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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Lenkung mit mindestens einer gelagerten Wellen-Baugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kraftfahrzeug-Lenkung mit einer Wellen-Baugruppe, die als Lenkgetriebe mit einem darin gelagerten Lenkritzel ausgebildet ist.
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In herkömmlichen Kraftfahrzeug-Lenkungen können gelagerte Wellen-Baugruppen verbaut sein, die drehbewegte wellenförmige Lenkbauteile aufweisen, insbesondere solche, die zur Übertragung hoher Kräfte und Momente beschaffen sein müssen. Eine solche Baugruppe stellt auch ein Lenkgetriebe mit einem Lenkritzel dar, denn das Lenkritzel kann üblicherweise als ein drehbewegtes wellenförmiges Lenkbauteil angesehen werden, dessen Lagerung mittels geeigneter Wälzlager erreicht wird.
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In der
DE 10 2006 061 501 A1 wird eine Kraftfahrzeug-Lenkung in Gestalt einer Zahnstangen-Lenkung offenbart, bei der das Lenkritzel innerhalb des Lenkgetriebes über ein Festlager und ein Loslager drehbeweglich verbaut ist. Die
1 zeigt den üblichen Aufbau einer solchen Baugruppe mit den folgenden wesentlichen Komponenten: Das Lenkgetriebe-Gehäuse
2, das darin gelagerte Lenkritzel
3, die mit einer Zahnstange
4 in Eingriff ist. Zur Lagerung des Lenkritzels
3 sind ein Festlager
10 und ein Loslager
20 vorgesehen, wobei das Festlager
10 Kräfte aufnehmen muss, die in radialer und axialer Richtung wirken. Die radial wirkenden Kräfte ergeben sich insbesondere durch den Eingriff des Lenkritzels
3 mit der Zahnstange
5 und durch das auf die Zahnstange wirkende Druckstück. Um beide Kraftkomponenten (radial und axial) aufnehmen zu können, werden als Festlager
10 üblicherweise Rillenkugellager eingesetzt. Das Festlager
10 des Lenkritzels
3 muss zwar nur geringe Umdrehungen bzw. Drehzahlen aushalten, ist aber vor allem bei Missbrauch sehr hohen Kraftbelastungen ausgesetzt. Rillenkugellager sind insbesondere beschaffen, um Kräfte bei höheren Drehzahlen (dynamische Belastung) aufzunehmen, sind aber für hohe statische Belastungen eher weniger gut geeignet. Andere Wälzlager, wie z.B. Tonnenlager, wären auch nicht wesentlich besser geeignet, weil diese die axial wirkenden Kräfte nur bedingt aufnehmen können.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kraftfahrzeug-Lenkung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die oben genannten Probleme überwunden werden. Insbesondere soll für darin verbaute gelagerte Wellen-Baugruppen, die drehbewegte wellenförmige Lenkbauteile aufweisen, ein geeignetes Wälzlager entwickelt werden, das sehr gut radial und axial wirkende Kräfte aufnehmen kann und das hinsichtlich der Baugröße und der Kosten effizient realisiert werden kann.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Kraftfahrzeug-Lenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Demnach wird eine Kraftfahrzeug-Lenkung mit mindestens einer gelagerte Wellen-Baugruppe vorgeschlagen, die ein drehbewegtes wellenförmiges Lenkbauteil aufweist, wobei die Baugruppe zur radialen und axialen Lagerung des drehbewegten wellenförmigen Lenkbauteils mindestens ein Wälzlager aufweist, das erste Wälzkörper mit einer ersten Form und zweite Wälzkörper mit einer zweiten Form aufweist.
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Vorzugsweise ist die erste Wälzlager-Form eine Kugel und die zweite Wälzlager-Form ein Zylinder oder alternativ eine relativ flachbauchige Tonne.
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Es werden somit Kugeln und Zylinderrollen bzw. Tonnen in demselben Wälzlager verwendet. Die Erfindung vereint erstmals im Bereich der Lenkungen die Vorteile eines Rillenkugellagers mit den Vorteilen eines Zylinderrollenlagers bzw. Tonnenwälzlagers. Das neue Lager kann daher axiale und sehr hohe radiale Kräfte aufnehmen. Das Lager kann mit und ohne Käfig realisiert werden. Es ist besonders gut zur Lagerung eines Lenkritzels in einem Lenkgetriebe geeignet, kann aber auch in anderen Baugruppen eingesetzt werden, wie z.B. Schneckengetrieben, oder sonstigen Anwendungen, bei der geringe Drehzahlen und hohe Lasten gefordert sind.
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Die Erfindung kann für jede Art von Lenkung realisiert werden, vorwiegend aber für Zahnstangen-Lenkungen.
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Die Erfindung lässt sich bei mechanischen, elektrischen, elektro-hydraulischen oder rein hydraulischen Lenkungen einsetzen, sowohl in Personenkraftwagen wie auch in Nutzkraftwagen.
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Besonders vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorzugsweise sind die verschiedenen Wälzkörper so gestaltet, dass die ersten Wälzkörper als erste Form eine Kugelform aufweisen und dass die zweiten Wälzkörper als zweite Form eine Zylinderform, Tonnenform, Kegelform oder Nadelform aufweisen. Demnach ist vorzugweise immer ein Teil der Wälzkörper durch Kugeln realisiert, während der andere Teil durch besonders radial belastbare Wälzkörper realisiert wird.
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Vorzugsweise weist das Wälzlager einen Außenring und einen Innenring auf, die jeweils mit rinnenförmigen Rillen versehen sind, welche an die erste Form (insbesondere Kugelform) der ersten Wälzlager angepasst sind und die (kugelförmigen) Wälzkörper radial und axial führen. In diesem Zusammenhang wird vorzugsweise der Außen- und Innenring des Wälzlagers so gestaltet, dass zu beiden Seiten der Rillen jeweils ein Randbereich ausgebildet ist, der an die zweite Form der zweiten Wälzlager (z.B. Zylinderrollen) angepasst ist und diese radial führt.
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Außerdem werden vorzugsweise an mindestens einem der Ringe, also an dem Außenring und/oder an dem Innenring, jeweils scheibenförmige Elemente angeordnet, die die zweiten Wälzkörper axial führen bzw. sichern. Die scheibenförmigen Elemente erstrecken sich in radialer Richtung zumindest soweit zur Mittellinie des Wälzlagers hin, dass die zweiten Wälzkörper (z.B. Zylinderrollen) gegen axiales Verrutschen gesichert sind. Diese scheibenförmigen Elemente können einseitig auch konstruktiv in den Außen- bzw. Innenring integriert werden.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn die Anzahl der ersten Wälzkörper (vorzugsweise Kugeln) verschieden von Anzahl der zweiten Wälzlager (z.B. Zylinder) ist. Vorteilhafterweise werden die Anzahl der ersten Wälzkörper und die Anzahl der zweiten Wälzkörper abhängig von der mechanischen Beanspruchung und/oder Einbausituation des Wälzlagers bestimmt. Dadurch kann der Aufbau des Wälzlagers den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Einbau- und/oder Einsatzsituation angepasst werden.
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Die Größe des Lagers kann gleichfalls für die Anzahl der jeweiligen Wälzkörper bestimmend sein.
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Des Weiteren kann durch geeignete konstruktive Ausführung das Lager so gestaltet werden, dass die Umfangsgeschwindigkeiten der Wälzkörper mit der Kugelform und der Wälzkörper mit der vorwiegend Zylinderform, übereinstimmen.
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Vorzugsweise ist die gelagerte Wellen-Baugruppe als ein Lenkgetriebe und das drehbewegte wellenförmige Lenkbauteil als ein Lenkritzel ausgebildet. Außerdem ist es von Vorteil, wenn das hier vorgeschlagene Wälzlager als Festlager für das drehbewegte wellenförmige Lenkbauteil, insbesondere für die Lenkritzel, in der gelagerten Wellen-Baugruppe, insbesondere in dem Lenkgetriebe, eingebaut wird.
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Die Erfindung und die sich daraus ergebenden Vorteile werden nun nachfolgend im Detail und anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei auf die folgenden beiliegenden Figuren (schematische Darstellungen) Bezug genommen wird:
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2, die den Aufbau des Wälzlagers in einer Seitenansicht zeigt; und
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3, die den Aufbau des Wälzlagers in einer Querschnittansicht zeigt (Schnitt A-A in 1).
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Nachfolgend wird auf beide 2 und 3 Bezug genommen, um den Aufbau des hier vorgeschlagenen Wälzlagers zu beschreiben. Was den möglichen Einsatz- und Einbauort des Wälzlagers angeht, so kann auf die 1 verwiesen werden, die prinzipiell den Aufbau eines Lenkgetriebes 1 mit Loslager 10 und Festlager 20 zur Lagerung des Lenkritzels 3 zeigt. Erfindungsgemäß wird das Festlager durch ein Wälzlager 10‘ realisiert, dessen Aufbau beispielhaft in den 2 und 3 dargestellt ist.
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Wie die 2 und 3 zeigen, besteht das Wälzlager 10‘ im Wesentlichen aus einem Außenring 11 und einem Innenring 12, zwischen denen verschiedenartige Wälzkörper angeordnet sind, nämlich erste Wälzkörper W1 mit einer Kugelform und zweite Wälzkörper W2 mit einer Zylinderrollenform. Die kugelförmigen Wälzkörper W1 werden durch entsprechend ausgebildete Rillen 11b nach Art eines Rillenkugellagers geführt. Die zylinderförmigen Wälzkörper W2 laufen über die entsprechen planebenen Randbereiche 11a, so dass beide Wälzkörpertypen W1 und W2 von den Lagerringen 11 und 12 optimal geführt werden.
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Zur Sicherung der zylinderförmigen Wälzkörper W2 gegen axiales Verrutschen sind scheibenförmige Elemente 13 zu beiden Seiten eines oder beider Ringe vorgesehen. Wie oben erwähnt, kann das Element konstruktiv auch am Innen- oder Außenring angebracht sein. In dem hier gezeigten Beispiel weist der Außenring 11 solche scheibenförmigen Elemente 13 (Scheibenringe) auf, die sich soweit zur Mittellinie des Lagers hin erstrecken, dass zumindest ein seitlicher Teilbereich W2a der zylinderförmigen Wälzkörper W2 gegen die Scheibenringe 13 stößt, wenn axiale Kräfte auftreten, die ein Verschieben dieser Wälzkörper W2 bewirken könnten. Die scheibenförmigen Elemente 13 (Scheibenringe) sind vorzugsweise in eine Nut des entsprechenden Ringes, hier des Außenringes 11, eingelassen, bzw. eingepresst und somit fixiert.
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Das erfindungsgemäße Wälzlager 10‘ kann vorzugsweise als Festlager für ein Lenkritzel 3 in einem Lenkgetriebe 1 ausgebildet sein (vergl. 1).
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Die Erfindung bietet u.a. den Vorteil gegenüber dem Einsatz eines herkömmlichen Rillenkugellagers, dass nun noch größere radial Kräfte (insbesondere von den Wälzkörpern W2) aufgenommen werden können, ohne dass der Bauraum des Lagers erweitert werden müsste. Die axialen Kräfte können wie bisher über die kugelförmigen Wälzkörper W1 abgestützt werden. Die radialen Kräfte hingegen können deutlich besser durch die Wälzkörper W2 abgestützt werden. Das Lager 10‘ ist besonders gut für geringe Drehzahlen bei statischer Belastung beschaffen, wie sie in Kraftfahrzeug-Lenkungen vorkommt. Eine überschlägige Berechnung des Anmelders hat ergeben, dass mit der Erfindung eine Erhöhung der Tragzahl um ca. 40–50% bei gleichem Einbauraum erzielt werden kann. Das vorgeschlagene Wälzlager kann dieselben baulichen Abmessungen wie ein herkömmliches Rillenkugellager aufweisen und kann daher leicht in bestehende Baugruppen-Konstruktionen eingebaut werden.
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Zusammenfassend wird anhand des obigen Ausführungsbeispiels eine Kraftfahrzeug-Lenkung mit mindestens einer gelagerten Wellen-Baugruppe (hier Lenkgetriebe) offenbart, die ein drehbewegtes wellenförmiges Lenkbauteil (hier Lenkritzel) aufweist. Zur Lagerung des Lenkritzel auf der Festlagerseite wird ein Wälzlager 10‘ vorgeschlagen, das mindestens zwei verschiedene Arten von Wälzkörpern W1 und W2 aufweist. Die ersten Wälzkörper W1 sind vorzugsweise Kugeln, die in Rillen der Außen- und Innenringe 11 bzw. 12 nach Art eines Rillenkugellagers geführt werden und somit axiale und radiale Kräfte aufnehmen können. Die zweiten Wälzkörper W2 sind keine Kugeln, sondern vorzugsweise zylinder- oder tonnenförmige Wälzkörper, die insbesondere radiale Kräfte bzw. Belastungen aufnehmen können. Zur radialen Führung der zweiten Wälzkörper W2 ist sowohl der Außenring 11 wie auch der Innenring 12 an den Randbereichen mit geraden, zylindrischen Flächen passend zur Zylinderform der zweiten Wälzkörper W2 versehen. Zur seitlichen Sicherung in axialer Richtung sind an zumindest einem der Ringe (Außen- und/oder Innenring) scheibenförmige Elemente 13 angeordnet, die zu beiden Seiten ein axiales Verrutschen der Wälzkörper W2 verhindern.
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Somit wird ein kombiniertes Wälzlager ausgebildet, das sowohl in radialer wie auch in axialer Richtung gut belastbar ist, wobei durch den Einsatz der zweiten Wälzkörper W2 eine besonders hohe radiale Belastung aufgenommen werden kann. Dies ist insbesondere von Vorteil bei Lenkgetrieben, und hier wiederum bei der Lagerung von Lenkritzeln, weil die herkömmlichen Festlager üblicherweise nur als einfache Rillenkugellager ausgebildet sind, welche nur bedingt eine radiale Kraft hinreichend gut aufnehmen können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006061501 A1 [0003]
