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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hinterachs-Lenkeinrichtung für ein Straßenfahrzeug, vorzugsweise für einen Personenkraftwagen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeug, das mit einer derartigen Hinterachs-Lenkeinrichtung ausgestattet ist.
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Aus der
DE 39 12 772 A1 ist eine Hinterachs-Lenkeinrichtung für ein Straßenfahrzeug bekannt, die ein Lenkgetriebe aufweist, das für beide lenkbaren Hinterräder des Fahrzeugs eine gemeinsame Zahnstange aufweist, die relativ zu einem Getriebegehäuse des Lenkgetriebes linear hubverstellbar ist. Die Zahnstange ist an entgegengesetzten Enden jeweils mit einer Lenkstange gelenkig antriebsverbunden.
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Die jeweilige gelenkige Antriebsverbindung zwischen der Zahnstange und der jeweiligen Lenkstange wird dabei durch ein Gelenk realisiert. Im Betrieb des Fahrzeugs kann es im Bereich des Gelenks zu Verschmutzungen kommen, die die Funktionalität des Gelenks beeinträchtigen. Zum Schutz eines Gelenks vor Verunreinigungen ist es grundsätzlich bekannt, einen Balg vorzusehen, der das gesamte Gelenk umschließt. Ein derartiger Balg wäre dabei einerseits des Gelenks an der jeweiligen Lenkstange und andererseits des Gelenks an der Zahnstange zu befestigen. Soll außerdem die Zahnstange in ihrem Verstellbereich relativ zum Getriebegehäuse vor Verunreinigungen geschützt werden, muss der jeweilige Balg entsprechend groß ausgeführt werden, so dass er zusätzlich zum Gelenk auch die Zahnstange umschließt. Ein derartiger Balg würde sich dann von der einen Befestigungsstelle einerseits des Gelenks von der Lenkstange bis anderseits des Gelenks über die Zahnstange zum Getriebegehäuse erstrecken. Aufgrund dieser Bauweise benötigt ein derartiger Balg radial vergleichsweise viel Bauraum, der bei modernen Fahrzeugen, die eine hochkomplexe Hinterachsstruktur besitzen, nicht immer vorhanden ist.
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Dementsprechend beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit dem Problem, für eine Hinterachs-Lenkeinrichtung der vorstehend genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen kompakten Aufbau auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das jeweilige Gelenk mit Hilfe von zwei separaten Bälgen, nämlich mit einem Gelenkbalg und mit einem Zahnstangenbalg vor Verunreinigungen zu schützen. Der Gelenkbalg erstreckt sich dabei von einer Gelenkschale des bevorzugt als Kugelgelenk ausgestalteten Gelenks bis zur Lenkstange, so dass der Gelenkbalg einen Kopplungsbereich umschließt, in dem ein an der Lenkstange fest angeordneter Teil des Gelenks, bei dem es sich vorzugsweise um einen Kugelkopf des Kugelgelenks handelt, gelenkig in der Gelenkschale gehalten ist. Der Zahnstangenbalg erstreckt sich dabei vom Getriebegehäuse zur Gelenkschale, so dass er die Zahnstange umschließt. Da somit das Gelenk selbst nicht vollständig von einem Balg umschlossen ist, sondern der jeweilige Balg nur an der Gelenkschale des Gelenks befestigt ist, baut diese Anordnung mit zwei Bälgen radial deutlich kleiner als eine Lösung, bei der nur ein einziger Balg zur Anwendung kommt, der das jeweilige Gelenk vollständig umschließt.
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Durch die erfindungsgemäße Bauweise lässt sich die Hinterachs-Lenkeinrichtung im Bereich der gelenkigen Anbindung zwischen der Zahnstange und der jeweiligen Lenkstange in radialer Richtung vergleichsweise klein dimensionieren, so dass auch eine Verwendung in einer komplexen Hinterachsstruktur möglich ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Kugelgelenk eine Schraubhülse, mit der es auf die Zahnstange aufgeschraubt ist, und einen Verschraubungsantrieb aufweisen, über den von außen ein Drehmoment zum Verschrauben des Kugelgelenks mit der Zahnstange in die Schraubhülse einleitbar ist. Somit lässt sich das Kugelgelenk besonders einfach an der Zahnstange befestigen.
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Besonders vorteilhaft ist nun eine Weiterbildung, bei welcher der Verschraubungsantrieb axial zwischen dem Gelenkbalg und dem Zahnstangenbalg angeordnet und radial außen freistehend ist. Hierdurch lässt sich einerseits die Verschraubung zwischen Kugelgelenk und Zahnstange auch bei angebrachten Bälgen durchführen. Andererseits kann dieser Verschraubungsantrieb auch als Axialanschlag für den jeweiligen Balg genutzt werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann die jeweilige Lenkstange zweiteilig ausgestaltet sein, so dass sie eine innere Lenkstange, die über das Kugelgelenk mit der Zahnstange gelenkig verbunden ist und eine äußere Lenkstange aufweist. Die innere Lenkstange kann über eine Längeneinstelleinrichtung fest mit der äußeren Lenkstange verbunden sein. Hierdurch lässt sich die Länge der zweiteiligen Lenkstange einstellen. Die äußere Lenkstange kann über ein weiteres oder äußeres Kugelgelenk gelenkig mit einem Radträger des jeweiligen lenkbaren Hinterrads gelenkig verbunden sein. In diesem Fall dient die äußere Lenkstange als Spurstange. Bei der zweiteiligen Lenkstange ist der Gelenkbalg dann an der inneren Lenkstange befestigt. Diese Befestigungsstelle des Gelenkbalgs befindet sich dann zwischen der Längeneinstelleinrichtung und dem zuerst genannten oder inneren Kugelgelenk. Diese Bauweise hat ferner den Vorteil, dass die Längeneinstelleinrichtung vergleichsweise nahe an der Zahnstange angeordnet werden kann, so dass die innere Lenkstange vergleichsweise kurz baut, während die äußere Lenkstange deutlich länger dimensioniert werden kann. Hierdurch ist es ferner möglich, die äußere Lenkstange mit einer vergleichsweise komplexen räumlichen Struktur zu versehen, wodurch einer komplexen Hinterachsstruktur mit engen Bauraumverhältnissen Rechnung getragen werden kann. Beispielsweise kann die äußere Lenkstange hierzu mehrfach abgekröpft sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die vorgenannte Längeneinstelleinrichtung durch ein an der inneren Lenkstange ausgebildetes Außengewinde, ein an der äußeren Lenkstange ausgebildetes zum Außengewinde komplementäres Innengewinde und eine auf das Außengewinde aufgeschraubte Kontermutter gebildet sein, die mit einer Stirnseite der äußeren Lenkstange verspannbar ist, um eine eingestellte Relativlage zwischen den Lenkstangen zu fixieren. Hierdurch wird die Längeneinstelleinrichtung hinsichtlich Außengewinde und Innengewinde integral an den beiden Lenkstangen ausgeformt, was die Realisierung dieser Längeneinstelleinrichtung erheblich vereinfacht. Durch die Verwendung des inneren Kugelgelenks lässt sich die Längeneinstelleinrichtung auch dann betätigen, wenn die Lenkstange über das innere Kugelgelenk mit der Zahnstange bereits verbunden ist. Zur Drehmomenteinleitung in die innere Lenkstange kann an dieser ein Außenmehrkant, der sich für einen Werkzeugeingriff eignet, ausgebildet sein.
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Die relativen Begriffe ”innere” und ”äußere” beziehen sich im vorliegenden Zusammenhang auf die Einbausituation der Hinterachs-Lenkeinrichtung am Fahrzeug und beschreiben die relative Lage mit Bezug auf eine Außenseite des Fahrzeugs. Dementsprechend ist die innere Lenkstange bzw. das innere Kugelgelenk von der Fahrzeugaußenseite bzw. vom jeweiligen lenkbaren Hinterrad abgewandt, während die äußere Lenkstange bzw. das äußere Kugelgelenk der Fahrzeugaußenseite bzw. dem jeweiligen lenkbaren Hinterrad zugewandt ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die innere Lenkstange unter Berücksichtigung von Montierbarkeits- und Haltbarkeitsvorgaben so kurz wie möglich ausgelegt. Dies ist insofern vorteilhaft, da die innere Lenkstange im Gegensatz zur äusseren Lenkstange im Allgemeinen nicht gekröpft werden kann. Die Mittelachse der inneren Lenkstange kann auch nicht beliebig schräg zum äußeren Spurstangengelenk angeordnet werden, da sonst die Verschraubung unzulässig schräg belastet werden kann und unter Belastung winklig-kardanisch zu rutschen beginnt. Daher minimiert eine nach technischen Moglichkeiten kürzeste Auslegung der inneren Lenkstange den häufig sehr knappen Freiraum des inneren Spurstangenbereichs nach oben hin, z. B. bei maximaler Einfederung der Räder.
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Zweckmäßig ist die hier vorgestellte Hinterachs-Lenkeinrichtung zur simultanen Lenkbetätigung von zwei lenkbaren Hinterrädern einer lenkbaren Hinterachse ausgestaltet, so dass dementsprechend zwei Lenkstangen vorgesehen sind, die entweder mit je einer Zahnstange, bevorzugt jedoch an gegenüberliegenden Enden mit einer gemeinsamen Zahnstange antriebsverbunden sind.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug weist zumindest eine lenkbare Hinterachse auf, die auf jeder Fahrzeugseite zumindest ein lenkbares Hinterrad besitzt. Außerdem ist dieses Fahrzeug zur Lenkbetätigung der lenkbaren Hinterräder mit wenigstens einer Hinterachs-Lenkeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art ausgestattet.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine isometrische Ansicht einer Hinterachs-Lenkeinrichtung,
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2 eine vergrößerte isometrische Ansicht der Hinterachs-Lenkeinrichtung im Bereich einer Kopplung zwischen einer Lenkstange und einer Zahnstange der Hinterachs-Lenkeinrichtung.
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Entsprechend 1 umfasst eine Hinterachs-Lenkeinrichtung 1 ein Lenkgetriebe 2, das ein Getriebegehäuse 3 aufweist. Ferner besitzt das Lenkgetriebe 2 eine Zahnstange 4, die relativ zum Getriebegehäuse 3 linear hubverstellbar angeordnet ist. Die Hinterachs-Lenkeinrichtung 1 ist einer lenkbaren Hinterachse eines hier nicht gezeigten Straßenfahrzeugs, bei dem es sich bevorzugt um einen Personenkraftwagen handelt, zugeordnet, wobei die Hinterachs-Lenkeinrichtung 1 zur Lenkbetätigung wenigstens eines lenkbaren Hinterrads dieser Hinterachse dient. Im gezeigten Beispiel der 1 dient die Lenkeinrichtung 1 zur Lenkbetätigung je eines lenkbaren Hinterrads auf jeder Fahrzeugseite. Dementsprechend ist die Zahnstange 4 axial an beiden Stirnseiten des Getriebegehäuses 3 aus dem Getriebegehäuse 3 herausgeführt. Anstelle einer derartigen durchgehenden, gemeinsamen Zahnstange 4 ist grundsätzlich auch eine Ausführungsform denkbar, bei der das Lenkgetriebe 2 zwei separate Zahnstangen 4 aufweist, die dann synchron verstellbar sind.
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Für das jeweilige lenkbare Hinterrad des Fahrzeugs ist die Lenkeinrichtung 1 außerdem mit einer Lenkstange 5 ausgestattet. Im Beispiel sind dementsprechend zwei derartige Lenkstangen 5 vorgesehen. Die jeweilige Lenkstange 5 ist mit der Zahnstange 4 gelenkig und zur Übertragung von Zugkräften sowie Druckkräften verbunden. Eine derartige Verbindung, die eine Übertragung von Zugkräften und Druckkräften ermöglicht, kann auch als Antriebsverbindung bezeichnet werden.
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Im gezeigten Beispiel ist die jeweilige Lenkstange 5 über ein inneres Kugelgelenk 6 mit der Zahnstange 4 gelenkig antriebsverbunden. Ferner weist die jeweilige Lenkstange 5 außerdem ein äußeres Kugelgelenk 7 auf, mit der sie beispielsweise mit einem hier nicht gezeigten Radträger gelenkig antriebsverbunden sein kann, an dem das jeweilige lenkbare Hinterrad drehbar gelagert ist.
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Gemäß 2 weist das jeweilige innere Kugelgelenk 6 eine Gelenkschale 8 auf, in der ein Kopplungsbereich 9 ausgebildet ist, in dem ein Kugelkopf 10 des inneren Kugelgelenks 6 gelenkig gehalten ist. Der Kugelkopf 10 ist dabei fest an der Lenkstange 5 angeordnet. Insbesondere kann er dabei integral an der Lenkstange 5 ausgeformt sein. Das innere Kugelgelenk 6 bzw. dessen Gelenkschale 8 weist außerdem eine Schraubhülse 11 auf, die auf die Zahnstange 4 aufgeschraubt ist. Des Weiteren ist das innere Kugelgelenk 6 mit einem Verschraubungsantrieb 12 ausgestattet, der als Außenmehrkant konfiguriert ist und über den von außen ein Drehmoment zum Verschrauben des inneren Kugelgelenks 6 mit der Zahnstange 4 in die Schraubhülse 11 bzw. in die Gelenkschale 8 eingeleitet werden kann.
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Die Lenkeinrichtung 1 ist nun im Bereich des jeweiligen inneren Kugelgelenks 6 mit einem Gelenkbalg 13 und mit einem Zahnstangenbalg 14 ausgestattet. In den 1 und 2 sind die beiden Bälge 13, 14 zur besseren Veranschaulichung aufgeschnitten dargestellt. Der Gelenkbalg 13 ist einerseits an einem äußeren Ende 15 an der Lenkstange 5 und andererseits an einem inneren Ende 16 an der Gelenkschale 8 befestigt. Dabei überspannt bzw. umschließt der Gelenkbalg 13 den Kopplungsbereich 9 in einer Umfangsrichtung 17, die sich auf eine Längsmittelachse 18 der Zahnstange 4 bezieht. Der Zahnstangenbalg 14 ist einerseits an einem inneren Ende 19 am Getriebegehäuse 3 und andererseits mit einem äußeren Ende 20 an der Gelenkschale 8 bzw. an einem die Schraubhülse 11 bildenden Abschnitt der Gelenkschale 8 befestigt. Dabei überspannt der Zahnstangenbalg 14 die Zahnstange 4 und umschließt diese in der Umfangsrichtung 17.
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Die Bälge 13, 14 können an ihren Enden 15, 16, 19, 20 beispielsweise mittels hier nicht gezeigter Schellen an der Lenkstange 5 bzw. an der Gelenkschale 8 bzw. am Getriebegehäuse 3 befestigt sein.
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Der Verschraubungsantrieb 12 ist axial zwischen dem inneren Ende 20 des Zahnstangenbalgs 14 und dem äußeren Ende 16 des Gelenkbalgs 13 angeordnet. Ferner ist der Verschraubungsantrieb 12 radial außen freistehend angeordnet. Die Radialrichtung bezieht sich dabei ebenfalls auf die Längsmittelachse 18 der Zahnstange 4.
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Die jeweilige Lenkstange 5 ist hier zweiteilig konzipiert, so dass sie ein inneres Lenkstangenteil 21 sowie ein äußeres Lenkstangenteil 22 aufweist. Das innere Lenkstangenteil 21 kann im Folgenden auch als innere Lenkstange 21 bezeichnet werden. Das äußere Lenkstangenteil 22 kann im Folgenden auch als äußere Lenkstange 22 bezeichnet werden. Die innere Lenkstange 21 ist über das innere Kugelgelenk 6 gelenkig mit der Zahnstange 4 verbunden. Die äußere Lenkstange 22 ist dagegen über das äußere Kugelgelenk 7 mit besagtem, hier nicht gezeigten Radträger, des jeweiligen lenkbaren Hinterrads gelenkig verbunden. Insoweit dient hier die äußere Lenkstange 22 als Spurstange. Die innere Lenkstange 21 ist dabei über eine Längeneinstelleinrichtung 23 fest mit der äußeren Lenkstange 22 verbunden. Mit Hilfe der Längeneinstelleinrichtung 23 lässt sich die Länge der jeweiligen zweiteiligen Lenkstange 5 justieren, indem die Relativlage der inneren Lenkstange 21 bezüglich der äußeren Lenkstange 22 variiert wird.
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Im gezeigten Beispiel umfasst die Längeneinstelleinrichtung 23 ein Außengewinde 24, das an der inneren Lenkstange 21 integral ausgeformt sein kann. Ferner ist komplementär zum Außengewinde 24 ein Innengewinde 25 vorgesehen, das an der äußeren Lenkstange 22 ausgebildet ist. Hierzu weist die äußere Lenkstange 22 eine Gewindebuchse 26 auf, die im Beispiel integral an der äußeren Lenkstange 22 ausgeformt ist. In dieser Gewindebuchse 26 ist das Innengewinde 25 ausgebildet. Des Weiteren umfasst die Längeneinstelleinrichtung 23 eine Kontermutter 27, die auf das Außengewinde 24 aufgeschraubt ist und mit einer dem inneren Kugelgelenk 6 zugewandten axialen Stirnseite 28 der äußeren Lenkstange 22 verspannt werden kann. Die axiale Stirnseite 28 ist dabei an der Gewindebuchse 26 ausgebildet. Bei nicht angezogener Kontermutter 27 lässt sich die innere Lenkstange 21 relativ zur äußeren Lenkstange 21 verdrehen, wodurch sich die Relativlage der beiden Lenkstangenteile 21, 22 verändert, was die Länge der zweiteiligen Lenkstange 5 verändert. Ist die gewünschte Länge eingestellt, wird die Kontermutter 27 angezogen und mit besagter Stirnseite 28 verspannt. Hierdurch wird die gefundene Längeneinstellung der gesamten Lenkstange 5 fixiert.
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Um ein entsprechendes Drehmoment zum Verdrehen der inneren Lenkstange 21 relativ zur äußeren Lenkstange 22 in die innere Lenkstange 21 einleiten zu können, kann die innere Lenkstange 21 an einer vom inneren Kugelgelenk 6 abgewandten Seite der Gewindebuchse 26 mit einem Außenmehrkant 30 ausgestattet sein.
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Im gezeigten Beispiel ist somit der Kugelkopf 10 des inneren Kugelgelenks 6 an der inneren Lenkstange 21 angeordnet und bevorzugt daran integral ausgeformt.
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Wie sich 1 entnehmen lässt, kann durch die Integration der Längeneinstelleinrichtung 23 am Übergang zwischen der inneren Lenkstange 21 und der äußeren Lenkstange 22 die äußere Lenkstange 22 hinsichtlich ihrer dreidimensionalen Form vergleichsweise komplex realisiert werden. Beispielsweise kann die äußere Lenkstange 22 mehrfach abgekröpft sein. Erkennbar sind wenigstens vier Abkröpfungsstellen 29 an jeder äußeren Lenkstange 22. Des Weiteren kann die innere Lenkstange 21 vergleichsweise kurz dimensioniert werden, wodurch die äußere Lenkstange 22 entsprechend länger ausgestaltet werden kann. Hierdurch ist es möglich, die zweigliedrige, gesamte Lenkstange 5 auch bei sehr beengten Bauraumsituationen innerhalb komplexer Hinterachsstrukturen kollisionsfrei zu führen.
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Für die Hubverstellung der Zahnstange 4 relativ zum Getriebegehäuse 3 ist ein entsprechender, hier nicht erkennbarer Zahnstangenantrieb vorgesehen. Bevorzugt handelt es sich hierbei um einen internen Zahnstangenantrieb, der im Getriebegehäuse 3 untergebracht ist und insoweit einen Bestandteil des Lenkgetriebes 2 bildet. Denkbar ist jedoch auch die Verwendung eines externen Zahnstangenantriebs, der von außen durch das Getriebegehäuse 3 hindurch mit der Zahnstange 4 zu deren Verstellung zusammenwirkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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