DE102012011601A1

DE102012011601A1 - Verzwängungsfreies Befestigungssystem, insbesondere zur Befestigung von Lenkgetriebegehäusen

Info

Publication number: DE102012011601A1
Application number: DE201210011601
Authority: DE
Inventors: Thomas Schneider; Uwe Romeike
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2013-12-12

Abstract

Ein verzwängungsfreies Befestigungssystem, insbesondere zur Befestigung von Lenkgetriebegehäusen, umfasst ein erstes Bauteil (100) mit zwei Befestigungsfüßen (101, 102), ein zweites Bauteil (200) mit zwei Aufnahmen (201, 202), wobei jedem Befestigungsfuß des ersten Bauteils eine Aufnahme am zweiten Bauteil zugeordnet ist, und Befestigungselemente (300) zum Verspannen der Befestigungsfüße (101, 102) mit den Aufnahmen (201, 202), wobei zumindest einer der Befestigungsfüße (102) mit der zugehörigen Aufnahme (202) mittels eines Befestigungselements (300) unter Einschluss einer Schiefstellungen ausgleichenden Ausgleichsvorrichtung (400), welche hierzu mindestens einen Kugelflächenabschnitt (401) aufweist, verspannt ist. Hierdurch lassen sich Schiefstellungen im fertigungs- und montagetechnischen Toleranzbereich kompensieren. Das erste Bauteil kann ohne Verzwängung zwischen den Befestigungsfüßen an dem zweiten Bauteil montiert werden. Das erfindungsgemäße verzwängungsfreie Befestigungssystem eignet sich insbesondere zur Befestigung eines Lenkgetriebegehäuses an einer Fahrzeugkarosserie oder einem an dieser angeschlossenen Hilfsrahmen. Durch die Vermeidung von Biege- und Torsionsmomenten zwischen den Befestigungsfüßen des Lenkgetriebegehäuses wird eine Verformung des Lenkgetriebegehäuses vermieden. Dies wirkt sich positiv auf die Laufeigenschaften des Lenkgetriebes, dessen Lebensdauer sowie die haptischen Eigenschaften der Lenkung aus.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein verzwängungsfreies Befestigungssystem, insbesondere zur Befestigung von Lenkgetriebegehäusen.
Lenkgetriebegehäuse werden entweder unmittelbar am Fahrzeugaufbau oder aber an einem an diesem befestigten Hilfsrahmen angeschraubt. Um die auf das Lenkgetriebegehäuse einwirkenden Kräfte in die entsprechende fahrzeugseitige Stützstruktur einzuleiten, werden üblicherweise an dem Lenkgetriebegehäuse zwei Befestigungsfüße vorgesehen, die mit entsprechenden Aufnahmen der Stützstruktur mittels Befestigungselementen, beispielsweise Gewindebolzen, verspannt sind, wie dies unter anderem in DE 10 2010 004 540 A1 beschrieben ist.
Insbesondere bei elektromechanischen Lenkungen, bei denen eine Kugelgewindemutter verwendet wird, um das Drehmoment eines elektrischen Hilfsantriebs in eine Axialkraftkomponente an einer Lenkstange zu übersetzen, darf das Lenkgetriebegehäuse nicht verzwängt eingebaut werden, da bereits geringfügige Verformungen die Laufeigenschaften der Kugelgewindemutter beeinträchtigen.
Damit das Lenkgetriebegehäuse nicht verzwängt wird, müssen die Auflageflächen der Befestigungsfüße sowie die korrespondierenden Aufnahmen an der Stützstruktur mit hoher Genauigkeit gefertigt werden, um Schiefstellungen zu vermeiden. Wird nämlich ein nicht exakt ausgerichtetes Lenkgetriebegehäuse mit der Stützstruktur verschraubt, so kommt es am Lenkgetriebegehäuse durch die Verspannung der Befestigungsfüße mit den Aufnahmen der Stützstruktur zu Biege- und Torsionsmomenten am Gehäuse und damit zu einer Verzwängung.
Besteht das Lenkgetriebegehäuse aus mehreren Bauteilen, die miteinander zusammengefügt werden müssen und befinden sich die Befestigungsfüße an verschiedenen Bauteilen des Lenkgetriebegehäuses, lassen sich Schiefstellungen zwischen den Befestigungsfüßen kaum vermeiden. Gleiches gilt für die korrespondierenden Aufnahmen der Stützstruktur, wenn diese, aus welchen Gründen auch immer, nicht in einer einzigen Aufspannung bearbeitet werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, ein verzwängungsfreies Befestigungssystem für Strukturen anzugeben, bei denen zwei Bauteile an mindestens zwei Punkten miteinander verspannt werden müssen.
Diese Aufgabe wird durch ein verzwängungsfreies Befestigungssystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Befestigungssystem umfasst ein erstes Bauteil mit zwei Befestigungsfüßen, ein zweites Bauteil mit zwei Aufnahmen, wobei jedem Befestigungsfuß des ersten Bauteils eine Aufnahme am zweiten Bauteil zugeordnet ist, und Befestigungselemente zum Verspannen der Befestigungsfüße mit den Aufnahmen, wobei zumindest einer der Befestigungsfüße mit der zugehörigen Aufnahme mittels eines Befestigungselements unter Einschluss einer Schiefstellungen ausgleichenden Ausgleichsvorrichtung, welche hierzu mindestens einen Kugelflächenabschnitt aufweist, verspannt ist.
Durch die Einbeziehung einer Ausgleichsvorrichtung mit mindestens einem Kugelflächenabschnitt lassen sich Schiefstellungen im fertigungs- und montagetechnischen Toleranzbereich problemlos kompensieren. Das erste Bauteil kann so ohne Verzwängung zwischen den Befestigungsfüßen an dem zweiten Bauteil montiert werden.
Dies ist insbesondere auch dann möglich, wenn keine zusätzlichen Elastomerkörper wie beispielsweise herkömmliche Gummihülsen zwischen dem ersten und zweiten Bauteil vorgesehen werden sollen, sondern eine starre Anbindung gewünscht ist.
Das erfindungsgemäße verzwängungsfreie Befestigungssystem eignet sich insbesondere zur Befestigung eines Lenkgetriebegehäuses an einer Fahrzeugkarosserie oder einem an dieser angeschlossenen Hilfsrahmen. Durch die Vermeidung von Biege- und Torsionsmomenten zwischen den Befestigungsfüßen des Lenkgetriebegehäuses wird eine Verformung der Lenkung vermieden. Dies wirkt sich positiv auf die Laufeigenschaften des Lenkgetriebes, dessen Lebensdauer sowie die haptischen Eigenschaften der Lenkung aus.
Zweckmäßigerweise wird man lediglich einen der beiden Anbindungspunkte des Lenkgetriebegehäuses an der Stützstruktur mit einer Schiefstellungen ausgleichenden Ausgleichsvorrichtung versehen, während der andere Anbindungspunkt ohne eine solche starr ausgeführt wird. Bei der Montage wird das Lenkgetriebegehäuse zunächst an dem starren Anbindungspunkt (ohne Ausgleichsvorrichtung) mit der Stützstruktur verspannt. Erst danach erfolgt die Festlegung an dem mit der Ausgleichsvorrichtung versehenen Anbindungspunkt. Aufgrund des in den Kraftschluss einbezogenen Kugelflächenabschnitts richtet sich die Ausgleichsvorrichtung je nach Schiefstellungswinkel beim Verspannen von selbst aus, so dass eine fertigungs- und montagebedingte Schiefstellung, welche sowohl vom Lenkgetriebegehäuse als auch von der Stützstruktur herrühren kann, automatisch kompensiert wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Vorzugsweise bildet die Ausgleichsvorrichtung mindestens einen Kugelflächenabschnitt aus, der mit mindestens einem am ersten und/oder zweiten Bauteil vorgesehenen Kugelflächenabschnitt zusammenwirkt.
Dabei kann die Ausgleichsvorrichtung eine Durchgangsöffnung aufweisen, die den Kugelflächenabschnitt derselben durchdringt. Dies ermöglicht einen optimalen Krafteintrag in Kugelflächenabschnitt und damit eine gute Fixierung.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausgleichsvorrichtung als Scheibe ausgebildet, die zwischen dem Befestigungsfuß des ersten Bauteils und der Aufnahme des zweiten Bauteils eingelegt ist. Die Ausgleichsvorrichtung lässt sich hierdurch mit geringem Aufwand kostengünstig herstellen.
Vorzugsweise ist das Befestigungselement zum Verspannen der Ausgleichsvorrichtung mit einem am ersten oder zweiten Bauteil ausgebildeten Gewinde verschraubt, wobei die Verschraubung ein Gewindespiel derart aufweist, dass die Verschraubung im Rahmen der auszugleichenden Schiefstellungen gängig ist, d. h. ohne Verklemmen verschraubt werden kann. Auf zusätzliche Sicherungsmittel wie Muttern und dergleichen kann in diesem speziellen Fall verzichtet werden. Hierdurch lassen sich insbesondere Schiefstellungswinkel bis zu etwa 0,5° bis 1,5° ausgleichen, welche sich unter den oben geschilderten Voraussetzungen bei der Herstellung eines Lenkgetriebegehäuses sowie der korrespondierenden Aufnahmen der Stützstruktur ohne großen Aufwand einhalten lassen. Sollten dennoch größere Schiefstellungswinkel ausgeglichen werden, ist dies über ein an einem der Bauteile vorgesehenes Gewinde kaum möglich. In diesem Fall kommt man um einen zusätzlichen Ausgleich für die Schiefstellung der Schraube nicht herum.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Ausgleichselement als mindestens zweiteilige Hülse mit einem ersten Hülsenteil und einem zweiten Hülsenteil ausgebildet. Dabei weist das erste Hülsenteil einen konvexen Kugelflächenabschnitt und das zweite Hülsenteil einen konkaven Kugelflächenabschnitt auf. Diese Kugelflächenabschnitte stehen miteinander in Eingriff. Eine derartige Hülse eignet sich besonders zum Aussteifen von Blechkonstruktionen. Sie kann prinzipiell sowohl in einen Befestigungsfuß am ersten Bauteil als auch in eine Aufnahme am zweiten Bauteil integriert sein.
Vorzugsweise ist die zumindest zweiteilige Hülse als Versteifung zwischen zwei Wandabschnitten des als Blechbauteil ausgebildeten zweiten Bauteils eingegliedert, um die Aufnahme für einen Befestigungsfuß zu bilden. Dabei erstreckt sich ein Befestigungselement sich durch die beiden Hülsenteile der zweiteiligen Hülse. Ferner ist die Steifigkeit der die zwei Wandabschnitte aufweisenden Stützstruktur kleiner als die Steifigkeit des ersten Bauteils zwischen den Befestigungsfüßen. Bei der Montage werden etwaige Schiefstellungswinkel über die Kugelflächenabschnitte sowie gegebenenfalls durch eine geringfügige Verformung der weicheren Stützstruktur ausgeglichen, so dass Verzwängungen zwischen den Befestigungsfüßen am ersten Bauteil bzw. am Lenkgetriebegehäuse vermieden sind.
Bevorzugt sind das erste und zweite Hülsenteil an jeweils an einem der Wandabschnitte befestigt, während diese beiden Hülsenteile an ihren Kugelflächenabschnitten untereinander gleitbewegbar abgestützt sind. Die Ausgleichsvorrichtung ist so einerseits verliersicher an einem der Bauteile angebracht. Gleichwohl wird eine optimale Kompensation von Schiefstellungen durch die Relativbewegung zwischen den Kugelflächenabschnitten gewährleistet. Die Hülsenteile können beispielsweise mit den Wandabschnitten vercrimpt oder in sonstiger Weise an diesen befestigt sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Ausgleichsvorrichtung zwei Elemente mit konvexen, zueinander weisenden Kugelflächenabschnitten und einer der Befestigungsfüße zwei konkave Kugelflächenabschnitte auf. Jeder der konvexen Kugelflächenabschnitte ist an einem der an dem einen Befestigungsfuß ausgebildeten konkaven Kugelflächenabschnitte abgestützt. Ferner erstreckt sich ein Befestigungselement sich durch die beiden Elemente mit konvexem Kugelflächenabschnitt, den zugehörigen Befestigungsfuß am ersten Bauteil sowie durch die zugehörige Aufnahme am zweiten Bauteil. Hierdurch lassen sich Schiefstellungen in zwei Raumrichtungen besonders gut ausgleichen.
Bevorzugt befinden sich die konvexen Kugelflächenabschnitte an aus Elastomermaterial gefertigten Abschnitten der beiden Elemente. Ferner weist jedes dieser Elemente einen hülsenförmig ausgebildeten Einleger aus einem steiferen Material auf. Das Befestigungselement erstreckt sich zwecks guter Kraftverteilung durch die Einleger, wobei die hülsenförmigen Einleger im unverspannten Zustand des Befestigungssystems axial voneinander beabstandet sind und im verspannten Zustand des Befestigungssystems unter Kompression des Elastomermaterials an einander anliegen. Durch die aus Elastomermaterial gefertigten Abschnitte wird eine Entkopplung erzielt, wobei die Steifigkeit deutlich einfacher einstellbar ist, als beispielsweise bei einer zylindrischen Gummihülse.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung einer elektromechanischen Lenkung mit Kugelgewindetrieb,
2 eine Detailansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines verzwängungsfreien Befestigungssystems,
3 eine Detailansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines verzwängungsfreien Befestigungssystems, und in
4 eine Detailansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines verzwängungsfreien Befestigungssystems.
Die Erfindung steht im Kontext mit einer in 1 schematisch dargestellten elektromechanischen Fahrzeuglenkung 1 ohne jedoch auf eine solche beschränkt zu sein.
Die Lenkung 1 weist ein Lenkgetriebegehäuse 2 auf, durch das sich eine Lenkstange 3 erstreckt. An der Lenkstange 3 greift ein Lenkungsritzel 4 an, um einen vom Fahrer an einer Lenkungshandhabe 5 aufgebrachten Lenkbefehl an die Fahrzeugräder 6 zu übertragen. Weiterhin weist die Lenkung einen Elektromotor 7 zur Erzeugung eines Lenkunterstützungsmoments auf. Der Elektromotor 7 kann, wie dargestellt, achsparallel zur Lenkstange 3 angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, den Elektromotor 7 koaxial zur Lenkstange 3 oder gegebenenfalls auch an anderer Stelle, beispielsweise an einer Lenksäule, anzuordnen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Antriebsmoment des Elektromotors 7 über eine Getriebestufe 8 und einen Kugelgewindetrieb 9 als Axialkraft an der Lenkstange 3 zur Wirkung gebracht. Die Getriebestufe 8 ist hier beispielhaft als Riementrieb dargestellt, wobei ein erstes Riemenrad an einer Abtriebswelle des Elektromotors 7 und ein zweites Riemenrad an einer Kugelgewindemutter 10 des Kugelgewindetriebs 9 angeordnet ist. Über den Kugelgewindetrieb 9 wird ein rotatorisches Antriebsmoment des Elektromotors 7 in eine translatorische Bewegungskomponente an der Zahnstange 3 übersetzt, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen. Jedoch kann die Getriebestufe 8 auch als Zahnradgetriebe oder dergleichen ausgeführt sein.
Zur Ansteuerung des Elektromotors 7 dient ein Lenkungssteuergerät 11, das ein Stellsignal für den Elektromotor 7 generiert und dazu unter anderem das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment berücksichtigt. Dieses Lenkmoment kann beispielsweise mit einer Drehmomentmesseinheit 12 an einer Lenksäule 13 gemessen werden, welche die Lenkungshandhabe 5 mechanisch mit der Lenkstange 3 koppelt.
Das Lenkgetriebegehäuse 2 ist an zwei Anbindungspunkten P₁ und P₂ an einer fahrzeugseitigen Stützstruktur 14 abgestützt und an diesen Anbindungspunkten P₁ und P₂ mittels geeigneter Befestigungselemente verspannt. In 1 ist als Stützstruktur 14 beispielhaft ein Hilfsrahmen angedeutet, auf dem sich das Lenkgetriebegehäuse 2 mittels zweier Befestigungsfüße abstützt. Es ist jedoch gleichfalls möglich, das Lenkgetriebegehäuse 2 anstatt an einem Hilfsrahmen an anderen Abschnitten der Fahrzeugkarosserie zu befestigen.
Zur Vermeidung einer Verzwängung des Lenkgetriebegehäuses 2 bei der Befestigung an der fahrzeugseitigen Stützstruktur 14 kommt ein spezielles, im folgenden anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutertes verzwängungsfreies Befestigungssystem zum Einsatz.
In seiner allgemeinsten Form umfasst das verzwängungsfreie Befestigungssystem zunächst ein erstes Bauteil 100 mit zwei Befestigungsfüßen 101 und 102 sowie ferner ein zweites Bauteil 200 mit zwei Aufnahmen 201 und 202, wobei jedem Befestigungsfuß 101 und 102 des ersten Bauteils 100 eine Aufnahme 201 und 202 am zweiten Bauteil 200 zugeordnet ist.
Bezogen auf das vorstehend erläuterte Beispiel einer Fahrzeuglenkung kann das erste Bauteil 100 durch das Lenkgetriebegehäuse 2 und das zweite Bauteil 200 durch die fahrzeugseitige Stützstruktur 14 verkörpert werden. Es ist jedoch auch möglich, das Befestigungssystem gewissermaßen umgekehrt einzubauen, in welchem Fall das erste Bauteil 100 durch die Stützstruktur 14 und das zweite Bauteil 200 durch das Lenkgetriebegehäuse 2 verkörpert wird.
Das erfindungsgemäße Befestigungssystem umfasst ferner Befestigungselemente 300 zum Verspannen der Befestigungsfüße 101 und 102 mit den Aufnahmen 201 und 202, sowie eine Schiefstellungen ausgleichende Ausgleichsvorrichtung 400. Die Befestigungsfüße 101 und 102 können beispielsweise als von dem ersten Bauteil 100 abstehende Laschen oder Vorsprünge ausgeführt sein.
Erfindungsgemäß ist zumindest einer der Befestigungsfüße 101 und 102 mit der zugehörigen Aufnahme 201 bzw. 202 mittels jeweils eines Befestigungselements 300 unter Einschluss der Schiefstellungen ausgleichenden Ausgleichsvorrichtung 400 verspannt, wobei die Schiefstellungen ausgleichenden Ausgleichsvorrichtung 400 hierzu mindestens einen Kugelflächenabschnitt 401 aufweist. Über diesen mindestens einen Kugelflächenabschnitt 401 erfolgt in sämtlichen nachfolgend näher erläuterten Ausführungsbeispielen ein Ausgleich etwaiger Schiefstellungsfehler in zwei Raumrichtungen.
Prinzipiell kann an jeder Verbindung zwischen einem Befestigungsfuß und einer Aufnahme 101/201 (Anbindungspunkt P₁) bzw. 102/202 (Anbindungspunkt P₂) eine Schiefstellungen ausgleichende Ausgleichsvorrichtung 400 vorgesehen werden. Werden die beiden Bauteile 100 und 200 lediglich an den zwei Anbindungspunkten P₁ und P₂ mit einander verbunden, so genügt es zur Vermeidung einer Verzwängung, lediglich an einer der genannten Verbindungen eine Ausgleichsvorrichtung 400 vorzusehen, während die andere Verbindung ausgleichsfrei ausgeführt wird. In Fällen, in denen mehr als zwei Verbindungen vorhanden sind, empfiehlt es sich, eine einzige Verbindung ausgleichsfrei und alle weiteren Verbindungen mit einer Ausgleichsvorrichtung 400 auszugestalten.
Beim Zusammenbau des ersten und zweiten Bauteils 100 und 200 werden diese mittels eines Befestigungselements 300 zunächst an dem starren Anbindungspunkt P₁ (ohne Ausgleichsvorrichtung 400) miteinander verspannt. Erst danach erfolgt die Festlegung an dem mit der Ausgleichsvorrichtung 400 versehenen Anbindungspunkt P₂ bzw. an den mit Ausgleichsvorrichtungen 400 versehenen Anbindungspunkten. Aufgrund des in den Kraftschluss einbezogenen Kugelflächenabschnitts 401 richtet sich die Ausgleichsvorrichtung 400 je nach Schiefstellungswinkel beim Verspannen von selbst aus, so dass fertigungs- und montagebedingte Schiefstellungen automatisch kompensiert werden, woraus eine verzwängungsfreie Anbindung des ersten Bauteils 100 resultiert.
2 zeigt die Ausgleichsvorrichtung 400 eines ersten Ausführungsbeispiels zwischen einem Befestigungsfuß 102 des ersten Bauteils 100 und einer korrespondierenden Aufnahme 202 des zweiten Bauteils 200. Die nicht näher dargestellte starre Verbindung zwischen dem anderen Befestigungsfuß 101 des ersten Bauteils 100 und der korrespondierenden Aufnahme 201 des zweiten Bauteils 200 (Anbindungspunkt P₁) kommt ohne Ausgleichsvorrichtung 400 aus. Beide Komponenten können in herkömmlicher Weise beispielsweise mittels eines Bolzens oder dergleichen miteinander verschraubt sein.
Die in 1 dargestellte Ausgleichsvorrichtung 400 umfasst eine Scheibe 402, die zwischen dem Befestigungsfuß 102 des ersten Bauteils 100 und der zugehörigen Aufnahme 202 des zweiten Bauteils 200 eingelegt ist. An dieser Scheibe 402 ist mindestens ein Kugelflächenabschnitt 401 ausgebildet, der mit einem entgegengesetzt gekrümmten korrespondierenden Kugelflächenabschnitt 103 am ersten Bauteil zusammenwirkt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kugelflächenabschnitt 401 konkav, der korrespondierende Kugelflächenabschnitt 103 am ersten Bauteil 100 entsprechend konvex gekrümmt. Beide Kugelflächenabschnitt 401 und 103 weisen den gleichen Krümmungsradius auf. Die dem konkaven Kugelflächenabschnitt 401 gegenüberliegende Seite 404 der Scheibe 402 ist eben ausgeführt. Gleiches gilt für die Aufnahme 202 am zweiten Bauteil, an der die Seite 404 anliegt.
Die Ausgleichsvorrichtung 400 weist ferner eine Durchgangsöffnung 405 auf, die den Kugelflächenabschnitt 401 derselben durchdringt.
Durch eine Durchgangsöffnung 104 in dem Befestigungsfuß 102 sowie durch die Durchgangsöffnung 405 der Scheibe 402 erstreckt sich ein Befestigungselement 300, das vorliegend als mit dem zweiten Bauteil 200 verschraubter Gewindebolzen ausgeführt ist. Das Befestigungselement 300 weist Kopf 301 auf, die sich axial an dem Befestigungsfuß 102 abstützt. Es weist ferner einen Außengewindeabschnitt 302 auf, der mit einem Innengewindeabschnitt 203 des zweiten Bauteils 200 in Eingriff steht.
Die Verschraubung weist ein hinreichendes Gewindespiel auf, um zu gewährleisten, dass das Befestigungselement 300 nach dem Ausgleich einer etwaigen Schiefstellung noch mit dem zweiten Bauteil verschraubt werden kann. Die Verschraubung ist für Schiefstellungswinkel bis zu beispielsweise 0,5°, gegebenenfalls auch bis zu 1° oder bis zu 1,5° gängig. Die aus dem Ausgleich der Schiefstellung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil resultierende minimale Schiefstellung des Befestigungselements 300 kann so durch das Gewindespiel ausgeglichen werden.
Anstelle einer unmittelbaren Verschraubung mit dem zweiten Bauteil 200 kann das Befestigungselement 300 auch mit einer Mutter verschraubt sein, die sich an der gegenüberliegenden Seite des zweiten Bauteils 200 abstützt.
Von der in 1 dargestellten Anordnung der Kugelflächenabschnitte 401 und 103 sind im Rahmen des Erfindungsgedankens zahlreiche Abwandlungen möglich.
So kann beispielsweise die Krümmung der Kugelflächenabschnitte 401 und 103 vertauscht werden, das heißt der Kugelflächenabschnitt 401 der Ausgleichsvorrichtung konvex und der Kugelflächenabschnitt 103 des ersten Bauteils konkave ausgeführt werden.
Weiterhin können die Positionen des Kugelflächenabschnitts 401 und der ebenen Gegenfläche 404 vertauscht werden, so dass in diesem Fall der Kugelflächenabschnitt 401 zu dem zweiten Bauteil 200 weist und mit einem dort befindlichen Kugelflächenabschnitt in Eingriff besteht. Auch hier kann die Position des konvexen und konkaven Kugelflächenabschnitts gegeneinander vertauscht werden.
Schließlich ist es möglich, die Ausgleichsvorrichtung 400 sowohl mit einem mit dem ersten Bauteil 100 zusammenwirkenden ersten Kugelflächenabschnitt als auch mit einem mit dem zweiten Bauteil 200 zusammenwirkenden zweiten Kugelflächenabschnitt der vorstehend erläuterten Art auszustatten.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel im Bereich der Ausgleichsvorrichtung 400', welche in diesem Fall als zumindest zweiteilige Hülse 402' ausgebildet ist. Diese Ausführungsvariante eignet sich insbesondere für Fälle, bei denen die Ausgleichsvorrichtung gleichzeitig zur Aussteifung desjenigen Bauteils 200' dient, welches mit dem gegen etwaige Verzwängungen zu schützenden Bauteil 100' gekoppelt wird. Letzteres weist im Vergleich zu ersterem eine mehrfach höhere Steifigkeit auf. Bei der Verspannung der beiden Bauteile miteinander kommt es, bedingt durch den Kugelflächenabschnitt 401', durch eine geringfügige Verformung des erstgenannten weicheren Bauteils 200' zu einer Kompensation etwaiger Schiefstellungen, wobei der überwiegende Anteil der Verformung an dem erstgenannten Bauteil 200' auftritt und das letztgenannte Bauteil 100' weitestgehend frei von Verformungen und Verzwängungen bleibt.
Die in 3 dargestellte Hülse 402' umfasst einen ersten Hülsenteil 403' und einen zweiten Hülsenteil 404'. Das erste Hülsenteil 403' weist einen konvexen Kugelflächenabschnitt 405' und das zweite Hülsenteil 404' einen konkaven Kugelflächenabschnitt 401' auf. Die Kugelflächenabschnitte 401' und 405' stehen miteinander in Eingriff, wobei die Lage des konkaven und des konvexen Kugelflächenabschnitts auch vertauscht sein kann.
Vorliegend ist die Hülse 402' als Versteifung zwischen zwei Wandabschnitten 203' und 204' des bevorzugt als Blechbauteil ausgebildeten zweiten Bauteils 200' eingegliedert, um die Aufnahme 202' für einen Befestigungsfuß 102' zu bilden. Das zweiten Bauteil 200' kann jedoch auch massiv, d. h. nicht in Blechkonstruktion ausgeführt sein. Vorzugsweise sind das erste und zweite Hülsenteil 403' und 404' an jeweils an einem der Wandabschnitte 203' und 204' befestigt. Die Hülsenteile können beispielsweise durch Crimpen, Schweißen oder dergleichen an den Wandabschnitten 203' und 204' befestigt sein. Untereinander sind die beiden Hülsenteile 403' und 404' an ihren Kugelflächen 401' und 405' gleitbewegbar abgestützt, um einen Ausgleich etwaiger Schiefstellungen zwischen den Anbindungspunkten P₁ und P₂ des ersten und zweiten Bauteils zu bewirken.
Ein Befestigungselement 300', das vorliegend beispielhaft als mit einer Mutter 303' zusammenwirkende Durchsteckschraube 304 dargestellt ist, erstreckt sich durch die beiden Hülsenteile 403' und 404' der zweiteiligen Hülse 402'. Dabei ist die Steifigkeit der beiden Wandabschnitte 203' und 204' aufweisenden Stützstruktur des zweiten Bauteils 200' kleiner als die Steifigkeit des ersten Bauteils 100' zwischen dessen Befestigungsfüßen. Vorzugsweise ist das Steifigkeitsverhältnis kleiner als 1:8 und weiter bevorzugt kleiner als 1:20. Der weitere Befestigungsfuß 101' des ersten Bauteils 100' kann, wie oben bereits erläutert, als starre Verbindung mit der zugehörigen Aufnahme 202' des zweiten Bauteils 200' ausgeführt sein.
In 4 ist eine dritte Ausführungsvariante der Ausgleichsvorrichtung 400'' an einem Anbindungspunkt P₂ des ersten Bauteils 100'' und einem zweiten Bauteil 200'' dargestellt. Der nicht dargestellte Anbindungspunkt P₁ kann prinzipiell als starre Verbindung in herkömmlicher Bauart, wie oben bereits beschrieben, ausgeführt sein, ist vorzugsweise jedoch ebenfalls mit einer Ausgleichsvorrichtung 400'' der nachfolgend näher erläuterten Bauart versehen.
4 zeigt dementsprechend einen Befestigungsfuß 102'' am ersten Bauteil 100'', beispielsweise in Form eines Vorsprungs eines Lenkgetriebegehäuses, so wie eine zugehörige Aufnahme 202'' am zweiten Bauteil 200'', beispielsweise einer Fahrzeugkarosserie oder einem an dieser befestigten Hilfsrahmen. Es ist jedoch auch möglich, den Befestigungsfuß mit der Ausgleichsvorrichtung 400'' karosserieseitig anzuordnen und eine korrespondierende Aufnahme am Lenkgetriebegehäuse vorzusehen.
Die Ausgleichsvorrichtung 400'' gemäß 4 umfasst zwei Elemente 410'' und 411'' mit konvexen, zueinander weisenden Kugelflächenabschnitten 412'' und 413''. Der mit der Ausgleichsvorrichtung 400'' ausgestattete Befestigungsfuß 102'' des ersten Bauteils 100'' weist gleichermaßen zwei konkave Kugelflächenabschnitte 112'' und 113'' auf.
Jeder der konvexen Kugelflächenabschnitte 412'' und 413'' ist er dabei an einem der konkaven Kugelflächenabschnitte 112'' und 113'' dieses Befestigungsfußes 102'' abgestützt.
Die beiden vorzugsweise in etwa halbkugelförmig ausgebildeten Elemente 410'' und 411'' weisen aus Elastomermaterial gefertigte Abschnitte 414'' und 415'' auf, an welchen sich die konvexen Kugelflächenabschnitte 410'' und 411'' befinden. Die Abschnitte 414'' und 415'' aus Elastomermaterial bewirken eine Schwingungsentkopplung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 100'' und 200''.
Jedes der Elemente 410'' und 411'' weist ferner einen Einleger 416'' und 417'' aus einem Material auf, das steifer ist als das Elastomermaterial. Die Einleger 416'' und 417'' hülsenförmig ausgebildet und vorzugsweise aus Stahl oder dergleichen gefertigt. Die aus Elastomermaterial gefertigten Abschnitte 414'' und 415'' sind an die Einleger 416'' und 417'' außenseitig angespritzt, anvulkanisiert oder angeklebt.
Die Einleger 416'' und 417'' ragen über den konvexen Kugelflächenabschnitt 412'' und 413'' des jeweiligen Elements 410'' bzw. 412'' axial etwas hinaus und erstrecken sich in eine Durchgangsöffnung 103'' des Befestigungsfußes 102'', welche die konkaven Kugelflächenabschnitte 112'' und 113'' verbindet. Die Länge des Überstands der Einleger 416'' und 417'' derart auf die Axiallänge der Durchgangsöffnung 103'' und die Elastizität des Elastomermaterials abgestimmt, dass die hülsenförmigen Einleger 416'' und 417'' im unverspannten Zustand des Befestigungssystems axial voneinander beabstandet sind und im verspannten Zustand des Befestigungssystems unter Kompression des Elastomermaterials einander angenähert sind oder aneinander anliegen.
Zur Verspannung des ersten und zweiten Bauteils 100'' und 200'' unter Einschluss der Ausgleichsvorrichtung 400'' ist ein Befestigungselement 300 durch die beiden Elemente 410'' und 411'' mit konvexem Kugelflächenabschnitt 412'' bzw. 413'', den zugehörigen Befestigungsfuß 102'' am ersten Bauteil 100'', d. h. durch die Durchgangsöffnung 103'' sowie durch die zugehörige Aufnahme 202'' am zweiten Bauteil 200'' hindurchgeführt. Dabei stützt sich die Ausgleichsvorrichtung 400'' mit einer geeigneten Fläche an dem zweiten Bauteil 200'' ab. Vorliegend ist diese Fläche die Rückseite 418'' des zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 100'' und 200'' angeordneten Elements 411'', welche dem konvexen Kugelflächenabschnitt 413'' gegenüberliegt. Die Rückseite 418'' ist vorzugsweise eben und liegt auf einer ebenen Gegenfläche 203'' des zweiten Bauteils 200'' auf. Das erste Bauteil 100'' ist im übrigen von dem zweiten Bauteil 200'' beabstandet und berührt dieses nicht. Die Abstützung an dem dargestellten Anbindungspunkt P₂ erfolgt allein über die Ausgleichsvorrichtung 400'', um einen verzwängungsfreien Ausgleich von Schiefstellungswinkeln zu gewährleisten.
Das Befestigungselement 300'' ist vorliegend beispielhaft als Schraube dargestellt, die sich mit einem Kopf 301'' an der dem ersten Bauteil 100'' abgewandten Seite des zweiten Bauteils 200'' abstützt. Das Befestigungselement 300'' weist einen Schaft 302'' auf, der sich durch eine Durchgangsöffnung 204'' des zweiten Bauteils 200'' sowie durch den Einleger 417'' zwischen dem ersten und zweiten Bauteil eingeschlossenen Elements 411'' erstreckt. Das Befestigungselement 300'' weist ferner einen Außengewindeabschnitt 303'' auf, der mit einem Innengewindeabschnitt 419'', der an dem Einleger 416'' des weiteren Elements 410'' ausgebildet ist, in Eingriff steht, um die Schraubverbindung zu verspannen.
Es ist auch möglich, den Innengewindeabschnitt an dem zweiten Bauteil 200'' vorzusehen. In diesem Fall wird das Befestigungselement 300'' in umgekehrter Richtung eingebaut, so dass sich dessen Kopf 301'' auf dem Einleger 416'' des dem zweiten Bauteil 200'' abgewandten Elements 410'' axial abstützt. Das Gewindespiel ist hinreichend groß, um bei den aus Fertigungs- und Montagetoleranzen resultierenden Schiefstellungen zwischen dem ersten und zweiten Bauteil gängig zu bleiben.
Alternativ zu dem dargestellten Beispiel kann der Einleger 416'' des weiteren Elements 410'' mit einer gewindefreien Durchgangsöffnung ausgeführt werden. Die Sicherung erfolgt dann mittels einer Mutter, die sich auf dem Einleger 416'' abstützt. In diesem Fall können Schraube und Mutter auch umgekehrt eingebaut werden.
Durch die Verpressung der Elemente 410'' und 411'' kann die Steifigkeit der Verbindung sehr genau eingestellt und reproduziert werden. Über die Einleger 416'' und 417'' wird die Kraft der Verschraubung auf die Elemente 410'' und 411'' begrenzt.
Alle vorstehend erläuterten Ausführungsvarianten ermöglichen bei Vorhandensein mehrerer Anbindungspunkte P₁ und P₂ eine verzwängungsfreie Befestigung eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für die verzwängungsfreie Befestigung eines Lenkgetriebegehäuses an der Fahrzeugkarosserie oder an einem Hilfsrahmen. Durch die Vermeidung von Biege- und Torsionsmomenten zwischen den Befestigungsfüßen des Lenkgetriebegehäuses wird eine Verformung bzw. Verzwängung des Lenkgetriebegehäuses vermieden. Dies wirkt sich positiv auf die Laufeigenschaften des Lenkgetriebes, dessen Lebensdauer sowie die haptischen Eigenschaften der Lenkung aus. Insbesondere wird die Reproduzierbarkeit diesbezüglich gleichbleibender Qualität verbessert.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand verschiedener Ausführungsvarianten und weiterer Modifikationen umfänglich erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen. Insbesondere können kompatible Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele auch dann miteinander kombiniert werden, wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist.
Bezugszeichenliste

1: Lenkung
2: Lenkgetriebegehäuse
3: Lenkstange
4: Lenkungsritzel
5: Lenkungshandhabe
6: Fahrzeugrad
7: Elektromotor
8: Getriebestufe
9: Kugelgewindetrieb
10: Kugelgewindemutter
11: Lenkungssteuergerät
12: Drehmomentsensor
13: Lenksäule
14: Hilfsrahmen
100: erstes Bauteil
101: Befestigungsfuß
102: Befestigungsfuß
103: konvexer Kugelflächenabschnitt
104: Durchgangsöffnung
200: zweites Bauteil
201: Aufnahme
202: Aufnahme
203: Innengewinde
300: Befestigungselement
301: Kopf
302: Außengewinde
400: Schiefstellungen ausgleichende Ausgleichsvorrichtung
401: Kugelflächenabschnitt
402: Scheibe
404: gegenüberliegende Seite
405: Durchgangsöffnung
100': erstes Bauteil
101': Befestigungsfuß
102': Befestigungsfuß
200': zweites Bauteil
201': Aufnahme
202': Aufnahme
203': Wandabschnitt
204': Wandabschnitt
300': Befestigungselement
301': Kopf
303': Mutter
304': Kopf
400': Schiefstellungen ausgleichende Ausgleichsvorrichtung
401': Kugelflächenabschnitt
402': mindestens zweiteilige Hülse
403': erstes Hülsenteil
404': zweites Hülsenteil
405': Kugelflächenabschnitt
100'': erstes Bauteil
101'': Befestigungsfuß
102'': Befestigungsfuß
103'': Durchgangsöffnung
112'': konkaver Kugelflächenabschnitt
113'': konkaver Kugelflächenabschnitt
200'': zweites Bauteil
201'': Aufnahme
202'': Aufnahme
203'': ebene Gegenfläche
300'': Befestigungselement
301'': Kopf
302'': Schaft
303'': Außengewindeabschnitt
400'': Schiefstellungen ausgleichende Ausgleichsvorrichtung
410'': Element mit konvexem Kugelflächenabschnitt
411'': Element mit konvexem Kugelflächenabschnitt
412'': konvexer Kugelflächenabschnitt
413'': konvexer Kugelflächenabschnitt
414'': Abschnitt aus Elastomermaterial
415'': Abschnitt aus Elastomermaterial
416'': Einleger
417'': Einleger
418'': Rückseite
419'': Innengewindeabschnitt
P₁: Anbindungspunkt (starr)
P₂: Anbindungspunkt mit Schiefstellungsausgleich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010004540 A1 [0002]

Claims

Verzwängungsfreies Befestigungssystem, insbesondere zur Befestigung von Lenkgetriebegehäusen, umfassend: – ein erstes Bauteil (100) mit zwei Befestigungsfüßen (101, 102), – ein zweites Bauteil (200) mit zwei Aufnahmen (201, 202), wobei jedem Befestigungsfuß des ersten Bauteils eine Aufnahme am zweiten Bauteil zugeordnet ist, und – Befestigungselemente (300) zum Verspannen der Befestigungsfüße (101, 102) mit den Aufnahmen (201, 202), – wobei zumindest einer der Befestigungsfüße (102) mit der zugehörigen Aufnahme (202) mittels eines Befestigungselements (300) unter Einschluss einer Schiefstellungen ausgleichenden Ausgleichsvorrichtung (400), welche hierzu mindestens einen Kugelflächenabschnitt (401) aufweist, verspannt ist.
Verzwängungsfreies Befestigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsvorrichtung (400) mindestens einen Kugelflächenabschnitt (401) ausbildet und mit mindestens einem am ersten und/oder zweiten Bauteil (100, 200) vorgesehenen Kugelflächenabschnitt (103) zusammenwirkt.
Verzwängungsfreies Befestigungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsvorrichtung (400) eine Durchgangsöffnung (405) aufweist, die den Kugelflächenabschnitt (401) derselben durchdringt.
Verzwängungsfreies Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsvorrichtung (400) als Scheibe ausgebildet ist, die zwischen dem Befestigungsfuß (102) des ersten Bauteils (100) und der Aufnahme (202) des zweiten Bauteils (200) eingelegt ist.
Verzwängungsfreies Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (300) zum Verspannen der Ausgleichsvorrichtung mit einem am ersten oder zweiten Bauteil (100, 200) ausgebildeten Gewinde (203) verschraubt ist, wobei die Verschraubung ein Gewindespiel derart aufweist, dass die Verschraubung im Rahmen der auszugleichenden Schiefstellungen gängig ist.
Verzwängungsfreies Befestigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsvorrichtung (400') als mindestens zweiteilige Hülse (402'') mit einem ersten Hülsenteil (403') und einem zweiten Hülsenteil (404') ausgebildet ist, wobei das erste Hülsenteil (403') einen konvexen Kugelflächenabschnitt (405') und das zweite Hülsenteil (404') einen konkaven Kugelflächenabschnitt (401') aufweist und diese Kugelflächenabschnitte (401', 405') miteinander in Eingriff stehen.
Verzwängungsfreies Befestigungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zweiteilige Hülse (402') als Versteifung zwischen zwei Wandabschnitten (203', 204') des zweiten Bauteils (200') eingegliedert ist, um die Aufnahme für einen Befestigungsfuß (102') zu bilden, ein Befestigungselement (300') sich durch die beiden Hülsenteile (403', 404') der zweiteiligen Hülse (402') erstreckt, und die Steifigkeit der die zwei Wandabschnitte (203', 204') aufweisenden Struktur kleiner ist als die Steifigkeit des ersten Bauteils (100') zwischen den Befestigungsfüßen.
Verzwängungsfreies Befestigungssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Hülsenteil (403', 404') an jeweils an einem der Wandabschnitte (203', 204') befestigt sind und diese beiden Hülsenteile (403', 404') an ihren Kugelflächenabschnitten (401', 405') untereinander gleitbewegbar abgestützt sind.
Verzwängungsfreies Befestigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsvorrichtung (400'') zwei Elemente (410'', 411'') mit konvexen, zueinander weisenden Kugelflächenabschnitten (412'', 413'') aufweist, einer der Befestigungsfüße (102'') zwei konkave Kugelflächenabschnitte (112'', 113'') aufweist, jeder der konvexen Kugelflächenabschnitte (112'', 113'') an einem der an dem einen Befestigungsfuß (102'') ausgebildeten konkaven Kugelflächenabschnitte (412'', 413'') abgestützt ist, ein Befestigungselement (300'') sich durch die beiden Elemente (410'', 411'') mit konvexem Kugelflächenabschnitt (412'', 413''), den zugehörigen Befestigungsfuß (102'') am ersten Bauteil (100'') sowie durch die zugehörige Aufnahme (202'') am zweiten Bauteil (200'') erstreckt.
Verzwängungsfreies Befestigungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexen Kugelflächenabschnitte (112'', 113'') sich an aus Elastomermaterial gefertigten Abschnitten (414'', 415'') der beiden Elemente (410'', 411'') befinden, jedes dieser Elemente (410'', 411'') einen hülsenförmig ausgebildeten Einleger (416'', 417'') aus einem steiferen Material aufweist, durch welche Einleger (416'', 417'') sich das Befestigungselement (300'') erstreckt, wobei die Einleger (416'', 417'') im unverspannten Zustand des Befestigungssystems axial voneinander beabstandet sind und im verspannten Zustand des Befestigungssystems unter Kompression des Elastomermaterials der aus Elastomermaterial gefertigten Abschnitte (414'', 415'') an einander anliegen.