DE102005021042B4

DE102005021042B4 - Welle-Nabe-Verbindung, insbesondere einer Kraftfahrzeuglenkung

Info

Publication number: DE102005021042B4
Application number: DE102005021042A
Authority: DE
Inventors: Karl Viktor Dr.-Ing. Schaller
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2005-05-06
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2025-05-07
Also published as: DE102005021042A1

Abstract

Welle-Nabe-Verbindung (20), umfassend eine Welle (24) mit Außenverzahnung und eine zu dieser passende Nabe (22) mit Innenverzahnung, die in axialer Richtung übereinander schiebbar und in übereinander geschobener Stellung drehfest verbindbar, insbesondere verklemmbar sind, wobei die Außenverzahnung der Welle (24) und die Innenverzahnung der Nabe (22) jeweils eine korrespondierende Schrägverzahnung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (22) auf der Welle (24) reibschlüssig verklemmbar ist, und dass die Welle eine Lenkgetriebe-Eingangswelle (24) einer Kraftfahrzeuglenkung ist, und dass die Nabe (22) Teil einer Lenkwelle (12) eines Kraftfahrzeuges ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung, die Teil einer Kraftfahrzeuglenkung ist.
Zur Übertragung der Lenkbewegungen von einem drehbaren Lenkrad zu den einschlagbaren Rädern eines Kraftfahrzeuges, ist eine weitgehend starre Drehübertragung über Lenksäule und ein Lenkgetriebe auf die Spurstangen der gelenkten Achse, üblicherweise die Vorderachse, notwendig. Bei Geradeausfahrt, also nicht eingeschlagenen gelenkten Rädern, ist es aus Qualitätsgründen wünschenswert, dass das Lenkrad weitgehend in einer Mittellage zentriert ist. Bei der Fertigung kann die exakte Ausrichtung des Lenkrads bezüglich der gelenkten Räder deshalb Schwierigkeiten machen, weil die zusammenwirkenden Zähne von Profil und Gegenprofil der korrespondierend verzahnten Lenksäule und Lenkradnabe nur eine sprungweise Änderung der Winkelausrichtung des Lenkrads in Umfangrichtung zulassen. Bei relativ grober Verzahnung können entsprechend große Winkelfehler auftreten. Eine feiner gewählte Verzahnung macht eine Reduzierung der übertragbaren Drehmomente und Kräfte notwendig.
Bei Nutzfahrzeuglenkungen kommt erschwerend hinzu, dass die Geradeausposition des Lenkrades nicht wie bei Personenkraftwagen durch Einstellung der Spurstangen erfolgen kann. Die Einstellung an einer Lenkschubstange ist risikobehaftet, aufwändig und damit kostenintensiv. Zur Feineinstellung des Lenkrades gegenüber einer Lenksäule bzw. den Spurstangen der einschlagbaren Räder sind unterschiedliche Varianten vorgeschlagen worden.
So beschreibt bspw. die DE 83 08 038 U1 eine Lenksäule mit einstellbar daran befestigtem Lenkrad, bei der die Nabe des Lenkrades über einen Verbindungsflansch und über Halteschrauben mit der außenverzahnten Lenksäule verbunden ist. Die Nabe sitzt auf einem Druckkonus, der die Lenksäule umgibt und sich mit einer großen Grundfläche auf dem Flansch abstützt und dabei drehbar zu ihm angeordnet ist. Der Flansch ist mit einer Innenverzahnung versehen, die in die Zentrierverzahnung der Lenksäule ein greift. Hierdurch soll eine Feineinstellbarkeit des Lenkrades gegenüber der Lenksäule ermöglicht sein, so dass die Winkelstellung des Lenkrades nachgestellt werden kann.
Aus der DE 34 00 609 A1 ist weiterhin eine Anordnung zur Befestigung der Lenkradnabe auf einer Lenksäule bekannt, wobei Lenksäule und Lenkradnabe korrespondierende Profile aufweisen. Zwischen der Lenkradnabe und dem Lenksäulenendbereich wird hier eine kraftschlüssige Verbindung durch Verspannen mittels einer Muter vorgeschlagen. Der Mitnehmer definiert vor dem Anziehen der Muter entsprechend der Zahnteilung der beiden zusammenwirkenden Profile eine Grobausrichtung des Lenkrades in Umfangrichtung. Durch kleine Drehbewegungen des Lenkrades, die durch das Spiel zwischen dem Umfang des Mitnehmers einerseits und dem Rand der ihn enthaltenen Ausnehmung in der Nabe ermöglicht sind, erfolgt eine Feinjustierung des Lenkrades. Danach wird durch Anziehen der Muter die kraftschlüssige Verbindung zwischen Lenkradnabe und Lenksäule hergestellt.
Aus der DE 37 12 195 C1 ist schließlich eine Vorrichtung zur Feineinstellung der Drehwinkellage eines Lenkrades zu einer Lenksäule beschrieben, bei der die Anzahl der Winkelverstellmöglichkeiten durch die Verzahnung zwischen Lenkwelle und Buchse, und die Anzahl der Winkelverstellmöglichkeiten durch die Verzahnung zwischen Buchse und Lenkradnabe derart gewählt sind, dass eine Division der größeren Anzahl durch die kleinere Anzahl einen Restwert nach der Komma ungleich null ergibt.
Alle vorgeschlagenen Feineinstellungsmöglichkeiten zur Justierung der Winkellage eines Lenkrades sind relativ aufwändig und erfordern zusätzliche Bauteile. Zudem ist die Winkeljustierung jeweils zwischen Lenkradnabe und Lenksäule vorgesehen. Die für die Verstellmöglichkeiten zusätzlich erforderlichen Teile erfordern meist auch zusätzlichen Bauraum, was im Einzelfall sehr störend sein kann.
Weitere gattungsgemäße Welle-Nabe-Verbindungen sind aus der DE 26 58 612 A1 und der DE 31 400 59 A1 bekannt.
Dem gegenüber hat sich die vorliegende Erfindung zum Ziel gesetzt, eine möglichst einfache Feinjustierungsmöglichkeit für eine Welle-Nabe-Verbindung, insbesondere für eine Winkelfeinjustierung eines Lenkrades gegenüber den einschlagbaren Rädern eines Kraftfahrzeuges, zur Verfügung zu stellen, die eine sehr exakte Winkelausrichtung der miteinander in Drehverbindung stehenden Teile der Welle-Nabe-Verbindung ermöglicht.
Dieses Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß vorliegender Erfindung sieht eine Welle-Nabe-Verbindung eine an der Welle vorgesehene Außenverzahnung und eine hiermit korrespondierende Innenverzahnung der in axialer Richtung über die Welle schiebbaren und mit dieser fest verklemmbaren Nabe vor. Das Außenverzahnungsprofil der Welle und das korrespondierende Innenverzahnungsprofil der Nabe sind jeweils um einen gleichen spitzen Winkelgrad schräg gestellt, so dass jeweils miteinander korrespondierende Schrägverzahnungen gebildet sind. Die hierbei schraubenförmig ausgeführten Schrägverzahnungen ermöglichen durch axiale Verschiebung der beiden Bauteile eine damit einher gehende Winkelverdrehung, so dass durch gewünschtes axiales Verschieben eine definierte Winkellage der Nabe zur Welle hergestellt werden kann, die nach Erreichen einer gewünschten Winkellage festgestellt werden kann. Hierdurch können nahezu beliebig kleine Winkeljustierungen zwischen Welle und Nabe und damit bspw. zwischen Lenkrad und Rädern eines Kraftfahrzeuges vorgenommen werden, ohne dass aufwändige zusätzliche Maßnahmen oder Bauteile erforderlich wären.
Vorzugsweise weisen die Schrägverzahnungen der Welle und der Nabe jeweils einen spitzen Winkel gegenüber einer axialen Richtung auf. Dieser spitze Winkel kann bspw. zwischen einem und zehn Grad betragen. Bei einer feiner gewählten Verzahnung kann der Winkel relativ klein sein, da aufgrund der Feinverzahnung nur noch geringe Winkelabweichungen auszugleichen sind. Bei einer gröberen Verzahnung, die größere Drehmomente übertragen kann, ist es sinnvoll, die Schrägstellung so zu wählen, dass mit einer geringen axialen Verschiebung der Nabe gegenüber der Welle eine ausreichende Winkelkorrektur ermöglicht ist.
Nach der gewünschten Feinjustierung durch axiales Verschieben der Nabe zur Welle sind die Bauteile reibschlüssig miteinander verklemmt, wodurch ausreichend hohe Drehmomente übertragen werden können. Besonders bei Nutzfahrzeugen mit gebauten Rahmen können im Fahrzeugbetrieb an den Verbindungsstellen Schub- oder Schererscheinungen auftreten, die auch Einfluss auf die Lenkradposition haben können. Die beschriebene Lösung kann auch im Servicefall zur Anwendung kommen.
Die Welle ist hierbei eine Lenkgetriebe-Eingangswelle einer Kraftfahrzeuglenkung. Die Nabe ist entsprechend Teil einer Lenkwelle bzw. einer Lenkgelenkwelle eines Kraftfahrzeuges. Auf diese Weise kann die Winkellage eines Lenkra des des Kraftfahrzeuges exakt bezüglich der lenkbaren Räder justiert werden, so dass sich das Lenkrad bei gerade gestellten Rädern exakt in einer Mittellage befindet.
Die Welle-Nabe-Verbindung kann jedoch wahlweise auch Teil der verzahnten Verbindung zwischen Lenkradnabe und Lenkwelle sein. Auch hier kann durch entsprechendes Lösen einer Klemmverbindung und geringfügiges axiales Verschieben des Lenkrades eine gewünschte Feinjustierung der Winkellage zwischen Lenkrad und Lenkwelle erreicht werden, um das Lenkrad exakt in die Mittellage bei nicht eingeschlagenen Rädern bringen zu können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Lenkgetriebeanordnung eines Kraftfahrzeugs.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Welle-Nabe-Verbindung zwischen Lenkgetriebe und deren Eingangswelle, die mit einer Lenksäule des Fahrzeugs verbunden ist.
Obwohl die Erfindung im Folgenden anhand einer Zahnstangenlenkung eines Kraftfahrzeuges beschrieben wird, kann sie auch bei anderen Lenkungen mit hydraulischer oder elektrischer oder ohne Hilfskraftunterstützung oder bei Lenkungen mit Fremdkraftunterstützung angewendet werden. Grundsätzlich eignet sich die Erfindung für alle Welle-Nabe-Verbindungen mit korrespondierenden Verzahnungen.
Die in 1 beispielhaft dargestellte Zahnstangenlenkung 10 umfasst eine mit Kreuzgelenken versehene Lenksäule bzw. Lenkwelle 12, die mit einem Lenkrad bzw. mit einem Lenkhandrad 14 in Wirkverbindung steht. Eine Zahnstange der Zahnstangenlenkung bildet zusammen mit zwei Spurstangen 16 und 18, deren gelenkige Verbindung mit der Zahnstange durch Faltenbälge 17 und 19 schützend abgeschlossen werden, ein Ausgangsglied, das mit nicht dargestellten zu lenkenden Rädern in Wirkverbindung steht. Die Zahnstange bildet außerdem das Abtriebsteil der Lenkung 10. Mit einer solchen Lenkung kann das Lenkdrehmoment von dem Lenkhandrad 14 zu den lenkenden Rädern übertragen werden. Gegebenenfalls kann durch einen Elektromotor oder einen hydraulischen Antrieb eine Hilfskraft auf die Eingangswelle ausgeübt werden.
Bei einer Drehung des Lenkrades 14 wird auch die Lenkwelle 12 verdreht. Diese Rotation wird über eine Welle-Nabe-Verbindung 20 zwischen einer Nabe 22 der Lenkwelle 12 und einer Lenkgetriebeeingangswelle 24 des Lenkgetriebes 26 auf eine Linearbewegung der Zahnstange übertragen, welche die Spurstangen 16 und 18 verschiebt.
Die Winkelstellung zwischen Lenkgetriebeeingangswelle 24 und Lenkwelle 12 definiert die Stellung des Lenkhandrades 14 in einer Geradeausstellung. Falls hier Abweichungen vorliegen, kann durch Justierung der axialen Lage (vgl. 2) der Welle-Nabe-Verbindung 20 zwischen Lenkgetriebeeingangswelle 24 und entsprechendem Klemmstück der Nabe 22 eine Winkeljustage ermöglicht werden. Die korrespondierenden Schrägverzahnungen der Außenverzahnung der Lenkgetriebeeingangswelle 24 und der Innenverzahnung der Nabe 22 der Lenkwelle 12 ermöglichen durch axiale Verschiebung der beiden Bauteile in Pfeilrichtung eine radiale Verdrehung der Welle-Nabe-Verbindung 20 um einen geringen Winkelbetrag, so dass eine exakte Ausrichtung des Lenkrades 14 in seiner Mittellage bei gerade stehenden Rädern ermöglicht ist.
Nach gewünschter Ausrichtung der Welle-Nabe-Verbindung 20 kann die Nabe 22 mit der Lenkgetriebeeingangswelle 24 verklemmt werden, insbesondere durch Festschrauben einer Klemmschraube 28 o. dgl., so dass die während der Fertigung bzw. der Endmontage eingestellte Winkellage im Betrieb dauerhaft fixiert bleibt.
Die Schrägstellung der Zähne der Verzahnungen der Welle-Nabe-Verbindung kann wahlweise zwischen 1 und bis zu 10 Grad oder mehr betragen. Je nach Wahl der Verzahnung als Grob- oder Feinverzahnung ist eine mehr oder weniger ausgeprägte Schrägstellung der Verzahnungen notwendig, um den gewünschten Winkelverstellbereich zu realisieren.

Claims

Welle-Nabe-Verbindung (20), umfassend eine Welle (24) mit Außenverzahnung und eine zu dieser passende Nabe (22) mit Innenverzahnung, die in axialer Richtung übereinander schiebbar und in übereinander geschobener Stellung drehfest verbindbar, insbesondere verklemmbar sind, wobei die Außenverzahnung der Welle (24) und die Innenverzahnung der Nabe (22) jeweils eine korrespondierende Schrägverzahnung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (22) auf der Welle (24) reibschlüssig verklemmbar ist, und dass die Welle eine Lenkgetriebe-Eingangswelle (24) einer Kraftfahrzeuglenkung ist, und dass die Nabe (22) Teil einer Lenkwelle (12) eines Kraftfahrzeuges ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägverzahnungen der Welle (24) und der Nabe (22) jeweils einen spitzen Winkel gegenüber einer axialen Richtung aufweisen.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der spitze Winkel der Schrägverzahnungen der Welle (24) und der Nabe (22) zwischen einem und zehn Grad beträgt.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (22) auf der Welle (24) in axialer Richtung verschiebbar und dadurch in ihrer Winkellage zu dieser verdrehbar ist.