DE102006003429A1

DE102006003429A1 - Lenkwelle für ein Lenkrad mit feststehender Lenknabe

Info

Publication number: DE102006003429A1
Application number: DE102006003429A
Authority: DE
Inventors: Karl Benkler; Michael Roske; Thomas Rosemeier; Eckhardt Luebke
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2007-07-26
Also published as: SE0700140L; SE530838C2; FR2896468A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkwelle für ein Lenkrad mit einer feststehenden Lenknabe, welche sich durch eine vom Stand der Technik grundsätzlich abweichende Geometrie auszeichnet und so die Möglichkeiten der Integration derartiger Lenkräder bei unterschiedlichen Raumverhältnissen verbessert. Dabei soll die Drehrichtung der Lenkgetriebewelle mit der Drehrichtung des Lenkkranzes identisch sein und sowohl eine Übersetzung des Lenknabengetriebes ins Schnelle oder Langsame als auch eine Gleichheit der Drehgeschwindigkeiten zwischen Lenkkranz und Lenkwellenabtrieb konstruktiv möglich sein. Hierfür wird von der klassischen Vorgabe, dass die Lenkwelle und das Lenkrad zumindest annähernd koaxial auszuführen seien, abgewichen. Es wird daher eine Lenkwelle für ein Lenkrad vorgeschlagen, mit einer feststehenden Lenknabe (3), welche an einer mit einem Kabelkanal (4) versehenen Nabenachse (26) zumindest weitgehend drehfest gelagert ist, und mit einem im Wesentlichen konzentrisch zur Längsachse der Nabenachse (26) angeordneten, drehbeweglichen Lenkkranz (1), welcher drehfest mit einer die Nabenachse (26) aufnehmenden und als Hohlwelle ausgebildeten Lenkkranzwelle (17) verbunden ist, welche an ihrem vom Lenkkranz (1) abgewandten Ende eine Außenverzahnung (10) aufweist. Diese Lenkwelle ist zudem dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (10) der Lenkkranzwelle (17) mit einem ebenfalls außenverzahnten und auf einer Zwischenwelle (21) befestigten Zwischenwellenzahnrad (14) in ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkwelle für ein Lenkrad mit einer feststehenden Lenknabe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bisher übliche Lenkräder für Kraftfahrzeuge bestehen zumeist lediglich aus einem Lenkkranz, welcher mittels Speichen mit einer Lenknabe verbunden ist, die ihrerseits drehfest mit einer Lenkwelle verbunden ist. Als zusätzliche Funktionselemente dieser Lenkräder sind oft lediglich Taster für die Betätigung der Hupe vorgesehen, wobei die elektrische Verbindung des Huptasters mit feststehenden Fahrzeugkomponenten zumeist durch einfache Schleifringe erreicht wird. Seit einigen Jahren sind Lenkräder zudem serienmäßig mit Airbags ausgestattet, wobei die Signalübertragung wiederum über Schleifringe, über Wickelfedern oder auch über optoelektrische oder induktionsbasierte Verfahren durchgeführt wird.

In letzter Zeit werden zusätzlich vermehrt weitere Bedienelemente, etwa zur Bedienung eines Autoradios eines Autotelefons oder einer Multimediaeinheit, am Lenkrad angeordnet. Hierdurch steigen sowohl die Menge der zu übertragenden Signale als auch die Ansprüche an die Übertragungssicherheit und Übertragungsqualität. Obwohl diese Ansprüche mit den vorstehend beschriebenen Mitteln meistens zufriedenstellend erfüllt werden können, ist dieses mit einem nicht unerheblichen Aufwand verbunden.

Lenkräder mit mitdrehenden Lenknaben weisen jedoch prinzipbedingte Nachteile auf. Einerseits ist ein Einsatz asymmetrischer Airbags nicht möglich, da der momentane Drehwinkel des Lenkrades zum Zeitpunkt der Auslösung des Airbags nicht berücksichtigt werden kann und sich die prinzipbedingten Vorteile asymmetrischer Airbags daher leicht in ihr Gegenteil verkehren könnten. Andererseits ist die Integration von Anzeigen in die Lenknabe auf einfache Signallichter und beleuchtete Symbole beschränkt, da komplexere Informationen bei einer um mehr als z.B. 45° gegenüber der Neutralstellung verdrehtem Lenkkradnabe vom Fahrer nicht mehr zuverlässig erfasst werden können bzw. diesen in unzulässiger Weise vom Verkehrsgeschehen ablenken würden.

Es wurden daher Lenkräder entwickelt, welche über eine gegenüber dem Fahrzeug feststehende Lenknabe verfügen. Diese bieten grundsätzlich die Möglichkeit, sowohl asymmetrische Airbags zur Erhöhung der Insassensicherheit zu verwenden, als auch nahezu beliebige Informationsdarstellungen, beispielsweise über frei programmierbare Displays in die Lenknabe zu integrieren. Durch eine geeignete Konstruktion kann dabei zudem eine direkte Kabelverbindung zwischen feststehenden Fahrzeugteilen und der feststehenden Lenknabe hergestellt werden, ohne auf Wickelfedern oder ähnliche Lösungen zurück zu greifen.

Aus der französischen Patentschrift FR 2 815 318 B1 und den korrespondierenden Druckschriften EP 1 199 243 A1 und JP 2002 178 932 A ist bereits eine feststehende Lenknabe bekannt. Der Lenkkranz dieses Lenkrades ist mittels Speichen mit einem konzentrisch um den Mittelpunkt der feststehenden Lenknabe angeordneten Ring mit Innenverzahnung verbunden, welcher mit einem darin liegenden Zahnrad kämmt, welches die Drehbewegung des Lenkkranzes auf eine Lenkgetriebewelle überträgt.

Prinzipbedingt findet hierbei eine Übersetzung der Drehbewegung des Lenkkranzes ins Schnelle statt, wodurch der Einsatz ansonsten identischer Lenkwellen und/oder Lenkgetriebe bei Fahrzeugen mit und ohne feststehende Lenknabe bei gleichem Lenkverhalten nicht möglich ist. Außerdem ist der für eine Kabeldurchführung zur feststehenden Lenknabe zur Verfügung stehende Platz recht begrenzt, wodurch sich Schwierigkeiten bei der Montage von Kabeln mit vorkonfektionierten Steckern ergeben können.

Ebenfalls prinzipbedingt kommt es bei dieser technischen Lösung zu einem Versatz zwischen dem Mittelpunkt des Lenkkranzes und der Lenkgetriebewelle, wobei dieser Versatz weitgehend durch äußere Gegebenheiten wie dem möglichen Durchmesser des Ringes mit Innenverzahnung und dem angestrebten Übersetzungsverhältnis ins Schnelle abhängt sowie generell nur wenige Zentimetern betragen kann. Eine vorteilhafte Nutzung dieses Effektes, um etwa die Lenkgetriebewelle gezielt aus dem Bereich zwischen den Beinen des Fahrers zu verlegen, ist damit nicht möglich.

Aus der französischen Patentschrift FR 2 827 561 B1 ist zudem ein Lenkrad bekannt, bei welchem die Drehbewegung eines Lenkkranzes über eine Hohlwelle an ein Zahnrad übertragen wird. In der Hohlwelle ist eine feststehende, die Lenknabe tragende Achse gelagert, die ihrerseits eine Bohrung besitzt, durch welche z.B. Kabel zur feststehenden Lenknabe geleitet werden können. Das Zahnrad der Hohlwelle kämmt mit dem Ritzel einer Vorgelegewelle, deren zweites Ritzel mit einem Zahnrad der eigentlichen Lenkwelle kämmt. Die Lenkwelle ist dabei koaxial zur Hohlwelle angeordnet. Mit einer derartigen Konstruktion ist es möglich, eine nach Drehrichtung und Drehwinkel zur Drehung des Lenkrades identische Drehbewegung von Lenkkranz und Lenkwelle zu erzielen und daher z.B. identische Lenkgetriebe bei Fahrzeugausstattungen mit und ohne feststehender Lenkwelle zu verwenden. Allerdings ist der für eine Kabeldurchführung zur feststehenden Lenknabe zur Verfügung stehende Raum sehr begrenzt und der durch die seitliche Kabeldurchführung im Bereich der Vorgelegewelle beanspruchte Raum bedingt eine Mindestlänge der Vorgelegewelle, wodurch sich ein nicht für alle Anwendungen praktikabler Raumbedarf für die Vorgelegewelle ergibt.

Die kanadischen Patentschrift CA 1 318 833 offenbart eine ähnliche technische Lösung, welche sich jedoch durch einen erheblich vergrößerten freien Raum zur Durchführung von Kabeln zur feststehenden Lenknabe auszeichnet.

Auch die deutsche Offenlegungsschrift DE 37 37 165 A1 und die dazu korrespondierende europäische Patentanmeldung EP 0 314 887 A1 offenbaren eine ähnliche Konstruktion sowie weitere Varianten, welche einerseits auf einer Spirale zum Festhalten der Lenknabe im Lenkrad, anderseits auf Kegelradpaaren am Umfang der Lenknabe oder auf einem schräg stehenden, auf der Lenknabe drehenden Taumelrad beruhen.

Den genannten Konstruktionen ist gemeinsam, dass diese zumindest bei einer angestrebten Mindestgröße des Kabelkanals zur feststehenden Lenknabe ein erhebliches Bauvolumen im unmittelbaren Anschluss an das Lenkrad aufweisen, welches eine Integration einer derartigen Lenksäule in vielen Fällen erschwert und in einigen Fällen unmöglich macht.

Zudem verfälscht zumindest die Lösung der erstgenannten Druckschrift den Lenkwinkel gegenüber der Drehung des Lenkkranzes.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lenkwelle für ein Lenkrad mit feststehender Lenknabe vorzustellen, welche sich durch eine vom Stand der Technik grundsätzlich abweichende Geometrie auszeichnet, um so die Möglichkeiten der Integration derartiger Lenkräder bei unterschiedlichen Raumverhältnissen zu verbessern. Dabei soll die Drehrichtung der Lenkgetriebewelle mit der Drehrichtung des Lenkkranzes identisch sein, und sowohl eine Übersetzung des Lenknabengetriebes ins schnelle oder langsame als auch eine Gleichheit der Drehgeschwindigkeiten zwischen Lenkkranz und Lenkwellenabtrieb konstruktiv möglich sein.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich neue Gestaltungsspielräume in Bezug auf den benötigten Bauraum sowie besonders gute Möglichkeiten zur Integration großflächiger Kabeldurchführungen zur feststehenden Lenknabe ergeben, wenn von der klassischen Vorgabe, dass die Lenkwelle und das Lenkrad zumindest annähernd koaxial auszuführen seien, abgewichen wird.

Demnach geht die Erfindung aus von einer Lenkwelle für ein Lenkrad mit einer feststehenden Lenknabe, welche an einer mit einem Kabelkanal versehenen Nabenachse zumindest weitgehend drehfest gelagert ist, und mit einem im Wesentlichen konzentrisch zur Längssachse der Nabenachse angeordneten, drehbeweglichen Lenkkranz, welcher drehfest mit einer die Nabenachse aufnehmenden und als Hohlwelle ausgebildete Lenkkranzwelle verbunden ist, welche an ihrer vom Lenkkranz abgewandten Ende eine Außenverzahnung aufweist.

Derartige Lenkwellen sind aus den Schriften DE 37 37 165 A1 , CA 1 318 833 und FR 2 827 561 B1 grundsätzlich bekannt, werden dort jedoch stets mit Vorgelegewellen kombiniert, die einen Anschluss an eine zur Lenknabe konzentrischen Lenkgetriebewelle ermöglichen.

Die feststehende Lenknabe ist dabei für die meisten Anwendungsfälle drehfest auf der Nabenachse befestigt. Für die Weiterbildungen gemäß den Ansprüchen 7 und 8 ist jedoch eine geringe Drehbarkeit von einigen Grad bzw. von bis zu maximal ca. 200° vorteilhaft. Der Ausdruck „zumindest weitgehend drehfest" ist daher so zu verstehen, dass bei einer im normalen Fahrbetrieb zwecks Lenkung des Fahrzeugs durchgeführten Drehbewegung des Lenkkranzes kein Mitdrehen der feststehenden Lenknabe erfolgt, und der maximal mögliche Verdrehwinkel der feststehenden Lenknabe gegenüber der Nabenachse im Vergleich zum möglichen Drehwinkel des Lenkkranzes klein und auf maximal ca. 200° begrenzt ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, an Stelle ei ner begrenzten Verdrehbarkeit zwischen der feststehenden Lenknabe und der Nabenachse eine Verdrehbarkeit beispielsweise zwischen der Nabenachse und deren Festlegung am Fahrzeug oder Gehäuse des Nabengetriebes vorzusehen. Derartige äquivalente Lösungen fallen daher in den Bereich der Merkmale des Oberbegriffs der Erfindung.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass die Außenverzahnung der Lenkkranzwelle mit einem ebenfalls außenverzahnten und auf einer Zwischenwelle befestigten Zwischenwellenzahnrad in Eingriff ist, und dass dieses Zwischenwellenzahnrad oder ein zweites auf der Zwischenwelle befestigte Zwischenwellenzahnrad mit einem auf einer Lenkgetriebewelle befestigten Lenkgetriebewellenzahnrad in Eingriff ist, wobei die Lenkgetriebewelle und die Lenkkranzwelle nicht zueinander konzentrisch angeordnet sind.

Ein drehfest auf der Lenkkranzwelle befestigtes Zahnrad ist dabei einer Außenverzahnung der Lenkkranzwelle selbstverständlich äquivalent und ausdrücklich mit in den Schutzumfang eingeschlossen.

Durch den geschilderten konstruktiven Aufbau ist ein seitlicher Versatz zwischen der Lenkkranzwelle und der Lenkgetriebewelle realisiert, der je nach Größe der beteiligten Zahnräder und der Anordnung der Lenkkranzwelle, der Zwischenwelle und der Lenkgetriebewelle in einem weiten Rahmen frei gewählt werden kann. Es wird damit beispielsweise möglich, die Lenkgetriebewelle in Richtung zur Fahrzeuglängsachse zu verlagern und so aus dem Bereich zwischen den Beinen des Fahrers zu entfernen. Dies kann im Falle eines Unfalls einen erheblichen Sicherheitsgewinn bedeuten.

Weiter ist es möglich, das Fahrzeug so auszulegen, dass zumindest das lenkgetriebeseitige Ende der Lenkgetriebewelle in der Fahrzeuglängsachse angeordnet ist, welches einen wesentlichen Beitrag zur Kostensenkung für Fahrzeugvarianten mit Linkslenker- und Rechtslenkeranordnungen bedeuten kann. Je nach axialem Versatz im Lenknabengetriebe kann es hier erforderlich sein, die Lenkgetriebewelle in einem Winkel zur Fahrzeuglängsachse anzuordnen, wodurch deren lenkradseitiges Ende einige Zentimeter von der Längsachse des Fahrzeugs versetzt angeordnet ist, welches jedoch in vielen Fällen problemlos möglich ist.

Wenn die Zwischenwelle nur ein Zwischenwellenzahnrad trägt, welches sowohl mit der Außenverzahnung der Lenkkranzwelle als auch mit dem Lenkgetriebewellenzahnrad in Eingriff ist, wird dadurch ein besonders flach bauendes Lenknabengetriebe möglich, welches sich daher besonders gut für einen lenkradnahen Einbau eignet. Für ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 zwischen dem Lenkkranz und der Lenkgetriebewelle ist hier eine Identische Zähnezahl der Außenverzahnung der Lenkkranzwelle und dem Lenkgetriebewellenzahnrad notwendig.

Sofern die Zwischenwelle dagegen zumindest zwei zueinander drehfest angeordnete Zwischenwellenzahnräder trägt, von denen ein erstes Zwischenwellenzahnrad mit der Außenverzahnung der Lenkkranzwelle und ein zweites Zwischenwellenzahnrad mit dem Lenkgetriebewellenzahnrad in Eingriff ist, ermöglicht dies eine weitgehend freie Auslegung der Außenverzahnung der Lenkkranzwelle und des Lenkgetriebewellenzahnrades, wodurch sich beispielsweise Möglichkeiten der Optimierung in Bezug auf den benötigten Bauraum und den gewünschten Achsversatz zwischen Lenkkranzwelle und Lenkgetriebewelle ergeben. Zudem kann mit Hilfe des Verhältnisses den Zähnezahlen der beiden Zwischenwellenzahnräder bei gegebenen Zähnezahlen der Außenverzahnung der Lenkkranzwelle und des Lenkgetriebewellenzahnrades deren Übersetzungsverhältnis in weiten Grenzen frei bestimmt werden.

Wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Drehwinkel der Lenkkranzwelle und der Lenkgetriebewelle größer als Eins ist, also eine Übersetzung ins Schnelle stattfindet, kann gegebenenfalls die Lenkgetriebewelle auf grund der geringeren anliegenden Drehmomente schwächer dimensioniert werden.

Sofern dagegen das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Drehwinkel der Lenkkranzwelle und der Lenkgetriebewelle kleiner als Eins ist, also eine Übersetzung ins Langsame stattfindet, kann dies in Verbindung mit bestimmten Lenkgetrieben ebenfalls vorteilhaft sein, indem beispielsweise die Länge einer durch die Lenkgetriebewelle zu betätigenden Zahnstage bei gleichem Ritzeldurchmesser verringert werden kann.

Zumeist wird es allerdings besonders vorteilhaft sein, wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Drehwinkel der Lenkkranzwelle und der Lenkgetriebewelle zumindest annähernd gleich Eins ist, da dann bei Fahrzeugvarianten mit und ohne feststehende Lenknabe jeweils baugleiche Lenkgetriebe verwendet werden können und sich bei jeweils gleicher Auslenkung des Lenkrades ein gleicher Kurvenradius des Fahrzeugs ergibt.

Bezüglich der Anordnung des Lenknabengetriebes im Fahrzeug ist es in vielen Fällen vorteilhaft, wenn die Lenkkranzwelle eine Länge von mehr als dem halben Durchmesser des Lenkkranzes aufweist, da das Lenknabengetriebe auf diese Weise relativ weit vom Lenkkranz entfernt angeordnet ist und beispielsweise unterhalb des Armaturenbretts sowie damit für die Fahrzeuginsassen vollständig unsichtbar angeordnet werden kann.

Allerdings eignet sich das Lenknabengetriebe aufgrund seiner möglichen flachen Bauform auch besonders gut für eine lenkradnahe Anordndung. In diesem Fall ist es sinnvoll, wenn die Lenkkranzwelle eine Länge von einem halben Durchmesser oder weniger als dem halben Durchmesser des Lenkkranzes aufweist.

Schließlich kann bei einem erfindungsgemäßen Lenknabengetriebe eine Hilfskraftquelle vorgesehen ist, welche nach Art einer üblichen Servolenkungsunterstützung ein Drehmoment in die Zwischenwelle einleiten kann, welches eine am Lenkkranz eingeleitete Lenkkraft unterstützt. Gegenüber herkömmlichen Anordnungen derartiger Hilfskraftquellen mit einem eigenen Getriebe kann hierbei durch eine geeignete Auslegung der Zahnverhältnisse der beteiligten Zahnräder auf ein separates Getriebe verzichtet und auf diese Weise Bauraum, Gewicht und Bauteilkosten eingespart werden.

Dabei ist es aufgrund der bevorzugten Einbauposition der Hilfskraftquelle zwischen Fahrgast- und Motorraum zumeist vorteilhaft, wenn die Hilfskraftquelle ein Elektromotor ist, der zudem oft Vorteile in Bezug auf Ansprechverhalten und notwendigen Aufwand für dessen Ansteuerung bietet.

Andererseits kann es in bestimmten Fällen, etwa bei besonders schweren Fahrzeugen oder bei Fahrzeugen, bei denen hydraulische Versorgungsleitungen ohnehin in örtlicher Nähe zum Lenknabengetriebe verlaufen, auch angebracht sein, einen hydraulisch angetriebenen Motor als Hilfskraftquelle vorzusehen.

Wenn das Lenknabengetriebe um die Lenkgetriebewelle schwenkbar angeordnet ist, wird hierdurch eine Einstellung des Mittelpunktes des Lenkrades beziehungsweise des Lenkkranzes entlang eines Kreisbahnabschnittes um die Lenkgetriebewelle möglich. Insbesondere ausgehend von einer horizontalen Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der Lenkgetriebewelle und des Lenkkranzes ist so auf einfache Weise eine Höhenverstellung des Lenkrades realisierbar.

Wenn zudem die Lenkgetriebewelle zumindest annähernd auf der Fahrzeuglängsachse angeordnet ist und das Lenknabengetriebe in der Art um wenigstens ca. 45° um die Lenkgetriebewelle schwenkbar angeordnet ist, dass eine Umschaltung zwischen einem Linkslenkerbetrieb und einem Rechtslenkerbetrieb des Fahrzeugs möglich ist, kann diese ansonsten nur mit erheblichem Aufwand implementierbare Funktion ohne beziehungsweise mit nur minimalem Aufwand realisiert werden.

Es ist dabei selbstverständlich, dass der Begriff der feststehenden Lenknabe sich als Gegenbegriff zu den üblichen, mit dem Lenkkranz gemeinsam rotierenden Lenknaben versteht, und somit eine geringe Winkelverstellung im Zuge einer Höheneinstellung des Lenkrades oder auch eine Winkelverstellung bis zu maximal ca. 200° im Zuge einer Linkslenker-Rechtslenker-Umstellung mit umfasst.

Eine geringe Winkelverstellung der feststehenden Lenknabe braucht nicht unbedingt ausgeglichen zu werden, kann aber bei Bedarf durch eine entsprechenden Winkeleinstellbarkeit zwischen der Nabenachse und der feststehenden Lenknabe mit herkömmlichen Mitteln leicht ermöglicht werden.

Insbesondere treten hierbei nicht die für eine Einführung eines Lenkrades mit feststehender Lenknabe ausschlaggebenden Probleme, nämlich die von der momentanen Lenkstellung abhängige Ausrichtung eines Airbags und von Bedien- und Anzeigeelementen auf.

Auch eine vorstehend beschriebene Verstellung zwischen Linkslenkerbetrieb und Rechtslenkerbetrieb kann durch eine entsprechende Versteilmöglichkeit zwischen der feststehenden Lenknabe und der Nabenachse leicht in der Art bewerkstelligt werden, dass stets dieselbe Stelle der feststehenden Lenknabe den höchstgelegenen Punkt bildet.

Bei einer Verstellung um zumindest annähernd 180° wäre es jedoch auch möglich, dass Display-Elemente elektronisch um 180° umschaltbar gestaltet werden und ein gegebenenfalls vorhandener, asymmetrischer Airbag so ausgestaltet ist, dass er im Wesentlichen lediglich in Bezug auf seine seitliche Ausdehnung asymmetrisch ist und sich beispielsweise weiter zur Fahrzeugmitte als zur Fahrertür hin ausdehnt. In diesem Fall bräuchte bei einer Umschaltung zwischen Links- und Rechtslenkerbetrieb lediglich eine elektronische Anpassung der Anzeigelemente vorgenommen zu werden, und auf eine Verdrehbarkeit zwischen feststehender Lenknabe und Nabenachse könnte verzichtet werden.

Die Erfindung lässt sich anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutern. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. Diese zeigt in
1 eine Lenkwelle mit einem Lenknabengetriebe gemäß dem Stand der Technik,
2 eine erfindungsgemäße Lenkwelle mit einem Lenknabengetriebe gemäß einer ersten Ausführungsvariante,
3 eine Version dieser Ausführungsvariante mit integrierter Hilfskraftunterstützung der Lenkung,
4 eine Version der Lenkwelle gemäß 2, jedoch mit verringerter Länge der Lenkkranzwelle,
5 eine Version der Lenkwelle gemäß 3, jedoch mit verringerter Länge der Lenkkranzwelle, und
6 eine mögliche Anordnung der funktionstragenden Zahnräder zueinander.
Wie eingangs bereits erwähnt wurde, zeigt 1 eine Lenkwelle mit einem Lenknabengetriebe gemäß dem Stand der Technik, wie sie ähnlich in der französischen Patentschrift FR 2 815 318 B1 offenbart ist.
Eine feststehende Lenknabe 3 ist drehfest auf einer Nabenachse 26 festgelegt, welche einen Kabelkanal 4 für die Aufnahme eines zur feststehenden Lenknabe 3 führenden Kabels 15 aufweist. Ein konzentrisch zu der fest stehenden Lenknabe 3 angeordneter Lenkkranz 1 ist mittels einer Lenkkranzwelle 17 sowie einem Lenkkranzwellenlagers 18 drehbar gelagert, und über zumindest eine Lenkkranzspeiche 20 mit einem Lenkkranzring mit Innenverzahnung 8 drehfest verbunden, welche mit einem Lenkgetriebewellenzahnrad 11 in Eingriff steht.
Die mit diesem Zahnrad drehfest verbundene Lenkgetriebewelle 5 steht über ein außerhalb des Lenknabengetriebes 2 angeordnetes Schneckengetriebe 7 mit einer Hilfskraftquelle 6 in Verbindung, welche eine Hilfskraftunterstützte Lenkung ermöglicht.
Wie bereits eingangs erläutert findet bei dieser Art des Lenknabengetriebes 2 einerseits zwangsläufig eine Übersetzung der Drehbewegung des Lenkkranzes 1 in eine Drehbewegung der Lenkgetriebewelle 5 ins Schnelle statt, welches den Einsatz identischer Lenkgetriebe bei Fahrzeugvarianten mit und ohne feststehende Lenknabe 3 zumindest problematisch erscheinen lässt, da das Lenkverhalten des Fahrzeugs grundlegend verändert wird.
Zudem kommt es zu einem axialen Versatz zwischen dem Mittelpunkt des Lenkkranzes 1 und der Lenkgetriebewelle 5 von typisch einigen Zentimetern. Da der Betrag der Verschiebung jedoch durch weitgehend festgelegte Parameter, insbesondere dem Innendurchmesser des Lenkkranzringes mit Innenverzahnung 8 und dem Durchmesser des Lenkgetriebewellenzahnrades 11 bestimmt wird, deren Verhältnis zudem durch das angestrebte oder noch vertretbare Übersetzungsverhältnis des Lenknabengetriebes 2 und den minimal benötigten Querschnitt des Kabelkanals 4 bestimmt wird, kann dieser Effekt nicht sinnvoll genutzt werden, um die Position der Lenkgetriebewelle gezielt zu verlagern.
Demgegenüber zeigt 2 eine erfindungsgemäße Lenkwelle mit einem Lenknabengetriebe 2 gemäß einer ersten Ausführungsvariante, wobei hier und im Folgenden für Teile gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
Die feststehende Lenknabe 3 ist wiederum drehfest mit einer Nabenachse 26 verbunden, welche einen – im Vergleich zur vorstehend erläuterten Lösung – erheblich größer dimensionierbaren Kabelkanal 4 zur Durchführung eines zur feststehenden Lenknabe 3 führenden Kabels 15 aufweist. Ein Lenkkranz 1 ist wiederum mittels zumindest einer Lenkkranzspeiche 20 drehfest mit einer Lenkkranzwelle 17 verbunden, welche in diesem Fall jedoch über ein oberes und ein unteres Lenkkranzwellenlager 18a, 18b auf der Nabenachse 26 gelagert ist.
An Stelle eines innenverzahnten Lenkkranzringes weist die Lenkkranzwelle 17 jedoch eine Außenverzahnung 10 auf, welche mit einem ebenfalls außenverzahnten Zwischenwellenzahnrad 14 kämmt. Dieses Zwischenwellenzahnrad 14 ist auf einer Zwischenwelle 21 festgelegt, welche mit Hilfe der Zwischenwellenlager 22a und 22b im Gehäuse des Lenknabengetriebes 2 gelagert ist. Das Zwischenweltenzahnrad 14 kämmt gleichzeitig mit dem Lenkgetriebewellenzahnrad 11, welches drehfest auf einer Lenkgetriebewelle 5 festgelegt und mittels der Lenkgetriebewellenlager 19a und 19b gelagert ist.
Im Gegensatz zur vorstehend beschriebenen Lösung ist der axiale Versatz zwischen dem Mittelpunkt des Lenkkranzes 1 und der Lenkgetriebewelle 5 hier ebenso wie das Übersetzungsverhältnis des Lenknabengetriebes 2 in weiten Grenzen frei bestimmbar und eröffnet damit vielfältige Möglichkeiten der Anpassung an eine vorgegebene Umgebung.
Diese Möglichkeiten können nochmals erheblich erweitert werden, wenn an Stelle des Zwischenwellenzahnrades 14 zwei Zwischenwellenzahnräder unterschiedlichen Durchmessers auf der Zwischenwelle 21 gegeneinander drehfest angeordnet sind, von denen ein erstes Zwischenwellenzahnrad 14 mit der Außenverzahnung 10 der Lenkkranzwelle 17 kämmt, während das zweite Zwischenwellenzahnrad 14 mit dem Lenkgetriebewellenzahnrad 11 im Zahneingriff ist.
3 zeigt eine Version dieser Ausführungsvariante gemäß 2 mit integrierter Hilfskraftunterstützung der Lenkung. Abweichend von der vorstehend beschriebenen Ausprägung der Erfindung ist die Zwischenwelle 21 hier lediglich in einem im Gehäuse des Lenknabengetriebes 2 angeordneten Zwischenwellenlager 22 gelagert. Am anderen Ende der Zwischenwelle 21 ist eine Hilfskraftquelle 6 drehfest mit der Zwischenwelle 21 verbunden, wobei die Hilfskraftquelle 6 am Gehäuse des Lenknabengetriebes 2 festgelegt ist. Diese Hilfskraftquelle 6 kann bevorzugt ein Elektromotor mit üblicher Ansteuerung für eine hilfskraftunterstützte Lenkung sein. Derartige Motoren und Ansteuerungen samt der benötigten Sensorik und möglicher Sensororte sind nach dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und bedürfen daher hier keiner weiteren Erläuterung.
Entscheidend ist hier lediglich, dass durch eine geeignete Auslegung des erfindungsgemäßen Lenknabengetriebes 2 für einen gewünschten oder gegebenen Hilfskraftantrieb 6 eine unmittelbare Ankopplung im Bereich des Lenknabengetriebes 2 möglich ist und dementsprechend ein eigenes Hilfskraftmotoren-Getriebe sowie die damit verbundenen Kosten und Nachteile in Bezug auf Gewicht und Bauraum vermieden werden können.
Den in den 2 und 3 gezeigten Varianten haben gemeinsam, dass die Längen der Nabenachse 26 und der Lenkkranzwelle 17 mehr als die Hälfte des Durchmessers des Lenkkranzes 1 betragen. Dies ist vorteilhaft, um das Lenkgetriebe 2 hinter eine Verkleidung, beispielsweise das Armaturenbrett des Fahrzeugs zu verlegen und auf diese Weise den Blicken der Fahrzeuginsassen zu entziehen.
Alternativ hierzu können die Lenkkranzwelle 17 und bei Bedarf die Nabenachse 26 jedoch auch bei ansonsten weitgehend identischer Ausführung erheblich kürzer ausgeführt werden, wie dies in den 4 und 5 dargestellt ist. Dies ermöglicht eine sehr lenkradnahe Anordnung des Lenknabengetriebes 2, wodurch das Gehäuse des Lenknabengetriebes 2 zumeist für die Fahrzeuginsassen sichtbar ist und beispielsweise selbst weitere Anzeige- und Betätigungselemente tragen kann. Zudem ist auf diese Weise eine Einstellung der Position des Lenkrades auf einer Kreisbahn um die Lenkgetriebewelle 5 mit einfachen Mitteln möglich.
Da sich ausgehend von einer horizontalen Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der Lenkgetriebewelle 5 und des Lenkkranzes 1 gemäß den Winkelfunktionen zunächst nur eine sehr geringe seitliche Verschiebung des Lenkrades ergibt, kann so auf besonders einfache Weise eine Höheneinstellung des Lenkrades vorgenommen werden.
Sofern die Lenkgetriebewelle 5 zumindest annähernd auf der Längsachse des Fahrzeugs angeordnet ist, kann so zudem eine extrem kostengünstige Möglichkeit geschaffen werden, Fahrzeuge mit Linkslenker und mit Rechtslenker mit weitestgehend gleichen Bauteilen zu fertigen. Sofern dies gewünscht ist, besteht sogar die Möglichkeit, durch einfaches Verschwenken des gesamten Lenkgetriebes 2 um die Lenkgetriebewelle 5 um annähernd 180° ein und dasselbe Fahrzeug innerhalb kürzester Zeit und gegebenenfalls ohne Werkzeug zwischen Linkslenkerbetrieb und Rechtslenkerbetrieb umzurüsten. Gegebenenfalls wäre hierzu lediglich eine Verstellbarkeit der feststehenden Lenknabe 3 um annähernd 180° zu ermöglichen, welches in Bezug auf die Kabelzuführung unkritisch und preiswert möglich ist.
6 zeigt eine ausführbare Anordnung der funktionstragenden Zahnräder 10, 11 und 14 zueinander. Die Außenverzahnung der Lenkkranzwelle 10 kämmt mit einem außenverzahnten Zwischenwellenzahnrad 14, welches gleichzeitig mit dem Lenkgetriebewellenzahnrad 11 in Eingriff ist. Aufgrund einer walzenähnlichen Ausgestaltung des Zwischenwellenzahnrades 14 ist es möglich, dass sich die Außenverzahnung der Lenkkranzwelle 10 und das Lenkgetriebewellenzahnrad 11 in der gezeigten Aufsicht überdecken.
Unter Beibehaltung der gezeigten Durchmesser der Zahnräder 10, 11 und 14 kann somit je nach Ausgestaltung des Gehäuses des Lenknabengetriebes 2 ein axialer Versatz zwischen dem Mittelpunkt der Außenverzahnung der Lenkkranzwelle 10 und dem Mittelpunkt des Lenkgetriebewellenzahnrades 11 von nahezu Null (jedoch erfindungsgemäß nicht von exakt Null) und der Summe der Radien der Außenverzahnung der Lenkkranzwelle 10, des Lenkgetriebewellenzahnrades 11 und dem Durchmesser des Zwischenwellenzahnrades 14 erreicht werden, ohne das grundsätzliche, erfindungsgemäße Design zu verändern. Nicht ausgeschlossen wird jedoch ein Versatz von exakt Null.

1: Lenkkranz
2: Lenknabengetriebe
3: Feststehende Lenknabe
4: Kabelkanal
5: Lenkgetriebewelle
6: Hilfskraftquelle
7: Schneckengetriebe
8: Lenkkranzring mit Innenverzahnung
9: Nicht verwendet
10: Außenverzahnung der Lenkkranzwelle
11: Lenkgetriebewellenzahnrad
12: Nicht verwendet
13: Nicht verwendet
14: Außenverzahntes Zwischenwellenzahnrad
15: Zur feststehenden Lenknabe führendes Kabel
16: Nicht verwendet
17: Lenkkranzwelle
18: Lenkkranzwellenlager (18a oberes Lager; 18b unteres Lager)
19: Lenkgetriebewellenlager (19a oberes Lager; 19b unteres Lager)
20: Lenkkranzspeiche
21: Zwischenwelle
22: Zwischenwellenlager (22a oberes Lager; 22b unteres Lager)
23: Nicht verwendet
24: Nicht verwendet
25: Nicht verwendet
26: Nabenachse

Claims

Lenkwelle für ein Lenkrad mit einer feststehenden Lenknabe (3), welche an einer mit einem Kabelkanal (4) versehenen Nabenachse (26) zumindest weitgehend drehfest gelagert ist, und mit einem im Wesentlichen konzentrisch zur Längssachse der Nabenachse (26) angeordneten, drehbeweglichen Lenkkranz (1), welcher drehfest mit einer die Nabenachse (26) aufnehmenden und als Hohlwelle ausgebildete Lenkkranzwelle (17) verbunden ist, welche an ihrem vom Lenkkranz (1) abgewandten Ende eine Außenverzahnung (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (10) der Lenkkranzwelle (17) mit einem ebenfalls außenverzahnten Zwischenwellenzahnrad (14) auf einer Zwischenwelle (21) in Eingriff ist, und dass dieses Zwischenwellenzahnrad (14) oder ein zweites Zwischenwellenzahnrad auf der Zwischenwelle (21) mit einem auf einer Lenkgetriebewelle (5) befestigten Lenkgetriebewellenzahnrad (11) in Eingriff ist, wobei die Lenkgetriebewelle (5) und die Lenkkranzwelle (17) zueinander nicht konzentrisch angeordnet sind.
Lenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Drehwinkel der Lenkkranzwelle (17) und der Lenkgetriebewelle (5) größer oder kleiner als Eins ist.
Lenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Drehwinkel der Lenkkranzwelle (17) und der Lenkgetriebewelle (5) zumindest annähernd gleich Eins ist.
Lenkwelle nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkkranzwelle (17) eine Länge von mehr als dem halben Durchmesser, von einem halben Durchmesser oder von weniger als dem halben Durchmesser des Lenkkranzes (1) aufweist.
Lenkwelle nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hilfskraftquelle (6) vorgesehen ist, welche ein Drehmoment in die Zwischenwelle (21) einleiten kann, welches eine am Lenkkranz (1) eingeleitete Lenkkraft unterstützt.
Lenkwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskraftquelle (6) ein Elektromotor oder ein hydraulisch angetriebener Motor ist.
Lenkwelle nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenknabengetriebe (2) um die Lenkgetriebewelle (5) schwenkbar angeordnet ist.
Lenkwelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkgetriebewelle (5) zumindest annähernd auf einer Fahrzeuglängsachse angeordnet ist, und dass das Lenknabengetriebe (2) derartig um wenigstens 45° um die Lenkgetriebewelle (5) schwenkbar angeordnet ist, dass eine Umschaltung zwischen einem Linkslenkerbetrieb und einem Rechtslenkerbetrieb des Fahrzeugs ermöglicht ist.