DE102015002686A1 - Einteilige Eingangswelle - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
- Die Lenksäule eines Kraftfahrzeugs stellt sowohl die Halterung der drehmomentübertragenden Lenkwelle, auch Lenkspindel genannt, und des Lenkrades im Kraftfahrzeug als auch die mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad des Kraftfahrzeuges und dem Lenkgetriebe dar. Lenksäulen mit motorischen Lenkunterstützungseinrichtungen, so genannten Servomotoren oder Servoantrieben, die die Lenkwelle antreiben, werden als Servolenkungen oder Hilfskraftlenkungen bezeichnet. Sie unterstützen das von einem Fahrer aufgebrachte Lenkdrehmoment durch Aufprägen eines zusätzlichen Drehmoments auf die Lenkwelle.
- Die Lenkkraftunterstützung einer Hilfskraftlenkung kann durch Lenkmomentüberlagerung erfolgen. Für leichte Kraftfahrzeuge ist vor allem die Bauart geeignet, bei der der Servoantrieb direkt auf die Lenkwelle wirkt. Diese Bauart wird als „column driven power assisted steering” oder kurz ColPAS genannt.
- Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Lenksäulen bekannt, bei denen die Lenksäule eine aus mehreren Lenkspindelteilen zusammengesetzte Lenkspindel aufweist, wobei die Lenksäule teleskopierbar ist und im Falle eines Crashs in ihrer Länge gestaucht werden kann.
- Aus der
DE 10 2011 050 683 A1 ist eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine Lenkspindel aus zwei drehmomentübertragenden und miteinander verbundenen Lenkspindelteilen aufweist, wobei die Teile zur Dämpfung von über die Lenkspindel übertragenen Vibrationen mittels eines Dämpfungskörpers verbunden sind. Dabei sind die Eingangswelle der Lenkunterstützungseinrichtung und die Lenkspindel der Lenksäule als zwei separate Bauteile ausgestaltet, welche erst bei der Montage der Lenksäule zu einer Baugruppe zusammengesetzt werden. - Diese Montage ist zeitaufwändig und es müssen eine Vielzahl von Bauteilen mit engen Fertigungstoleranzen hergestellt werden, was zu unerwünschten Kosten führt.
- Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug anzugeben, die einfach montierbar und kostengünstig herstellbar, wobei die Eigenfrequenz des Systems positiv beeinflusst werden soll.
- Diese Aufgabe wird von einer Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung genannt.
- Danach ist eine Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug umfassend eine drehbar gelagerte Lenkspindel, mit einem ersten Endbereich und einem zweiten Endbereich, wobei der erste Endbereich Mittel zum Anschluss eines Lenkrades aufweist, weiterhin umfassend eine motorischen Lenkunterstützungseinrichtung mit einem Getriebe, einem Elektromotor und einer Abtriebswelle, wobei die Abtriebswelle über das Getriebe von dem Elektromotor antreibbar ist, vorgesehen, wobei die Abtriebswelle mit dem zweiten Endbereich der Lenkspindel über einen Drehstab unmittelbar verbunden ist. Die Lenkspindel ist von dem Lenkrad bis zum Getriebe durchgängig ausgestaltet und fungiert somit ebenfalls als Eingangswelle der Lenkunterstützungseinrichtung. Durch diese Konstruktion ist die Hilfskraftlenkung besonders einfach montierbar, wobei die Eigenfrequenz des Systems im Vergleich zu mehrfach unterteilten Anordnungen erhöht ist. Weiterhin wird die Anzahl der Bauteile der Hilfskraftlenkung reduziert, was einen deutlichen Kostenvorteil erbringt.
- Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Drehstab mit seinem einen Ende in einer zentralen Bohrung der Abtriebswelle des Getriebes angeordnet ist und mit der Abtriebswelle drehfest verbunden ist. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Drehstab mit seinem anderen Ende in einer zentralen Bohrung des zweiten Endbereichs der Lenkspindel aufgenommen ist und mit dieser ebenfalls drehfest verbunden ist.
- In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lenkspindel in ihrem zweiten Endbereich einen Bereich mit einer Bogenverzahnung auf, der in der zentralen Bohrung der Abtriebswelle aufgenommen ist, wobei die zentrale Bohrung in dem Bereich der Aufnahme ein korrespondierendes Profil zur Bildung einer Überlastsicherung aufweist, die jedoch eine geringe Verdrehung der beiden Bauteile zueinander zulässt. Durch die Überlastsicherung wird eine Zerstörung des Torsionsstabes auch für hohe zu übertragende Drehmomente verhindert.
- Vorteilhafterweise ist die Bogenverzahnung in Form eines Kleeblattprofilrohrs gebildet.
- Es ist weiterhin vorgesehen, dass das Getriebe ein Schneckengetriebe ist und die Abtriebswelle mit einem Schneckenrad des Schneckengetriebes drehfest verbunden ist. Die Abtriebswelle durchsetzt vorzugsweise das Getriebe. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Abtriebswelle an ihrem lenkspindelfernen Ende über ein Gelenk mit einer Lenkzwischenwelle verbunden ist und somit als Ausgangswelle fungiert.
- Zur Messung eines Torsionsmomentes des Drehstabs ist bevorzugt ein Drehmomentsensor angeordnet.
- In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Lenkspindel und die Abtriebswelle des Getriebes Hohlwellen.
- Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Bauteile werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen:
-
1 : eine schematische Darstellung einer Hilfskraftlenkung zur Erläuterung des allgemeinen Aufbaus einer Lenksäule mit einer Lenkunterstützungseinrichtung, -
2 : eine räumliche Ansicht der Lenksäule im Bereich der Lenkunterstützungseinrichtung, -
3 : eine räumliche Ansicht der Lenksäule im Bereich der Lenkunterstützungseinrichtung ohne Gehäuse, -
4 : eine räumliche Ansicht der Lenksäule mit einem Getriebe der Lenkunterstützungseinrichtung, -
5 : eine Explosionszeichnung eines Anschlusses einer Lenkspindel und einer Abtriebswelle des Getriebes, -
6 : eine vergrößerte Darstellung der mit der Abtriebswelle des Getriebes zusammengesetzten Lenkspindel, -
7 : eine Explosionszeichnung des Anschlusses der Lenkspindel und der Abtriebswelle des Getriebes mit einem Drehstab, -
8 : einen Längsschnitt durch die Verbindung der Lenkspindel mit der Abtriebswelle des Getriebes, -
9 : eine Draufsicht auf das Getriebe und den Drehstab, sowie -
10 : einen Querschnitt entlang der Linie A-A der8 . - Die
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Hilfskraftlenkung1 eines nicht dargestellten Fahrzeugs mit einer drehbar gelagerten einteiligen Lenkspindel2 . Die Lenkspindel2 dient der Übertragung der von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs am Lenkrad3 ausgeführten Lenkbewegungen auf ein Zahnstangenlenkgetriebe31 , umfassend ein Lenkritzel4 und eine Zahnstange5 . Das Zahnstangenlenkgetriebe31 setzt die Drehbewegung der Lenkspindel2 in eine translatorische Bewegung der Zahnstange5 um, wodurch das an einer Spurstange6 angelenkte Rad7 des Fahrzeugs einen Lenkeinschlag ausführt. Zur Unterstützung der Lenkbewegung des Fahrers ist eine Lenkunterstützungseinrichtung30 vorgesehen. Die Lenkspindel2 ist an einem ersten Endbereich8 (vergleiche5 ) unmittelbar drehfest mit dem Lenkrad3 und an einem zweiten Endbereich9 über einen Drehstab23 mit einem Getriebe10 der Lenkunterstützungseinrichtung30 verbunden. Das Getriebe10 treibt ausgangsseitig über ein Kardangelenk11 eine Lenkzwischenwelle12 an, die wiederrum über ein Kardangelenk13 mit einer unteren Lenkwelle14 verbunden ist. Das Getriebe10 trägt an seinem Gehäuse einen Elektromotor15 . Die Lenksäule1 ist über eine Trageeinheit16 an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt. - In den
2 und3 sind die Lenkunterstützungseinrichtung30 vergrößert dargestellt. Dabei ist das Getriebe10 und der Elektromotor15 dargestellt. Das Getriebe10 ist als Schneckengetriebe mit einem Schneckenrad17 und einer Schnecke18 ausgebildet. Zur Momentübertragung greift die vom Elektromotor15 angetriebene Schnecke18 in das Schneckenrad17 , das wiederum drehfest mit einer Abtriebswelle19 des Getriebes10 verbunden ist. Das Getriebe10 ist von einem Getriebegehäuse20 umgeben, welches mit einem Gehäuse21 des Servomotors verschraubt ist. - Die
4 ,5 ,6 und7 zeigen die Verbindung der einteiligen Lenkspindel2 mit dem Getriebe10 . Die Lenkspindel2 reicht von einem Lenkradanschluss22 , der am ersten Endbereich8 der Lenkspindel angeordnet ist, bis zum Schneckenrad17 des Getriebes10 , wo sie mit ihrem zweiten Endbereich9 mit der Abtriebswelle19 des Getriebes10 mittels des Drehstabs23 verbunden ist. Eine Bewegung der Lenkspindel2 relativ zur Abtriebswelle19 des Getriebes10 führt zu einem Torsionsmoment an dem Drehstab23 . Das Torsionsmoment des Drehstabs23 ist durch einen bekannten Drehmomentsensor messbar und bestimmt die gewünschte Lenkunterstützung. Die Lenkspindel2 fungiert dabei als Eingangswelle der motorischen Lenkunterstützungseinrichtung30 . Die Abtriebswelle19 ist an ihrem lenkspindelfernen Ende über ein Kardangelenk11 mit der Lenkzwischenwelle12 verbunden. Die Lenkzwischenwelle12 verfügt über ein längenausgleichendes und drehmomentübertragenes Teleskopgestänge. Das Teleskopgestänge dient zum Ausgleich von Fahrzeugtoleranzen und elastischen Verformungen bei dynamischer Beanspruchung oder zur Kompensation einer Längsbewegung an der Lenksäule. Die Lenkzwischenwelle12 weist an ihrem getriebefernen Ende wiederum ein Kardangelenk13 zur Verbindung mit der unteren Lenkwelle14 auf. - Die Verbindung zwischen der Lenkspindel
2 und der Abtriebswelle19 des Getriebes10 ist detailliert im Längsschnitt der8 dargestellt. Sowohl die Lenkspindel2 als auch die Abtriebswelle19 sind als Hohlwellen ausgebildet und konzentrisch zu einer gemeinsamen Längsachse200 angeordnet. Die Abtriebswelle19 ist drehfest mit dem sie umgebenden Schneckenrad17 verbunden. Der Innendurchmesser der Abtriebswelle19 ist so gewählt, dass die Abtriebswelle19 die Lenkspindel2 an ihrem zweiten Endbereich9 umgibt. Der Drehstab23 ist sowohl von der Lenkspindel2 als auch von der Abtriebswelle19 umfasst. An einem ersten Ende24 ist der Drehstab23 drehfest mit der Lenkspindel2 und an einem zweiten Ende25 drehfest mit der Abtriebswelle19 verbunden. In einem Übergangsbereich26 , in dem die Lenkspindel2 und die Abtriebswelle19 überlappend angeordnet sind, ist der Außendurchmesser des Drehstabs23 kleiner als der Innendurchmesser der Lenkspindel2 . Im Übergangsbereich26 weist die Lenkspindel2 auf ihrer Außenseite201 in Umfangsrichtung eine Bogenverzahnung auf. Die Abtriebswelle19 ist auf Ihrer Innenseite191 mit einem dazu korrespondierendes Profil zur Bildung einer Überlastsicherung27 versehen. - Die
9 und10 zeigen im Detail die Überlastsicherung27 . Vorzugsweise ist die Bogenverzahnung, wie dargestellt, in Form eines Kleeblattprofilrohres ausgebildet. Die Lenkspindel2 und die Abtriebswelle19 greifen derart ineinander, dass zwischen der Außenseite201 der Lenkspindel2 und der Innenseite191 der Abtriebswelle19 im Normalfall ein kleiner umfangseitiger Spalt gebildet ist, so dass eine geringe Verdrehung der beiden Bauteile gegeneinander möglich ist. Diese Relativbewegung wird mittels des Drehstabs23 und dem dazugehörigen Sensor gemessen und zur Bestimmung der Lenkunterstützung weiterverarbeitet. Bei Erreichen der Anschlagsgeometrie gibt der nicht dargestellt Drehmomentsensor einen vorgegebenen Maximalwert aus. Dies kann beispielsweise bei einem Ausfall der motorischen Lenkunterstützungseinrichtung30 oder aber bei einem Werkstatt-Missbrauchstest oder bei besonderen Fahrsituationen erfolgen. Durch die korrespondierenden Profile ist die drehmomentübertragende Verbindung der Lenkspindel2 mit der Abtriebswelle19 gewährleistet. - Die Lenkspindel
2 ist bevorzugt ein Rohr, dass beispielsweise gehämmert oder radial umgeformt wurde. - Die erfindungsgemäße Lenksäule
1 mit der einteiligen Lenkspindel2 ist durch die reduzierte Anzahl an Bauteilen kostengünstig herstellbar und die Lenkspindel2 und das Getriebe10 sind in einfacher Weise zu montieren. Weiterhin wird die Eigenfrequenz des Systems durch die von dem Lenkrad bis zum Getriebe durchgängige Lenkspindel2 erhöht. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011050683 A1 [0005]
Claims (10)
- Hilfskraftlenkung (
1 ) für ein Kraftfahrzeug umfassend – eine drehbar gelagerte Lenkspindel (2 ), mit einem ersten Endbereich (8 ) und einem zweiten Endbereich (9 ), wobei der erste Endbereich (8 ) Mittel zum Anschluss eines Lenkrades aufweist, – eine motorische Lenkunterstützungseinrichtung (30 ) mit einem Getriebe (10 ), einem Elektromotor (15 ) und einer Abtriebswelle (19 ), wobei die Abtriebswelle (19 ) über das Getriebe (10 ) von dem Elektromotor (15 ) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (19 ) mit dem zweiten Endbereich (9 ) der Lenkspindel (2 ) über einen Drehstab (23 ) unmittelbar verbunden ist. - Hilfskraftlenkung (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehstab (23 ) in einer zentralen Bohrung der Abtriebswelle (19 ) angeordnet ist und mit dieser drehfest verbunden ist. - Hilfskraftlenkung (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehstab (23 ) in einer zentralen Bohrung des zweiten Endbereichs (9 ) der Lenkspindel (2 ) aufgenommen ist und mit dieser drehfest verbunden ist. - Hilfskraftlenkung (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkspindel (2 ) in ihrem zweiten Endbereich (9 ) einen Bereich mit einer Bogenverzahnung aufweist, der in der zentralen Bohrung der Abtriebswelle (19 ) aufgenommen ist, wobei die zentrale Bohrung der Abtriebswelle (19 ) in dem Bereich der Aufnahme ein korrespondierendes Profil zur Bildung einer Überlastsicherung (27 ) aufweist. - Hilfskraftlenkung (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (10 ) ein Schneckengetriebe ist und die Abtriebswelle (19 ) mit einem Schneckenrad (17 ) des Schneckengetriebes drehfest verbunden ist. - Hilfskraftlenkung (
1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenverzahnung in Form eines Kleeblattprofilrohrs ausgebildet ist. - Hilfskraftlenkung (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung eines Torsionsmomentes des Drehstabs (23 ) ein Drehmomentsensor angeordnet ist. - Hilfskraftlenkung (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkspindel (2 ) und die Abtriebswelle (19 ) Hohlwellen sind. - Hilfskraftlenkung (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ausfall der motorischen Lenkunterstützungseinrichtung (30 ) die Lenkspindel (2 ) und die Abtriebswelle (19 ) des Getriebes (10 ) drehmomentübertragend miteinander verbunden sind. - Hilfskraftlenkung (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (19 ) an ihrem lenkspindelfernen Ende über ein Kardangelenk (11 ) mit einer Lenkzwischenwelle (12 ) drehmomentübertragend verbunden ist.
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: LENZING GERBER STUTE PARTNERSCHAFTSGESELLSCHAF, DE |
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: THYSSENKRUPP PRESTA AKTIENGESELLSCHAFT, LI Free format text: FORMER OWNERS: THYSSENKRUPP AG, 45143 ESSEN, DE; THYSSENKRUPP PRESTA AG, ESCHEN, LI Owner name: THYSSENKRUPP AG, DE Free format text: FORMER OWNERS: THYSSENKRUPP AG, 45143 ESSEN, DE; THYSSENKRUPP PRESTA AG, ESCHEN, LI |
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R084 | Declaration of willingness to licence |