz und der Säule angeordnete
vorgespannte Lageranordnung nach einem Anspruch der Erfindung.
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In
einem Ausführungsbeispiel
steht der Stützring
der vorgespannten Lageranordnung auf der dem Außenring abgewandten Seite mit
einer Anlagefläche
des rohrförmigen
Sitzes in Berührung,
wobei der Innenring auf der dem Stützring abgewandten Seite mittels
einer Sicherungsscheibe an der Säule gehalten
wird. Durch Veränderung
der Stellung der Sicherungsscheibe lässt sich die relative Stellung zwischen
dem durch die Anlagefläche
festgehaltenen Stützring
und dem Wälzlager
der Lageranordnung verändern,
um eine Verformung des elastischen Elements sicherzustellen, die
die Ausübung einer
ausreichenden Vorspannkraft erlaubt.
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Die
vorliegende Erfindung und ihre Vorteile werden nach dem Lesen der
detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels verständlicher,
das keineswegs als be schränkend
zu bewerten ist, und das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt
ist. Es zeigen:
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1 in
einem Längsschnitt
eine vorgespannte Lageranordnung, gemäß einem Aspekt der Erfindung;
und
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2 in
einem Längsschnitt
eine mechanische Vorrichtung zum Zweck der Montage eine Lenksäule in einem
rohrförmigen
Sitz, der eine Lageranordnung gemäß 1 enthält.
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In 1 enthält eine
insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete vorgespannte
Lageranordnung mit einem Wälzlager 2,
zu dem ein Außenring 3,
ein Innenring 4 und Wälzkörper 5 gehören.
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Der
Außenring 3 weist
einen rohrförmigen Abschnitt 6 und
einen an einem axialen Ende des rohrförmigen Abschnitts 6 angeordneten
torusförmigen
Abschnitt 7 auf, wobei der torusförmige Abschnitt 7 nach
innen gewölbt
ist und im Querschnitt ein Profil aufweist, das im Wesentlichen
die Form eines Viertelkreisbogens hat. Der torusförmige Abschnitt 7 ist mit
einem Außendurchmesser
bemessen, der kleiner als der Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts 6 ist.
Der torusförmige
Abschnitt 7 ist über
seinem mit dem größeren Durchmesser
bemessenen Rand durch einen Verbindungsabschnitt 8 mit
einem Ende des rohrförmigen
Abschnitts 6 verbunden. Der torusförmige Abschnitt 7 weist
auf einer Innenfläche
eine torusförmige
Lagerlauffläche 10 auf,
die radial nach innen weist und in axialer Richtung dem rohrförmigen Abschnitt 6 zugewandt
ist. Der Außenring 3 weist
einen Halteflansch 11 auf, der sich von dem gegenüber dem
torusförmigen
Abschnitt 7 entgegengesetzten Ende des rohrförmigen Abschnitts 6 aus
radial nach außen
erstreckt.
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Der
Innenring 4 enthält
einen torusförmigen Abschnitt 12,
der im Querschnitt ein Profil im Wesentlichen in Form eines Viertelkreisbogens
mit einer nach außen
weisenden Konkavität
aufweist, und einen axialen Abschnitt 13, der den torusförmigen Abschnitt 12 von
dessen den geringeren Durchmesser aufweisenden Rand aus in axialer
Richtung fortsetzt. Der torusförmige
Abschnitt 12 ist auf seiner Außenfläche mit einer torusförmigen Lagerlauffläche 14 ausgebildet,
die radial nach außen
weist und in axialer Richtung dem axialen Abschnitt 13 zugewandt
ist.
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Der
Außenring 4 umgibt
den Innenring 3. Der Innenring 3 und der Außenring 4 sind
in axialer Richtung so angeordnet, dass die Lagerlauffläche 14 des Innenrings 4 in
Richtung auf die torusförmige
Lagerlauffläche 10 des
Außenrings 3 orientiert
ist.
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Die
Wälzkörper 5,
in diesem Fall Kugeln, sind zwischen den Lagerlaufflächen 10 und 14 des Außenrings 3 und
des Innenrings 4 angeordnet. Die Wälzkörper 5 werden in Umfangsrichtung
durch einen Käfig 15 gleichmäßig beabstandet
gehalten. Die torusförmigen
Abschnitte 7, 12 des Außenrings 3 und des
Innenrings 4 ermöglichen
die Bildung eines Schrägkugkellagers.
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Der
Innenring 4 und der Außenring 3 lassen sich
ohne Weiteres als Blechstanz- und -biegeteil herstellen.
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Die
vorgespannte Lageranordnung 1 enthält eine äußere Hülse 16, die den Außenring 3 umgibt. Die äußere Hülse 16 weist
eine Innenfläche
auf, die im Wesentlichen passend zu dem Außenring 3 geformt
ist. Die äußere Hülse 16 weist
einen zylindrischen Innenraum 17 auf, der mit einer zylindrischen Außenfläche 6a des
rohrförmigen
Abschnitts 6 des Außenrings 3 in
Berührung
steht.
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Auf
der dem Halteflansch 11 des Außenrings 3 zugewandten
Seite ist der zylindrische Innenraum 17 der äußeren Hülse 16 mit
einer ringförmigen
Ausnehmung 18 ausgebildet, die einen Innendurchmesser aufweist,
der größer ist
als der Außendurchmesser
des Halteflanschs 11, um dessen Vorbeigleiten in axialer
Richtung zu ermöglichen,
und die eine radiale Schulter 19 bildet, auf der der Halteflansch 11 axial
in Anlage kommt.
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Auf
der von der ringförmigen
Ausnehmung 18 in axialer Richtung entfernt liegenden Seite
weist die äußere Hülse 16 einen
Wulst 20 auf, der von dem zylindrischen Innenraum 17 der äußeren Hülse 16 aus
radial nach innen ragt und mit einer im Wesentlichen torusförmigen Innenfläche 21 ausgebildet
ist, die passend zu einer Außenfläche 7a des
torusförmigen
Abschnitts 7 des Außenrings 3 geformt
ist. Der Wulst 20 ist auf der dem torusförmigen Abschnitt 7 abgewandten
Seite mit einer radialen Anlagefläche 22 ausgebildet.
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Die äußere Hülse 16 enthält auf der
dem Wulst 20 zugewandten Seite eine ringförmige axiale Rippe 23,
die sich von dem Ende der inneren Hülse 16 ausgehend in
axialer Richtung erstreckt. Die axiale Rippe 23 weist einen
Durchmesser auf, der größer ist
als der Außendurchmesser
der Anlagefläche 22 des
Wulstes 20.
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Die
Lageranordnung 1 enthält
ferner eine innere Hülse
in Gestalt eines Ausgleichsrings/-büchse 24, der im Wesentlichen
rohrförmig
gestaltet ist. Die sich durch den Innenring 4 erstreckende
Ausgleichsbüchse 24 weist
eine zylindrische Außenfläche 25 und
einen ebenfalls zylindrischen Innenraum 26 auf.
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Die
Ausgleichsbüchse 24 ist
mit einem radialen Wulst 27 ausgebildet, der nach außen vorspringt und
einen Abschnitt einer konischen Außenfläche 28 aufweist, der
dazu bestimmt ist, mit dem torusförmigen Abschnitt 12 des
Innenrings 4 in Berührung
zu kommen. Die Ausgleichsbüchse 24 ist
auf der dem radialen Wulst 27 zugewandten Seite mit axialen Schlitzen 29 versehen,
die in das Ende der Ausgleichsbüchse 24 münden. Die
Schlitze 29 unterteilen den radiale Wulst 27 in
Winkelsektoren. Die axialen Schlitze oder Ausnehmungen 29 verleihen
dem Ende der Ausgleichsbüchse
auf der dem radialen Wulst 27 zugewandten Seite eine radiale
Elastizität. Diese
radiale Elastizität
ermöglicht
es der Ausgleichsbüchse 24,
sich an die gegenüberliegenden Abmessungen
der Welle anzupassen, auf der die Ausgleichsbüchse angebracht wird, und die
Welle durch eine Keilwirkung festzuhalten, die durch eine Axialkraft
hervorgerufen wird, die dazu neigt, die konische Fläche 28 gegen
den Innenring 4 zu drücken.
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Auf
der von dem radialen Wulst 27 entfernt liegenden Seite
der Ausgleichsbüchse 24 erstreckt sich
die Ausgleichsbüchse 24 in
Gestalt eines rohrförmige
Zwischenabschnitts in axialer Richtung über das freie Ende des axialen
Abschnitts 13 des Innenrings 4 hinaus. Die Ausgleichsbüchse 24 weist
Haltemittel in Gestalt von in radialer Richtung elastischen Zungen 30 auf.
Die Zungen 30 sind zwischen axialen Öffnungen definiert, die in
dem Ende der Ausgleichsbüchse 24 ausgebildet
sind. Die Zungen 30 sind an ihren freien Enden mit Haken 31 versehen,
die sich radial nach außen
erstrecken und eine geneigte Fläche,
die in axialer Richtung von dem radialen Wulst 27 abgewandt
ausgerichtet ist und radial nach außen weist, und der Seite des
Wulstes 27 zugewandte Radialflächen 33 aufweisen.
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Die
Lageranordnung 1 enthält
einen Stützring 34,
der einen in axialer Richtung dicken äußeren Abschnitt 35 mit einem
größeren Durchmesser
und einen in axialer Richtung dünnen
inneren Abschnitt 36 geringeren Durchmessers aufweist.
Der äußere Abschnitt 35 und
der innere Abschnitt 36 sind über einen Zwischenabschnitt 37 verbunden,
der eine radial nach innen geneigte Fläche 37a und eine gegenüberliegende
radiale Fläche 37b aufweist.
Der äußere Abschnitt 35 weist
auf der der Radialfläche 37b des
Zwischenabschnitts 37 abgewandten Seite eine radiale Anlagefläche 38 auf.
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Der
Stützring 34 trägt eine
axiale Rippe 39, die auf der von der radialen Anlagefläche 38 entfernt liegenden
Seite aus dem äußeren Abschnitt 35 in
axialer Richtung erhebt. Der innere Bereich 36 bildet auf der
der Radialfläche 37b des
Zwischenabschnitts 37 zugewandten Seite einen abgerundeten
Innenrand und auf der axial gegenüberliegenden Seite einen axial
vorspringenden Wulst 40 auf.
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Der
innere Abschnitt 36 des Rings 34 weist einen Innendurchmesser
auf, der größer ist
als der Außendurchmesser
der Außenfläche 25 der
Ausgleichsbüchse 24,
während
er kleiner als der Durchmesser eines Kreises ist, der durch die
freien radialen Enden der Haken 31 der Ausgleichsbüchse 24 verläuft. Der
Ring 34 umgibt die Ausgleichsbüchse 24, wobei der
innere Abschnitt 36 in axialer Richtung zwischen den Haken 31 und
dem Innenring 4 des Wälzlagers 2 angeordnet
ist. Die Radialfläche 37b des
Zwischenabschnitts 37 des Rings 34 ist dem Außenring 3 zugekehrt
und ist in radialer Richtung gegenüber der Anlagefläche 22 des
Wulstes 20 der äußeren Hülse 16 angeordnet.
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Ein
elastisches Element in Gestalt einer Schraubenfeder 41 mit
Windungen mit in axialer Richtung dünnem rechteckigem Querschnitt
ist in axialer Richtung zwischen dem Stützring 34 und der äußeren Hülse 16 angeordnet,
wobei sie auf der einen Seite an der Radialfläche 37b des Zwischenabschnitts 37 des
Stützrings 34 und
auf der gegenüberliegenden
Seite an der Anlagefläche 22 des
Wulstes 20 der äußeren Hülse 16 in
axiale Anlage kommt. Die Schraubenfeder weist einen Außendurchmesser
auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser der axialen Rippe 39 des
Kranzes 34 und kleiner als der Innendurchmesser der axialen
Rippe 23 der äußeren Hülse 16.
Die Anlageenden der Feder 41 sind durch die axialen Rippen 23, 39 der äußeren Hülse 16 bzw.
des Rings 34 umgeben.
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Die
Schraubenfeder 41 dient dazu, auf die äußere Hülse 16 und den Stützring 34 eine
Spreizkraft auszuüben.
Die äußere Hülse 16 kommt
auf dem Außenring 3 des
Wälzlagers 2 über ihren
an dem torusförmigen
Abschnitt 7 anliegenden Wulst 20 und über ihre
an dem Halteflansch 11 anliegende Schulter 19 in
Anlage. Die Axialkraft wird von dem Außenring 3 über die
Wälzkörper 5 auf
den Innenring 4 übertragen.
Der Innenring 4 kommt an dem radialen Wulst 27 der
Ausgleichsbüchse 24 in
Anlage. Der Innenring 4 ist auf der Ausgleichsbüchse 24 in
axialer Richtung gesichert. Auf der entgegengesetzten Seite wird
der Kranz 34 durch seinen Innenrand über die Haken 31 der
Ausgleichsbüchse 24 gehalten.
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Vorzugsweise
sind die Länge
im unbefestigten Zustand der Schraubenfeder 41 und die
axiale Länge
der Ausgleichsbüchse 24 so
bemessen, dass die Schraubenfeder 41, wenn der Stützring 34 durch die
Haken 31 gehalten wird, eine axiale Vorspannkraft ausübt.
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Der
Stützring 34 ist
in der Lage, auf der zylindrischen Außenfläche 25 des dazwischen
liegenden rohrförmigen
Abschnitts der Ausgleichsbüchse 24 ungehindert
zu gleiten, und ermöglicht
auf diese Weise ein mehr oder weniger star kes Zusammendrücken des
elastischen Elements 41, um die gewünschte Vorspannung aufrecht
zu erhalten.
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Die
elastischen Zungen 30 erleichtern den Zusammenbau der vorgespannten
Lageranordnung. Zuerst wird das auf dem Außenring 3, dem Innenring 4,
dem Käfig 15 und
den Wälzkörpern 5 basierende Wälzlager
zusammengesetzt. Anschließend
wird das auf diese Weise gebildete Wälzlager in der äußeren Hülse 16 angeordnet
und die Ausgleichsbüchse 24 in den
Innenring 4 eingeführt.
Der Innenring 4 kommt über
seine Innenfläche
mit den geneigten Flächen 32 der
Haken 31 in Berührung,
wobei die Ausübung
einer nach innen gerichteten Radialkraft auf die Zungen 30 hervorgerufen
wird. Die Haken 31 weichen radial nach innen zurück, wodurch
es dem Innenrings 4 möglich
wird vorbeizugleiten. Nachdem der Innenring 4 passiert
hat, kehren die freigegebenen Haken 31 wieder in ihre Ausgangsstellung
zurück.
Anschließend
können
der Käfig 15 und
die Wälzkörper 5 auf der
torusförmigen
Lagerlauffläche 14 des
Innenrings 4 angeordnet werden. Der radiale Wulst 27 wird
mit dem Innenring 4 in Berührung gebracht. Sodann wird die
Schraubenfeder 41 in Anlage an der Anlagefläche 22 der äußeren Hülse 16 angeordnet,
anschließend wird
der Stützring 34 in
axialer Richtung eingesetzt.
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Der
runde Innenrand des Stützrings 34 wirkt mit
den geneigten Flächen 32 der
Haken 31 zusammen, um das Vorbeigleiten des Stützrings 34 zu
ermöglichen,
indem sich die Zungen 30 radial der nach innen verformen.
Wenn der Stützring 34 passiert
ist, kehren die Haken 31 in ihre ursprüngliche Stellung zurück. Der
Stützring 34 wird
durch die Schraubenfeder 41 in axialer Richtung gedrückt. Indessen
kommt er durch seinen Innenrand mit den Radialflächen 33 der Haken 31 in
Berührung,
wobei das Nachgeben der Haken 31 durch eine radiale Verformung
der Zungen 30 nach innen nicht möglich ist. Hierdurch ist eine
vorgespannte Lager anordnung in Gestalt einer unzerlegbaren modularen
Einheit geschaffen, die sich bei ihrer Montage problemlos von einem
Mechaniker handhaben lässt.
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Zu
beachten ist, dass die unterschiedlichen Elemente so ausgebildet
sind, dass die Haltemittel lediglich an einem axialen Ende der Ausgleichsbüchse 24 vorgesehen
sind, mit Ausnahme des radialen Wulstes 27, der dazu dient
Radialspiele auszugleichen und den Zusammenhalt der Einheit ermöglicht.
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Beschrieben
wurde ein elastisches Element
41 in Gestalt einer Schraubenfeder
mit Windungen, die auf einfache Weise durch Aufwickeln eines dünnen und
ebenen Metallbandes hergestellt werden. Es kann auch eine Feder
komplexerer Gestalt vorsehen sein, beispielsweise eine Schraubenfeder
mit wellenförmige
Federlagen, wobei sich die Wellenberge der Wellen gegenseitig berühren. Bei
diesem Typ von Federn sind auf den Federlagen Wellen ausgebildet, die
in Umfangsrichtung beabstandet sind und zwischen den Federlagen
axial vorspringen. Wellen zweier benachbarter Federlagen kommen
mit ihren aufeinander zu zeigenden Wellen mit den Erhöhungen oder
Wellenbergen in Berührung.
Dieser Federtyp gestattet die Ausübung einer erheblichen Kraft mit
einer geringen Längenänderung.
Eine detailliertere Erläuterung
kann der Druckschrift
US 4 901
987 entnommen werden. Selbstverständlich könnten auch andere Typen elastischer
Elemente vorgesehen sein, beispielsweise Tellerfedern.
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Die
vorgespannte Lageranordnung steht als kompakte vorgespannte Einheit
zur Verfügung,
die ein einziges Wälzlager
und eine reduzierte Anzahl von Teilen aufweist. Die Herstellung,
und insbesondere Teilevorhaltung ist vereinfacht.
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Der
Zusammenbau der Einheit ist außerdem insbesondere
erleichtert, da er sich durch einfache Arbeitsschritte einer Positionierung
und Stapeln von Elementen ausführen
lässt,
die alle schließlich
durch ein einfaches Einrasten des Stützrings 34 auf der Ausgleichsbüchse 24 in
Gestalt einer unzerlegbaren Einheit zusammen bleiben.
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In 2,
in der die Bezugszeichen von Elementen, die jenen nach 1 ähneln, übernommen sind,
enthält
eine mechanische Einheit eine Lenkspindel 45, die mittels
einer ersten vorgespannten Lageranordnung 1 und einer zweiten
Lageranordnung 47 drehbar in einem rohrförmigen Sitz/Gehäuse 46 angebracht
ist.
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Die
zweite Lageranordnung 47 ähnelt der vorgespannten Lageranordnung 1,
jedoch mit dem Unterschied, das sie weder mit einem Stützring 34 noch
mit einem elastischen Element versehen ist. Die zweite Lageranordnung 47 enthält eine äußere Hülse 48,
die auf der Seite des torusförmigen
Abschnitts 7 ihres Innenrings 3 durch eine radiale
Anlagefläche 49 begrenzt
ist, die im Wesentlichen in derselben Radialebene wie das Ende des
Außenrings 4 dieser
zweiten Lageranordnung 47 angeordnet ist. Die zweite Lageranordnung 47 enthält eine
Ausgleichsbüchse 24 mit
reduzierter axialer Abmessung, die auf der einem radiale Wulst 27 gegenüberliegenden
Seite Haltekrallen 31 aufweist, die in axialer Richtung
mit dem freien Rand des axialen Abschnitts 13 des Innenrings 4 in
Berührung
kommen.
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Die
Lenkspindel 45 weist einen mittlere Abschnitt 50 mit
großem
Durchmesser, einen ersten seitlichen Endabschnitt 51 mit
einem Durchmesser, der kleiner ist als jener des mittleren Abschnitts 50, und
einen zweiten seitlichen Abschnitt 52 mit einem Außendurchmesser,
der identisch mit jenem des ersten seitlichen Abschnitts 51 ist,
wobei der zweite seitliche Abschnitt 52 mit der Außenfläche des
mittleren Abschnitts 50 über eine Radialfläche verbunden
ist, die eine Schulter bildet. Das freie Ende des zweiten seitlichen
Abschnitts 52 ist durch ein Befestigungsende 53 verlängert, um
die Anbringung eines Lenkrads zu ermöglichen. Der erste seitliche
Abschnitt 51 ist auf seiner Innenfläche mit Nuten 54 vesehen,
von denen aus Gründen
der Übersichtlichkeit
der Zeichnung nicht alle dargestellt sind, und die dazu dienen, eine
drehfeste Anbringung der Lenkspindel 45 an einer nicht
gezeigten weiteren Welle zu ermöglichen.
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Zu
dem rohrförmigen
Gehäuse 46 gehören: ein
zylindrischer Innenraum 55, erste Halteklauen 56, von
denen zwei sichtbar sind, die sich in derselben Radialebene befinden,
und zweite von den ersten Halteklauen 56 axial beabstandete,
in einer übereinstimmenden
Radialebene angeordnete Halteklauen 57, von denen zwei
sichtbar sind. Die Halteklauen 56 und 57 sind
durch örtliches
Stanzen und Verformen der Wand des rohrförmigen Gehäuses 46 ausgebildet.
Die ersten Halteklauen 56 weisen auf der den zweiten Halteklauen 57 abgewandten
Seite radiale Anlageflächen 58 auf,
und die zweiten Halteklauen 57 weisen auf der den ersten
Halteklauen 56 abgewandten Seite radiale Anlageflächen 59 auf.
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Die
zweite Lageranordnung 47 wird auf der Lenkspindel 45 angeordnet,
wobei die Ausgleichsbüchse 24 der
zweiten Lageranordnung 47 an die zylindrische Außenfläche des
zweiten seitlichen Abschnitts 52 angepasst ist und in axialer
Richtung geschoben wird, bis sie mit der Schulter in Berührung kommt,
die zwischen dem zentralen Abschnitt 50 und dem zweiten
seitlichen Abschnitt 52 ausgebildet ist. Eine axiale Bewegung
der Ausgleichsbüchse 24 in entgegengesetzter
Richtung wird durch einen elastischen Ring 60 verhindert,
der in einer Nut angeordnet wird, die in der Außenfläche des zweiten seitlichen
Abschnitts 52 ausgebildet ist. Dementsprechend ist die
Ausgleichsbüchse 24 auf
dem zweiten seitlichen Abschnitt 52 in axialer Richtung
fixiert.
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Die
zweite Lageranordnung 47 wird in den rohrförmigen Gehäuse 46 eingefügt, wobei
die äußere Hülse 48 über ihre
zylindrische Außenfläche in den zylindrischen
Innenraum 55 des rohrförmigen
Gehäuses 46 eingepasst
ist, bis sie über
die radiale Stirnfläche 49 mit
den radialen Anlageflächen 58 der ersten
Zungen 56 in Berührung
kommt.
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Die
vorgespannte Lageranordnung 1 wird in radialer Richtung
zwischen dem ersten seitlichen Abschnitt 51 der Lenkspindel 45 und
dem rohrförmigen Sitz 46 angeordnet,
wobei sie auf der der zweiten Lageranordnung 57 abgewandten
Seite der Säule 53 in axialer
Richtung eingeführt
wird. Die Ausgleichsbüchse 24 wird
auf der zylindrischen Außenfläche des
ersten seitlichen Abschnitts 51 eingefügt, wobei die äußere Hülse 16 in
den zylindrischen Innenraum 55 des rohrförmigen Sitzes 46 eingesteckt
wird. Der Stützring 34 befindet
sich in axialer Richtung auf der der zweiten Lageranordnung 47 zugewandten
Seite.
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Um
an ihrem Ort eingebaut zu werden, wird die vorgespannte Lageranordnung 1 zuerst
in axialer Richtung auf der Lenkspindel 45 und in dem Sitz 46 angebracht,
wobei in entsprechender Weise gegen die Ausgleichsbüchse 24 gedrückt wird,
so dass der Stützring 34 mit
seiner radialen Anlagefläche 38 an den
Anlageflächen 59 der
Zungen 57 in Berührung kommt.
Die Lageranordnung 1 wird nun weiterbewegt, um den Außenring 4 und
die äußere Hülse 16 in
axialer Richtung dem Stützring 34 zu
nähern,
der durch die Anlageflächen 59 festgehalten
wird. Der Stützring 34 steht
nun nicht mehr mit den Haltehaken 31 der Ausgleichsbüchse 24 in
Berührung,
und die Feder 41 ist zusammengedrückt. Das Drücken auf die Ausgleichsbüchse 24 wird
beendet, wenn diese eine auf dem ersten seitlichen Abschnitt 51 der
Welle 45 vorgegebene axiale Position erreicht, die dem
gewünschten
Maß an
Vorspannung für
die Feder 41 entspricht. Eine Sicherungsscheibe 61 wird
auf dem ersten seitlichen Abschnitt 51 eingesteckt, wobei
sie an dem radialen Wulst 27 der Ausgleichsbüchse 24 zur
Anlage kommt, um die Ausgleichsbüchse 24 in
ihrer endgültigen
axialen Position halten, und auf diese Weise auch den Innenring 3 und
die vorgespannte Lageranordnung 1 auf der Welle 45.
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Zu
beachten ist, dass der Stützring 34 einen Außendurchmesser
aufweist, der wesentlich kleiner ist als der Durchmesser des zylindrischen
Innenraums 55, um das Einfügen der ersten vorgespannten
Lageranordnung in den rohrförmigen
Sitz 46 nicht zu behindern und dem Stützring 34 zu ermöglichen auf
der Ausgleichsbüchse 24 zu
gleiten, nachdem das Lager in dem rohrförmigen Sitz 46 eingebaut
ist.
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Der
Stützring 34 ermöglicht es,
in Höhe
der Zungen 57 Kräfte
zwischen dem rohrförmigen
Gehäuse 46 aufzunehmen,
um auf die äußere Hülse 16 und
damit auf den Außenring 3 der
vorgespannten Lageranordnung 1 eine Axialkraft auszuüben. Die durch
die Feder 41 ausgeübte
Axialkraft wird über das
Wälzlagers 1 auf
die Ausgleichsbüchse 24 und die
Sicherungsscheibe 61 übertragen.
Die Axialkraft neigt dazu, eine Axialkraft auf die Lenkspindel 53 auszuüben, die
gegen die abgewandten Seite der zweiten Lageranordnung 47 gerichtet
ist. Letztere ist gegenüber
der ersten vorgespannten Lageranordnung 1 entgegengesetzt
angeordnet. Die zweite Lageranordnung 47 wird in dem rohrförmigen Gehäuse 46 durch
die ersten Klauen 56 gehalten. Die durch die Vorspannfeder 41 ausgeübte Axialkraft
wird daher über
die Lenkspindel 45 und den elastischen Ring 60 auf
die zweite Lageranordnung 47 übertragen. Auf diese Weise
ermöglicht
die Verwendung einer vorgespannten Lageranordnung 1 es,
eine Vorspannung zufriedenstellend auf die beiden Wälzlagervorrichtungen
auszuüben,
die dazu dienen, die Lenkspindel 45 in dem rohrförmigen Gehäuse 46 drehbar
zu befestigen.
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Es
ist zu erkennen, dass eine axiale Vorspannkraft von dem Stützring 34 aufgenommen
wird, um unmittelbar auf den Außenring 3 der
vorgespannten Lageranordnung 1 übertragen zu werden, wobei der
Innenring mittels der Ausgleichsbüchse 24 und der Sicherungsscheibe 61 in
axialer Richtung gesichert ist. Demzufolge ist es für das Vorspannen
der Wälzlagervorrichtungen
nicht erforderlich, ein elastisches Element vorzusehen, das zwischen
dem Innenring und einer entfernten Anlagefläche angeordnet ist, die an
einem anderen Element der mechanische Einheit vorgesehen sein kann.
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Auf
diese Weise ist eine kompakte und vorgespannte mechanische Einheit
geschaffen, die in Gestalt einer modularen Einheit gelieferte werden kann,
um beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingebaut zu werden.
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Die
Vorspannelemente der vorgespannten Lageranordnung 1, nämlich der
Stützring 34 und
die Feder 41, werden in axialer Richtung vor der Lageranordnung 1 angeordnet.
Mit anderen Worten, diese Elemente befinden sich gegenüber dem
Wälzlager weiter
innen in dem rohrförmigen
Gehäuse,
d. h. sie sind in axialer Richtung auf der Seite des Wälzlagers angeordnet,
die dem axialen Ende des rohrförmigen Gehäuses 46 abgewandt
ist, in dem die vorgespannte Lageranordnung angeordnet ist. Diese
Anordnung erlaubt es, die vorgespannte Lageranordnung 1 vollständig in
dem rohrförmigen
Gehäuse 46 zu
integrieren, während
das Wälzlager
in der Nähe
oder auf gleicher Höhe
mit dem axialen Ende des rohrförmigen
Gehäuse 46 angeordnet
ist, ohne über
das Ende des rohrför migen
Gehäuses 46 auch
nur teilweise über
zu stehen. Auf diese Weise ist ein Gewinn an axialem Raum erzielt,
wobei eine zufriedenstellende Führung
der Drehung einer Lenkspindel erhalten bleibt.
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Darüber hinaus
ermöglicht
die Verwendung einer äußeren Hülse, die
eine Anpassung des Außenrings 3 der
vorgespannten Lageranordnung 1 an den Sitz 46 erlaubt,
eine problemlose Anpassung des Außendurchmessers in Abhängigkeit
von dem vorgesehenen rohrförmigen
Gehäuse.
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Selbstverständlich kann
vorgesehen sein, dass die Lageranordnung ohne äußere Hülse ausgestattet ist, und dass
das elastische Element unmittelbar an dem Außenring 4 in Anlage
kommt, und dass der Außenring
unmittelbar in den rohrförmigen
Gehäuse 46 eingepasst
ist. In diesem Fall kann der Außenring
mit einer Anlagefläche
versehen sein, die dazu eingerichtet ist, mit dem elastischen Element zusammenzuwirken.
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Die
vorgespannte Lageranordnung kann daher in unterschiedlichen mechanischen
Vorrichtungen verwendet werden, wobei auf eine unwesentliche Anpassung
verzichtet werden kann, die im Wesentlichen die äußere Hülse und den Stützring so
wie die Ausgleichsbüchse
betrifft, die sämtliche
ohne Weiteres aus Kunststoff durch Spritzen hergestellt werden können.
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Gemäß der Erfindung
ist eine vorgespannte Lageranordnung geschaffen, die in axialer
Richtung kompakt ist, sich einfach zusammenbauen lässt, ohne
die Gefahr eines Auseinanderfallens und eines Verlust von Teilen
leicht zu handhaben und zu transportieren ist und die Herstellung
einfacher vorgespannter mechanischer Einrichtungen erlaubt. Die vorgespannte
Lageranordnung lässt
sich problemlos an die Anwendung anpassen, für die sie vorgesehen ist.