DE102006003457A1

DE102006003457A1 - Lenkwelle für ein Lenkrad mit feststehender Lenknabe und einem Lenknabengetriebe mit Vorgelegewelle

Info

Publication number: DE102006003457A1
Application number: DE102006003457A
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: 2007-08-02
Also published as: FR2896469B1; FR2896469A1; SE0700141L

Abstract

Lenkwelle für ein Lenkrad mit feststehender Lenknabe (3) und einem Lenknabengetriebe (2) mit Vorgelegewelle (9), welches sich durch ein verringertes Spiel des Lenknabengetriebes (2) auszeichnet und bei dem das Zahnflankenspiel der Vorgelegewellenritzel (25a, 25b) entweder mit einfachen Mitteln einstellbar bzw. nachstellbar oder sogar selbstnachstellend ist. Hierfür wird in einer ersten grundlegenden Ausgestaltung die Vorgelegewelle (9) in einer Richtung normal zur Vorgelegewelle (9) und in Richtung auf eine Lenkkranzwelle (17) und/oder eine Lenkgetriebewelle (5) verschiebbar angeordnet sowie mittels einer federnden Lagerung (13) einer Vorgelegewellen-Lagerhülse (12) in diese Richtung vorgespannt. Gemäß einer zweiten Variante sind die Vorgelegewellenritzel (25a, 25b) kegelförmig ausgebildet und das Zahnflankenspiel durch axiale Verschiebung zumindest einen Vorgelegewellenritzels (25a, 25b) einstellbar. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Vorgelegewellenritzel (25a, 25b) hierfür durch eine auf der Vorgelegewelle (9) angeordnete Vorgelegewellen-Feder (24) mit einer definierten Kraft gegen eine Außenverzahnung (10) der Lenkkranzwelle (17) bzw. gegen ein Lenkkranzwellenzahnrad (11) gepresst werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkwelle für ein Lenkrad mit einer feststehenden Lenknabe und einem Lenknabengetriebe mit Vorgelegewelle 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 Lenckranzes 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 feststehender 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 Lösung zu einem Versatz zwischen dem Mittelpunkt des Lenkkranzes und der Lenkgetriebewelle. Eine Hilfskraftunterstützung der Lenkung kann aufgrund der ohnehin beengten Platzverhältnisse und der Anordnung der Komponenten des Lenknabengetriebes nicht integriert werden, sondern muss beispielsweise im weiteren Verlauf der Lenkgetriebewelle ansetzen. Dies bedingt aufgrund der geringen Drehgeschwindigkeiten dieser Welle ein entsprechend hohes, in die Lenkgetriebewelle einzuleitendes Drehmoment, wodurch regelmäßig ein Zwischengetriebe notwendig wird, welches zusätzliche Kosten und Gewicht verursacht und Bauraum beansprucht.

Aus der französischen Patentschrift FR 2 827 561 B1 ist ein Lenkrad mit feststehender Lenknabe 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 Lenkgetriebewelle kämmt. Die Lenkgetriebewelle ist dabei koaxial zur Hohlwelle angeordnet. Mit einer derartigen Konstruktion ist es möglich, eine nach Drehrichtung und Drehwinkel zur Drehung des Lenkkranzes identische Drehbewegung der Lenkgetriebewelle zu erzielen und daher z.B. identische Lenkgetriebe bei Fahrzeugausstattungen mit und ohne feststehender Lenknabe zu verwenden. Allerdings ist der für eine Kabeldurchführung zur feststehenden Lenknabe zur Verfügung stehende Raum hier sehr begrenzt.

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

Auch die deutsche Offenlegungsschrift DE 37 37 165 A1 und die 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 gattungsbildenden Lösungen der FR 2 827 561 B1 , der CA 1 318 833 und der DE 37 37 165 A1 ist gemeinsam, dass sie keine besonderen Maßnahmen offenbaren, die darauf abzielen, das Lenknabengetriebe besonders spielfrei zu gestalten. Ein geringes Zahnflankenspiel ist jedoch eine der zentralen Anforderungen, die an ein derartiges Getriebe zu stellen sind. Bereits bei herkömmlichen Fahrzeugen mit Lenknaben jedoch ohne feststehender Lenknabe kommt es insbesondere nach einigen Betriebsjahren vor, dass Lenkungen aufgrund eines zu hohen Spiels und eines daraus resultierenden ungenauen und schwammigen Lenkverhaltens aufwendig und kostspielig instand gesetzt werden müssen. Da sich diese Spiele und Fehleinstellungen über die gesamte kinematische Kette vom Lenkkranz bis zu den gelenkten Rädern addieren, können auch kleine, zusätzlich durch ein Lenknabengetriebe eingebrachte Spiele dafür sorgen, dass die gesamte Lenkung letztlich nicht die an sie gestellten Anforderungen erfüllen kann.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lenkwelle für ein Lenkrad mit feststehender Lenknabe und einem Lenknabengetriebe mit Vorgelegewelle vorzustellen, welche sich durch ein verringertes Spiel des Lenknabengetriebes auszeichnet. Weiterhin soll das Spiel entweder mit einfachen Mitteln einstellbar bzw. nachstellbar, oder sogar selbstnachstellend sein.

Der Begriff der Vorgelegewelle bezieht sich hierbei nicht ausschließlich auf Wellenanordnungen, bei denen ein Drehmoment von einer ersten Welle über eine zu dieser ersten Welle achsparallel angeordnete Vorgelegewelle auf eine zweite, zur ersten Welle koaxial angeordnete Welle übertragen wird. Er umfass vielmehr auch nicht koaxiale Anordnungen der ersten und zweiten Welle und nicht achsparallele Anordnungen der ersten und zweiten und/oder der Vorgelegewelle.

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 bei Verwendung eines Lenknabengetriebes mit Vorgelegewelle diese bzw. die auf ihr angeordneten Verzahnungen aufgrund ihrer geometrischen Lage besonders gut geeignet sind, um ein Zahnflankenspiel an sämtlichen Verzahnungen des Lenknabengetriebes wirkungsvoll zu minimieren und das Zahnflankenspiel mit einfachen Mitteln einstellbar oder selbsteinstellend zu gestatten.

Demnach geht die Erfindung aus von einer Lenkwelle für ein Lenkrad mit einer feststehender Lenknabe und einem Lenknabengetriebe mit Vorgelegewelle, bei welcher die feststehende Lenknabe an einer mit einem Kabelkanal versehenen Nabenachse drehfest angeordnet ist. Die Lenkwelle bzw. das Lenkrad weisen einen im Wesentlichen konzentrisch zur Rotationsachse der Nabenachse angeordneten, drehbeweglichen Lenkkranz auf. Dieser ist drehfest mit einer die Nabenachse aufnehmenden, als Hohlwelle ausgebildeten Lenkkranzwelle verbunden. Die Lenkkranzwelle weist an ihrem vom Lenkkranz abgewandten Ende eine Außenverzahnung auf, wobei ein auf der Lenkkranzwelle drehfest angeordnetes Zahnrad selbstverständlich eine technisch äquivalente Lösung darstellt und somit von der Erfindung mit erfasst wird.

Die Außenverzahnung ist mit einem ersten Vorgelegewellenritzel in Eingriff, das gemeinsam mit einem zweiten Vorgelegewellenritzel auf der Vorgelegewelle gegeneinander drehfest angeordnet ist. Das zweite Vorgelegewellenritzel ist mit einem Lenkgetriebewellenzahnrad in Eingriff, welches drehfest auf einer Lenkgetriebewelle angeordnet ist. Derartige Lenknabengetriebe sind aus den Schriften DE 37 37 165 A1 , CA 1 318 833 und FR 2 827 561 B1 bereits bekannt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass die Vorgelegewelle und/oder die auf der Vorgelegewelle angeordneten Vorgelegewellenritzel und/oder deren Lagerungen Mittel zur Verringerung des Getriebespiels des Lenknabengetriebes aufweisen oder solche Mittel auf dieselben wirken, beispielsweise in Form von als Kegelräder ausgebildeten Vorgelegewellenritzeln und/oder in Form einer schwimmenden Lagerung der Vorgelegewelle und/oder in Form von zumindest einer die Kegelräder axial vorspannenden Vorgelegewellen-Feder.

So ist es gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Vorgelegewelle in zumindest einem Vorgelegewellenlager schwimmend mit einem translatorischen Freiheitsgrad gelagert ist, wobei die Vorgelegewelle durch zumindest ein Federelement in Richtung zur Lenkkranzwelle und/oder zur Lenkgetriebewelle vorgespannt ist.

Die schwimmende Lagerung kann einfach und kostengünstig erreicht werden, indem zumindest ein Vorgelegewellenlager, bevorzug beide Vorgelegewellenlager jeweils in einem Langloch gelagert werden, wobei selbstverständlich zur Verbesserung der Lagerlebensdauer beispielsweise eine Buchse zwischen Lageraußenring und Langloch eingefügt werden kann.

In vielen Anwendungsfällen werden die Lenkkranzwelle und die Lenkgetriebewelle koaxial und die Vorgelegewelle achsparallel zu diesen angeordnet sein. In einem solchen Fall ergibt sich die Richtung des translatorischen Freiheitsgrades zumeist unmittelbar als Normale sowohl auf der Vorgelegewelle als auch auf der gemeinsamen Achse der Lenkgetriebewelle und der Lenkkranzwelle.

Diese grundlegende Ausgestaltung ermöglicht jedoch auch für den selteneren Fall, dass die Lenkkranzwelle und die Lenkgetriebewelle nicht koaxial und eventuell nicht einmal achsparallel zueinander angeordnet sein sollten, jeweils bezogen auf ein oberes und ein unteres Vorgelegewellenlager, eine nunmehr voneinander abweichende Richtung zur jeweils dem Lenkkranzwellenlager nächstliegenden Lenkkranzwelle bzw. Lenkgetriebewelle als Richtung des translatorischen Freiheitsgrades zu wählen, wobei die optimale Richtung des Freiheitsgrades in diesem Fall auch von der gewählten Verzahnungsart abhängig ist und vom Fachmann jeweils im Einzelfall ermittelt wird.

Allerdings wäre es in dieser Grundvariante nur schwer möglich, durch nur eine Feder die gesamte Vorgelegewelle in die gewünschte Richtung vorzuspannen, da ein gemeinsamer Angriffspunkt an der Lenkgetriebewelle fehlt. Daher ist gemäß einer Weiterführung der ersten Ausgestaltung der Erfindung eine Vorgelegewellen-Lagerhülse vorgesehen, in welcher die Vorgelegewelle mittels eines oberen und eines unteren Vorgelegewellenlagers gelagert ist. Die Vorgelegewelle-Lagerhülse ist dann, bevorzugt im Gehäuse des Lenknabengetriebes, mit einem translatorischen Freiheitsgrad in Richtung zur Lenkkranzwelle und/oder zur Lenkgetriebewelle schwimmend gelagert, und durch zumindest ein Federelement in Richtung zur Lenkkranzwelle und/oder zur Lenkgetriebewelle (5) vorgespannt.

Eine zweite grundlegende Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zumindest eines der Vorgelegewellenritzel kegelförmig ausgebildet ist, und dass die jeweils mit dem Vorgelegewellenritzel in Eingriff stehende Verzahnung der außenverzahnten Lenkkranzwelle bzw. des Lenkgetriebewellenzahnrades korrespondierend ausgestaltet ist. Der Abstand der Vorgelegewellenritzel von einander ist durch Einstellung der axialen Position zumindest eines Vorgelegewellenritzels auf der Vorgelegewelle einstellbar. Entscheidend ist hier, dass mittels des Abstandes der Vorgelegewellenritzel aufgrund der Kegelform der Verzahnung ein gewünschtes Zahnflankenspiel einstellbar ist. Um das Spiel an beiden Zahneingriffstellen aufzuheben, müssen beide Ritzel kegelförmig ausgebildet sein.

Der Begriff kegelförmig ist hier nicht streng geometrisch sondern in Bezug auf den Sprachgebrauch bei Kegelrädern zu interpretieren. Daher ist auch jeder rotationssymmetrische Körper mit einem bezüglich der Rotationsachse stetigem Verlauf ein in diesem Sinne kegelförmiger Körper, sofern sich sein Radius entlang der Rotationsachse ändert, er also kein Zylinder ist. Die Verbindungslinie zwischen dem oberen und dem unteren Umfang des Kegelrades braucht mit anderen Worten keine Gerade zu sein.

Wenn die zumindest zwei in Eingriff befindlichen der kegelförmig ausgestalteten Verzahnungen dabei eine bezogen auf ihre Achse ballige Form aufweisen, ergibt sich ein günstiges Tragbild der Verzahnung und die Möglichkeit des Ausgleichs geringer Winkelunterschiede der beteiligten Achsen zu einander.

Eine andere Variante dieser Ausgestaltungsform der Erfindung sieht vor, dass die zumindest zwei in Eingriff befindlichen der kegelförmig ausgebildeten Verzahnungen eine Hypoidverzahnung oder eine Beveloidverzahnung aufweisen. Damit kann ein derartiges Lenknabengetriebe auch unter Verwendung sich nicht schneidender bzw. windschiefer Achsen konstruiert werden.

Die Einstellung der axialen Position des zumindest einen Vorgelegewellenritzels zur Einstellung eines gewünschten Zahnflankenspiels bietet beispielsweise durch das Vorsehen einer Wellenmuttern die Möglichkeit, das Gesamtspiel der Lenknabengetriebes genau einzustellen und dadurch zu minimieren. Bei einsetzendem Verschleiß, etwa der Lager und/oder der Verzahnungen, ist es auch durch relativ einfache Maßnahmen, beispielsweise die Nachjustierung der einzigen Wellenmutter oder der Wellenmuttern bzw. das Einfügen von Zwischenlagescheiben, möglich, das Spiel neu einzustellen und damit einen kostspieligen Ersatz von Komponenten zumindest hinauszuzögern. Allerdings ist hierfür ein Werkstattbesuch notwendig.

Eine weitgehend wartungsfreie weil selbst nachstellende Weiterbildung der zweiten grundlegenden Ausgestaltung der Erfindung sieht daher zumindest eine Vorgelegewellen-Feder vor, durch welche zumindest eines der Vorgelegewellenritzel in Richtung zu seiner Kegelspitze mit einer Axialkraft beaufschlagt wird.

Durch eine geschickte Auslegung des Lenknabengetriebes ist es darüber hinaus auch möglich, dass durch die zumindest eine Vorgelegewellen-Feder beide Vorgelegewellenritzel in Richtung zu ihren jeweiligen Kegelspitzen mit einer Axialkraft beaufschlagt werden. Hierfür sind entweder beide Vorgelegewellenritzel axial verschiebbar und drehfest auf der Vorgelegewelle festzulegen, oder die Lagerung der Vorgelegewelle selbst ist in Richtung ihrer Achse schwimmend auszulegen sowie zumindest eines der Vorgelegewellenritzel axial verschiebbar auf der Vorgelegewelle festzulegen.

Ein weiterer Vorteil der vorgestellten Lösungsvarianten zur gestellten Aufgabe ist darin zu sehen, dass gemäß einer Weiterbildung zusätzlich eine Hilfskraftquelle vorgesehen werden kann, welche ein Drehmoment an die Vorgelegewelle abgibt. Hierfür ist lediglich für die Ausgestaltungen, welche eine Verschiebung der Achse der Vorgelegewelle beinhalten, für einen entspre chenden Ausgleich des bei einem Motor zur Momentenabgabe notwendigen Gegenlagers zu sorgen.

Bei den Ausgestaltungen, welche auf einer Verschiebung zumindest eines kegelförmigen Vorgelegeritzels auf der Vorgelegewelle beruhen, kann z.B. der Elektromotor einer Servolenkung direkt mit z.B. einem Ende der Vorgelegewelle gekoppelt werden, während das Motorgehäuse direkt und fest mit z.B. dem Gehäuse des Lenknabengetriebes verbunden wird.

In beiden Varianten ergibt sich jedoch eine besonders elegante, weil Platz sparende Lösung, wenn die zusätzliche Hilfskraftquelle auf der Vorgelegewelle und zwischen den Vorgelegewellenritzeln angeordnet ist, wobei im Fall der Verwendung einer Vorgelegewellen-Lagerhülse diese Hülse mit den darin angeordneten Vorgelegewellenlagern Teil der Hilfskraftquelle bzw. des Motors sein kann.

Die Erfindung lässt sich anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung weiter erläutern. In dieser zeigt
1 eine Lenkwelle mit einem Lenknabengetriebe gemäß dem Stand der Technik,
2 eine gattungsgemäße Lenkwelle mit einem Lenknabengetriebe mit Vorgelegewelle gemäß dem Stand der Technik,
3 eine erfindungsgemäße Lenkwelle mit einem Lenknabengetriebe mit Vorgelegewelle gemäß einer ersten Variante,
4 eine erfindungsgemäße Lenkwelle mit einem Lenknabengetriebe gemäß 3, jedoch mit einer zusätzlichen Hilfskraftquelle,
5 eine erfindungsgemäße Lenkwelle mit einem Lenknabengetriebe gemäß einer zweiten Ausführungsvariante, und
6 eine Weiterbildung der erfindungsgemäße Lenkwelle mit einem Lenknabengetriebe gemäß 5.
Wie eingangs bereits erwähnt wurde, zeigt 1 eine Lenkwelle mit einem Lenknabengetriebe 2 gemäß dem Stand der Technik, wie sie ähnlich aus der französischen Patentschrift FR 2 815 318 B1 bekannt 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 feststehenden Lenknabe 3 angeordneter Lenkkranz 1 ist mittels einer Lenkkranzwelle 17 und eines Lenkkranzwellenlagers 18 drehbar gelagert sowie über zumindest eine Lenkkranzspeiche 20 mit einem Lenkkranzring mit Innenverzahnung 8 drehfest verbunden, welcher mit einem Lenkgetriebewellenzahnrad 11 in Eingriff steht. Die mit diesem Zahnrad 11 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 erläutert, findet bei dieser Art des Lenknabengetriebes 2 zwangsläufig eine Übersetzung der Drehbewegung des Lenkkranzes 1 in eine Drehbewegung der Lenkgetriebewelle 5 ins Schnelle statt, welches den Einsatz identischer Lenkgetriebe 2 bei Fahrzeugvarianten mit und ohne feststehende Lenknabe 3 zumindest problematisch erscheinen lässt, da das Lenkverhalten des Fahrzeugs grundlegend verändert wird.
Weiter kommt es zu einem axialen Versatz zwischen dem Mittelpunkt des Lenkkranzes 1 und der Lenkgetriebewelle 5 von typisch einigen Zentimetern und damit zu einer Verschiebung der Position des Lenkrades gegenüber einem ansonsten gleichen Fahrzeug mit einem Lenkrad ohne feststehende Lenknabe. Eine Integration einer Hilfskraftquelle 6 in das Lenknabengetriebe 2 ist nicht vorgesehen und auch aus Gründen des Bauraums sowie mangels geeigneter Punkte zur Einleitung eines Drehmomentes kaum möglich.
Demgegenüber zeigt 2 eine gattungsgemäße und an sich bekannte Lenkwelle mit einem Lenknabengetriebe 2, 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 hier eine Außenverzahnung 10 auf, welche mit einem ebenfalls außenverzahnten oberen Vorgelegewellenritzel 25a kämmt.
Das obere Vorgelegewellenritzel 25a ist ebenso wie ein in diesem Fall baugleiches, unteres Vorgelegewellenritzel 25b drehfest auf der Vorgelegewelle 9 festgelegt, welche mit Hilfe der Vorgelegewellenlager 23a und 23b im Gehäuse des Lenknabengetriebes 2 gelagert ist.
Das untere Vorgelegewellenritzel 25b kämmt mit einem Lenkgetriebewellenzahnrad 11, welches drehfest auf einer Lenkgetriebewelle 5 festgelegt sowie mittels der Lenkgetriebewellenlager 19a und 19b gelagert ist.
Eine erfindungsgemäße Lenkwelle mit einem Lenknabengetriebe 2 gemäß einer ersten Ausführungsvariante ist in 3 dargestellt. Die Vorgelegewelle 9 ist hier abweichend von der zuvor beschriebenen Ausführungsform durch die Vorgelegewellenlager 23a, 23b nicht direkt im Gehäuse des Lenknabengetriebes 2 gelagert, sondern in einer Vorgelegewellen-Lagerhülse 12, wel che drehfest, aber mit einem translatorischen Freiheitsgrad im Gehäuse des Lenknabengetriebes 2 festgelegt ist.
Beispielsweise ist die Hülse samt der darin gelagerten Vorgelegewelle 9 mittels Langlöchern in der Ebene der Zeichnung um einen oder wenige Millimeter nach rechts in Richtung auf die Lenkkranzwelle 17 bzw. die Lenkgetriebewelle 5 verschiebbar. Eine federnde Lagerung 13 der Vorgelegewellen-Lagerhülse 12 ist – im einfachsten Fall mittels einer in der Zeichnung dargestellten Zugfeder – so angeordnet, dass die Vorgelegewellenritzel 25a und 25b mit einer definierten Kraft gegen die Außenverzahnung 10 der Lenkkranzwelle 17 bzw. das Lenkgetriebewellenzahnrad 11 gedrückt werden.
Auf diese Weise wird jedes Zahnflankenspiel weitestgehend beseitigt und das Gesamtspiel des Lenknabengetriebes 2 wirkungsvoll minimiert. An Stelle der gezeigten Zug-Schraubenfeder kann jede andere geeignete Feder oder ein Kombination mehrerer Federn verwendet werden. Insbesondere eigenen sich hier auf Druck beanspruchte Gummi- oder Tellerfedern, aber auch beispielsweise Hydraulikstößel mit einer Federelastizität etwa durch die Art der Druckbereitstellung des Hydrauliköls oder einen pneumatischen Blasenspeicher.
4 zeigt die gleiche erfindungsgemäße Lenkwelle wie in 3 mit einem Lenknabengetriebe 2 gemäß der ersten Ausführungsvariante, jedoch mit einer zusätzlichen Hilfskraftquelle 6. Diese ist als Elektromotor ausgeführt und antriebswirksam direkt mit der Vorgelegewelle 9 verbunden. Das Gehäuse der Hilfskraftquelle 6 ist, z. B. in Langlöchern, so an dem Gehäuse des Lenknabengetriebes 2 drehfest befestigt, dass es einer möglichen Verschiebung der Achse der Vorgelegewelle ohne nennenswerten Widerstand folgen kann.
5 zeigt eine erfindungsgemäße Lenkwelle mit einem Lenknabengetriebe 2 gemäß einer zweiten Ausführungsvariante. Die Vorgelegewellenritzel 25a und 25b sind hier abweichend von der in 2 gezeigten Anordnung kegelförmig ausgebildet. Selbstverständlich sind die jeweils korrespondierenden Verzahnungen, die Außenverzahnung 10 der Lenkkranzwelle 17 und das Lenkgetriebewellenzahnrad 11 entsprechend ebenfalls kegelförmig.
Zwischen den Vorgelegewellenritzeln 25a, 25b ist zumindest ein Element angeordnet, mit welchem die axiale Lage zumindest eines der Vorgelegewellenritzel 25a, 25b auf der Vorgelegewelle 9 so eingestellt werden kann, dass das Zahnflankenspiel der beteiligten Verzahnungspartner 25a, 10 und 25b, 11 eingestellt werden kann. Sofern die Vorgelegewelle 9 axial nicht in den Vorgelegewellenlagern 23a, 23b bzw. gegen das Gehäuse des Lenknabengetriebes 2 festgelegt ist, genügt hierfür bereits eine Wellenmutter, welche eines der Vorgelegewellenritzel 25a, 25b in Richtung auf das näher gelegene Ende der Vorgelegewelle 9 verschieben kann. Gemäß einer anderen Variante werden Einstellscheiben verwendet. Ist die Vorgelegewelle 9 dagegen gegen das Gehäuse des Lenknabengetriebes 2 axial festgelegt, ist pro Vorgelegewellenritzel 25a, 25b zumindest jeweils ein Element zur axialen Einstellung vorzusehen.
6 zeigt eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lenkwelle mit einem Lenknabengetriebe 2 gemäß 5. Als Element zur Einstellung der axialen Position der Vorgelegewellenritzel 25a und 25b bzw. von dessen Abstand zu einander dient hier eine auf der Vorgelegewelle 9 angeordnete, als Spiral-Druckfeder ausgebildete Vorgelegewellenfeder 24, welche eine definierte axiale Kraft auf die Vorgelegewellenritzel 25a, 25b derart ausübt, dass diese Vorgelegewellenritzel 25a, 25b voneinander wegstreben.
Durch diese Maßnahme wird zuverlässig das Verzahnungsspiel sowohl am oberen Vorgelegewellenritzel 25a als auch am unteren Vorgelegewellenritzel 25b minimiert und zudem dafür gesorgt, dass sich bei möglichem Verschleiß von Zahnflanken oder Lagern die Vorgelegewellenritzel selbst nachstel len sowie Toleranzen bei der Fertigung und Montage automatisch ausgeglichen werden.

1: Lenkkranz
2: Lenknabengetriebe
3: Feststehende Lenknabe
4: Kabelkanal
5: Lenkgetriebewelle
6: Hilfskraftquelle
7: Schneckengetriebe
8: Lenkkranzring mit Innenverzahnung
9: Vorgelegewelle
10: Außenverzahnung der Lenkkranzwelle
11: Lenkgetriebewellenzahnrad
12: Vorgelegewelle-Lagerhülse
13: Federnde Lagerung der Vorgelegewelle-Lagerhülse 12
14: Nicht verwendet
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: Nicht verwendet
22: Nicht verwendet
23: Vorgelegewellenlager (23a oberes Lager; 23b unteres Lager)
24: Vorgelegewellen-Feder
25: Vorgelegewellenritzel (25a oberes Ritzel; 25b unteres Ritzel)
26: Nabenachse

Claims

Lenkwelle für ein Lenkrad mit einer feststehenden Lenknabe (3) und einem Lenknabengetriebe (2) mit Vorgelegewelle (9), bei welcher die feststehende Lenknabe (3) an einer mit einem Kabelkanal (4) versehenen Nabenachse (26) drehfest angeordnet ist, und welche einen im Wesentlichen konzentrisch zur Rotationsachse der Nabenachse (26) angeordneten sowie drehbeweglichen Lenkkranz (1) aufweist, welcher drehfest mit einer die Nabenachse (26) aufnehmenden, als Hohlwelle ausgebildete Lenkkranzwelle (17) verbunden ist, welche an ihrem vom Lenkkranz (1) abgewandten Ende eine Außenverzahnung (10) aufweist, die mit einem ersten Vorgelegewellenritzel (25a) in Eingriff ist, welches gemeinsam mit einem zweiten Vorgelegewellenritzel (25b) auf einer Vorgelegewelle (9) gegeneinander drehfest angeordnet ist, und wobei das zweite Vorgelegewellenritzel (25b) mit einem Lenkgetriebewellenzahnrad (11) in Eingriff ist, welches drehfest auf einer Lenkgetriebewelle (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgelegewelle (9) und/oder die auf der Vorgelegewelle (9) angeordneten Vorgelegewellenritzel (25a, 25b) und/oder deren Lagerungen Mittel (25a, 25b, 12, 13, 24) zur Verringerung des Getriebespiels des Lenknabengetriebes (2) aufweisen oder solche Mittel (25a, 25b, 12, 13, 24) auf dieselben wirken.
Lenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgelegewelle (9) in zumindest einem Vorgelegewellenlager (23) schwimmend mit einem translatorischen Freiheitsgrad gelagert ist, wobei die Vorgelegewelle (9) durch zumindest ein Federelement (13) in Richtung zur Lenkkranzwelle (17) und/oder zur Lenkgetriebewelle (5) vorgespannt ist.
Lenkwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorgelegewelle-Lagerhülse (12) vorgesehen ist, in welcher die Vorgelegewelle (9) mittels eines oberen Vorgelegewellenlagers (23a) und eines unteren Vorgelegewellenlagers (23b) gelagert ist, und dass die Vorgelegewelle-Lagerhülse (12) mit einem translatorischen Freiheitsgrad in Richtung zur Lenkkranzwelle (17) und/oder zur Lenkgetriebewelle (5) schwimmend gelagert ist, sowie durch zumindest eine federnde Lagerung (13) der Vorgelege-Lagerhülse (12) in Richtung zur Lenkkranzwelle (17) und/oder zur Lenkgetriebewelle (5) vorgespannt ist.
Lenkwelle nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Vorgelegewellenritzel (25a, 25b) kegelförmig ausgebildet ist, dass die jeweils mit dem Vorgelegewellenritzel (25a, 25b) in Eingriff stehende Verzahnung der außenverzahnten Lenkkranzwelle (10) bzw. des Lenkgetriebewellenzahnrades (11) korrespondierend ausgebildet ist, und dass der Abstand der Vorgelegewellenritzel (25a, 25b) durch Einstellung der axialen Position zumindest eines Vorgelegewellenritzels (25a, 25b) auf der Vorgelegewelle (9) einstellbar ist.
Lenkwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei in Eingriff befindlichen der kegelförmig ausgestalteten Verzahnungen (25a, 25b, 10, 11) eine bezogen auf ihre Achse ballige Form aufweisen.
Lenkwelle nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei in Eingriff befindlichen kegelförmig ausgestalteten Verzahnungen (25a, 25b, 10, 11) eine Hypoidverzahnung oder eine Beveloidverzahnung aufweisen.
Lenkwelle nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Vorgelegewellen-Feder (24) vorgesehen ist, durch welche zumindest eines der Vorgelegewellenritzel (25a, 25b) in Richtung zu seiner Kegelspitze mit einer Axialkraft beaufschlagt wird.
Lenkwelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zumindest eine Vorgelegewellen-Feder (24) beide Vorgelegewellenritzel (25a, 25b) in Richtung auf ihre jeweiligen Kegelspitzen mit einer Axialkraft beaufschlagt werden.
Lenkwelle nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Hilfskraftquelle (6) vorgesehen ist, welche ein Drehmoment an die Vorgelegewelle (9) abgeben kann.
Lenkwelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Hilfskraftquelle (6) auf der Vorgelegewelle (9) und zwischen den Vorgelegewellenritzel (25a, 25b) angeordnet ist.