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Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für ein Fahrzeug, mit einem Lenkgehäuse und einer Lenkeingangswelle, wobei das Lenkgehäuse abgedichtet ist und eine Aufnahme aufweist, durch die die Lenkeingangswelle in das Lenkgehäuse geführt ist, wobei die Aufnahme gegen die Lenkeingangswelle abgedichtet ist.
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Die Lenkeingangswelle des Lenkgetriebes dient dazu, die Lenkbewegungen des Lenkrades auf das Lenkgestänge zu übertragen. Am Lenkgestänge ist beispielsweise eine Zahnstange vorgesehen, in die ein mit der Lenkeingangswelle verbundenes Zahnrad eingreifen kann. Um das Lenkgetriebe vor äußeren Einflüssen, beispielsweise Schmutz oder Feuchtigkeit, zu schützen, ist es abgedichtet. Hierzu ist zum einen der Durchtritt der Lenkeingangswelle in das Lenkgehäuse abgedichtet. Auch die Ausgangsseite des Lenkgehäuses ist abgedichtet, beispielsweise durch Faltenbälge, die am Lenkgehäuse und an einer Zahnstange befestigt sind und bei einer Bewegung der Zahnstange in Längsrichtung flexibel nachgeben können, so dass auch bei einer Bewegung der Zahnstange eine zuverlässige Abdichtung des Lenkgehäuses gewährleistet ist.
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Aufgrund von Temperaturunterschieden oder anderen Umgebungseinflüssen kann der Druck innerhalb des Lenkgehäuses aber gegenüber dem Umgebungsdruck ansteigen oder abfallen. Diese Druckdifferenz wirkt sich auf die Faltenbälge aus. Bei einem höheren Innendruck können die Faltenbälge aufgeblasen werden. Bei einem geringeren Innendruck können sich die Faltenbälge zusammenfalten oder an der Zahnstange oder andere Bauteilen in der Umgebung des Lenkgetriebes anliegen. Dies kann bei einer Bewegung des Lenkgestänges zu einer Beschädigung des Faltenbalges und somit zu Undichtigkeiten des Lenkgehäuses führen.
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Aus dem Stand der Technik sind zwar verschiedene Ventile bekannt, über die Feuchtigkeit aus einem Lenkgehäuse herausgeleitet werden kann. In gewissen Grenzen kann auch ein Volumenausgleich erfolgen. Die Möglichkeiten, einen Druckausgleich zwischen Lenkgehäuse und Umgebung zu erzielen, sind aber nicht ausreichend, um auch bei einem Unterdruck einen Druckausgleich herzustellen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lenkgetriebe bereitzustellen, das einen ausreichenden Druckausgleich zwischen Umgebung und Innenraum des Lenkgehäuses ermöglicht, ohne dass dadurch eine zuverlässige Abdichtung des Lenkgehäuses gegen das Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit beeinträchtigt ist.
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Zur Lösung der Aufgabe ist bei einem Lenkgetriebe der eingangs genannten Art vorgesehen, dass an der Lenkeingangswelle eine innerhalb des Lenkgehäuses angeordnete erste Öffnung und eine außerhalb des Lenkgehäuses angeordnete zweite Öffnung vorgesehen ist, wobei die erste und die zweite Öffnung strömungstechnisch in Verbindung stehen. Bisher bekannte Lösungen für eine Entlüftung beziehungsweise einen Druckausgleich des Lenkgehäuses sehen eine Öffnung oder ein Ventil direkt am Lenkgehäuse vor. Diese Lösungen haben aber den Nachteil, dass das Ventil schnell verschmutzt, was zum Ausfall des Ventils führen kann. Demgegenüber sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, den Druckausgleich über eine Bauteil zu erzielen, das zu einem schmutzgeschützten Bereich des Fahrzeugs führt, nämlich in den Innenraum des Fahrzeugs. Durch die Druckausgleichsleitung, die nicht direkt am Gehäuse, sondern innerhalb der Lenkeingangswelle vorgesehen ist, liegt die zweite Öffnung automatisch in einem Bereich des Fahrzeugs, der vor Schmutz oder Feuchtigkeit geschützt ist. Somit ist das Risiko einer Verschmutzung der Druckausgleichsöffnung stark verringert und die Funktionsfähigkeit ist gewährleistet. Diese Lösung bietet den zusätzlichen Vorteil, dass am Lenkgehäuse kein weiterer Ausgang erforderlich ist. Es ist also auch möglich, bestehende Lenkgehäuse umzurüsten, indem eine neue Lenkeingangswelle eingesetzt wird.
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Die Lenkeingangswelle kann vorzugsweise eine in Längsrichtung verlaufende Aussparung aufweisen, in die die Öffnungen münden. Die Aussparung bildet gemeinsam mit den Öffnungen, die in die Aussparung münden, gewissermaßen einen Druckausgleichskanal, der eine Strömungsverbindung zwischen dem Innenraum des Lenkgehäuses und der Umgebung herstellt. Durch die Aussparung können die Öffnungen beliebig an der Lenkeingangswelle positioniert werden. Die Öffnungen müssen lediglich mit der Aussparung in Strömungsverbindung stehen. Die Länge der Aussparung kann beispielsweise so gewählt werden, dass die zweite Öffnung in einem vor Schmutz und/oder Feuchtigkeit geschützten Bereich angeordnet ist.
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Die außerhalb des Lenkgehäuses vorgesehene zweite Öffnung kann beispielsweise an einer aus dem Lenkgehäuse ragenden Stirnfläche der Lenkeingangswelle vorgesehen sein. Bei dieser Gestaltung ist für die zweite Öffnung keine Bohrung oder Aussparung an der Mantelfläche erforderlich. Die in Längsrichtung verlaufende Aussparung erstreckt sich in dieser Ausführungsform im Wesentlichen durch die Lenkeingangswelle bis zur Öffnung an der Stirnfläche. Zudem ist so ein maximaler Abstand zwischen dem Lenkgehäuse und der zweiten Öffnung möglich, so dass die zweite Öffnung in einem trockenen, schmutzgeschützten Bereich des Fahrzeugs, beispielsweise im Innenraum des Fahrzeugs, positioniert werden kann.
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Die zweite Öffnung der Mantelfläche kann beispielsweise an der Mantelfläche der Lenkeingangswelle vorgesehen sein und sich im Wesentlichen radial bis zur Aussparung erstrecken. Die Lenkeingangswelle weist üblicherweise einen Torsionsstab zur Steuerung einer hydraulischen Servolenkung auf. Aus diesem Grund kann sich die Aussparung nicht vollständig durch die gesamte Lenkeingangswelle erstrecken. Es ist aber lediglich erforderlich, dass die erste Öffnung innerhalb des Lenkgehäuses angeordnet ist. Die in Längsrichtung verlaufende Aussparung muss sich nur soweit durch die Lenkeingangswelle erstrecken, dass über die erste Öffnung eine strömungstechnische Verbindung mit dem Innenraum hergestellt ist. Die Verbindung zwischen der Aussparung und der ersten Öffnung ist auf einfache Weise möglich, indem die Öffnung an der Mantelfläche vorgesehen ist, beispielsweise durch eine Bohrung. Falls sich die Aussparung nicht weit genug in den Innenraum des Lenkgehäuses erstreckt, kann die zweite Öffnung aber auch schräg von der Aussparung an die Mantelfläche geführt sein.
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Die zweite Öffnung ist vorzugsweise in einem Fahrzeugteil vorgesehen, der vor Schmutz und Feuchtigkeit geschützt ist. Optional ist es aber auch möglich, dass an der zweiten Öffnung eine wasserdichte, insbesondere eine atmungsaktive Membran vorgesehen ist, die einen zusätzlichen Schutz vor Schmutz oder Feuchtigkeit bietet, aber einen Luftaustausch zwischen Innenraum und Umgebung ermöglicht.
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Die Membran kann in einer Kappe gehalten sein, die an der zweiten Öffnung, beispielsweise an der Stirnfläche der Lenkeingangswelle, befestigt ist.
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An der Aufnahme ist beispielsweise eine umlaufende Dichtung sowie ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes Lager für die Lenkeingangswelle vorgesehen, durch das die Lenkeingangswelle drehbar am Lenkgehäuse gelagert ist.
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Die erste Öffnung kann beispielsweise zwischen der Dichtung und dem Lager angeordnet sein, so dass die erste Öffnung möglichst nah an der Lenkgehäusewand angeordnet ist und der aus den Öffnungen und der Aussparung gebildete Druckausgleichskanal möglichst kurz ausgebildet ist.
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Ein solches Lager kann dem Luftaustausch einen geringen Widerstand entgegensetzen. Ein besserer Luftaustausch zwischen Innenraum und Umgebung ist daher möglich, indem die erste Öffnung auf der der Dichtung abgewandten Seite des Lagers angeordnet ist.
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Die Positionierung der ersten Öffnung ist vom Aufbau der Lenkeingangswelle abhängig. Die Lenkeingangswelle weist beispielsweise eine Lenkwelle mit einer Aufnahme für einen Torsionsstab sowie ein Ritzel auf, das begrenzt drehbar an der Lenkwelle gelagert und mit dem Torsionsstab gekoppelt ist. Die Aussparung erstreckt sich bei einer solchen Lenkeingangswelle vorzugsweise bis zur Aufnahme des Torsionsstabs, so dass sich die Aussparung möglichst weit in den Innenraum hinein erstreckt. Die Aussparung kann sich beispielsweise von der außerhalb des Lenkgehäuses angeordneten Stirnfläche im Wesentlichen durch die gesamte Lenkeingangswelle bis zur Aufnahme für den Torsionsstab erstrecken, sodass eine einfache Herstellung der Aussparung möglich ist, beispielsweise durch eine Bohrung. Die Lenkwelle kann in einer solchen Ausführungsform auch durch ein Rohr gebildet sein.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes,
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2 die Lenkeingangswelle des Lenkgetriebes aus 1 im Schnitt,
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3 in einer Detailansicht den Durchtritt der Lenkeingangswelle durch das Lenkgetriebe bei einem Lenkgetriebe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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4 eine Detailansicht entsprechend 3 einer zweiten Ausführungsform des Lenkgetriebes,
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5 eine Detailansicht des fahrzeugsinnenraumseitigen Endes der Lenkeingangswelle aus 2,
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6 eine Dichtkappe für die Lenkwelle aus 2.
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In 1 ist schematisch ein Lenkgetriebe 10 für ein Fahrzeug gezeigt. Das Lenkgetriebe 10 weist eine Lenkeingangswelle 12, die mit einem Fahrzeuglenkrad gekoppelt wird, sowie als Abtriebselement eine Zahnstange 14 auf. Die Zahnstange 14 weist eine Verzahnung 18 auf, in die ein Ritzel 16 eingreift, das mit der Lenkeingangswelle 12 gekoppelt ist. Die Lenkeingangswelle 12 sowie die Zahnstange 14 sind in einem gemeinsamen Lenkgehäuse 20 aufgenommen.
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Das Lenkgehäuse 20 weist eine Aufnahme 22 auf, durch das die Lenkeingangswelle 12 in das Lenkgehäuse 20 geführt ist. An der Aufnahme 22 sind eine Dichtung 24, die die Aufnahme 22 gegen die Lenkeingangswelle 12 abdichtet, sowie ein Lager 26 vorgesehen, in dem die Lenkeingangswelle 12 drehbar gelagert ist.
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Das Lenkgehäuse 20 weist des Weiteren zwei Ausgänge 28, 30 auf, durch die die Zahnstange 14 aus dem Lenkgehäuse 20 ragt. Die Ausgänge 28, 30 sind ebenfalls abgedichtet. In der hier gezeigten Ausführungsform erfolgt die Abdichtung jeweils durch einen Faltenbalg 32, 34, der an der Zahnstange 14 und am Lenkgehäuse 20 befestigt ist.
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Das Lenkgehäuse 20 ist durch die Dichtung 24 beziehungsweise die Faltenbälge 32, 34 vollständig abgedichtet, sodass Schmutz oder Feuchtigkeit nicht in den Innenraum 36 des Lenkgehäuses 20 eindringen kann.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind hier nur die wesentlichen Bauteile des Lenkgetriebes 10 dargestellt. Üblicherweise weist das Lenkgehäuse 20 weitere Öffnungen auf, die ebenfalls verschlossen und/oder abgedichtet sind, beispielsweise mit Dichtungen, Dichtkappen oder Verschlusskappen. Am Lenkgehäuse 20 kann beispielsweise eine Druckstückbohrung vorgesehen sein. Üblicherweise ist die Lenkeingangswelle auch in axialer Richtung über das Ritzel 16 hinaus verlängert, über ein Radiallager im Lenkgehäuse 20 gelagert und mit einer Mutter gesichert.
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Wie in 2 zu sehen ist, ist die Lenkeingangswelle 12 mehrteilig aufgebaut, nämlich mit einer Lenkwelle 48 sowie einem Übertragungselement 50, an dem das Ritzel 16 vorgesehen ist, das mit der Verzahnung 18 der Zahnstange 14 zusammenwirkt. Die Lenkwelle 48 und das Übertragungselement 50 sind über einen Torsionsstab 52 begrenzt drehbar miteinander gekoppelt. An der Lenkwelle 48 sowie am Übertragungselement 50 sind jeweils Aufnahmen 54, 56 für den Torsionsstab 52 vorgesehen. Über die Verdrehung des Torsionsstabs 52 erfolgt die Steuerung einer hydraulischen Servolenkung. Die Funktion einer solchen Servolenkung beziehungsweise einer solchen Steuerung ist an sich bekannt und wird nicht näher erläutert.
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Die Lenkeingangswelle 12 weist des Weiteren eine in Längsrichtung verlaufende Aussparung 38 auf, die in einer innerhalb des Lenkgehäuses 20 angeordneten ersten Öffnung 40 und einer außerhalb des Gehäuses angeordneten zweiten Öffnung 42 mündet. Die Öffnungen 40, 42 stehen also über die Aussparung 38 in Strömungsverbindung.
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Bei herkömmlichen Lenkgehäusen kann aufgrund von Temperaturschwankungen oder witterungsbedingten Druckschwankungen ein Überdruck oder ein Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck im Innenraum 36 entstehen, was entweder zu einem Aufblähen der Faltenbälge 32, 34 führt oder bei einem Unterdruck diese gegen die Zahnstange 14 drückt („S-Schlag“). Bei einer Bewegung der Zahnstange 14 können die an der Zahnstange 14 anliegenden Faltenbälge 32, 34 beschädigt werden.
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Durch die Öffnungen 40, 42 und die in Längsrichtung verlaufende Aussparung 38 ist ein Druckausgleichskanal gebildet, durch den ein Druckausgleich bei einer Druckdifferenz zwischen Innenraum 36 und der Umgebung möglich ist. Somit ist zuverlässig verhindert, dass Druckunterschiede auf die Faltenbälge 32, 34 oder andere für die Ausgänge und die Aussparung verwendeten Dichtungen wirken können. Eine Beschädigung aufgrund eines solchen Druckunterschiedes bzw. einer durch einen Druckunterschied verursachten Verformung der Faltenbälge 32, 34 oder Dichtungen ist somit zuverlässig verhindert.
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Die zweite Öffnung 42 ist vorzugsweise in einem Bereich des Fahrzeugs angeordnet, der vor Schmutz und Feuchtigkeit geschützt ist, so dass über die zweite Öffnung 42 keine Verschmutzung des Innenraums des Lenkgehäuses 20 möglich ist. Die Lenkeingangswelle 12 kann sich beispielsweise bis in den Fahrzeuginnenraum erstrecken und die zweite Öffnung 42 im Fahrzeuginnenraum angeordnet sein.
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In der hier gezeigten Ausführungsform ist die zweite Öffnung 42 an der aus dem Lenkgehäuse 20 ragenden Stirnfläche 44 der Lenkeingangswelle 12 vorgesehen.
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Um das Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit zusätzlich zu verhindern, ist an der zweiten Öffnung 42 eine Membran 46 vorgesehen, die in die Stirnfläche 44 eingesetzt ist (5) und dort formschlüssig oder stoffschlüssig befestigt sein kann.
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Diese Membran ist vorzugsweise wasserdicht und insbesondere atmungsaktiv, sodass ein Luftaustausch zwischen dem Innenraum 36 und der Umgebung möglich, aber ein Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit zuverlässig verhindert ist.
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Wie in 2 zu sehen ist, erstreckt sich die Aussparung 38 im Wesentlichen von der ersten Stirnfläche 44 bis zur Aufnahme 54 des Torsionsstabs 52. Die Aussparung 38 bildet also gemeinsam mit dem Aufnahmeraum für den Torsionsstab 52 einen durchgehenden Kanal durch die gesamte Lenkwelle 48. Dieser kann nachträglich in die Lenkwelle 48 eingebracht werden, beispielsweise durch Bohren. Es ist aber auch denkbar, dass diese bereits bei der Herstellung der Lenkwelle 48 in diese eingebracht ist.
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Ebenso kann die erste Öffnung 40 durch ein spanabhebendes oder materialabtragendes Verfahren, beispielsweise Bohren, Wasserstrahlen, Erodieren, Laserschneiden oder Stanzen oder bereits bei der Herstellung der Lenkwelle 48 eingebracht werden.
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Wie in 3 zu sehen ist, erstreckt sich die erste Öffnung 40 im Wesentlichen in radialer Richtung von der Aussparung 38 an die Mantelfläche der Lenkeingangswelle 12. Die erste Öffnung 40 ist an der Aufnahme 54 für den Torsionsstab vorgesehen, so dass sich die Aussparung 38 möglichst weit in den Innenraum 36 des Lenkgehäuses 20 erstreckt. In dieser Ausführungsform ist die erste Öffnung 40 zwischen der Dichtung 24 und dem Lager 26 angeordnet. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung, da eine solche erste Öffnung 40 einfach durch eine radiale Bohrung hergestellt werden kann.
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Weitere Ausführungsformen einer ersten Öffnung 40a, 40b sind in 4 dargestellt. Die Öffnung 40a erstreckt sich beispielsweise von der Aussparung 38 schräg in Richtung zum Innenraum 36, wobei die erste Öffnung 40a auf der der Dichtung 24 abgewandten Seite des Lagers 26 angeordnet ist.
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Die Öffnung 40b ist in der Aufnahme 54 für den Torsionsstab angeordnet, wobei diese Anordnung der ersten Öffnung 40b voraussetzt, dass der Torsionsstab entweder nicht vollständig in die Aufnahme 54 eingepresst ist oder am Torsionsstab 52 bzw. der Aufnahme 54 Kanäle vorgesehen sind, durch die eine Luftzirkulation zwischen der ersten Öffnung 40b und der zweiten Öffnung 42 möglich ist.
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Das Lager 26 kann dem Luftaustausch zwischen Innenraum 36 und Umgebung einen gewissen Widerstand entgegensetzen. Die ersten Öffnungen 40a, 40b bieten den Vorteil, dass ein besserer Luftaustausch zwischen Innenraum 36 und der Umgebung möglich ist.
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Unabhängig von der Ausführungsform ist sicherzustellen, dass die erste Öffnung 40, 40a, 40b innerhalb des Lenkgehäuses 20 angeordnet ist, also in den Innenraum 36 mündet, und die zweite Öffnung 42 außerhalb des Lenkgehäuses 20, sodass ein Luftaustausch zwischen Innenraum 36 und der Umgebung möglich ist. Die zweite Öffnung 42 kann also ebenfalls an der Mantelfläche der Lenkeingangswelle 12 angeordnet sein. Es ist lediglich sicherzustellen, dass durch die zweite Öffnung 42 kein Schmutz oder keine Feuchtigkeit in die Aussparung 38 und somit in den Innenraum 36 gelangen kann.
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Die Membran 46 kann auch an einer separaten Kappe 60 vorgesehen sein, die auf die Stirnfläche 44 aufgesetzt wird (6).
