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Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere elektrische Servolenkvorrichtung, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Eine Lenkvorrichtung mit einem Anschlagelement zur Begrenzung der Axialbewegung in beide Lenkrichtungen ist aus der
EP 1 777 138 B1 bekannt.
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Bei sehr hohen Belastungen oder auch in Missbrauchsfällen besteht die Gefahr, dass sich die Zahnstange durchbiegt. Aus Sicherheitsgründen sind deshalb Zahnstangen mit entsprechend großen Zahnstangendurchmessern vorzusehen, um alle Sonderereignisse und Missbrauch abzudecken. Dies erhöht jedoch den technischen Aufwand und auch die Kosten des Lenkgetriebes. Insbesondere bei elektrischen Powersystemen kann eine sehr hohe Belastung des Kugelgewindetriebes zu Akustikproblemen (Geräuschbildung) durch plastische Kugeleindrückungen führen, die durch größere elastische Verbiegungen der Zahnstange hervorgerufen werden.
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Aus Missbrauchsgründen, z. B. bei Belastungsspitzen in Werkstatttests, ist darüber hinaus auch eine Spurstangen-Hubanschlagsdämpfung erforderlich. Diese wurde bisher durch ein separates Teil übernommen, was die Vorrichtung entsprechend teurer und aufwendiger macht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei Lenkvorrichtungen der eingangs erwähnten Art die durch Zahnstangenverbiegungen entstehenden Risiken zu vermeiden und Kostenersparnisse, insbesondere durch den Einsatz schwächer dimensionierter Zahnstangen durch eine Belastungsreduzierung, insbesondere des Kugelgewindetriebes und der Zahnstange, zu erreichen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Das bekannte Anschlagelement erhält nunmehr neben seiner ursprünglichen Funktion Axialbewegungen der Zahnstange zu begrenzen, zusätzlich die Aufgabe als Abstützlager zu fungieren. Dies wird mit dem radial angepassten Innendurchmesser erreicht, in Verbindung mit der axialen Breite des Abstützlagers.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung werden unnötiges Gewicht und auch Kosten für die relativ selten auftretenden Erfordernisse bezüglich einer Überdimensionierung der Zahnstange eingespart. Ein separates Teil, nämlich eine Spurstangen-Hubanschlagsdämpfungseinrichtung ist damit ebenfalls nicht mehr erforderlich. Durch das erfindungsgemäße Anschlagelement mit der Ausbildung als Abstützlager sind höhere Gesamtbelastungen für die Zahnstange möglich, wodurch auch dünnere Zahnstangen möglich werden.
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Durch die erfindungsgemäße axiale Breite des als Abstützlager ausgebildeten Anschlagelementes wird vermieden, dass es bei einer verbogenen Zahnstange zu einem Verhaken des Anschlagelementes in einem Gewindegang der Zahnstange kommt. Dies war bei den Anschlagelementen des Standes der Technik aufgrund ihrer Ausbildung als dünne Scheibe bzw. als dünner Ring eine Gefahr.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Breite des Anschlagelements wenigstens der Steigung des Gewindes der Zahnstange entspricht.
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Durch diese Ausgestaltung wird eine relativ große Auflagefläche im Sinne eines Gleitlagers zur Abstützung der Zahnstange erreicht.
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Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass aus Reibungsgründen der Innendurchmesser des Abstützlagers so groß gewählt wird, dass im Normalbetrieb die Zahnstange nicht anliegt und erst bei definierten größeren Kinematikkräften durch eine Ausbiegung bzw. Verbiegung der Zahnstange zur Abstützung am Innendurchmesser des Anschlagelementes anliegt.
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Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass die innere Umfangswand des Anschlagelementes oval oder langlochartig in Richtung senkrecht zur Hauptbelastung ausgebildet ist.
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Entsprechend der Kinematik der Spurstangen, die vom Radlenkhebel zum Lenkgetriebe führt und Ihrer Winkelstellung ergibt sich eine Hauptbelastungsrichtung beim Einfedern der Räder. Insbesondere beim Überfahren von Bordsteinkanten ergeben sich dabei entsprechend hohe Kräfte. Diese Krafteinleitung und die Hauptbelastungsrichtung sind abhängig vom Fahrzeug und kann alle Raumwinkel einnehmen. Das Lenkgetriebe wird rechnerisch entsprechend ausgelegt.
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Wird nun erfindungsgemäß die innere Umfangswand oval oder langlochartig bzw. langlochförmig ausgelegt, kann man nunmehr aufgrund vorhandener Toleranzen für den Normalbetrieb eine größere Spieleinstellung vorsehen, damit es keine Behinderung durch das erfindungsgemäße Anschlagelement ergibt. Lediglich im Falle einer übermäßigen Beanspruchung der Zahnstange in die Hauptbelastungsrichtung kann dann aufgrund eines geringeren Spieles die Abstützfunktion in Kraft treten. Ein Langloch bezeichnet vorliegend eine längliche Bohrung oder Nut, deren schmale Seiten durch Halbkreise abgeschlossen werden. Die Durchmesser der Halbkreise entsprechen der Breite des Langlochs. Die Längsseiten des Langlochs können dabei parallel zueinander verlaufen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen zur Ausbildung des erfindungsgemäßen Abstützlagers durch das entsprechend angepasste Anschlagelement ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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Es zeigt:
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1 einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung im Längsschnitt mit einem erfindungsgemäßen Anschlagelement.
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2 einen Ausschnitt entsprechend 1 mit zwei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung.
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Die Figuren zeigen lediglich einen Ausschnitt aus einer Lenkvorrichtung mit einer Zahnstange, die grundsätzlich von bekannter Bauart ist. Ein äquivalentes System, wie dies nachfolgend beschrieben ist, ist auf der anderen Seite für den entgegengesetzten Lenkeinschlag angeordnet.
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Eine Zahnstange 2 ist axial verschiebbar in einem Gehäuse 1 angeordnet, wobei die Axialbewegung in beide Lenkrichtungen durch jeweils ein Anschlagelement 3 begrenzt wird. Die Zahnstange 2 ist über Gelenke 4, 5 auf beiden Seiten mit jeweils einer Spurstange verbunden. Das Anschlagelement 3 ist im Bereich der beiden axialen Enden des Gehäuses 1 im Innenraum des Gehäuses 1 positioniert, wobei wie vorstehend erwähnt, in den Figuren nur ein axiales Ende des Gehäuses 1 dargestellt ist.
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Über eine nicht dargestellte Lenkhandhabe wird in bekannter Weise eine Lenkbewegung auf die Zahnstange 2 übertragen. Die Übertragung der Lenkbewegung kann beispielsweise über ein Ritzel (nicht dargestellt) erfolgen. Die Lenkbewegung kann hydraulisch oder auch durch einen Elektromotor und ein Getriebe mit einem Kugelgewindetrieb zur Übertragung der Kräfte auf die Zahnstange 2 unterstützt werden. Das erfindungsgemäße Anschlagelement 3 eignet sich insbesondere für den Einsatz bei einer elektromechanischen Lenkung, bei der die vom Fahrer eines Kraftfahrzeuges gewünschte Lenkbewegung durch einen Elektromotor und ein Getriebe unterstützt wird. Das Anschlagelement 3 ist zur Dämpfung der auftretenden hohen Massekräfte aus elastischem Material, vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoff. Das Anschlagelement 3 ist erfindungsgemäß nunmehr zusätzlich als radial fungierendes Abstützlager ausgebildet. Hierzu besteht es vorzugsweise aus einem verformbaren Kunststoff, wobei der Innendurchmesser entsprechend radial angepasst ist, um als Abstützlager zu fungieren. Dabei ist der Innendurchmesser jedoch so groß mit einem entsprechenden Spiel gewählt, dass im Normalbetrieb die Zahnstange 2 nicht am Anschlagelement 3 anliegt, um eine höhere Reibung zu vermeiden. Erst bei definiert größeren Kinematikkräften und einer Druchbiegung der Zahnstange 2 liegt das Anschlagelement 3 mit seinem Innendurchmesser zur Abstützung an dem Außendurchmesser der Zahnstange 2 an.
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Wie aus den beiden Figuren ersichtlich ist, ist die axiale Breite des Anschlagelementes 3 größer als die Breite eines Gewindeganges 6. Optimal ist es dabei, wenn die axiale Breite des Anschlagelementes 3 wenigstens der Steigung 7 des Gewindes der Zahnstange 2 entspricht. Diese Lösung ist in den Figuren angedeutet. Dies bedeutet, dass das Anschlagelement 3 mit einer größeren Auflagefläche zwischen zwei Gewindegängen an der Umfangswand der Zahnstange 2 anliegt.
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Für eine optimale Funktionsweise des Anschlagelements 3 kann der Innendurchmesser statt kreisrund bei Bedarf auch langlochartig oder oval ausgeführt werden, und zwar derart, dass der größere Durchmesser des "Ovals" sich in Richtung senkrecht zur Hauptbelastungs- und Bewegungsebene erstreckt (nicht dargestellt). Die Hauptbelastung kann dabei in einem beliebigen Raumwinkel liegen und wird jeweils vom Fahrzeughersteller mitgeteilt.
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Das Anschlagelement 3 mit seiner Doppelfunktion, nämlich zum einen eine Dämpfung der Lenkbewegung und zum anderen eine Abstützung der Zahnstange 2 in Extremfällen kann auch so ausgelegt werden, dass eine im Allgemeinen selten auftretende Missbrauchsenergie bei einem Spurstangenanschlag durch eine definierte bleibende Verformung abgebaut wird. Diese bleibende Verformung soll jedoch nur dann eintreten, wenn Missbrauchsfälle auftreten bzw. eine Überlastung auftritt, zum Beispiel bei einem zu heftigen Überfahren eines Bordsteines. Kleinere Kräfte, die aufgrund einer Verbiegung der Zahnstange auftreten, sollen hingegen normal aufgenommen werden können.
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In der 2 sind hierzu zwei Ausführungsbeispiele für Verformungen in Missbrauchsfällen dargestellt. In der oberen Darstellung der 2 ist die zu einem Gehäusewandteil 8 gerichtete Stirnseite 9 in ihrem äußeren Bereich mit einem ringartigen Vorsprung 10 versehen, mit das Anschlagelement 3 an dem Gehäusewandteil 8 anliegt. Bei Überschreiten der normalen Lenkkräfte verformt sich das Anschlagelement 3 und vergrößert dabei bei Bedarf die Anlagefläche des Anschlagelementes 3 mit seiner Stirnseite 9 an dem Gehäusewandteil 8.
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In der unteren Hälfte der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei eine Schräge 11 in dem Gehäusewandteil 8 eingeformt ist. Auch auf diese Weise kann sich bei Überschreiten von normalen Lenkkräften das Anschlagelement 3 durch eine Verformung mit einer größeren Fläche der Stirnseite 9 sich an dem Gehäusewandteil 8 anliegen.
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Selbstverständlich ist hier auch eine kinematische Umkehrung möglich, und zwar dergestalt, dass eine Schräge 11 in die Stirnseite 9 des Anschlagelementes 3 eingeformt ist. Mit "Schräge" ist hier eine Abweichung von einem radial gerichteten Verlauf des Gehäusewandteiles 8 bzw. der Stirnseite 9 des Anschlagelementes 3 gemeint.
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Ein oder beide Stirnseiten 9 des Anschlagelementes 3 können am Innendurchmesser mit Abrundungen oder Abkantungen 12 versehen werden.
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Wenn die Zahnstange 2 verbogen wird, liegt keine gerade Auflagefläche mehr vor. Die Zahnstange muss sich somit schräg durch das Anschlagelement 3 durchschieben. Durch die Abkantungen oder Abrundungen können Verklemmungen vermieden werden bzw. ist eine Durchführung der Zahnstange problemloser möglich.
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Alternativ dazu oder zusätzlich kann der Innendurchmesser des Anschlagelementes auch ballig ausgebildet werden, wobei eine leichte Balligkeit im Allgemeinen ausreichend sein wird, um eine bessere Durchführung einer schräg gestellten Zahnstange zu ermöglichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Zahnstange
- 3
- Anschlagelement
- 4
- Gelenk
- 5
- Gelenk
- 6
- Gewindegang
- 7
- Steigung
- 8
- Gehäusewandteil
- 9
- Stirnseite
- 10
- Vorsprung
- 11
- Schräge
- 12
- Abrundung/Abkantung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1777138 B1 [0002]
- EP 1344709 A1 [0003]
- EP 2039588 [0003]
- EP 2234862 B1 [0003]
