DE102013108619A1

DE102013108619A1 - Lenkzwischenwelle

Info

Publication number: DE102013108619A1
Application number: DE201310108619
Authority: DE
Inventors: Helmut Bareis
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2015-02-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkzwischenwelle (20), insbesondere für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, mit zwei Kreuzgelenke (21) bildenden inneren Gelenkgabeln (22) und äußeren Gelenkgabeln (23) und einer Welle (24), wobei eine Lenkspindel (25) an der einen der äußeren Gelenkgabeln (23) und eine Lenkwelle (26) an der anderen der äußeren Gelenkgabeln (23) befestigt sind, wobei die Gelenkgabeln (22, 23) und die Welle (24) aus einem Kunststoff gefertigt sind und die Gelenkgabeln (23) Anschlussbereiche zum Anschluss an die Lenkspindel (25) und an die Lenkwelle (26) mit einem konischen Außendurchmesser aufweisen, an denen Gewinderinge (30) mit einem konischen Innendurchmesser festgeschraubt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkzwischenwelle, insbesondere für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, mit zwei Kreuzgelenke bildenden inneren Gelenkgabeln und äußeren Gelenkgabeln und einer Welle, wobei eine Lenkspindel an einer der äußeren Gelenkgabeln und eine Lenkwelle an der anderen der äußeren Gelenkgabeln befestigt sind.
Die Lenkzwischenwelle ist zwischen einer Lenksäule mit einem Lenkgetriebe angeordnet, um einen Lenkwinkel und ein Lenkmoment zwischen der Lenkwelle der Lenksäule und der Lenkspindel des Lenkgetriebes übertragen zu können. Bisher wird die Lenkzwischenwelle aus Stahl oder aus Aluminium hergestellt, da diese Werkstoffe extreme Belastungen zuverlässig überstehen. An den Enden der Lenkzwischenwelle sind jeweils die Gelenkgabeln des Kreuzgelenks angeordnet. Zur einwandfreien Übertragung des Lenkwinkels und des Lenkmoments müssen die Verbindungen zwischen den äußeren Gelenkgabeln, der Lenkspindel und der Lenkwelle spielfrei sein. Außerdem dürfen die Gelenkgabeln sich nicht in axialer Richtung auf der Lenkspindel und der Lenkwelle verschieben. Die hierfür erforderlichen Konstruktionen erfordern bisher einen hohen Montageaufwand und sind kostenintensiv. Außerdem sind die aus Metall bestehenden Konstruktionen schwer, was sich nachteilig auf die Kohlendioxidemission auswirkt.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Lenkzwischenwelle dahingehend zu verbessern, dass sie mit einem geringeren Montageaufwand und preiswerter als bisher realisiert werden kann und, dass sie sich positiv auf die Kohlendioxidemission auswirkt.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Lenkzwischenwelle der eingangs genannten Art, bei der erfindungsgemäß Gelenkgabeln und eine Welle aus einem Kunststoff gefertigt sind und die Gelenkgabeln Anschlussbereiche zum Anschluss an eine Lenkspindel und an eine Lenkwelle mit einem konischen Außendurchmesser aufweisen, an denen Gewinderinge mit einem konischen Innendurchmesser festgeschraubt sind. Zur schnellen Montage müssen nur noch die Lenkspindel und die Lenkwelle in die äußeren Gelenkgabeln eingeschoben und die Gewinderinge an den Anschlussbereichen festgeschraubt werden. Aufgrund der Konizitäten drücken beim Festschrauben die Gewinderinge die Anschlussbereiche gegen die Lenkspindel und die Lenkwelle, so dass die Gelenkgabeln spielfrei auf der Lenkspindel und der Lenkwelle sitzen und somit auch zuverlässig in axialer Richtung gesichert werden. Die Montage erfolgt also mit minimalen Handgriffen. Durch diese Konstruktion und die Verwendung von Kunststoff ist die erfindungsgemäße Lösung preiswert und leicht. Das leichte Gewicht der Lenkzwischenwelle wirkt sich günstig auf die Kohlendioxidemission aus. Vorzugsweise sind die Gelenkgabeln aus einem Faserverbundwerkstoff und die Welle und die inneren Gelenkgabeln einstückig gefertigt. Die Gelenkgabeln und die Welle können jedoch auch mehrstückig, aber unlösbar voneinander gefertigt werden. Ferner sind die Befestigungen zwischen der Lenkspindel und der Lenkwelle lösbar, wenn die Gewinderinge von den Gelenkgabeln herunter geschraubt werden.
Die Anschlussbereiche können formschlüssig mit der Lenkspindel und der Lekwelle ineinandergreifen. Somit können ein Lenkwinkel und ein Lenkmoment schlupffrei übertragen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform können die Lenkspindel, die Lenkwelle und die Anschlussbereiche mit umlaufenden Kerbverzahnungen ausgerüstet sein.
Damit die Anschlussbereiche zuverlässig gegen die Lenkspindel und die Lenkwelle beim Festschrauben der Gewinderinge gedrückt werden können, können die Anschlussbereiche axial verlaufende Schlitze aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind drei Schlitze in einem Winkelabstand von 120° vorgesehen, wobei die Schlitze in den Vertiefungen der Kerbverzahnungen liegen können.
Die Schlitze können sich ausgehend von einer der Lenkspindel und der Lenkwelle zugewandten Stirnseite nur teilweise über die Länge des Anschlussbereichs erstrecken. Die Schlitze erstrecken sich also nicht durchgehend über die gesamte Länge der Anschlussbereiche. Somit werden die zwischen den Schlitzen angeordneten Abschnitte der Anschlussbereiche gegen die Lenkspindel und die Lenkwelle gedrückt, so dass kein Spiel zwischen den Gelenkgabeln, der Lenkspindel und der Lenkwelle bestehen kann. Die nicht geschlitzten Bereiche können somit über ihren gesamten Umfang der Übertragung des Lenkmoments dienen.
Wenn die Anschlussbereiche beim Festschrauben der Gewinderinge aufgrund des geringen Spiels zwischen den Anschlussbereichen, der Lenkspindel und der Lenkwelle nur geringfügig gegen die Welle gedrückt werden müssen, dann können die Schlitze Stege aufweisen, welche die Ränder der Schlitze miteinander verbinden, so dass die Schlitze nicht durch die gesamte Dicke des Materials verlaufen. Die aus Kunststoff gefertigten Stege können dann beim Festschrauben der Gewinderinge zusammengedrückt werden. Die Stege erhöhen die Formstabilität der Anschlussbereiche trotz vorhandener Schlitze.
Die Anschlussbereiche können einen großen und einen dazu kleineren Außendurchmesser aufweisen, wobei auf dem großen Außendurchmesser Außengewinde aufgebracht sind. Somit können die Gewinderinge mit einem großen Anzugsmoment angezogen werden, so dass die Gelenkgabeln in den Anschlussbereichen besonders stark an die Lenkspindel und die Lenkwelle angedrückt werden.
Um zu vermeiden, dass sich die auf den Anschlussbereichen aufgeschraubten Gewinderinge unbeabsichtigterweise lösen, können die aufgeschraubten Gewinderinge gegen eine Linksdrehung blockiert sein.
Zu diesem Zweck können die Anschlussbereiche am großen Außendurchmesser außen umlaufende Verzahnungen aufweisen. Außerdem können die Gewinderinge mehrere über ihren Umfang verteilte Rastelemente aufweisen. Die Rastelemente gleiten beim Festschrauben der Gewinderinge über die Verzahnungen der Anschlussbereiche hinweg. Die Rastelemente und die Verzahnungen sind zur Blockierung der Linksdrehung mit steilen Flanken versehen. Um eine Rechtsdrehung zu ermöglichen, weisen sie gegenüber von den steilen Flanken schräge Flanken auf.
Die Rastelemente können an an den Gewinderingen angeordneten Federarmen angebracht sein. Sie gleiten somit bei der Rechtsdrehung über die Verzahnungen hinweg und schnappen automatisch in die Lücken zwischen den Verzahnungen ein, wodurch die Linksdrehung der Gewinderinge blockiert wird.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das erfindungsgemäß die Lenkzwischenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
1a eine perspektivische Ansicht auf eine Lenkung gemäß dem Stand der Technik;
1b eine perspektivische Ansicht auf eine Lenkzwischenwelle gemäß dem Stand der Technik;
2 eine perspektivische Ansicht auf eine erfindungsgemäße Lenkzwischenwelle
3 und 4 perspektivische Ansichten auf eine Gelenkgabel mit Gewindering;
5 eine perspektivische Ansicht auf die Gelenkgabel;
6 eine Schnittansicht durch die Gelenkgabel und den Gewindering aus den 3 bis 5;
7 eine detaillierte Schnittansicht im Bereich eines Schlitzes in einem Anschlussbereich.
1a zeigt eine Lenkung 10 für ein Kraftfahrzeug mit einer Lenkzwischenwelle 11. Die Lenkzwischenwelle 11 weist eine Welle 15 auf, an deren Enden Kreuzgelenke 12 angeordnet sind. Das obere Kreuzgelenk 12 ist mit einer hier nicht näher gezeigten Lenkwelle einer Lenksäule 13 und das untere Kreuzgelenk 12 mit einer Lenkspindel 16 eines Lenkgetriebes 14 verbunden.
Die Kreuzgelenke 12 weisen innere Gelenkgabeln 17 und äußere Gelenkgabeln 18 auf (siehe 1b). Gemäß dem Stand der Technik sind die Kreuzgelenke 12 aus Stahl oder Aluminium hergestellt. Um eine spielfreie Verbindung der Gelenkgabeln 18 zur Lenksäule oder zum Lenkgetriebe herstellen zu können, weisen die Gelenkgabeln 18 eine mit einem Schlitz 19 versehene Nabe 100 auf. Der Durchmesser der Nabe 100 kann folglich durch eine Schraube 101 reduziert werden, so dass eine darin eingesteckte Lenkspindel oder Lenkwelle geklemmt wird.
2 zeigt eine Lenkzwischenwelle 20 mit einer Welle 24, an deren Enden Kreuzgelenke 21 angebracht sind. Die Kreuzgelenke 21 weisen innere Gelenkgabeln 22 und äußere Gelenkgabeln 23 auf. Erfindungsgemäß sind die Welle 24 und die Gelenkgabeln 22 und 23 aus Kunststoff, vorzugsweise aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt. In den äußeren Gelenkgabeln 23 sind eine Lenkspindel 25 des Lenkgetriebes 14 und eine Lenkwelle 26 der Lenksäule 13 befestigt.
Die 3 bis 6 zeigen die Gelenkgabeln 23, auf die ein Gewindering 30 aufgeschraubt ist. Zu diesem Zweck weisen die Gelenkgabeln 23 ein Außengewinde 31 und der Gewindering 30 ein Innengewinde 32 auf (siehe 6).
Die Gelenkgabeln 22 und 23 sind aus Kunststoff gefertigt, wobei die Gelenkgabeln 23 mit einem Anschlussbereich 50 versehen sind. Der Anschlussbereich 50 stellt den Bereich der Gelenkgabeln 23 dar, welcher die Welle 24 umfassen kann. Der Anschlussbereich 50 weist eine Öffnung 51 auf, in den die Welle 24 eingeschoben werden kann. Die Öffnung 51 ist mit einer umlaufenden Kerbverzahnung 71 (siehe auch 7) versehen, so dass die Welle 24, die ebenfalls eine Kerbverzahnung aufweist, mit den Gelenkgabeln 23 formschlüssig ineinandergreifen kann. Der Anschlussbereich 50 ist mit Schlitzen 52 versehen, die in einem Winkelabstand von 120° zueinander angeordnet sind. Ferner weist der Anschlussbereich 50 einen konischen Außendurchmesser auf, der sich zur Öffnung 51 hin verjüngt. Ebenso weist der den Anschlussbereich 50 überdeckende Bereich des Gewinderings 30 einen konischen Innendurchmesser auf (siehe 6). Somit wird der Anschlussbereich 50 beim Festschrauben des Gewinderings 30 auf die Gelenkgabeln 23 gegen die Welle 24 gedrückt, so dass die Kerbverzahnung 71 des Anschlussbereichs 50 mit der Kerbverzahnung der Welle 24 eine geklemmte spielfreie Verbindung darstellt.
Die Schlitze 52 erstrecken sich nur teilweise über die Länge des Anschlussbereichs 50 und nicht über seine gesamte Länge (siehe 6). Die Kerbverzahnung 71 hingegen erstreckt sich über die gesamte Länge des Anschlussbereichs 50, so dass der nicht mit den Schlitzen 52 versehene Abschnitt des Anschlussbereichs 50 über seinen gesamten Umfang der Übertragung eines Lenkmoment dienen kann.
An den Gelenkgabeln 23 sind eine außen umlaufende Verzahnung 53 angebracht (siehe 5). Am Gewindering 30 sind Rastelemente 40 an Federarmen 41 angeordnet. Die Rastelemente 40 gleiten beim Festschrauben des Gewinderings 30 über die Zähne der Verzahnung 53 und greifen automatisch in die Lücken der Verzahnung 53 ein. Dadurch wird eine Rechtsdrehung ermöglicht und eine Linksdrehung blockiert. Somit ist der Gewindering 30 nach dem Festschrauben arretiert und kann sich nicht mehr unbeabsichtigt lösen.
Der Schlitz 52 weist einen Steg 70 auf (siehe 7), der die Ränder des Schlitzes 52 miteinander verbindet. Auf diese Weise erhöht der Steg 70 die Formstabilität des Anschlussbereichs 50. Beim Festschrauben des Gewinderings 30 wird der Steg 70 zusammengedrückt.
Bezugszeichenliste

10: Lenkung
11: Lenkzwischenwelle
12: Kreuzgelenk
13: Lenksäule
14: Lenkgetriebe
15: Welle
16: Lenkspindel
17: innere Gelenkgabel
18: äußere Gelenkgabel
19: Schlitz
20: Lenkzwischenwelle
21: Kreuzgelenk
22: innere Gelenkgabel
23: äußere Gelenkgabel
24: Welle
25: Lenkspindel
26: Lenkwelle
30: Gewindering
31: Außengewinde
32: Innengewinde
40: Rastelement
41: Federarm
50: Anschlussbereich
51: Öffnung
52: Schlitz
53: Verzahnung
70: Steg
71: Kerbverzahnung
100: Nabe
101: Schraube

Claims

Lenkzwischenwelle (20), insbesondere für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, mit zwei Kreuzgelenke (21) bildenden inneren Gelenkgabeln (22) und äußeren Gelenkgabeln (23) und einer Welle (24), wobei eine Lenkspindel (25) an der einen der äußeren Gelenkgabeln (23) und eine Lenkwelle (26) an der anderen der äußeren Gelenkgabeln (23) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkgabeln (22, 23) und die Welle (24) aus einem Kunststoff gefertigt sind und die Gelenkgabeln (23) Anschlussbereiche (50) zum Anschluss an die Lenkspindel (25) und an die Lenkwelle (26) mit einem konischen Außendurchmesser aufweisen, an denen Gewinderinge (30) mit einem konischen Innendurchmesser festgeschraubt sind.
Lenkzwischenwelle (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussbereiche (50) mit der Lenkspindel (25) und der Lenkwelle (26) formschlüssig ineinandergreifen.
Lenkzwischenwelle (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussbereiche (50) axial verlaufende Schlitze (52) aufweisen.
Lenkzwischenwelle (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schlitze (52) ausgehend von der Lenkspindel (25) und der Lenkwelle (26) zugewandten Stirnseiten nur teilweise über die Länge der Anschlussbereiche (50) erstrecken.
Lenkzwischenwelle (20) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (52) Stege (70) aufweisen.
Lenkzwischenwelle (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussbereiche (50) große und dazu kleinere Außendurchmesser aufweisen, wobei auf die großen Außendurchmesser Außengewinde (32) aufgebracht sind.
Lenkzwischenwelle (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Anschlussbereiche (50) aufgeschraubten Gewinderinge (31) gegen eine Linksdrehung blockiert sind.
Lenkzwischenwelle (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussbereiche (50) an den großen Außendurchmessern außen umlaufende Verzahnungen (53) aufweisen.
Lenkzwischenwelle (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinderinge (31) mehrere über ihren Umfang verteilte Rastelemente (40) aufweisen.
Lenkzwischenwelle (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente (40) an an den Gewinderingen (31) angeordneten Federarmen (41) angebracht sind.
Lenkung für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Lenkzwischenwelle (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.