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Die
Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Die
Lage eines Lenkgetriebes, insbesondere bei einer Zahnstangenlenkung,
in einem Kraftfahrzeug richtet sich u. a. nach dem Spurstangenabgriff, der
wiederum in einer konstruktiv definierten Position zu den lenkbaren
Rädern
des Kraftfahrzeuges und deren Radaufhängungen ausgerichtet sein muss. Andererseits
können
sich im Bereich des Anschlusses der Eingangswelle des Lenkgetriebes
an die Lenksäule
Freiraumprobleme ergeben, da die Lage der Lenksäule mit dem Lenkhandrad ebenfalls
im wesentlichen vorgegeben ist und dem Lenkgetriebe benachbarte
Antriebsaggregate störend
im Wege sein können.
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Es
ist deshalb bekannt, eine Zwischenwelle mit beiderseitigen Gelenken
vorzusehen, die den aufgrund der vorstehend genannten Umstände erforderlichen
Winkelversatz zwischen Lenksäule
und Eingangswelle des Lenkgetriebes ausgleichen soll. Die Beugewinkel
der Gelenke dürfen
jedoch zur Erzielung einer gleichförmigen und funktionell einwandfreien
Drehübertragung
nicht zu groß sein.
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Durch
die
DE 100 40 839
A1 ist es ferner bekannt, der Eingangswelle eines Zahnstangen-Lenkgetriebes
ein Winkelgetriebe mit zwei Kegelrädern vorzuschalten, welches
die Eingangswelle um ca. 90 Grad umlenkt. Das Winkelgetriebe ist
in das Gehäuse
eines an das Lenkgetriebegehäuse angeflanschten
Ventilblockes der hydraulisch unterstützten Zahnstangenlenkung integriert.
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Aus
der
DE 10 2004
043 238 A1 ist eine gattungsgemäße Lenksäulenanordnung eines Kraftfahrzeuges
bekannt, die an einem Ende ein Lenkrad aufweist und über eine
Zwischenwelle gelenkig mit einer als Ausgleichswelle dienenden Teleskopkupplungswelle
verbunden ist. Die Teleskopkupplungswelle ist wiederum über ein
Universalgelenk mit einer nicht weiter dargestellten Zahnstangenanordnung
gekoppelt.
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Im
Wesentlichen das Gleiche trifft auf die
DE 199 06 411 A1 zu, die
einen Lenksäulenstrang
für ein Kraftfahrzeug
offenbart, der eine Lenksäule
aufweist, die über
ein Kreuzgelenk mit einer Zwischenwelle gekoppelt ist. Die Zwischenwelle
ist über
ein weiteres Kreuzgelenk mit einer unteren Lenkwelle verbunden, das über ein
Anschlussbauteil mit einem üblichen Lenkgetriebe
gekoppelt ist. Gleiches gilt auch für die Lenkungsgelenkwelle gemäß der
DE 100 64 439 A1 .
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Lenkvorrichtung der gattungsgemäßen Art
vorzuschlagen, die mit einfachen Mitteln und fertigungstechnisch günstig auch
größere Winkelversätze zwischen
der Lenksäule
und der Eingangswelle des Lenkgetriebes ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Lenkvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
dass die Zwischenwelle trieblich mit einer drehbar gelagerten Ausgleichswelle
verbunden ist, die über
ein weiteres Gelenk an die Eingangswelle des Lenkgetriebes angeschlossen
ist. Durch die Einschaltung eines weiteren Gelenkes in den Antriebsstrang
zwischen Lenkhandrad einerseits und der Eingangswelle des Lenkgetriebes
andererseits können
die Beugewinkel der Gelenke vermehrt aufgeteilt bzw. vermindert
werden. Dies ermöglicht
bei geringem zusätzlichem
Bauaufwand eine verbesserte Anpassung des Lenkgetriebes an die konstruktiven
Vorgaben und dessen räumlicher
Anordnung im Kraftfahrzeug.
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In
bevorzugter Weise können
dabei die Beugewinkel der Gelenke beiderseits der Ausgleichswelle
und/oder der Zwischenwelle zumindest im wesentlichen gleich ausgeführt sein,
um eine gleichmäßige Belastung
der Gelenke sicherzustellen und gegebenenfalls bei Verwendung baulich
einfacher Kardangelenke Drehungleichförmigkeiten weitgehendst auszuschalten.
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Erfindungsgemäß ist die
Ausgleichswelle an dem der Eingangswelle des Lenkgetriebes entgegengesetzten
Ende in einem mit dem Lenkgetriebegehäuse fest verbundenen Gehäuse drehbar
gelagert. Damit kann die Ausgleichswelle mit deren Drehlagerung
und dem weiteren Gelenk eine Vormontageeinheit mit dem Lenkgetriebe
bilden und ohne montagetechnischem Mehraufwand im Kraftfahrzeug
verbaut werden.
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Des
Weiteren kann bei Verwendung von zwei Kardangelenken das dritte
Gelenk zum Ausgleich von gegebenenfalls noch vorhandenen Drehungleichförmigkeiten
als homokinetisches oder nahezu homokinetisches Gelenk ausgebildet
sein. Das Gelenk kann ein an sich bekanntes homokinetisches Gelenk
oder ein durch Verschränken
der Gelenkgabeln modifiziertes, nahezu homokinetisches Kardangelenk
sein.
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Die
Ausgleichswelle kann bevorzugt in einem etwa rohrförmigen,
abgeknickten Gehäuse drehbar
gelagert sein, das baulich günstig
an das Lenkgetriebegehäuse
angebunden ist und das dritte Gelenk umschließt. Der Steckanschluss der
Ausgleichswelle mit dem Gelenk an der Eingangswelle kann dabei in
bekannter Weise ähnlich
einer Klemmschelle erfolgen, deren Spannschraube gegebenenfalls
durch eine Montageöffnung
in dem Gehäuse mittels
eines Montagewerkzeuges zugänglich
ist. Es kann jedoch auch eine Steckverzahnung vorgesehen sein.
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Das
rohrförmige
Gehäuse
kann des Weiteren an das Lenkgetriebegehäuse angeflanscht und somit
besonders einfach und schnell montierbar sein.
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Das
rohrförmige,
abgeknickte Gehäuse
kann jedoch alternativ und besonders montagegünstig in dessen Längsmittelachse
halbschalenförmig
geteilt ausgeführt
sein, wodurch die Ausgleichswelle mit Gelenk und Drehlagerung in
die eine Halbschale einlegbar und montierbar ist und anschließend mit
der zweiten Halbschale als geschlossenes Gehäuse komplettiert wird.
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Dabei
kann baulich besonders vorteilhaft die eine Halbschale des Gehäuses an
das anschließende
Lenkgetriebegehäuse
angeformt und die andere Halbschale bevorzugt als Blechpressteil
ausgebildet sein.
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Zur
Sicherstellung einer verspannungsfreien Drehübertragung auf das Lenkgetriebe
kann zudem die Lagerung der Ausgleichswelle in dem rohrförmigen Gehäuse über ein
Fluchtungsfehler der Wellen ausgleichendes, sphärisches Lager und ein Wälzlager
ausgeführt
sein.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann schließlich an
das Lenkgetriebe an dessen Getriebegehäuse ein Ventilblock einer hydraulischen Lenkunterstützung angeflanscht
sein, wobei dann das rohrförmige
Gehäuse
an das Gehäuse
des Ventilblocks angeflanscht oder zumindest teilweise an das Gehäuse des
Ventilblocks unmittelbar angeformt ist.
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Mehrere
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die
schematische Zeichnung zeigt in:
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1 in
grob schematischer Seitenansicht eine Lenkvorrichtung bekannter
Bauart für
Kraftfahrzeuge, mit einer Lenksäule,
einer Zwischenwelle und einem Zahnstangen-Lenkgetriebe;
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2 in
ebenfalls grob schematischer Seitenansicht eine Lenkvorrichtung
für Kraftfahrzeuge gemäß 1,
jedoch mit einer zusätzlichen
Ausgleichswelle und einem dritten Gelenk im Bereich der Eingangswelle
des Zahnstangen-Lenkgetriebes;
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3 einen
teilweisen Längsschnitt
durch ein an das Lenkgetriebe gemäß 2 angeflanschtes
Gehäuse
für die
Ausgleichswelle und das dritte Gelenk der Lenkvorrichtung; und
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4 einen
weiteren, teilweisen Längsschnitt
durch ein durch Halbschalen gebildetes Gehäuse zur Drehlagerung und Aufnahme
der Ausgleichswelle und des dritten Gelenkes der Lenkvorrichtung
gemäß 2.
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Die 1 zeigt
eine bekannte Lenkvorrichtung 10 für Kraftfahrzeuge, mit einem
Lenkhandrad 12, das auf einer drehbar gelagerten Lenksäule 14 angeordnet
ist. Die Lenksäule 14 ist über ein
erstes Gelenk 16 – einem
Kardangelenk bzw. Kreuzgelenk – mit
einer Zwischenwelle 18 trieblich verbunden. Die Zwischenwelle 18 wiederum
treibt unter Zwischenschaltung eines zweiten Kardan-Gelenkes 20 die
nur angedeutete Eingangswelle 22 eines hydraulisch unterstützten Zahnstangen-Lenkgetriebes 24 (Servolenkung)
an. Es sei bemerkt, dass die Lenkvorrichtung 10 – soweit
nicht beschrieben – üblicher
und dem Fachmann geläufiger
Bauart sein kann. Anstelle einer Zahnstangenlenkung kann auch eine
andere, in Kraftfahrzeugen übliche
Lenkung mit einer Eingangswelle 22 verwendet sein.
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Unter
anderem durch den räumlichen
Versatz von Lenksäule 14 zu
Eingangswelle 22, sowie durch einen gegebenenfalls vorliegenden
Winkelversatz dieser Wellen 14, 22, ergeben sich
an den Gelenken 16, 20 Beugewinkel α, die in
bekannter Weise nicht beliebig groß ausgelegt werden können.
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Es
sei angenommen, dass das Lenkgetriebe 24 unter Beibehaltung
des in der Zahnstangen-Längsachse 24a liegenden
Spurstangenabgriffs (nicht ersichtlich) gegen den Uhrzeigersinn
mit seinem Getriebegehäuse 24b verdreht
werden muss, um im Bereich der Eingangswelle 22 bzw. des
diese umschließenden
Ventilblockes 24c mehr Freiraum zu einem benachbarten,
in der 2 nur angedeuteten Aggregat 25 des Kraftfahrzeuges
herzustellen.
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Die 2 zeigt
diese Situation: Um den Beugewinkel α der Gelenke 16, 20 nicht
vergrößern zu müssen, ist
eine Ausgleichswelle 26 mit einem dritten Ge lenk bzw. einem
Kardangelenk 28 angeordnet, die trieblich wie ersichtlich
zwischen die Zwischenwelle 18 und die Eingangswelle 22 des
Lenkgetriebes 24 eingeschaltet ist. Dadurch bleiben die
Beugewinkel α trotz
des größeren Winkelversatzes
zwischen der Lenksäule 14 und
der Eingangswelle 22 des Lenkgetriebes 24 im wesentlichen
gleich groß.
Zugleich führt die
Ausgleichswelle 26 den Lenkungs-Antriebsstrang zwischen
Lenksäule 14 und
Eingangswelle 22 des Lenkgetriebes 24 quasi um
das benachbarte Antriebsaggregat 25 herum, wobei die Beugewinkel α der drei
Gelenke 16, 20, 28 im wesentlichen gleich
sind. Ferner sind die Kardangelenke 20, 28 (vgl.
auch 3) so in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt,
dass sich deren Ungleichförmigkeit
in der Drehübertragung
kompensiert bzw. aufhebt.
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Die 3 zeigt
die Anordnung der Ausgleichswelle 26 und des Gelenkes 28 mehr
im Detail.
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Dabei
ist die Ausgleichswelle 26 mittels eines Wälzlagers 30 und
einem Spannring 30a in einem rohrförmigen, abgeknickt verlaufendem
Gehäuse 32 drehbar
gelagert. Innerhalb des Gehäuses 32 ist
das Kardangelenk 28 mit den zwei Gabeln 28a, 28b und
dem Gelenkkreuz 28c angeordnet, wobei die Gabel 28b mit
ihrem als Klemmschelle ausgebildetem Nabenabschnitt 28d auf
die Eingangswelle 22 aufgesteckt und mittels einer Spannschraube 34 in Drehrichtung
und Axialrichtung formschlüssig
gehalten ist.
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In
gleicher Weise ist das Kardangelenk 20 der Zwischenwelle 18 auf
dem aus dem Gehäuse 32 ragenden
Wellenstummel der Ausgleichswelle 26 befestigt.
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Das
Gehäuse 32 der
Ausgleichswelle 26 ist mit einem Flansch 32a versehen,
der mit einem korrespondierenden Flansch des Ventilblockes 24c des Lenkgetriebes 24 fest
verbunden ist.
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Ferner
weist das Gehäuse 32 eine
radial in der Rotationsebene der Spannschraube 34 liegende Montageöffnung 32b auf,
die mittels eines Stopfens 36 verschließbar ist.
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Damit
kann die Ausgleichswelle 26 mit dem Kardangelenk 28 und
der Wälzlagerung 30 in
das Gehäuse 32 montiert
werden, wobei der das Wälzlager 30 aufnehmende
Spannring 30a in eine korrespondierende Gewindeöffnung des
Gehäuses 32 eingeschraubt
wird; sodann wird das Gehäuse 32 an den
Ventilblock 24c mit mehreren Schrauben 38 angeflanscht.
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Durch
die Montageöffnung 32b kann
dann mittels eines nicht dargestellten Montagewerkzeuges die Spannschraube 34 angezogen
werden. Die Ausgleichswelle 26 bildet somit mit dem Gehäuse 32 eine
Montageeinheit mit dem übrigen
Lenkgetriebe 24.
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Die 4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Anordnung der Ausgleichswelle 26, wobei nur die wesentlichen
Unterschiede zur 3 näher beschrieben sind. Die weitere
Ausgestaltung kann identisch sein. Funktionell gleiche Teile sind
mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Gemäß der 4 ist
das die Ausgleichswelle 26 umgebende Gehäuse 40,
das im Wesentlichen ebenfalls rohrförmig und abknickend gestaltet
ist, in der abknickend verlaufenden Längsachse 26a von Ausgleichswelle 26 und
Kardangelenk 28 in zwei Halbschalen 40a, 40b mit
radial verlaufenden Befestigungsstegen 40c geteilt ausgebildet
und mittels mehrerer Schrauben 42 zu einem festen Gehäuse 40 verschraubt.
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Dabei
ist das Gehäuse 40 teleskopisch
auf einen rotationssymmetrischen Abschnitt des Ventilblockes 24c des
Lenkgetriebes 24 aufgesteckt und durch Klemmkraft gehalten,
wobei zumindest ein an den Ventilblock 24a angeform ter,
radial abragender und zwischen die Stege 40c einragender
Haltesteg 24e wie ersichtlich einen zusätzlichen Formschluss herstellt.
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Um
gegebenenfalls durch Fertigungstoleranzen bedingte Fluchtungsfehler
bzw. daraus resultierende Verspannungen an der Ausgleichswelle 26 und
dem Kardangelenk 28 im Gehäuse 40 auszuschließen, ist
zwischen dem Wälzlager 30 (ein
Nadellager) und dem Gehäuse 40 ein
sphärisches
Lager 44 mit einem Innenring 44a und einem Außenring 44b vorgesehen,
die ähnlich
einer Kugelkalotte und einer Kugelpfanne ausgebildet und z. B. aus
Kunststoff hergestellt sind und die wie ein Kugelgelenk zwischen
Gehäuse 40 und
Wälzlager 30 wirken.
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Sofern
wie beschrieben die drei Gelenke 16, 20, 28 als
Kardangelenke ausgebildet sind, kann eine restliche Drehungleichförmigkeit
im beschriebenen Lenkungs-Antriebsstrang verbleiben, die bei relativ geringem
Beugewinkel α des
nicht kompensierten Gelenkes (z. B. Gelenk 16 oder 28)
vernachlässigbar sein
kann. Alternativ kann dieses Gelenk aber als an sich bekanntes homokinetisches
Gelenk oder ein nahezu homokinetisches, modifiziertes Kardangelenk mit
entsprechender Verschränkung
der Gelenkgabeln sein.
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Abweichend
zum dargestellten Ausführungsbeispiel
gemäß 4 kann
des weiteren die eine Halbschale 40b unmittelbar an das
Gehäuse 24c des Ventilblockes 24c des
Lenkgetriebes 24 angeformt sein. Ferner kann zumindest
die eine Halbschale 40a fertigungstechnisch günstig als
Blechpressteil hergestellt sein.