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Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkwelle für eine Lenkeinrichtung in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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In der
DE 10 2007 022 282 A1 wird eine Lenkwelle für ein Fahrzeug beschrieben, über die ein vom Fahrer vorgegebener Lenkwinkel auf ein Lenkgestänge zur Verstellung des Radlenkwinkels übertragen wird. Die Lenkwelle weist einen Torsionsstab auf, der mit einem Wellenteil der Lenkwelle verbunden ist, wobei zur Erfassung des vom Fahrer aufgebrachten Lenkmoments eine Sensoreinrichtung vorgesehen ist. Zur Verbindung des Torsionsstabs mit dem Wellenteil ist die Mantelfläche des Torsionsstabs in dem der Stirnseite benachbarten Abschnitt mit einer Rändelung versehen, der in eine zugeordnete Verbindungsausnehmung in dem Wellenteil einragt und dort in Drehrichtung formschlüssig gehalten ist.
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Bekannt ist es auch, die formschlüssige Verbindung zwischen Torsionsstab und Lenkwelle als eine Verzahnung am Außen- oder Innendurchmesser auszuführen. Darüber hinaus ist es auch bekannt, die Verbindung als Stiftverbindung zu realisieren.
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Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen konstruktiven Maßnehmen eine Lenkwelle für eine Lenkeinrichtung in einem Fahrzeug so auszubilden, dass eine sichere Verbindung zwischen einem Torsionsstab der Lenkwelle und einem Wellenteil bei gleichzeitig vereinfachter Montage gegeben ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Lenkwelle ist Bestandteil einer Lenkeinrichtung in einem Fahrzeug, die beispielsweise als Electric Power Steering (EPS) mit einem elektrischen Servomotor ausgeführt ist. Die Lenkwelle umfasst einen Torsionsstab sowie ein Wellenteil, mit dem der Torsionsstab zur Übertragung einer Lenkbewegung verbunden ist. Gemäß bevorzugter Ausführung umfasst die Lenkwelle eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, die über ein Lenkritzel mit einem Lenkgestänge kämmt, sowie den Torsionsstab, über den Eingangs- und Ausgangswelle miteinander verbunden sind.
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Die Verbindung des Torsionsstabs mit dem Wellenteil erfolgt in einer kraftschlüssigen Weise, vorzugsweise ausschließlich kraftschlüssig. Hierfür ragt ein axialer Verbindungsabschnitt am Torsionsstab in eine zugeordnete Verbindungsausnehmung in dem Wellenteil ein, wobei die Verbindungsausnehmung in Achsrichtung verläuft. Zum Erzeugen der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt am Torsionsstab und der Verbindungsausnehmung im Wellenteil besitzt der Verbindungsabschnitt zweckmäßigerweise ein radiales Übermaß, so dass der Verbindungsabschnitt in die Verbindungsausnehmung eingepresst werden muss. Über die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt am Torsionsstab und der Verbindungsausnehmung im Wellenteil können sowohl Momente um die Längsachse als auch axiale Kräfte zwischen dem Torsionsstab und dem Wellenteil übertragen werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung befindet sich am Grund der als Sackloch ausgeführten Verbindungsausnehmung ein Kompressionsgasraum, welcher im montierten Zustand von Torsionsstab und Wellenteil ohne Verbindung zur Umwelt in dem Wellenteil eingeschlossen ist. Der Kompressionsgasraum weist keine Entlüftungsbohrungen bzw. -leitungen nach außen auf, welche zum einen die Stabilität des Wellenteils schwächen können und zum andern einen erheblichen Herstellungsaufwand darstellen. Im montierten Zustand ist das Gasvolumen im Kompressionsraum vorzugsweise druckdicht eingeschlossen, wobei ggf. auch ein Druckausgleich über kleine, in Achsrichtung verlaufende Kanäle am Torsionsstab bestehen können, die sich radial zwischen dem Innenmantel der Verbindungsausnehmung und dem Außenmantel des Verbindungsabschnittes erstrecken und axial den Kompressionsgasraum mit der Umgebung verbinden. Der Kompressionsgasraum besitzt im montierten Zustand eine definierte Größe bzw. ein definiertes Volumen, so dass eine ausreichende Kompressibilität beim Einführen des Verbindungsabschnittes in die Verbindungsausnehmung gewährleistet ist.
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Grundsätzlich ist es vorteilhaft, dass sich der Kompressionsgasraum am Grund bzw. Boden der als Sackloch ausgeführten Verbindungsausnehmung befindet. Möglich ist es aber auch, dass der Grund der Verbindungsausnehmung über einen Kanal mit einem separat ausgebildeten Kompressionsgasraum kommuniziert, welcher sich im Wellenteil befindet und ebenfalls nach außen hin abgeschlossen ist. Auch in diesem Fall besteht am Grund der Verbindungsausnehmung ein Kompressionsgasraum.
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Das Volumen des Kompressionsgasraums ist ausreichend groß bemessen, um einen Druckanstieg im Gasraum während der Herstellung der Verbindung über einen Schwellenwert hinausgehend zu verhindern. Somit ist gewährleistet, dass durch den entstehenden Druck keine unzulässige Axialkraft entsteht. Das Volumen des Kompressionsgasraums wird von der axialen Einführtiefe des Verbindungsabschnittes am Torsionsstab in die Verbindungsausnehmung bestimmt. Zweckmäßigerweise beträgt das Verhältnis von axialer Länge zu Durchmesser des Kompressionsgasraums bei vollständig eingeführtem Torsionsstab unter der Voraussetzung einer zylindrischen Querschnittsgestalt mindestens 1:2, so dass die axiale Länge des Kompressionsgasraums mindestens die Hälfte des Durchmessers beträgt. Es kann vorteilhaft sein, ein Verhältnis von 1:1 von axialer Länge zu Durchmesser vorzusehen.
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Des Weiteren ist es zweckmäßig, dass das Verhältnis von axialer Länge des Kompressionsgasraums 14 zur effektiven axialen Presslänge, über die die kraftschlüssige Verbindung besteht, mindestens 1:2 beträgt.
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Gegebenenfalls ist anstelle eines abgeschlossenen Kompressionsgasraums eine Entlüftungseinrichtung am Torsionsstab und/oder am Wellenteil in Achsrichtung und/oder in Radialrichtung vorgesehen, beispielsweise in Form eines Entlüftungskanals. Die Entlüftungseinrichtung kommuniziert mit der Verbindungsausnehmung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung greift an der Mantelfläche des Torsionsstabs ein Lager an. Eine einheitliche, zylindrische Mantelfläche des Torsionsstabes für den Verbindungsabschnitt und den Lagerabschnitt ist vorteilhaft.
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Gemäß einer weiteren Ausführung ist der Torsionsstab in dem dem Verbindungsabschnitt axial vorgelagerten Bereich in einem Lagerrohr aufgenommen, an dem ein Wellenteil, mit dem der Torsionsstab verbunden ist, drehbar gelagert ist. Das Lagerrohr erstreckt sich vorteilhafterweise in die stirnseitige Ausnehmung im zweiten Wellenteil hinein, in welchem auch die Verbindungsausnehmung enthalten ist, wobei die Ausnehmung für das Lagerrohr koaxial zur Verbindungsausnehmung verläuft, jedoch einen größeren Durchmesser aufweist.
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Der Verbindungsabschnitt am Torsionsstab weist zweckmäßigerweise eine geeignete, optimierte Mantelfläche auf, die beispielsweise geschliffen, poliert oder feingedreht ist und das Einführen des Verbindungsabschnittes in die Verbindungsausnehmung am Wellenteil erleichtert. In der Ausführung mit der Lagerung des Torsionsstabs über ein an der Mantelfläche angreifendes Lager dient die optimierte Mantelfläche zugleich als Lagerlauffläche.
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Die Verbindungsausnehmung in dem Wellenteil wird vorzugsweise durch Bohren bzw. Reiben erzeugt und besitzt insbesondere eine nicht gehärtete Innenwandung. Dies reicht grundsätzlich aus, um eine kraftschlüssige Verbindung mit dem Verbindungsabschnitt am Torsionsstab herzustellen.
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Die kraftschlüssige Verbindung ermöglicht kleinere Bauteiltoleranzen und damit eine genauere Positionierung des Torsionsstabes sowie eine reduzierte radiale Aufweitung des Wellenteils mit der Verbindungsausnehmung, in welche der Verbindungsabschnitt eingeführt wird. Dadurch ist es möglich, an der Außenfläche ein Lager vorzusehen.
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Auf Grund der erhöhten Materialanforderungen ist es zweckmäßig, einen vergüteten Torsionsstab zu verwenden.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Lenkeinrichtung in einem Fahrzeug, mit einer Lenkwelle zur Übertragung des vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkels,
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2 einen Ausschnitt der Lenkwelle mit einem Torsionsstab, der mit einer Ausgangswelle verbunden ist,
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3 eine Ausführungsvariante der Lenkwelle, bei dem ein Abschnitt des Torsionsstabs über ein Lager in einer Eingangswelle drehbar gelagert ist.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine an sich bekannte Lenkeinrichtung 1 in einem Kraftfahrzeug mit einem Lenkrad 2, über das der Fahrer einen Lenkradwinkel δL vorgibt, einer Lenkwelle 3, einem Lenkgetriebe 4 und einem Lenkgestänge 5 zur Übersetzung des Lenkwinkels δL in einen Radlenkwinkel δR an den lenkbaren Rädern 6 des Fahrzeuges. Zur Lenkkraftunterstützung ist ein Servomotor 7 vorgesehen, der vorzugsweise als elektrischer Servomotor ausgebildet ist und über den ein unterstützendes Lenkmoment in die Lenkeinrichtung eingespeist werden kann. Im Lenkgetriebe 4 ist ein Lenkritzel auf der Lenkwelle 3 mit dem Lenkgestänge 5 gekoppelt.
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2 zeigt die Lenkwelle 3 in einer Ausschnittsvergrößerung. Die Lenkwelle 3 umfasst eine Eingangswelle 8, über die der Fahrer den Lenkwinkel vorgibt, eine Ausgangswelle 9 mit einteilig ausgebildetem Lenkritzel 10 zur Verbindung mit dem Lenkgestänge und einen Torsionsstab 11, über den die Eingangswelle 8 mit der Ausgangswelle 9 axial und in Drehrichtung verbunden ist. Der Torsionsstab 11 erlaubt eine geringfügige Relativverdrehung zwischen Eingangs- und Ausgangswelle, um über eine geeignete Sensoreinrichtung das Lenkmoment bestimmen zu können.
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Der Torsionsstab 11 ist zum einen fest mit der Eingangswelle 8 verbunden und zum anderen mit einem Verbindungsabschnitt 12, der Bestandteil des Torsionsstabes 11 ist, fest mit der Ausgangswelle 9 gekoppelt. Im Bereich der Eingangswelle 8 ist der Torsionsstab 11 von einem Lagerrohr 15 umgriffen, das in eine stirnseitige Ausnehmung in der Ausgangswelle 9 einragt und dort fest verbunden ist. Auf der Mantelfläche des Lagerrohrs 15 kann ein Lager angeordnet sein, über das der stirnseitige Abschnitt der Eingangswelle 8 drehbar auf dem Lagerrohr 15 gelagert ist.
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Die stirnseitige Ausnehmung in der Ausgangswelle 9, in die das Lagerrohr 15 eingesetzt ist, mündet in eine Verbindungsausnehmung 13 kleineren Durchmessers, die als Sacklochbohrung ausgeführt ist. In die Verbindungsausnehmung 13 ragt der Verbindungsabschnitt 12 am stirnseitigen Ende des Torsionsstabes 11 ein. Die Mantelfläche des Verbindungsabschnittes 12 am Torsionsstab 11 ist geschliffen, die Verbindungsausnehmung 13 in der Ausgangswelle 9 ist durch Bohren bzw. Reiben hergestellt. Der Verbindungsabschnitt 12 weist gegenüber der Verbindungsausnehmung 13 ein Übermaß auf, insbesondere einen um 10 μm bis 100 μm, vorzugsweise um 30 μm bis 47 μm größeren Durchmesser als die Verbindungsausnehmung 13, so dass eine Überdeckung der Durchmesser gegeben ist und zum Herstellen der Verbindung der Verbindungsabschnitt 12 am Torsionsstab 11 axial mit Kraft in die Verbindungsausnehmung 13 eingepresst werden muss. Hierdurch entsteht eine kraftschlüssige Verbindung, über die der Torsionsstab 11 sowohl in Achsrichtung als auch in Drehrichtung fest mit der Ausgangswelle 9 verbunden ist.
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Zwischen der Stirnseite des Verbindungsabschnittes 12 und dem Grund 16 der Verbindungsausnehmung 13 ist ein Kompressionsgasraum 14 gebildet. Der Kompressionsgasraum 14 weist keine Verbindung zur Umgebung auf, so dass das Gasvolumen im Kompressionsgasraum 14 bei eingeführtem Verbindungsabschnitt 12 des Torsionsstabes 11 druckdicht abgeschlossen ist. Der Kompressionsgasraum 14 dient als Puffervolumen während des Einführens des Verbindungsabschnittes 12, so dass das im Kompressionsgasraum 14 eingeschlossene Gas beim Einführen des Verbindungsabschnittes 12 zusammengedrückt wird. Um einen zu hohen Druckanstieg im Kompressionsgasraum 14 zu vermeiden, weist der Kompressionsgasraum 14 ein definiertes Mindestvolumen auf. Zweckmäßigerweise beträgt die axiale Länge l des Kompressionsgasraums 14 mindestens die Hälfte des Durchmessers d des zylindrisch ausgeführten Kompressionsgasraumes. Es kann vorteilhaft sein, dass das Verhältnis von axialer Länge l zu Durchmesser d zumindest annähernd 1:1 beträgt.
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In 2 ist die endgültige axiale Position in fertig montierter Lage des Torsionsstabes 11 dargestellt. Im Bereich des Verbindungsabschnittes 12 ist der Torsionsstab 11 über eine effektive axiale Presslänge m mit Presspassung in die Verbindungsausnehmung 13 in der Ausgangswelle 9 eingeführt. Die effektive Länge m ist geringfügig kleiner als die gesamte Länge des Verbindungsabschnittes 12, da im Bereich beider Stirnseiten des Verbindungsabschnittes Abflachungen für ein erleichtertes Einführen und Herausnehmen vorgesehen sind.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Lenkwelle 3 mit Eingangswelle 8, Ausgangswelle 9 und verbindendem Torsionsstab 11. Der Verbindungsabschnitt 12, über den der Torsionsstab 11 in die Verbindungsausnehmung 13 in der Ausgangswelle 9 einragt, ist axial verlängert ausgebildet und weist eine geschliffene Mantelfläche mit einheitlichem Durchmesser auf. Der aus der Verbindungsausnehmung 13 herausragende Teil des Verbindungsabschnittes 12 dient zur Lagerung an einem Lager 17, beispielsweise einem Nadellager, welches in einer Ausnehmung in der Eingangswelle 8 aufgenommen ist.
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Des Weiteren ist ein ringförmiges Lager 18 vorgesehen, über das die Ausgangswelle 9 drehbar in einem Lenkgehäuse gelagert ist. Das Lager 18 befindet sich axial in Höhe der Verbindungsausnehmung 13. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen Verbindungsabschnitt 12 und Verbindungsausnehmung 13 ermöglicht kleinere Bauteiltoleranzen, wodurch die radiale Aufweitung des Wellenteils mit der Verbindungsausnehmung, in welche der Verbindungsabschnitt eingeführt wird, reduziert ist, was für die Anordnung des Lagers 18 vorteilhaft ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkeinrichtung
- 2
- Lenkrad
- 3
- Lenkwelle
- 4
- Lenkgetriebe
- 5
- Lenkgestänge
- 6
- Rad
- 7
- Servomotor
- 8
- Eingangswelle
- 9
- Ausgangswelle
- 10
- Lenkritzel
- 11
- Torsionsstab
- 12
- Verbindungsabschnitt
- 13
- Verbindungsausnehmung
- 14
- Kompressionsgasraum
- 15
- Lagerrohr
- 16
- Grund
- 17
- Nadellager
- 18
- Lager
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007022282 A1 [0002]
