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Die Erfindung betrifft eine Baugruppe eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Hilfsrahmen zur Aufnahme von Fahrzeugkomponenten, welche über den Hilfsrahmen mit einem Fahrzeugaufbau verbindbar sind, und wenigstens ein Zahnstangenlenkgetriebe mit einem Lenkgehäuse, in dem eine Zahnstange längsverschieblich angeordnet ist, wobei das Lenkgehäuse mit dem Hilfsrahmen verbunden ist, und wenigstens bereichsweise formschlüssig in eine Aufnahme im Hilfsrahmen eingebettet ist.
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Im Fahrzeugbau ist es insbesondere im Vorderbereich eines Fahrzeugs bekannt, Hilfsrahmen bzw. Fahrschemel einzusetzen, die Fahrzeugkomponenten aufnehmen, welche mit einem Fahrzeugaufbau verbunden werden sollen. Diese Hilfsrahmen müssen insbesondere so ausgestaltet sein, dass sie eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit aufweisen, was beispielsweise durch Hilfsrahmen aus Stahl erreicht werden kann. Insbesondere um Gewicht einzusparen, werden Hilfsrahmen jedoch oftmals auch aus Aluminium hergestellt. Dabei können die Rahmen aus geformten Metallblechen, Rohren und/oder Gussstücken hergestellt sein.
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Bei den an einem solchen Hilfsrahmen anzubringenden Fahrzeugkomponenten handelt es sich insbesondere um das Lenkgetriebe bzw. ein zugehöriges Lenkgehäuse. Dieses kann auf unterschiedliche Arten mit einem Hilfsrahmen verbunden werden. Beispielsweise offenbart die
DE 10 2004 057 176 B4 die Anbringung eines Lenkgehäuses an einem Hilfsrahmen über mehrere Schrauben. Bei einem Hilfsrahmen aus einem stranggepressten Aluminiumprofil schlägt die
EP 1 504 983 A1 ferner vor, den Hilfsrahmen einstückig mit dem Lenkgehäuse auszubilden. Dabei wird das Lenkgehäuse aus Aluminium durch einen Kanal gebildet, der in einer Erhebung am Hilfsrahmen ausgeformt ist, so dass der Hilfsrahmen auch das Lenkgehäuse des Lenkgetriebes ausbildet.
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Durch Leichtbau und/oder das Bestreben, alternative Materialien für Fahrzeugkomponenten zu verwenden, werden Komponenten oftmals an ihrer Belastungsgrenze betrieben. Dies kann beispielsweise bei Lenkgehäusen aus Kunststoff der Fall sein.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 106 619 A1 beschreibt ein Lenkgetriebe, das so in die Konstruktion eines Vorderachshilfsrahmens integriert ist, dass das Lenkgetriebe einen Anteil der Gesamtbelastung aufnimmt. Der Vorderachsrahmen kann so kleiner, weniger massiv und leichter dimensioniert werden. Das Lenkgetriebe ist dazu als eine Art Querstrebe in den Vorderachsrahmen integriert, wobei es über zwei seitliche Anschlussabschnitte mit dem Rahmen verbunden ist. Diese Verbindung kann über Schrauben und/oder Bolzen erfolgen, aber die Anschlussabschnitte können auch formschlüssig in Aufnahmen innerhalb des Vorderachsrahmens eingebracht sein.
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Die beschriebene Konstruktion ermöglicht es nicht, das Lenkgehäuse schwächer zu dimensionieren, da das Lenkgehäuse nicht formschlüssig durch den Vorderachsrahmen gestützt wird.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 025 537 A1 beschreibt einen Achsträger, der einstückig mit einem Lenkgehäuse ausgebildet ist. Dazu wird beispielsweise ein rohrförmiger Hohlzylinder in eine Gussform eingelegt und vom Material des Achsträgers umgossen, um so in der Gussform den resultierenden Achsträger auszuformen. Dabei ist erwähnt, dass neben kraft- und/oder stoffschlüssigen Verbindungen zwischen Rohr und Achsträger auch eine formschlüssige Verbindung hergestellt werden kann. In dem Rohr als Lenkgehäuse kann eine Zahnstange längsverschieblich geführt sein. Allerdings offenbart auch diese Druckschrift keine Verbindung zwischen einem Hilfsrahmen und einem Lenkgetriebe, die es auch bei einem schwächer dimensionierten Lenkgehäuse ermöglicht, die funktionalen Anorderungen an diese Fahrzeugkomponenten zu erfüllen.
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Die Patentschrift
DE 10 2009 040 821 B3 beschreibt einen Vorderachsträger mit einem Querträger, der durch ein Lenkgehäuse aus Stahl gebildet wird. Dabei ist das Lenkgehäuse in den meisten Ausführungsbeispielen mit Komponenten des Achsträgers verschweißt. Auch dieser Druckschrift ist kein Hinweis zu entnehmen, der es ermöglicht, die funktionalen Anforderungen an diese Fahrzeugkomponenten auch bei einem schwächer dimensionierten Lenkgehäuse zu erfüllen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verbindung zwischen einem Hilfsrahmen und einem Lenkgetriebe bereitzustellen, die es auch bei einem schwächer dimensionierten Lenkgehäuse ermöglicht, die funktionalen Anforderungen an diese Fahrzeugkomponenten zu erfüllen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Baugruppe für ein Kraftfahrzeug gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Baugruppe ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-8.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Die erfindungsgemäße Baugruppe eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Hilfsrahmen zur Aufnahme von Fahrzeugkomponenten, welche über den Hilfsrahmen mit einem Fahrzeugaufbau verbindbar sind. Ferner umfasst die Baugruppe wenigstens ein Lenkgetriebe mit einem Lenkgehäuse, das mit dem Hilfsrahmen verbunden ist. Die Erfindung sieht für diese Verbindung zwischen Hilfsrahmen und Lenkgehäuse vor, dass das Lenkgehäuse wenigstens bereichsweise formschlüssig in eine Aufnahme im Hilfsrahmen eingebettet ist. Das Lenkgehäuse wird dabei vorzugsweise soweit von der Aufnahme umschlossen, dass der Hilfsrahmen eine stützende Wirkung hat, welche dazu geeignet ist, eine schwache Dimensionierung des Lenkgehäuses zu kompensieren. Gegebenenfalls kann der Hilfsrahmen dabei auch eine schützende Wirkung haben, falls beispielsweise eine dünne Wandstärke des Lenkgehäuses dies erforderlich machen sollte.
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Hierdurch ist es möglich, ein Material für das Lenkgehäuse zu wählen, das beispielsweise sehr dünn oder leicht ist oder sonstige Vorteile mit sich bringt, jedoch unter Umständen ohne weitere Maßnahmen nicht die funktionalen Anforderungen erfüllen könnte, die an diese Fahrzeugkomponente gestellt werden. Hierbei handelt es sich insbesondere um Anforderungen bezüglich einer ausreichenden Steifigkeit und Festigkeit. Ein solches relativ nachgiebiges Lenkgehäuse wird durch das Material des Hilfsrahmens gestützt, wenn das Lenkgehäuse formschlüssig in eine Aufnahme im Hilfsrahmen eingebracht wird. Durch den Formschluss der beiden Komponenten gehen die Komponenten eine Symbiose ein, was die funktionalen Eigenschaften verbessert.
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Der Formschluss erlaubt dabei eine schwächere Dimensionierung des Lenkgehäuses bei gleicher möglicher Belastung. Dies kann sich beispielsweise darin äußern, dass für das Lenkgehäuse ein Material gewählt werden kann, das ein geringeres E-Modul aufweist als das Material des Hilfsrahmens im Bereich der Verbindung zwischen Lenkgehäuse und Hilfsrahmen. Das Lenkgehäuse kann jedoch für eine Materialersparnis auch sehr dünn ausgeführt sein, was ohne die erfindungsgemäße Vorgehensweise ebenfalls zu unbefriedigenden Eigenschaften führen könnte.
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Insbesondere kann das Material des Lenkgehäuses ein Kunststoff sein, während für den Hilfsrahmen Stahl oder Aluminium gewählt wird. Das Lenkgehäuse kann jedoch auch aus einem dünnen Aluminium- oder Stahlblech geformt sein, während der Hilfsrahmen mit großer Festigkeit und Steifigkeit ausgeführt ist. In beiden Fällen kann ergänzend vorgesehen sein, dass das Lenkgehäuse wenigstens im Bereich der Aufnahme ein oder mehrere äußere Versteifungsrippen aufweist, mit denen das Lenkgehäuse an der Innenseite der Aufnahme anliegt. Normalerweise würde man das Lenkgehäuse außen verrippen, um genügend Steifigkeit zu erhalten. Durch die erfindungsgemäße Integration des Lenkgehäuses in den Hilfsrahmen kann auf diese Verrippung jedoch auch vollständig oder wenigstens teilweise verzichtet werden. Hierdurch wird das Gehäuse leichter, was weniger Materialeinsatz erfordert, kostengünstiger ist und die CO2-Produktion reduziert.
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Das Lenkgetriebe ist beispielsweise ein Zahnstangenlenkgetriebe, bei dem das Lenkdrehmoment ausgehend vom Lenkrad über eine Lenksäule und ein Lenkritzel in die Lenkung eingeleitet wird. Das Lenkritzel steht dabei in Eingriff mit dem gezahnten Abschnitt einer längsverschieblichen Zahnstange und wandelt die Drehbewegung des Lenkrads in eine üblicherweise horizontale Linearbewegung zum Verschwenken der gelenkten Räder um.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Aufnahme für das Lenkgehäuse an wenigstens einer Seite offen ausgebildet, und das Lenkgehäuse ist über diese Seite in radialer Richtung aus der Aufnahme entnehmbar. In radialer Richtung entnehmbar bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Lenkgehäuse quer zu seiner Längsachse entnommen werden kann. Es ist somit beispielsweise nicht axial aus einer rohrförmigen Aufnahme herausziehbar, sondern kann quer zu seiner Längsausdehnung aus der Aufnahme entnommen werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt und schließt nicht aus, dass das Lenkgehäuse in axialer Richtung aus einer Aufnahme entnehmbar ist.
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Hierdurch ist es grundsätzlich möglich, das Lenkgehäuse von einem beschädigten Hilfsrahmen zu trennen bzw. umgekehrt ein beschädigtes Lenkgehäuse von einem Hilfsrahmen zu trennen. Ist eines dieser beiden Bauteile beschädigt und muss repariert oder ausgetauscht werden, kann dies erfolgen, ohne dass das jeweils andere Bauteil ebenfalls entfernt oder sogar mit ausgetauscht werden muss. Insbesondere gegenüber einstückigen Lösungen, wie sie beispielsweise die
EP 1 504 983 A1 vorschlägt, hat dies Vorteile.
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Die Aufnahme kann dabei auf verschiedene Arten ausgeformt sein. Beispielsweise kann die Aufnahme von einer Oberfläche des Hilfsrahmens abstehen, d.h. als ergänzendes Element am Hilfsrahmen ausgeformt sein. Diese abstehenden Elemente können ebenfalls auf vielfältige Arten realisiert werden. In einer Ausführungsform der Erfindung ist beispielsweise vorgesehen, dass die Aufnahme eine U-förmige Klammer (Bracket) mit wenigstens zwei Seitenwangen ist, die von einer Oberfläche des Hilfsrahmens abstehen, und dass diese Aufnahme das Lenkgehäuse wenigstens teilweise zwischen den beiden Seitenwangen aufnimmt. Die Klammer ragt hierbei wie eine Art Bracket oder Kanal von dem Hilfsrahmen ab und das Lenkgehäuse ist formschlüssig in den Kanal eingebracht. Das Lenkgehäuse wird dabei wenigstens soweit von dem Kanal umschlossen, dass der Hilfsrahmen eine stützende Wirkung hat, welche dazu geeignet ist, eine schwache Dimensionierung des Lenkgehäuses zu kompensieren.
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Die Aufnahme kann jedoch beispielsweise auch durch eine Vertiefung im Hilfsrahmen gebildet sein. Es stehen somit keine Bauteile vom Hilfsrahmen ab, sondern das Lenkgehäuse ist in eine Vertiefung in der Kontur des Hilfsrahmens eingebettet. Das Lenkgehäuse wird auch hier wenigstens soweit von der Vertiefung umschlossen, dass der Hilfsrahmen eine stützende Wirkung hat, welche dazu geeignet ist, eine schwache Dimensionierung des Lenkgehäuses zu kompensieren.
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Insbesondere bei Hilfsrahmen, welche nicht aus Vollprofilen, sondern aus mehreren Umformblechen gebildet werden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Aufnahme als Vertiefung in einem Umformblech auszubilden. Die Aufnahme kann so auf einfache Weise beim ohnehin durchzuführenden Umformprozess erzeugt werden.
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Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
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Von den Abbildungen zeigt:
- 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
- 2 einen schematischen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
- 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe mit Versteifungsrippen am Lenkgehäuse; und
- 4 einen schematischen Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe.
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Die Ausführungsform einer Baugruppe gemäß 1 umfasst einen lediglich ausschnittsweise dargestellten Hilfsrahmen 10, der dazu dient, Fahrzeugkomponenten aufzunehmen, welche mit einem Fahrzeugaufbau zu verbinden sind. Ein solcher Hilfsrahmen ist auch als Fahrschemel zu bezeichnen und kann verschiedene Ausgestaltungen haben. Der in 1 gezeigte Bereich eines solchen Fahrschemels 10 ist mit dem Lenkgehäuse 20 eines Lenkgetriebes verbunden. Das Lenkgetriebe ist beispielsweise ein Zahnstangenlenkgetriebe, bei dem das Lenkdrehmoment ausgehend vom Lenkrad über eine Lenksäule und ein Lenkritzel in die Lenkung eingeleitet wird. Das Lenkritzel steht dabei in Eingriff mit einem gezahnten Abschnitt einer Zahnstange und wandelt die Drehbewegung des Lenkrads in eine üblicherweise horizontale Linearbewegung zum Verschwenken der gelenkten Räder um. Die Zahnstange ist somit längsverschieblich innerhalb eines Lenkgehäuses verschiebbar, das im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders haben kann, wie es in 1 schematisch für die Zahnstange 21 und das Lenkgehäuse 20 dargestellt ist.
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Um das Lenkgehäuse 20 formschlüssig in eine Aufnahme am Hilfsrahmen 10 einzubetten, ist in dieser ersten Ausführungsform der Erfindung eine konkave Vertiefung 11 in Form einer Rinne in die Oberfläche des Hilfsrahmens 10 eingebracht. Am Boden dieser Rinne 11 befindet sich optional eine Nut. Das Lenkgehäuse 20 hat eine kreisrunde Kontur, die bereichsweise in die Rinne eingebettet werden kann. Dabei weist das Lenkgehäuse 20 eine Feder 22 auf, die formschlüssig in die Nut einbringbar ist, die sich am Boden der Rinne 11 befindet. So ist das Lenkgehäuse 20 gegen Verdrehen um seine Längsachse innerhalb der Vertiefung 11 gesichert. Diese Nut bzw. Feder kann einen rechteckigen Querschnitt haben, es können aber auch jegliche andere Elementformen gewählt werden, um den Formschluss herzustellen und eine Bewegung des Lenkgehäuses 20 innerhalb der Aufnahme 11 zu verhindern. Beispielsweise könnten für diesen Zweck auch mehrere Stifte vorgesehen sein. Ferner stellt die Feder 22 lediglich ein optionales Merkmal dar, welches auch durch andere gleichwirkende Elemente ersetzt werden könnte.
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Damit das Lenkgehäuse 20 am Hilfsrahmen 10 gehalten wird, können nicht dargestellte Befestigungsmittel vorgesehen sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um Schrauben, Bügel, etc. handeln. Die Befestigungsmittel können im Bereich der Aufnahme 11 wirken, aber auch außerhalb der Aufnahme 11.
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2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baugruppe, die erneut einen Hilfsrahmen 10' und ein Lenkgehäuse 20' umfasst, in dem eine Zahnstange 21' geführt ist. Bei dieser Ausführungsform steht die Aufnahme 11' zur formschlüssigen Aufnahme des Lenkgehäuses 20' jedoch von dem Hilfsrahmen 10' ab. Dabei ist die Aufnahme 11' durch eine U-förmige Klammer bzw. einen Kanal mit zwei seitlichen, plattenförmigen Seitenwangen 12 und 13 gebildet. Die Außenkontur des Lenkgehäuses 20' ist in diesem Fall beispielsweise rechteckig, so dass das in den Kanal 11' eingebrachte Lenkgehäuse 20' formschlüssig von den beiden Seitenwangen 12, 13 und der Oberfläche des Hilfsrahmens 10 begrenzt ist. Auch hier können nicht dargestellte Befestigungsmittel zum Fixieren des Lenkgehäuses 20' in der Aufnahme 11' vorgesehen sein.
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Ferner kann die Innenkontur einer Aufnahme auch anders ausgebildet sein, sofern sie für einen Formschluss jeweils an die Außenkontur des Lenkgehäuses angepasst ist. Bei den Ausführungsformen der 1, 2 und 3 handelt es sich somit lediglich um exemplarische Darstellungen von möglichen Konturen, die beliebig verändert werden können, um eine formschlüssige Einbettung des Lenkgehäuses in das Material des Hilfsrahmens zu ermöglichen, was dazu führt, dass der Hilfsrahmen eine stützende Wirkung hat, welche dazu geeignet ist, eine schwache Dimensionierung des Lenkgehäuses zu kompensieren.
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3 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baugruppe, bei der ein Lenkgehäuse 20' erneut über zwei Seitenwangen 12 und 13 formschlüssig mit einem Hilfsrahmen 10' verbunden ist. Der Schnitt verläuft dabei durch die Aufnahme 11', das Lenkgehäuse 20' und die Zahnstange 21', aber oberhalb des Hilfsrahmens 10'. Dabei weist das Lenkgehäuse 20' in dieser Ausführungsform an seiner Außenseite mehrere Versteifungsrippen 23 auf, welche an der Innenkontur der durch die Seitenwangen 12, 13 gebildeten Aufnahme 11' anliegen. Diese Ausführungsform kann beispielsweise bei einem Lenkgehäuse aus Kunststoff gewählt werden, das formschlüssig in einem U-förmigen Bracket aufgenommen wird.
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Der 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung zu entnehmen, die in wesentlichen Aspekten der Ausführungsform der 1 entspricht. Erneut ist ein Lenkgehäuse 20 mit einer kreisförmigen Außenkontur in eine konkave Vertiefung 11 in einem Hilfsrahmen 10" eingebettet. Dabei ist der Hilfsrahmen 10" jedoch nicht aus einem Vollprofil gebildet, in dem die Aufnahme 11 ausgespart ist, sondern der Hilfsrahmen 10" wird durch ein Umformblech gebildet, in das die Vertiefung 11 mit der bodenseitigen Nut beispielsweise eingepresst wurde.
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Der Formschluss kann in verschiedenen Bereichen des Lenkgehäuses hergestellt werden, wobei es sich insbesondere auch um den Bereich des Turms handeln kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10,10',10"
- Hilfsrahmen, Fahrschemel
- 11
- Aufnahme, Vertiefung, Rinne
- 11'
- Klammer, Bracket, Kanal
- 12,13
- Seitenwange
- 20,20'
- Lenkgehäuse
- 21,21'
- Zahnstange
- 22
- Feder
- 23
- Rippe
