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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkspindelanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie aus der
DE 60 2004 007 186 T2 bekannt ist.
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Eine Lenkspindelanordnung für ein lenkbares Rad in einem Fahrzeug umfasst im Allgemeinen einen Spindelbolzen, der einen konischen Teil für das Anbringen eines Achsträgers aufweist. Eine Faustachse, die das Rad trägt, ist zum Drehen auf dem Spindelbolzen mithilfe eines oberen Lagers, das ein Gleitlager sein kann, und eines unteren Lagers, das ein konisches Rollenlager sein kann, montiert. Das untere Lager absorbiert in diesem Fall axiale und radiale Kräfte, während das obere Lager radiale Kräfte absorbiert. Der Reibungskoeffizient des Gleitlagers ist nicht unerheblich. Dies führt dazu, dass das Gleitlager, wenn die Faustachse relativ zum Achsträger gedreht wird, einen variierenden Rotationswiderstand erfährt, der von der Belastung des Gleitlagers abhängt. Insbesondere bei einem Lastkraftwagen kann sich die Belastung bei einer Lenkspindelanordnung stark zwischen Betriebsbedingungen, unter denen das Fahrzeug beladen ist, und Bedingungen, unter denen es nicht beladen ist, unterscheiden.
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Lenkbare Fahrzeugräder, die auf einer drehbaren Faustachse angeordnet sind, erfahren einen Rotationswiderstand, wenn sie relativ zu einem Spindelbolzen in einer Lenkspindelanordnung rotiert werden. Wenn der Rotationswiderstand zu gering ist, besteht das Risiko, dass es zur Vibration in der Übertragung kommt, die Lenkbewegungen vom Lenkrad des Fahrzeugs auf die lenkbaren Räder überträgt. Wenn der Rotationswiderstand zu hoch ist, ist zum Drehen der Räder eine unnötig hohe Kraft erforderlich. Deshalb ist es wichtig, dass die Faustachse einen Rotationswiderstand erfährt, der eine geeignete Größe aufweist, wenn sie um den Spindelbolzen rotiert wird. Es ist außerdem wichtig, dass der Rotationswiderstand nicht variiert, wenn die Beladung des Fahrzeugs verändert wird.
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Die
WO 97/13674 A1 offenbart einen Spindelbolzen, der sowohl an einem oberen Ende als auch an einem unteren Ende ein Gewinde aufweist. Eine obere Mutter ist am oberen Gewinde montiert und eine untere Mutter ist am unteren Gewinde montiert. Ein innerer Ring auf einem oberen konischen Rollenlager ist an einer Oberfläche des Achsträgers mithilfe der oberen Mutter blockierbar. Auf das obere konische Rollenlager und ein unteres konisches Rollenlager ist mittels der unteren Mutter eine Vorspannung auflegbar. Rollenlager werden in diesem Fall als Lager relativ zur Faustachse an beiden Enden des Spindelbolzens verwendet.
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Das Dokument
US 4,690,418 A offenbart eine Lenkspindel, die in keilförmigen Gleitlagern aufgenommen ist, deren Reibwiderstand durch Anpassen einer Vorspannungskraft einstellbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Lenkspindelanordnung, für die die Einstellung eines erforderlichen konstanten Rotationswiderstands für eine um einen Spindelbolzen rotierende Faustachse möglich ist, wobei dieser Widerstand im Wesentlichen unabhängig von der Belastung der Lenkspindelanordnung ist.
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Diese Aufgabe wird mit einer gattungsgemäßen Lenkspindelanordnung erreicht, die durch die besonderen Merkmale gekennzeichnet ist, die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben sind. Wenn ein Fahrzeug fährt, rotieren die lenkbaren Räder und die Faustachsen relativ zum Spindelbolzen und dem Achsträger. Gemäß der Erfindung wird ein Reibungselement verwendet, das mit der Faustachse so verbunden ist, dass es nicht rotieren kann, und das mit einer Oberfläche des Spindelbolzens in Kontakt kommt. Auf diese Weise entsteht zwischen dem Reibungselement und dem Spindelbolzen eine Reibungskraft, wenn die Faustachse relativ zum Spindelbolzen rotiert wird. Diese Reibungskraft führt dazu, dass die Faustachse einen Rotationswiderstand erfährt, wenn sie um den Spindelbolzen rotiert wird. Die Größen der Reibungskraft und des Rotationswiderstands werden durch die Kraft bestimmt, mit der die Reibungselemente durch eine kraftausübende Anordnung gegen den Spindelbolzen gedrückt werden. Die kraftausübende Anordnung kann die Reibungselemente gegen den Spindelbolzen mit einer einstellbaren Kraft drücken. Eine geeignete Kraft kann mithilfe einer solchen kraftausübenden Anordnung so auf das Reibungselement ausgeübt werden, dass ein gewünschter Rotationswiderstand erhalten wird. Die Lenkspindelanordnung umfasst kein Gleitlager, sie umfasst nur Rollenlager zum Montieren in Lagern der Faustachse relativ zum Spindelbolzen. Rollenlager weisen eine sehr geringe Reibung auf, die im Wesentlichen unabhängig von der Belastung des Rollenlagers ist. Dies bedeutet, dass die Faustachse einen festgelegten Rotationswiderstand erfahren kann, der von der kraftausübenden Anordnung definiert wird, wenn diese relativ zum Spindelbolzen, unabhängig von der Belastung, rotiert wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die kraftausübende Anordnung ein Federmittel, das dazu geeignet ist, in Kontakt mit dem Reibungselement gebracht zu werden, und ein Federspannelement, mit dem es möglich ist, eine Spannung am Federmittel so bereitzustellen, dass es das Reibungselement gegen den Spindelbolzen drückt. Das Federmittel ist hier in einer Position zwischen dem Federspannelement und dem Reibungselement angeordnet. Das Federspannelement übt eine Kraft am Federmittel solchermaßen aus, dass es komprimiert wird. So übt das Federmittel eine Federkraft aus, durch die das Reibungselement gegen die Lenkspindel gedrückt wird. Eine variierbare Kraft, durch welche das Reibungselement gegen die Lenkspindel gedrückt wird, kann mithilfe des Federspannelements gebildet werden, wobei diese Kraft von der Kompression des Federmittels abhängt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Reibungselement so mit der Faustachse verbunden, dass es nicht rotieren kann. So wird verhindert, dass das Reibungselement rotiert. Das Reibungselement ist mit der Faustachse so verbunden, dass es durch mindestens einen radial auskragenden Teil, der in einer Vertiefung in der Faustachse angeordnet ist, nicht rotieren kann. Die Vertiefung weist eine solche Form und Position auf, dass sie eine Rotation des Reibungselements relativ zur Faustachse verhindert. Es ist zweckdienlich, dass das Reibungselement mindestens zwei solcher radial auskragender Teile umfasst und es ist vorteilhaft, wenn diese symmetrisch angeordnet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Reibungselemente eine Reibscheibe, die eine ebene Oberfläche, welche dazu geeignet ist, mit der Oberfläche des Spindelbolzens in Kontakt zu sein, und eine ebene Oberfläche an einer Gegenseite, welche dazu geeignet ist, in Kontakt mit dem Federmittel zu sein, umfasst. Das Federmittel übt in diesem Fall eine Federkraft auf die ebene Oberfläche der Reibscheibe solchermaßen aus, dass die gegenüberliegende ebene Oberfläche der Reibscheibe gegen die Oberfläche am Spindelbolzen gedrückt wird. Solch eine Reibscheibe kann eine einfache Konzeption und eine zuverlässige Funktion aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Federmittel eine Tellerfeder. Tellerfedern weisen in einer Achsenrichtung eine kleine Ausdehnung auf und können zudem eine relativ große Federkraft bei einer relativ kleinen Kompression bereitstellen. Deshalb sind Tellerfedern für eine Verwendung in diesem Kontext äußerst gut geeignet. Es ist jedoch auch möglich, andere Arten von Federmitteln zu verwenden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Federspannelement eine Komponente mit einem Gewindeteil, das so angeordnet ist, dass es auf einem Gewindeteil der Faustachse rotierbar ist. Eine solche Gewindekomponente kann das Federmittel komprimieren und eine Federkraft mit einer sehr hohen Präzision durch das Schrauben der Komponente in eine geeignete Position relativ zur Faustachse herstellen. Es ist vorteilhaft, wenn die Gewindekomponente ein Lagerdeckel ist. Ohnehin ist ein Lagerdeckel notwendig, um ein Ende des Spindelbolzens und eines der Rollenlager zu verschließen. Deshalb ist es geeigneterweise zweckdienlich, dass das Lager für diesen Zweck abgedeckt ist. Alternativ ist für diesen Zweck ein separates Bauteilverwendbar. Ein solches Bauteil kann zudem ein Gewinde aufweisen und aus einer geeignetermaßen konzipierten Mutter, Schraube oder ähnlichen Komponente bestehen, die zum Spannen des Federmittels verwendet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Reibungselement dazu geeignet, in Kontakt mit einer Stirnfläche des Spindelbolzens gebracht zu werden. Der Spindelbolzen weist eine im Wesentlichen ebene Stirnfläche auf, die in diesem Kontext sehr dazu geeignet ist, als Kontaktoberfläche verwendet zu werden. Es ist vorteilhaft, wenn das Reibungselement in diesem Fall so in Kontakt gebracht wird, dass es mit einem relativ großen Bereich der Stirnfläche des Spindelbolzens in Kontakt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste Rollenlager ein Nadelrollenlager. Ein Nadelrollenlager ist ein Rollenlager, das Radialkräfte absorbieren kann. Als erste und zweite Rollenlager sind auch andere Arten von Rollenlagern verwendbar, wie beispielsweise konische Rollenlager und kugelförmige Rollenlager. Konische Rollenlager und kugelförmige Rollenlager können sowohl axiale als auch radiale Kräfte absorbieren. Deshalb sind das erste und das zweite Lager Rollenlager. Auf diese Art beeinflusst die Belastung der Lenkspindelanordnung im Wesentlichen die Reibung oder den Drehwiderstand der Lager nicht. Es ist zweckdienlich, dass die Rollenlager von geeigneten Dichtungen und Lagerdeckeln umgeben sind, welche vor dem Eintritt von Verschmutzungen schützen. Auf diese Weise können die Rollenlager während einer langen Betriebszeit eine sehr geringe Reibung erreichen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst sie ein Axiallager, das in einer axialen Position zwischen einer Oberfläche der Faustachse und einer Oberfläche des Achsträgers angeordnet ist.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Axiallager eine ebene erste Oberfläche, die in Kontakt mit einer ebenen Kontaktoberfläche der Faustachse ist, und eine ebene zweite Oberfläche, die in Kontakt mit einer ebenen Kontaktoberfläche des Achsträgers ist, aufweist. Es ist vorteilhaft, wenn die ebenen Oberflächen eine Ausdehnung in einer Ebene aufweisen, die relativ zu einer Längsachse durch den Spindelbolzen lotrecht ist. Das Axiallager kann ein Axialgleitlager sein. Alternativ kann das Axiallager ein Nadelrollenlager sein.
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Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
- 1 eine Lenkspindelanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt und
- 2 eine Querschnittsansicht der Lenkspindelanordnung in der Ebene A-A aus 1 zeigt.
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1 zeigt einen Querschnitt durch ein Ende eines Achsträgers 1 in einem Fahrzeug. Der Achsträger 1 ist mit einem konischen Loch 1a für die Anbringung eines Spindelbolzens 2 bereitgestellt. Der Spindelbolzen 2 hat einen entsprechenden konischen zentralen Teil 2b, der das Loch 1a umfasst, mit dem der Spindelbolzen 2 am Achsträger 1 angebracht ist. Der Spindelbolzen 2 hat einen oberen Teil 2a mit einer zylindrischen Form und einen unteren Teil 2c mit einer zylindrischen Form. Ein lenkbares und nicht-antreibendes Rad am Fahrzeug ist dazu geeignet, an einer Faustachse 3 angebracht zu sein, die so angeordnet ist, dass sie um den Spindelbolzen 2 rotieren kann. Die Faustachse 3 weist einen oberen Arm 4 mit einem ersten Durchgangsloch 5 zur Aufnahme des oberen Teils 2a des Spindelbolzens und einen unteren Arm 6 mit einem zweiten Durchgangsloch 7 zur Aufnahme des unteren Teils 2c des Spindelbolzens auf.
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Der obere Teil 2a des Spindelbolzens ist in einem ersten Durchgangsloch am Arm 4 mithilfe eines Nadelrollenlagers 8 fixiert. An einer unteren Öffnung am ersten Durchgangsloch 5 in einer Position unter dem Nadelrollenlager 8 ist eine erste elastische Dichtung 9 angeordnet. Die erste elastische Dichtung 9 verhindert, dass Verschmutzungen durch eine untere Öffnung am ersten Durchgangsloch 5 in das Nadelrollenlager 8 hineingelangen. Ein als erster Lagerdeckel ausgeführtes Federspannelement 10 verschließt eine obere Öffnung am ersten Durchgangsloch 5. Der erste Lagerdeckel umfasst ein Gewindeteil-Gewinde, das dazu geeignet ist, durch Einschrauben in einen Gewindeteil 11 befestigt zu werden, der in der oberen Öffnung am ersten Durchgangsloch 5 am Umfang angeordnet ist. Um den Spindelbolzen 2 herum in einer Position unter der ersten elastischen Dichtung 9 ist ein Gleitlager in Form eines als axial angeordneter Gleitring ausgeführten Axiallagers 12 aus einem starren Metallmaterial, wie beispielsweise Stahlmaterial, angeordnet. Das Axiallager 12 ist in einem Übergangsgebiet zwischen dem zentralen Teil 2b des Spindelbolzens und dem oberen Teil 2a des Spindelbolzens angeordnet.
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Das Axiallager 12 ist als eine Scheibe konzipiert und umfasst eine erste ebene, obere Gleitoberfläche 12a, die in Kontakt mit einer ebenen Kontaktoberfläche an der Faustachse 3 ist, und eine zweite ebene, untere Gleitoberfläche 12b, die in Kontakt mit einer ebenen Kontaktoberfläche am Achsträger 1 ist.
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Der untere Arm 6 der Faustachse 3 umfasst ein zweites Durchgangsloch 7. Im zweiten Durchgangsloch 7 ist ein konisches Rollenlager 13 angeordnet. Das konische Rollenlager 13 umfasst einen inneren Ring 14, der fest um den unteren Teil 2c des Spindelbolzens herum angebracht ist, und einen äußeren Ring 15, der an einer äußeren Wandoberfläche des Durchgangslochs 7 befestigt ist. In einer Position über dem konischen Rollenlager 13 in Verbindung mit einer oberen Öffnung zum zweiten Durchgangsloch 7 ist eine zweite elastische Dichtung 16 angeordnet. Ein zweiter Lagerdeckel 17 verschließt eine untere Öffnung am zweiten Durchgangsloch 7. Der Lagerdeckel 17 ist mit Schrauben 18 verschraubt. Ein O-Ring 19 gewährleistet, dass der zweite Lagerdeckel 17 eine geschlossene Abdichtung an der unteren Öffnung am zweiten Durchgangsloch 7 bereitstellt. Der zweite Lagerdeckel 17 und die zweite elastische Dichtung 16 stellen eine geschlossene Innenabdichtung bereit, die den Eintritt von Verschmutzungen in das konische Rollenlager 13 verhindert. Der Lagerdeckel 17 umfasst eine untere Stützfläche für das konische Rollenlager 13. Das konische Rollenlager 13 ist mithilfe von Beilagen 20 an der Stützfläche montiert, sodass das Rollenlager 13 einen geeigneten Grad von Vorspannung erlangt.
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Der obere Teil 2a des Spindelbolzens weist eine erste Oberfläche 2a1 auf. In Verbindung mit der ersten Oberfläche 2a1 ist ein als Reibscheibe ausgestaltetes Reibungselement 21 angeordnet. Die Reibscheibe weist eine ebene, untere Oberfläche 21a, die in Kontakt mit der ersten Oberfläche 2a1 des Spindelbolzens ist, und eine ebene, obere Oberfläche 21b auf. 2 zeigt eine Querschnittsansicht durch einen Teil des oberen Arms 4 der Faustachse, in der die Reibscheibe von oben sichtbar ist. Man sieht, dass die Reibscheibe auskragende radiale Teile 21c aufweist, die sich jeweils in eine Vertiefung 4a im oberen Arm 4 in Verbindung mit dem Gewindeteil 11 erstrecken. Die Vertiefung 4a kann eine im Wesentlichen vertikale Ausdehnung in den vertikalen Teil des Gewindes und eine Öffnung aufweisen. Die Reibscheibe und die auskragenden Teile 21c sind auf diese Weise in die zugehörigen vertikalen Vertiefungen 4a in die Position einführbar, in der die Reibscheibe in Kontakt mit der ersten Oberfläche 2a1 kommt. Die Vertiefungen 4a verhindern, dass die auskragenden Teile 21c und demnach die Reibscheibe im ersten Durchgangsloch rotieren. Demnach wird verhindert, dass die Reibscheibe relativ zum oberen Arm 4 der Faustachse 3 rotiert. Die Anzahl auskragender Teile 21c und Vertiefungen 4a ist hier drei, jedoch kann die Anzahl natürlich variieren. Nachdem die Reibscheibe an ihrem Ort in Kontakt mit der ersten Oberfläche 2a1 gebracht wird, wird ein als Tellerfeder ausgestaltetes Federmittel 22 an der Reibscheibe angeordnet. Die Tellerfeder weist in diesem Fall eine solche Form auf, dass eine untere Innenoberfläche 22a in Kontakt mit der oberen Oberfläche 21b der Reibscheibe kommt.
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Schließlich wird der erste Lagerdeckel an seinen Ort gelegt und in den Gewindeteil 11 eingeschraubt. Der erste Lagerdeckel umfasst eine Vertiefung 10a für ein Werkzeug an einer Außenfläche, wobei mit diesem Werkzeug der Lagerdeckel in den Gewindeteil 11 am oberen Arm 4 der Faustachse 3 geschraubt wird. Wenn der erste Lagerdeckel in das Gewindeteil 11 eingeschraubt wird, kommt eine ebene Innenoberfläche 10b des ersten Lagerdeckels mit der oberen Oberfläche 22b der Tellerfeder in Kontakt. Beim Schrauben des ersten Lagerdeckels in den Gewindeteil 11 übt die Innenoberfläche 10b des ersten Lagerdeckels eine Kraft auf die Tellerfeder solchermaßen aus, dass sie in die Achsenrichtung komprimiert wird. Die Tellerfeder übt so eine entsprechende Federkraft auf die Reibscheibe aus. Die Reibscheibe 21 drückt demnach mit einer entsprechenden Kraft gegen die erste Oberfläche 2a1 des Spindelbolzens 2. Die Kraft, mit der die Reibscheibe gegen die erste Oberfläche 2a1 gedrückt wird, kann mithilfe der Schraubposition des ersten Lagerdeckels im Gewindeteil 11 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Das Gewinde des ersten Lagerdeckels und das Gewinde des Gewindeteils 11 sind selbstverriegelnd, sodass sie in einer Schraubposition gehalten werden, wenn das Werkzeug entfernt wird, da sie einen Auftrieb und eine Reibung aufweisen, sodass sie nicht auseinander geschraubt werden, wenn der erste Lagerdeckel der Kraft von der Tellerfeder ausgesetzt ist.
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Aufgrund des Wissens über das bestimmte Fahrzeug und die wie zuvor beschriebene Lenkspindelanordnung ist es möglich, einen geeigneten Wert für den Rotationswiderstand zu schätzen, den die Faustachse 3 erfahren wird, wenn sie um den Spindelbolzen 2 rotiert wird. Dem geeigneten Wert des Rotationswiderstands wird durch eine bestimmte Kompression der Tellerfeder und eine bestimmte Position des ersten Lagerdeckels entsprochen. Der erste Lagerdeckel wird demnach in die Position geschraubt, in der der gewünschte Rotationswiderstand erhalten wird. Da die Lager nur aus Rollenlagern 8, 13 bestehen, zeigen sie eine sehr geringe Reibung, die im Wesentlichen unabhängig von der Belastung der Lenkspindelanordnung ist. Die Faustachse erfährt auf diese Weise einen im Wesentlichen konstanten Rotationswiderstand, der von der Position des ersten Lagerdeckels definiert wird und der im Wesentlichen unabhängig von der Belastung der Lenkspindelanordnung ist. Wenn es notwendig ist, den Rotationswiderstand zu verändern, kann dies durch eine Rotationsbewegung des ersten Lagerdeckels in eine neue Position getan werden. Die Position des ersten Lagerdeckels kann dadurch definiert werden, wie viele Umdrehungen oder Grade er von einer Ausgangsposition gedreht wurde. Es ist demnach sehr leicht, den Rotationswiderstand zu ändern, wenn es notwendig ist, ihn anzupassen.
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Die Erfindung ist auf keine Weise auf die Ausführungsform begrenzt, die in der Zeichnung beschrieben wurde: sie kann innerhalb des Schutzbereiches der Patentansprüche frei variiert werden. Es ist klar, dass die Lenkspindelanordnung so montierbar ist, dass das obere Ende und das untere Ende die Positionen tauschen.
