DE102005022474A1

DE102005022474A1 - Lenkwelle

Info

Publication number: DE102005022474A1
Application number: DE102005022474A
Authority: DE
Inventors: Manfred Heintschel
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2005-05-14
Filing date: 2005-05-14
Publication date: 2006-12-14
Also published as: US20060276249A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkwelle (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zur drehmomentschlüssigen Wirkverbindung einer Lenkhandhabe (2) mit einem gelenkten Rad, mit einer ersten Welle (3) und mit einer zweiten Welle (4), wobei die Wellen (3, 4) über ein getriebebewegliches Wellengelenk (5) drehmomentschlüssig verbunden sind. DOLLAR A Um eine Lenkwelle zu schaffen, die bei einfachem, kostengünstigem Aufbau einen großen, variablen Beugewinkel bei Vermeidung von Drehungleichförmigkeiten ermöglicht, ist vorgesehen, dass das getriebebewegliche Wellengelenk (5) ein homokinetisches Doppelgelenk (6) ist, das aus einer inneren Doppelgabel (7) und einer ersten äußeren Gelenkgabel (8) und einer zweiten äußeren Gelenkgabel (9) an der ersten und zweiten Welle (3, 4) gebildet ist, wobei die äußeren Gelenkgabeln (8, 9) durch je ein Gelenkkreuz (10, 11) mit der Doppelgabel (7) verbunden sind und an ihren zu der Doppelgabel (7) weisenden Enden (12, 13) Kugelzapfen (14, 15) aufweisen, womit diese in eine Führung (16) an einer axial unverschiebbaren, aber radial verschiebbaren Zentrierscheibe (17) in der Doppelgabel (7) eingreifen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkwelle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Lenkwellen zur drehmomentschlüssigen Wirkverbindung einer Lenkhandhabe oder eines Lenkrades mit einem gelenkten Rad mit winkligem Verlauf von Wellenteilen der Lenkwellen sind bekannt. Die Wellen werden dabei mit getriebebeweglichen Gelenken, wie Kreuzgelenken, miteinander oder auch mit einem Lenkgetriebe oder Winkelgetriebe in dem so gebildeten Lenkstrang verbunden. Beispielsweise die DE 40 00 994 A oder die JP 11043050 A beschreiben eine Lenkwelle zur drehmomentschlüssigen Wirkverbindung einer Lenkhandhabe mit einem gelenkten Rad wobei zur Verbindung der Einzelkomponenten der Lenkwelle Winkelgetriebe oder Einfach- Kardangelenke angewandt werden.

Solche Einfach-Kardangelenke sind in Bezug auf ihren Beugewinkel stark limitiert und weisen im Betrieb bekanntermaßen Drehungleichförmigkeiten auf. Um eine Lenkwelle stark abzuwinkeln, ist eine mehrfache Aufteilung der Lenkwelle in Wellenteile, die mit den Kardangelenken zu verbinden sind, notwendig. Wird zur Realisierung eines großen Winkels – etwa 90° – in der Lenkwelle ein Winkelgetriebe angewandt, so ist dies mit einem entsprechenden Wirkungsgradverlust verbunden. Zudem ist der Beugewinkel einer solchen Lenkwelle starr und nicht variabel wählbar und nicht an verschiedene Fahrzeugtypen anpassbar. Die bekannten Lösungen, einen Beugewinkel in einer Lenkwelle zu realisieren, sind aufwendig oder auf einen fixen Beugewinkel beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkwelle zu schaffen, die bei einfachem, kostengünstigen Aufbau einen großen variablen Beugewinkel bei Vermeidung von Drehungleichförmigkeiten der Lenkwelle ermöglicht.

Die Aufgabe wird mit einer Lenkwelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch dass das getriebebewegliche Wellengelenk zwischen den Wellenteilen der Lenkwelle als homokinetisches Doppelgelenk ausgebildet ist, das aus einer inneren Doppelgabel und aus einer ersten und zweiten äußeren Gelenkgabel gebildet ist, die über je ein Gelenkkreuz mit der Doppelgabel verbunden sind, wobei die äußeren Gelenkgabeln an ihren, zu der Doppelgabel weisenden Enden, mit Kugelzapfen in eine Führung eingreifen, die an einer axial unverschiebbaren und radial verschiebbaren, in der Doppelgabel gelagerten Zentrierscheibe festgelegt ist, ist ein einfach bauendes getriebebewegliches Wellengelenk in der Lenkwelle angeordnet, die dadurch insgesamt mit einem variablen Beugewinkel der 70° oder mehr betragen kann, ausgestattet ist. Die Lenkwelle überträgt Drehbewegungen ohne Drehungleichförmigkeiten zwischen der ersten und zweiten Welle zu erzeugen.

Die Zentrierscheibe ist so in der Doppelgabel angeordnet, dass sie sich in ihrer eigenen Ebene, die mit der jeweiligen Symmetrieebene der ersten und zweiten Welle übereinstimmt, bewegen kann. Die Abwinklung der ersten und zweiten Welle gegenüber der Doppelgabel kann in jeder Richtung erfolgen.

Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Doppelgabel ist in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel als hülsenförmiger, insbesondere zylindrischer, vollwandiger Kupplungskäfig oder als Gehäuse ausgebildet, das um seine Längsachse bevorzugt rotationssymmetrisch ist.

Die Kugelzapfen an den Enden der äußeren Gelenkgabeln greifen in je einen Lagerring oder in eine zylindrische Lagerbuchse mit einer entsprechend der sphärische Gestalt der Kugelzapfen hohlkugeligen Bohrung in der die Kugelzapfen allseitig schwenkbeweglich gelagert sind. Die Lagerringe oder Lagerbuchsen haben eine zylindrische Außenfläche mit der die Lagerbuchsen in der Führung an der Zentrierscheibe axialverschieblich geführt sind. Während die Zentrierscheibe mit der Führung aus einem NE-Metall, wie Messing, gebildet sein kann, kann es zweckmäßig sein, die Lagerbuchsen aus einem thermoplastischen oder duroplastischen, verschleißarmen Kunststoff zu bilden, der auch faserverstärkt sein kann.

Es kann auch zweckmäßig sein, die Zentrierscheibe aus eine thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff zu bilden.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Gelenkkreuze als Zapfenringe ausgebildet, die mit Nadellagerbuchsen in der inneren Doppelgabel oder dem Kupplungskäfig oder dem Gehäuse gelagert sind und eine kardanische Verbindung der ersten und zweiten Welle mit der Doppelgabel ermöglichen. Die Zentrierscheibe und die senkrecht zu deren Mittenebene zu beiden Seiten abragende Führung für die Lagerbuchsen kann einstückig mit der Zentrierscheibe ausgeführt sein.

Die Zentrierscheibe ist in einem Lagergehäuseabschnitt der Doppelgabel oder des Kupplungskäfigs oder des Gehäuses radialverschieblich bevorzugt an zwei, einen axialen Anschlag für die Zentrierscheibe bildenden Führungsscheiben oder Führungsplatten radialverschieblich gehalten und geführt, wobei der Lagergehäuseabschnitt, zumindest aber die Führungsscheiben oder Führungsplatten aus einem anderen Werkstoff als die Zentrierscheibe gebildet sein kann.

Das homokinetische Doppelgelenk ist bevorzugt durch Faltenbälge, die von den zu der Doppelgabel weisenden Enden der ersten und zweiten Welle auf die Doppelgabel oder den Kupplungskäfig oder das Gehäuse geführt sind, abgedichtet. Der Beugewinkel des homokinetischen Doppelgelenks ermöglicht der Lenkwelle eine Abwinklung von bis zu 90°. Das homokinetische Doppelgelenk kann in einer Fahrerkabinenwand, insbesondere in der firewall eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein oder an jeder beliebigen Stelle ein- oder mehrfach in der Lenkwelle angeordnet sein.

Die Lenkwelle kann ein- oder beidseitig teleskopierbar sein, wobei das homokinetische Doppelgelenk an jeder beliebigen Stelle der Lenkwelle eingebaut sein kann, so auch an einem Ende der Lenkwelle.

Gleichwohl kann das homokinetische Doppelgelenk in einer verstellbaren Lenkwellenanordnung integriert sein, wobei die Lenkwelle mit einer Lenkwellenhalteeinrichtung relativ zu einem fahrzeugfesten Lagerbock in ihrer Position veränderbar gestaltet ist. Der weite Beugewinkelbereich und die kompakte Bauform der erfindungsgemäßen Lenkwelle ermöglicht dies. Die Einrichtung zur Festlegung der Position der Lenkwellenhalteeinrichtung und/oder der Lenkwelle ist im wesentlichen innerhalb des Lagerbocks angeordnet, da die Lenkwelle kompakt baut. In dem Lagerbock können so auch verschiedenste Bauarten von Einrichtungen zur Festlegung der Position der Lenkwellen-Halteeinrichtung, wie elektrische, pneumatische, hydraulische oder mechanische, angeordnet werden.

Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
1 zeigt einen teilweisen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Lenkwelle.
In 1 ist in einem teilweisen Längsschnitt eine Lenkwelle 1 für ein Kraftfahrzeug teilweise gezeigt. Die Lenkwelle 1 dient zur drehmomentschlüssigen Verbindung einer Lenkhandhabe 2 mit einem Lenkgetriebe und mit von diesem angetriebenen Spurstangen und Radlenkhebeln zur Lenkwinkelverstellung ein oder mehrerer gelenkter Räder des Kraftfahrzeugs. Um die Lenkwelle 1 in ihrer Einbaumöglichkeit an unterschiedlichste Fahrzeugtypen und deren Fahrerkabinen anpassbar zu gestalten, ist ein getriebebewegliches Wellengelenk 5, das als homokinetischen Doppelgelenk 6 ausgebildet ist, zwischen einer ersten Welle 3 und einer zweiten Welle 4 der Lenkwelle 1 vorgesehen. Mit dem homokinetischen Doppelgelenk 6 werden die erste und die zweite Welle 3, 4 drehmomentschlüssig und mit einem möglichen Beugewinkel von bis zu 90° verbunden. Das homokinetische Doppelgelenk 6 ist so gebildet, dass es Drehungleichförmigkeiten zwischen der ersten und zweiten Welle 3, 4 vermeidet. Das homokinetische Doppelgelenk 6 kann auch an einem Wellenschaft der Lenkwelle 1 angeordnet sein.
Das homokinetische Doppelgelenk 6 besteht im wesentlichen aus einer inneren Doppelgabel 7, die als zylindrisches Gehäuse 18 ausgebildet ist und das Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten Welle 3, 4 überträgt. Die erste und die zweite Welle 3, 4 weisen an ihren jeweils der inneren Doppelgabel 7 zugewandten Enden 12, 13 eine erste und eine zweite äußere Gelenkgabel 8, 9 auf, die jeweils über ein Gelenkkreuz 10, 11, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch Zapfenringe 21, 22 gebildet sind, mit der inneren Doppelgabel 7 drehmomentschlüssig verbunden sind. Auf die Zapfen 26, 27 der Zapfenringe 21, 22 sind Wälzlager, die als Nadellagerbuchsen 28 gebildet sind, aufgesteckt. Sie können mit Dichtringen 29 gegen das Gehäuse 18 abgedichtet sein. An den beiden Enden 12, 13 der äußeren Gelenkgabeln 8, 9 sind Kugelzapfen 14, 15 angeordnet, die mit ihrer kugelförmigen Außenfläche in jeweils eine hohlkugelige Bohrung einer Lagerbuchse 19,20 eingreifen. Die Lagerbuchsen 19, 20 weisen zylindrische Außenflächen auf, mit denen sie axial in einer Führung 16 an einer Zentrierscheibe 17 verschiebbar gelagert sind. Die Zentrierscheibe 17 ist in einem radial innen offenen Lagergehäuseabschnitt 23 zwischen Führungsflächen 30, 31 axial unverschieblich, aber radial in dem Gehäuse 18 oder der inneren Doppelgabel 7 geführt. Die Führungsflächen 30, 31 sind beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, während die Zentrierscheibe 17 aus einer Messinglegierung gebildet sein kann. Es kann auch zweckmäßig sein, die Zentrierscheibe 17 und die Führungsflächen 30, 31 oder den Lagergehäuseabschnitt 23 aus einem gehärteten Stahl zu bilden oder die Zentrierscheibe 17 und/oder die Führungsflächen 30, 31 oder den Lagergehäuseabschnitt 23 aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff zu bilden, der auch faserverstärkt sein kann.
Die Wirkungsweise des homokinetischen Doppelgelenks 6 ist folgende: Bei jedem Beugungswinkel zwischen den äußeren Gelenkgabeln 8, 9 wird die innere Doppelgabel 7, welche die Gelenkkreuze 10, 11 der äußeren Gelenkgabeln 8, 9 miteinander verbindet, zwangsläufig in einer Mittellage zu den beiden äußeren Gelenkgabeln 8, 9 geführt, dass die Kugelzapfen 14, 15 der äußeren Gelenkgabeln 8, 9 zusammen mit der Führung 16 auf der Zentrierscheibe 17 eine genaue Winkelhalbierung herbeiführen. Damit ist eine homokinetische Arbeitsweise bei jedem möglichen Beugungswinkel sichergestellt. Die Zentrierscheibe 17 verschiebt sich bei der Drehung des homokinetischen Doppelgelenks 6 in dem ringförmigen Spalt am Lagergehäuseabschnitt 23 zwischen den Führungsflächen 30, 31. Das homokinetische Doppelgelenk 6 kann durch Faltenbälge 25, die von den beiden äußeren Gelenkgabeln 8, 9 über das Gehäuse 18 geführt sind, nach außen abgedichtet werden. Das homokinetische Doppelgelenk 6 besteht aus wenigen Einzelteilen, welche einfach darstellbar sind.
BEZUGSZEICHENLISTE EM 054c

Claims

Lenkwelle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zur drehmomentschlüssigen Wirkverbindung einer Lenkhandhabe (2) mit einem gelenkten Rad, mit einer ersten Welle (3) und mit einer zweiten Welle (4), wobei die Wellen (3, 4) über ein getriebebewegliches Wellengelenk (5) drehmomentschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das getriebebewegliche Wellengelenk (5) ein homokinetisches Doppelgelenk (6) ist, das aus einer inneren Doppelgabel (7) und einer ersten äußeren Gelenkgabel (8) und einer zweiten äußeren Gelenkgabel (9) an der ersten und zweiten Welle (3, 4) gebildet ist, wobei die äußeren Gelenkgabeln (8, 9) durch je ein Gelenkkreuz (10, 11) mit der inneren Doppelgabel (7) verbunden sind und an ihren, zu der inneren Doppelgabel (7) weisenden Enden (12, 13) Kugelzapfen (14, 15) aufweisen, womit diese in eine Führung (16) an einer axial unverschiebbaren aber radial verschiebbaren Zentrierscheibe (17) in der Doppelgabel (7) eingreifen.
Lenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Doppelgabel (7) als Kupplungskäfig oder Gehäuse (18) ausgebildet ist.
Lenkwelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelzapfen (14, 15) über jeweils eine Lagerbuchse (19, 20) in der Führung (16) axialverschieblich geführt sind.
Lenkwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchsen (19, 20) und/oder die Zentrierscheibe (17) aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff gebildet sind.
Lenkwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchsen (19, 20) und/oder die Zentrierscheibe (17) aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet sind.
Lenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkreuze (10, 11) als Zapfenringe (21, 22) ausgebildet sind.
Lenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierscheibe (17) und die Führung (16) einstückig gebildet sind.
Lenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierscheibe (17) in einem Lagergehäuseabschnitt (23) in der inneren Doppelgabel (7) radialverschieblich gelagert ist, der aus einem anderen Material gebildet ist, als die Zentrierscheibe (17).
Lenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Faltenbalg (24, 25) von den zu der inneren Doppelgabel (7) weisenden Enden (12, 13) der ersten und zweiten Welle (3, 4) auf die innere Doppelgabel (7) geführt ist.
Lenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (3) relativ zu der zweiten Welle (4) über das homokinetische Doppelgelenk (6) um bis zu etwa 90° abwinkelbar ist.
Lenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das homokinetische Doppelgelenk (6) an oder in einem Durchbruch einer Fahrzeugkabinenwand angeordnet ist.
Lenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (1) einseitig und/oder beidseitig teleskopierbar ist.
Lenkwelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das homokinetische Doppelgelenk (6) an einem Ende der teleskopierbaren Lenkwelle (1) angeordnet ist.
Lenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (1) mit dem homokinetischen Doppelgelenk (6) Teil einer verstellbaren Lenkwellenanordnung ist, wobei die Lenkwelle (1) mit einer Lenkwellen-Halteeinrichtung relativ zu einem fahrzeugfesten Lagerbock in ihrer Position veränderbar ist.
Lenkwelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Lenkwelle (1) im Fahrzeug durch bauartverschiedene Einrichtungen zur Festlegung der Position der Lenkwellen-Halteeinrichtung und/oder der Lenkwelle (1) bestimmt ist.