Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Sicherungseinrichtung für Steuerkopflagerungen von Zweiradfahrzeugen, beispielsweise Fahrrädern, nach der Gattung des Hauptanspruchs, sowie einem Verfahren zur Sicherung von Steuerkopflagerungen.

Zur Gewährleistung einer spielfreien Lagerung zwischen dem zum Rahmen des Zweiradfahrzeugs gehörenden Steuerkopfrohr und dem Schaftrohr der Gabel, muss auf deren Langerungen dauerhaft eine axiale Kraft aufgebracht werden. Die hierzu bekannten Schraubverbindungen, bei denen der Lenkervorbau mittels einer in das Schaftrohr der Gabel eingeschraubten Einstellschraube gegen einen geteilten Druckring der oberen Lagereinheit gedrückt wird (US 5,095,770) oder bei denen eine auf das Schaftrohr aufgeschraubte Befestigungsmutter einen Spannring gegen einen konischen Zentrierring drückt (US 5,544,905), besitzen aufgrund der den Querschnitt des Schafrohres schwächenden Gewinde sowie wegen

der von ihnen ausgehenden Kerbwirkung auf das Schaftrohr eine eingeschränkte Stabilität.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden Klemmverbindungen zur spielfreien Verbindung von Schaftrohr und Steuerkopfrohr entwickelt. Die Klemmwirkung wird ebenfalls durch geteilte Druckringe mit konischen Außenflächen erzielt, die die aufgebrachte Axialkraft in eine auf das Schaftrohr wirkende Normalkraft umsetzen. In der Regel dient das Abstandsrohr des Lenkervorbaus als Druckübertrager, wobei die auf das Abstandrohr aufzubringende Axialkraft durch Gewindebolzen oder Schrauben aufgebracht werden, die mit in dem Schaftrohr angeordneten Spreizteilen so in Wirkverbindung stehen, dass diese sich beim Anziehen der Schraube in der Innenwandung des Schafrohres verhaken (US 6,126,323) oder radial auseinandergedrückt werden, so dass sie unter Druck an der Innenwandung des Schafrohres anliegen (DE 196 44 968 Al). Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, dass mit dem Festziehen des Bolzens oder der Schraube sowohl die Axialkraft auf die Lager aufgebracht als auch der Lenkervorbau befestigt wird. Dadurch kann es vorkommen, dass die zur Erzielung einer sicheren Lenkerbefestigung erforderliche Kraft als Axialkraft zu groß ist und die Steuerkopflagerung dadurch schwergängig wird. Andererseits vergrößert sich bei jeder Lockerung der Schraube, beispielsweise zum Zweck des Verdrehens des Lenkers zum besseren Transport, das Spiel in den Lagern. Außerdem handelt es sich bei der Befestigung mittels Spreizteilen im Innern des Schaftrohres um verhältnismäßig aufwendige Konstruktionen. Nicht zuletzt kann es durch die gegen die Innenwandung des Schaftrohres gerichteten Spannkräfte auch zu unerwünschten Verformungen desselben kommen, so dass sich der Lenkervorbau nur noch schwer oder gar nicht mehr vom Schaftrohr lösen lässt. Mechanische

Beschädigungen des Schaftrohres erhöhen auch dessen Anfälligkeit gegen vorzeitigen Bruch in extremen Belastungssituationen.

Eine eigenständige Sicherung der Steuerkopflagerung, bei der der Lenker ohne Beeinträchtigung des eingestellten Lagerspiels demontiert werden kann, besteht aus einem Druckring, dessen Innenfläche mit scharfen zahnartigen Riefen versehen ist, mit denen er mittels Druckelementen gegen den Außenmantel des Schaftrohres gepresst wird. Diese Druckelemente umfassen den Druckring radial und können aus einer konischen Schraubverbindung oder einem zylindrischen Klemmring bestehen (US 5,332,245). Auch bei dieser Lösung wird das Schaftrohr durch die Aufbringung der radialen Spannkräfte in Mitleidenschaft gezogen, da sich die scharfen Kanten des Druckringes in die Oberfläche des Schaftrohres einarbeiten und diese Riefen Ursache für einen vorzeitigen Bruch bei Extrembeanspruchung sein können.

Bei einer ähnlichen Lösung, die offensichtlich ohne eine mechanische Beeinträchtigung des Schaftrohres auskommt, wird der Druckring mittels einer aus Lagerschale für die obere Lagereinheit und Gegenmutter bestehenden Schraubverbindung gegen das Schaftrohr gedrückt. Hierzu weist der Druckring eine obere kurze und eine untere lange konische Fläche sowie mehrere axiale oben offene Schlitze auf. Durch Zusammenschrauben von Lagerschale und Gegenmutter werden die zwischen den Schlitzen verbleibenden elastischen Bereiche des Druckrings gegen das Schaftrohr gedrückt (DE G 94 20 884.0). Der Nachteil dieser Lösung sowie der vorgenannten Sicherung der Steuerkopflagerung nach US 5,332,245 besteht darin, dass der axiale Druck zur Gewährleistung der Spielfreiheit der Lager zunächst von Hand, beispielsweise durch Niederdrücken des Lenkervorbaus, auf den Druckring aufgebracht werden muss, und zwar so lange, bis die Schaub- bzw.

Klemmverbindungen zur Wirkung gelangen. Eine solche manuelle Druckaufbringung ist körperlich anstrengend und außerdem nicht reproduzierbar .

Schließlich ist eine Steuerkopflagerung für Zweiradfahrzeuge bekannt, bei der der Druckring Teil des Innenrings der oberen Lagereinheit ist. Auf die konische Außenfläche des Druckrings ist ein Spannring aufsetzbar. Die konische Außenfläche des Druckrings sowie die komplementäre Innenfläche des Spannrings sind so gestaltet, dass die Verbindung nach einmaliger Druckaufbringung auf den Spannring selbsthemmend ist, so dass dauerhaft ein Auffedern des elastischen Teils des Innenrings verhindert wird (DE 103 30 419 Al). Werden in der Steuerkopflagerung auch axiale Kräfte aufnehmende Kegelrollenlager verwendet, verhindert die Selbsthemmung zwischen Innenring und Druckring zwar ein Auffedern des elastischen Teils des Innenrings bei bzw. nach der Montage, jedoch ist zur Aufnahme der axialen Kraftkomponente der Kegelrollenlager eine zusätzliche Sicherung erforderlich. Nachteilig ist auch, dass das Lösen der Kegelsitzverbindung nicht ohne weiteres möglich ist.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs sowie das Verfahren zur Sicherung von Steuerkopflagerungen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 12 haben demgegenüber den Vorteil, dass die Sicherung des Spiels der Steuerkopflagerung von der Lenkerbefestigung völlig unabhängig ist. Nachdem das erfindungsgemäße Widerlager mit seiner Einrichtung zur Aufbringung eines Axialdrucks, im folgenden

Axialdruckeinrichtung genannt, auf das Schaftrohr aufgesetzt und bis zum Anschlag an die obere Lagereinheit aufgeschoben ist, wird das Widerlager gegenüber dem Schaftrohr arretiert. Danach wird der Axialdruck mittels der genannten Einrichtung auf die obere Lagereinheit aufgebracht. Dies kann auf unterschiedliche Art und Weise, beispielsweise durch Herausschrauben von Bolzen oder Exzentern, erfolgen. Sollte sich das Spiel im Laufe der Benutzung des Zweiradfahrzeugs vergrößern, kann es durch Nachregulieren der Axialdruckeinrichtung wieder verringert werden. Die Sicherungseinrichtung ist ohne großen Kraftaufwand bedienbar, d. h. der Axialdruck braucht nicht mehr durch direkten manuellen Druck auf die obere Lagereinheit aufgebracht zu werden. Die Stelleinrichtung wirkt quasi als Übersetzung einer manuellen Stellbewegung.

Selbstverständlich kann die Sicherungseinrichtung auch als zusätzliche Sicherung bei einer selbsthaltenden Steuerkopflagerung, bei der der Axialdruck bereits durch das Aufsetzen eines Spannrings erzeugt wird, wie beispielsweise in der DE 103 30 419 Al beschrieben, verwendet werden. Dies ist insbesondere bei Verwendung von Kegelrollenlagern von Vorteil.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung Erfindung besteht das Widerlager aus einem auf dem Schaftrohr arretierbaren Klemmring und die Axialdruckeinrichtung aus einem unterhalb des Klemmrings drehbeweglich angeordneten Druckring. Der Druckring wirkt mit seiner unteren Stirnfläche direkt oder indirekt auf die obere Lagereinheit. Jede der einander zugewandten Stirnflächen von Klemmring und Druckring weist mindestens eine aus der Ebene der Stirnfläche herausragende Kontur auf, wobei mindestens eine der Konturen kontinuierlich, also eine Steigung bildend, aus der Stirnfläche hervortritt. Diese Kontur bzw. Konturen bilden auf der

jeweiligen Stirnfläche flache Keile. Sinnvollerweise sind die Konturen immer paarweise gegenüberliegend angeordnet. Klemmring und Druckring sind mit einer tangential wirkenden Stelleinrichtung versehen, die den Druckring gegenüber dem arretierten Klemmring verdreht. Durch Betätigung der Stelleinrichtung bewegt sich der Druckring um seine Achse, wodurch die beiden aus den Stirnflächen von Halte- und Druckring herausragenden Konturen miteinander in Wirkverbindung treten und der Abstand zwischen beiden Ringen sich dadurch vergrößert. Da der Klemmering am Schaftrohr fest sitzt, bewegt sich der Druckring axial nach unten auf die obere Lagereinheit zu und drückt dabei auf das Teil der Steuerkopflagerung, das axialen und/ oder radialen Spanndruck erzeugt. Aufgrund der kinematischen Verhältnisse bei der Erzeugung der Axialbewegung aus einer Drehbewegung des Druckrings ist eine Umkehrung der Bewegung, also ein Nachlassen des Axialdruckes aufgrund der entgegenwirkenden Axialkomponente aus dem Spanndruck auf das Schaftrohr, nicht wahrscheinlich, so dass diese Sicherung der Steuerkopflagerung dauerhaft zuverlässig ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht der Klemmring aus einem offenen Ring, der zur Arretierung auf dem Schaftrohr an seiner Öffnung mit einer Klemmschraube versehen ist.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine aus der Stirnfläche hervortretende Kontur, die keine Steigung aufweist, wulstartig ausgebildet, so dass sie beim Entlanggleiten der bzw. an der gegenüberliegenden keilförmigen Kontur wie ein Nocken wirkt.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind jeweils mindestens zwei aus der Ebene der Stirnflächen heraustretende Konturen vorgesehen. Bei mehreren, die axiale Bewegung bewirkenden Konturen wird die Flächenpressung pro Kontur und damit die Materialbelastung reduziert. Außerdem verringert sich die Neigung des Druckrings zum Verkanten gegenüber dem Schaftrohr, wodurch eine Schwergängigkeit der Sicherungseinrichtung vermieden wird. Werden lediglich zwei die axiale Bewegung bewirkende Konturen vorgesehen, sollten diese aus diesem Grund auch diametral gegenüberliegend angeordnet sein. Ein Verkanten kann gänzlich ausgeschlossen werden, wenn drei wirkenden Konturen vorgesehen werden.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Konturen an beiden einander zugewandten Stirnflächen von Klemmring und Druckring eine Steigung auf. Das hat den Vorteil, dass sich die Flächenpressung der bei der Verdrehung des Druckrings aufeinander gleitenden Konturen verringert und dadurch eine leichtere Einstellung des Spiels der Steuerkopflagerung möglich ist.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Oberfläche der aus der oder den Stirnflächen heraustretenden Konturen ein sägezahnähnliches Profil auf. Dadurch ist eine rastende Einstellung des Spiels der Steuerkopflagerung möglich und ein eigenständiges Zurückdrehen des Druckringes aufgrund der entgegenwirkenden Axialkomponente aus dem Spanndruck auf das Schaftrohr wird verhindert.

Nach einer anderweitigen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist als Mittel zum Verdrehen des Druckrings gegenüber dem Klemmring in dem Randbereich des Druckrings ein Druckelement

vorgesehen, an dem ein Stellglied einer an dem Klemmring angeordneten Stelleinrichtung tangential angreift.

Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Druckelement aus einem Stift. Die Stelleinrichtung des Klemmrings ist in einer nach außen ragenden Verstärkung des Mantels des Klemmrings untergebracht. Sie ist mit einer von unten offenen, sich entlang des Mantels des Klemmrings verlängernden Ausnehmung versehen, in die der Stift hineinragt. In die Verstärkung des Mantels ist ferner eine tangential zum Mantel des Klemmrings verlaufende Gewindebohrung eingebracht, die in die längliche Ausnehmung mündet. Als Stellglied ist eine Spannschraube in die Gewindebohrung einschraubbar, die mit ihrem eingeschraubten Ende auf den Stift auftrifft und diesen durch fortgesetztes Einschrauben innerhalb der Ausnehmung verschiebt.

Wie oben bereits beschrieben, erfolgt die Sicherung der Steuerkopflagerung über einen auf die obere Lagereinheit wirkenden Axialdruck, der von einem zuvor fest mit dem Schaftrohr verbundenen Widerlager ausgeht und mittels einer gegenüber dem Widerlager eine Axialbewegung ausführenden Axialdruckeinrichtung aufgebracht wird.

Nach einer diesbezüglich vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Axialbewegung durch eine radiale Verdrehung dieser Axialdruckeinrichtung gegenüber dem Widerlager erzeugt, wobei Widerlager und Axialdruckeinrichtung entsprechend der Merkmale der Ansprüche 2 bis 11 ausgestaltet sein können.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beispielbeschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine Steuerkopflagerung,

Fig. 2 eine räumliche Darstellung der Sicherungseinrichtung und Fig. 3 eine räumliche Ansicht des Klemmrings der

Sicherungseinrichtung von unten.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen, besteht die Steuerkopflagerung aus einem Steuerkopfrohr 1, in dem ein Schaftrohr 2 einer hier nicht näher dargestellten Gabel eines Zweiradfahrzeugs mittels einer oberen Lagereinheit 3 und einer unteren Lagereinheit 4 drehbar gelagert ist. Als Lager können beispielsweise Schrägkugellager verwendet werden. Das Steuerkopfrohr 1 ist Bestandteil des Zweiradfahrzeugrahmens, der hier ebenfalls nicht dargestellt ist. Zur Aufnahme der oberen Lagereinheit 3 weist das Steuerkopfrohr 1 an seinem oberen Ende eine Lagerschale 5 auf, in die ein aus Außenring 6, Innenring 7 sowie Kugeln 8 bestehendes Kugellager eingepresst ist. Die obere Lagereinheit 3 wird durch die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung, die in Fig. 2 dargestellt ist, abgedeckt. Sie besteht aus einem Klemmring 9 und einem Druckring 10, der im vorliegenden Beispiel als die gesamte obere Lagereinheit 3 nach oben hin abschließender Deckel ausgebildet ist. Zum Ausgleich des radialen Spiels zwischen Druckring 10 und Schaftrohr 2 sowie zur Abdichtung der oberen Lagereinheit 3 weist der Druckring 10 an seiner zylindrischen Innenfläche zwei Nuten 11 zur Aufnahme von Dichtungen, beispielsweise O-Ring-Dichtungen, auf. Ferner weist der Druckring 10 ein zylindrisches Führungsteil

12 auf, an dessen Außenfläche der Innenring 7 möglichst spielfrei anliegt. Die obere Stirnfläche des Druckrings 10 ist mit drei keilförmig aus der Stirnfläche heraustretenden Erhebungen 13 versehen, wobei der Anstieg der Erhebungen in gleicher Richtung, im vorliegenden Beispiel entgegen dem Urzeigersinn, verläuft. Außerdem ragt aus der oberen Stirnfläche des Druckrings 10 ein Stift 14 heraus, der, wie aus Fig. 3 erkennbar, von einer in die Wandung des Klemmrings 9 eingearbeiteten länglichen Ausnehmung 15 aufgenommen wird. Die Ausnehmung 15 weist dieselbe Krümmung auf wie der Mantel des Klemmrings 9, so dass der Stift 14 in dieser gleiten kann. Tangential zum Klemmring 9 mündet in die Ausnehmung 15 ferner eine Gewindebohrung 16, in die eine Spannschraube 17 einschraubbar ist. Der Klemmring 9 ist geteilt ausgeführt und an seiner Teilung mit Mitteln zum Festklemmen auf dem Schaftrohr 2 versehen. Im vorliegenden Beispiel sind die beiden durch die Teilung entstandenen Enden des Klemmrings 9 an dieser Stelle als Gewindeösen 18 ausgebildet, in die eine Klemmschraube 19 einschraubbar ist. Wie aus Fig. 3 ferner erkennbar ist, weist der Klemmring 9 an seiner unteren Stirnfläche ebenfalls drei keilförmig aus der Stirnfläche heraustretende Erhebungen 20 auf, wobei deren Anstieg allerdings entgegengesetzt zu dem Anstieg der Erhebungen 13 des Druckrings 10 verläuft. Die Position des Stiftes 14 sowie Teilung und Anstieg der Erhebungen

13 und 20 sind so aufeinander abgestimmt, dass bei deckungsgleicher Berührung der keilförmigen Erhebungen 20 von Klemmring 9 mit den komplementären keilförmigen Erhebungen 13 des Druckrings 10 der Stift 14 innerhalb der Ausnehmung 15 an der Wandung anliegt, an der die Gewindebohrung 16 für die Spannschraube 17 in die Ausnehmung eintritt.

Nachfolgend soll die Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert werden: Zur Sicherung der oberen Lagereinheit 3 werden der

Druckring 10 und der Klemmring 9 auf das Schaftrohr 2 bis zum Anschlag an den Innenring 7 aufgeschoben. Der Stift 14 ragt dabei in die Ausnehmung 15 des Klemmrings 9 hinein. Die Spannschraube 17 ist in dieser Position nur so weit in den Klemmring 9 hineingedreht, dass sie noch nicht in die Ausnehmung 15 hineinragt. Anschließend wird der Klemmring 9 so positioniert, dass der Abstand zwischen Klemmring 9 und Druckring 10 am kleinsten ist, d. h. die keilförmigen Erhebungen 13 und 20 einander komplementär gegenüberliegen. In dieser Position wird der Klemmring 9 durch Anziehen der Klemmschraube 19 am Schaftrohr 2 festgeklemmt. Danach wird die Spannschraube 17 weiter in die Ausnehmung 15 hineingedreht, bis sie gegen den Stift 14 drückt und darüber hinaus weiter gedreht, bis ihr ein ausreichend großer Widerstand entgegenwirkt, ohne dass sie den Stift 14 verbiegt oder abschert bzw. das Gewinde überdreht wird. Der Stift 14 vollführt dadurch innerhalb der Ausnehmung 15 eine Bewegung auf einem Kreisbogen. Der mit dem Stift 14 fest verbundene Druckring 10 macht diese kurze Drehbewegung mit, wobei er sich aufgrund des Gleitens der keilförmigen Erhebungen 13 und 20 aufeinander auch ein kleines Stück in axialer Richtung bewegt und dadurch sich auf den Innenring 7 der oberen Lagereinheit 3 zubewegt. Dem Druck der Spannschraube 17 weicht der Stift 14 so lange aus, bis der Druckring 10 fest am Innenring 7 anliegt und diesen arretiert. Die Axialbewegung des Druckrings 10 beträgt wenige Zehntel bis ca. 1 mm. Das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz in die Obere Lagereinheit 3 wird durch das Einlegen von Dichtungsringen, beispielsweise O-Ringen, in die Nuten 11 des Druckrings 10 vermieden. Zusätzlich ist es noch möglich, den entstehenden kleinen Spalt durch eine am Außenmantel von Klemmring 9 und Druckring 10 anliegende Dichtung zu schützen. Zur Verhinderung des Zurückgleitens des Druckrings 10 und der damit verbundenen

Lockerung der oberen Lagereinheit 3 kann die Spannschraube 17 noch zusätzlich gesichert werden.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszahlenliste

1 Steuerkopfrohr

2 Schaftrohr

3 Obere Lagereinheit

4 Untere Lagereinheit

5 Lagerschale

6 Außenring

7 Innenring

8 Kugeln

9 Klemmring

10 Druckring

11 Nut

12 Zylindrisches Teil

13 Keilförmige Erhebungen

14 Stift

15 Längliche Ausnehmung

16 Gewindebohrung

17 Spannschraube

18 Gewindeösen

19 Klemmschraube

20 Keilförmige Erhebungen