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Die Erfindung betrifft ein Lenksystem mit einer in einem Gehäuse längsaxial verschiebbar gelagerten Lenkstange. Das Lenksystem kann dabei insbesondere motorisch unterstützt (Hilfskraftlenksystem) oder betätigt ausgebildet sein.
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Bei einem Hilfskraftlenksystem wird mittels eines auf die Lenkstange wirkenden Lenkmotors beim Lenken, d.h. bei einem Verschieben der Lenkstange innerhalb des Gehäuses, wodurch Räder eines Fahrzeugs, die über Radlenkhebel mit den Enden der Lenkstange verbunden sind, verschwenkt werden, ein unterstützende Lenkleistung erzeugt, um das von einem Bediener auf eine Lenksäule aufzubringende Lenkmoment zu reduzieren. Bei einem motorisch betätigten Lenksystem wird dagegen die für ein Lenken erforderliche Lenkleistung vollständig von mindestens einem Lenkmotor bereitgestellt.
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In ein solches Lenksystem werden in der Regel(End-)Anschläge integriert, durch die die Verschiebeweg der Lenkstange relativ zu dem Gehäuse und damit der Lenkhub in beide Bewegungsrichtungen der Lenkstange begrenzt ist. Dadurch wird gleichzeitig der mögliche Lenkwinkel der von dem Lenksystem gelenkten Räder begrenzt.
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Die Anschläge werden vielfach mittels eines indirekten Kontakts von jeweils einer Kontaktfläche der Lenkstange und des Gehäuses realisiert, wobei zur Geräuschvermeidung und zur Realisierung einer verringerten Stoßbelastung der die Kontaktflächen ausbildenden Elemente ein elastisches Dämpfungselement zwischengeschaltet wird (vgl.
DE 10 2007 000 680 A1 ,
EP 1 777 138 B1 und
EP 1 429 951 B1 ).
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Nachteilig an solchen elastischen Dämpfungselementen ist, dass deren Verformung und damit auch der Lenkhub abhängig von der auf die Lenkstange ausgeübten Lenkkraft ist, was zu einer nur teilweisen Ausnutzung des Lenkhubs und damit des Lenkwinkel der gelenkten Räder führen kann. Zusätzlich kann es eine solche Ausgestaltung eines Lenksystems erforderlich machen, die elastischen Dämpfungselemente durch eine angepasste Ansteuerung des Lenkmotors beim Erreichen der Endanschläge zu entlasten, um für diese eine ausreichende Betriebslebensdauer erreichen zu können. Zudem sind elastische Dämpfungselemente, die eine ausreichende Betriebslebensdauer gewährleisten können, konstruktiv und herstellungstechnisch vergleichsweise aufwändig und damit teuer.
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Aus der
DE 10 2008 001 237 B3 ist ein Lenksystem bekannt, bei dem die Anschläge von zwei zusammenwirkenden Anschlagelementen ausgebildet werden, die jeweils einen Magneten aufweisen, wobei diese Magnete eine abstoßende Magnetkraft zur Begrenzung und Dämpfung des Lenkhubs der Lenkstange bewirken. Auch diese Art der Ausbildung eines Anschlags für ein Lenksystem ist in konstruktiver und herstellungstechnischer Hinsicht relativ aufwändig und damit teuer.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem mit Endanschlägen vorzusehen, die kostengünstig realisierbar sind und gleichzeitig eine hohe Betriebslebensdauer gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Lenksystems gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lenksystems sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Ein gattungsgemäßes Lenksystem, dass zumindest eine in einem Gehäuse längsaxial verschiebbar gelagerte Lenkstange umfasst, wobei der Verschiebeweg der Lenkstange relativ zu dem Gehäuse mittels mindestens eines Anschlags begrenzt ist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag durch ein Zusammenwirken eines dem Gehäuse zugeordneten ersten Anschlagelements mit einem mit der Lenkstange verschiebbaren zweiten Anschlagelement ausgebildet ist, wobei das erste Anschlagelement und das zweite Anschlagelement vor einem (den Anschlag bewirkenden) Zusammenwirken miteinander einen mit einem Fluid (Gas oder Flüssigkeit) gefüllten Zwischenraum derart begrenzen, dass das Fluid, bei einer (weitergehenden) Bewegung der Anschlagelemente aufeinander zu, definiert aus dem Zwischenraum entweichen kann, um eine Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und der Lenkstange zu dämpfen.
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Erfindungsgemäß wird folglich für die Realisierung eines Anschlags für den Verschiebeweg der Lenkstange ein hydraulisches oder pneumatisches Dämpfungselement genutzt, das den Vorteil aufweist, dass dieses im Wesentlichen rein dämpfend wirken kann, ohne gleichzeitig auch eine elastische Wirkung zu haben. Dadurch kann verhindert werden, dass der Verschiebeweg der Lenkstange (Lenkhub) von der Kraft, die auf die Lenkstange beim Erreichen des Anschlags ausgeübt wird, abhängig ist.
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Weiterhin kann ein solcher Anschlag eines erfindungsgemäßen Lenksystems in konstruktiver und fertigungstechnischer Hinsicht vergleichsweise einfach und somit kostengünstig ausgestaltet werden. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn als Fluid ein Gas und vorzugsweise (Umgebung-)Luft genutzt wird. In diesem Fall kann nämlich auf ein Reservoir, in das das Fluid beim Entweichen aus dem Zwischenraum überströmen kann (und aus dem es bei einer Bewegung der Anschlagelemente voneinander weg wieder in den Zwischenraum überströmt) verzichtet werden, da die Luft in die Umgebung entweichen oder aus der Umgebung in den Zwischenraum überströmen kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Zusammenwirken der Anschlagelemente, durch das der Anschlag ausgebildet wird, auf einem (direkten) Kontakt der Anschlagelemente beruht. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, kurz bevor ein solcher Kontakt erreicht würde, ein Entweichen des Fluids aus dem Zwischenraum im Wesentlichen vollständig zu verhindern, wodurch das in diesem relativ kleinen Zwischenraum verbliebene Fluid als Zwischenelement dienen würde, über das die Anschlagelemente (indirekt) kontaktieren. Eine solche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lenksystems kann hinsichtlich einer Belastung der Anschlagelemente vorteilhaft sein, weil ein direkter Kontakt vermieden wird.
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Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, das erste Anschlagelement und/oder das zweite Anschlagelement als integraler Bestandteil des Gehäuses oder der Lenkstange auszubilden, wozu insbesondere auch eine einstückige oder materialeinheitliche Integration in eine auch eine andere Funktion aufweisende Komponente des Gehäuses oder der Lenkstange vorgesehen sein kann. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass das erste und/oder das zweite Anschlagelement als separate(s) Bauteil(e) ausgebildet ist/sind, das/die der Lenkstange oder dem Gehäuse zugeordnet sind und hierfür beweglich, begrenzt beweglich oder unbeweglich mit der Lenkstange oder dem Gehäuse verbunden sind.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lenksystems kann vorgesehen sein, dass die Anschlagelemente den Zwischenraum lediglich in einem Teilabschnitt (z.B. ca. 20 mm) des Verschiebewegs der Lenkstange entsprechend (d.h. die angestrebte Dämpfungswirkung erzielend) begrenzen, um eine Dämpfungswirkung lediglich kurz vor dem Erreichen des Anschlags zu bewirken.
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Für eine wirkungsvolle Dämpfung der Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und der Lenkstange sollte das Entweichen des Fluids aus dem Zwischenraum relativ stark verlustbehaftet erfolgen, was dadurch erreicht werden kann, dass das Fluid für das Entweichen durch eine geeignet ausgelegte Drosselöffnung strömen muss. Demnach kann in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lenksystems vorgesehen sein, dass das erste Anschlagelement und/oder das zweite Anschlagelement zumindest eine Übertrittsöffnung ausbilden. Besonders bevorzugt kann dabei noch vorgesehen sein, dass der Zwischenraum im Übrigen möglichst gut abgedichtet ist, so dass ein Entweichen des Fluids so weit wie möglich ausschließlich über die Übertrittsöffnung erfolgt. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass sich eine besonders gute Abdichtung des Zwischenraums in negativer Weise auf eine in der Regel bevorzugte reibungsarme Beweglichkeit der Lenkstange relativ zu dem Gehäuse auswirken kann, so dass durchaus eine etwas verschlechterte Abdichtung in Kauf genommen werden kann, um eine relativ reibungsarme Beweglichkeit der Lenkstange innerhalb des Gehäuses zu realisieren.
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Funktional zu bevorzugen ist, wenn die dämpfende Wirkung der Anschlagelemente lediglich vor dem Erreichen des Anschlags bei einer Bewegung der Anschlagelemente aufeinander zu wirksam ist, während bei einer Bewegung der Anschlagelemente voneinander weg die entsprechende Bewegung der Lenkstange durch die Anschlagelemente so weit wie möglich nicht behindert wird. Dazu sollte vorgesehen sein, dass ein Einströmen von Fluid in den Zwischenraum infolge einer Bewegung der Anschlagelemente voneinander weg möglichst wenig verlustbehaftet ist. Hierzu kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Übertrittsöffnung bei einer Bewegung der Anschlagelemente aufeinander zu teilabdichtend verschlossen ist. Weiterhin kann dazu vorgesehen sein, dass die Übertrittsöffnung bei einer Bewegung der Anschlagelemente voneinander weg nicht oder zumindest weniger abdichtend (als bei einer Bewegung der Anschlagelemente aufeinander zu) verschlossen ist. Auf diese Weise kann für die Übertrittsöffnung eine größere Drosselwirkung erreicht werden, wenn die Anschlagelemente aufeinander zu bewegt werden, als dies der Fall ist, wenn diese voneinander weg bewegt werden.
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Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Übertrittsöffnung in einem radial bezüglich der Längsachse der Lenkstange ausgerichteten, beispielsweise ringscheibenförmigen Abschnitt des entsprechenden Anschlagelements (wobei dieser Abschnitt auch das Anschlagelement insgesamt ausbilden kann) angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere realisiert werden, dass die Übertrittsöffnung bei einer Bewegung der Anschlagelemente aufeinander zu von einer Stützfläche der Lenkstange oder des Gehäuses, an dem das entsprechende Anschlagelement abgestützt ist, überdeckt ist. Sofern dann noch das entsprechende Anschlagelement oder zumindest der radial ausgerichtete Abschnitt davon zumindest in geringem Maße relativbeweglich zu der Komponente (Gehäuse oder Lenkstange), der dieses zugeordnet ist, angesehen ist, kann dadurch erreicht werden, dass ein Unterdruck des Fluids in dem Zwischenraum, der sich infolge einer Bewegung der Anschlagelemente voneinander weg ausbildet, zu einem vollständigen oder vergrößerten Freigegeben der Übertrittsöffnung durch die entsprechende Stützfläche der Lenkstange oder des Gehäuses führt, wodurch die Drosselwirkung, die aus dem Einströmen des Fluids in den Zwischenraum über die Übertrittsöffnung resultiert, verringert werden kann.
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Da die vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildeten Anschlagelemente zumindest relativ zueinander, gegebenenfalls auch zu der Komponente (Gehäuse oder Lenkstange), der diese jeweils zugeordnet sind, beweglich vorgesehen sind, kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass zumindest eines der Anschlagelemente einen rohrförmigen Abschnitt aufweist.
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Ein solcher rohrförmige Abschnitt kann in vorteilhafter Weise zum einen dazu dienen, den Zwischenraum im Zusammenwirken mit dem entsprechenden anderen Anschlagelement (abdichtend) zu begrenzen, wozu insbesondere auch vorgesehen sein kann, dass das (jeweils) andere Anschlagelement eine Führungsfläche ausbildet, die an der Innen- oder Außenseite des rohrförmigen Abschnitts geführt ist, wenn die Anschlagelemente den Zwischenraum derart begrenzen, dass durch ein Entweichen des Fluids aus dem Zwischenraum eine Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und der Lenkstange gedämpft wird. Besonders bevorzugt kann dabei auch vorgesehen sein, dass in die Führungsfläche ein Dichtelement integriert ist, um ein unkontrolliertes beziehungsweise undefiniertes Entweichen von Fluid über den ringförmigen Spalt, der zwischen dem rohrförmigen Abschnitt des einen Anschlagelements und der dazugehörigen Kontaktfläche des anderen Anschlagelement ausgebildet ist, so weit wie möglich oder so weit wie vorgesehen zu vermeiden.
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Da in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lenksystems vorgesehen sein kann, dass zumindest eines der Anschlagelemente auch in zumindest geringem Maße beweglich bezüglich der Komponente (Gehäuse oder Lenkstange), der dieses zugeordnet ist, beweglich angeordnet ist, kann der rohrförmige Abschnitt zudem in vorteilhafter Weise dazu dienen, eine solche Relativbeweglichkeit zu führen, so dass der rohrförmige Abschnitt des entsprechenden Anschlagelements verschiebbar auf der Lenkstange oder in einer sich vorzugsweise koaxial oder parallel zu einer Längsachse der Lenkstange erstreckenden Aufnahme des Gehäuses geführt ist. Dadurch kann insbesondere ein Verkippen des entsprechenden Anschlagelements auf der Lenkstange oder innerhalb der Aufnahme des Gehäuses vermieden werden.
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Besonders bevorzugt kann dann auch noch vorgesehen sein, dass der rohrförmige Abschnitt mit Spiel auf der Lenkstange oder in der Aufnahme des Gehäuses geführt ist, um die vorgesehene Beweglichkeit auch dann zu realisieren, wenn das Gehäuse oder die Lenkstange infolge von im Betrieb des Lenksystems auftretenden Kräften deformiert ist, wie dies insbesondere bei der Lenkstange der Fall sein kann.
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Das erfindungsgemäße Lenksystem kann vorzugsweise als motorisiertes Lenksystem ausgebildet sein und dazu einen Lenkmotor umfassen, dessen Antriebsbewegung in eine Verschiebebewegung der Lenkstange übersetzt wird. Der Lenkmotor kann beispielsweise über einen Gewindetrieb auf die Lenkstange wirken, wozu die Lenkstange in zumindest einem Abschnitt ein Gewinde ausbildet, das mit einem von dem Lenkmotor antreibbaren Getriebeelement zusammenwirkt. Der Gewindetrieb kann besonders bevorzugt als Kugelgewindetrieb ausgebildet sein, weil sich ein solcher durch eine relativ spielfreie und reibungsarme Übertragung der Antriebsbewegung des Lenkmotors auf die Lenkstange auszeichnen kann.
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Das erfindungsgemäße Lenksystem kann insbesondere auch als Hilfskraftlenksystem ausgebildet sein und somit ermöglichen, ein über eine Lenkhandhabe (z.B. ein Lenkrad), vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Lenksäule, auf ein Lenkgetriebe übertragenes, manuell (von einem Person) erzeugtes Lenkmoment, durch ein von dem Lenkmotor erzeugtes Lenkmoment überlagern zu lassen, um die Höhe des für ein Lenken erforderlichen, manuell zu erzeugenden Lenkmoments zu begrenzen.
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Das Lenkgetriebe kann dabei insbesondere ein mit einer von der Lenkstange in einem Abschnitt ausgebildeten Verzahnung zusammenwirkendes Lenkritzel umfassen. Dabei kann das Lenkritzel beispielsweise als gerad-, schräg- oder spiralverzahntes Stirnzahnrad ausgebildet sein, das mit einem als Zahnstange ausgebildeten Abschnitt der Lenkstange zusammenwirkt.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes Kraftfahrzeug, vorzugsweise einen PKW oder LKW, mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem.
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Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
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1: ein erfindungsgemäßes Lenksystem in einem Längsschnitt;
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2: in einem teilweisen Längsschnitt (und ohne die dortige Schutzmanschette) den in der 1 mit II gekennzeichneten Abschnitt des Lenksystems in einer ersten Betriebsstellung;
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3: eine Darstellung gemäß der 2 in einer zweiten Betriebsstellung des Lenksystems;
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4: eine Darstellung gemäß den 2 und 3 in einer dritten Betriebsstellung des Lenksystems; und
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5: eine Darstellung gemäß der 2 bei einer alternativen Ausgestaltung des Lenksystems gemäß der 1.
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Das in der 1 dargestellte Lenksystem stellt ein elektrisches Hilfskraftlenksystem für beispielsweise ein im Übrigen nicht dargestelltes Kraftfahrzeug dar. Das Lenksystem umfasst eine Lenkstange 1, die in einem Abschnitt als Zahnstange ausgebildet ist und dazu eine Verzahnung 2 aufweist. Mit der Verzahnung 2 der Lenkstange 1 kämmt ein Lenkritzel 3 (vgl. 2 bis 5), das drehfest mit einer Lenkspindel 4 verbunden ist. Die Lenkspindel 4 dient der drehfesten Verbindung mit einer nicht dargestellten Lenkwelle und dem damit verbundenen Lenkrad des Kraftfahrzeugs. Für einen möglichst spielfreien Verzahnungseingriff der Verzahnung 2 mit dem Lenkritzel 3 dient ein Druckstück 5, das auf der von dem Lenkritzel 3 abgewandten Seite und dem Lenkritzel 3 gegenüberliegend angeordnet ist und die Lenkstange 1 gegen das Lenkritzel 3 beaufschlagt (vgl. 2 bis 5).
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An den beiden Enden der Lenkstange 1 sind Spurstangenköpfe 6 angeordnet, die zur Verbindung mit Radlenkhebeln (nicht dargestellt) vorgesehen sind. Mittels der Radlenkhebel wird eine Iängsaxiale Bewegung der Lenkstange 1 in eine Schwenkbewegung von gelenkten Rädern (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs übersetzt.
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Das Lenksystem umfasst weiterhin noch einen auf einem elektrischen Lenkmotor 7 basierenden Lenkantrieb 8. In Abhängigkeit von dem Lenkmoment, das ein Fahrer des Kraftfahrzeugs auf das Lenkrad und somit die Lenkwelle ausübt, erzeugt der Lenkmotor 7 des Lenkantriebs 8, gesteuert von einer Steuereinheit 9, ein unterstützendes Hilfslenkmoment variabler Größe. Dieses Hilfslenkmoment beziehungsweise die dazu vorgesehene Rotationsbewegung eines Rotors (nicht sichtbar) des Lenkmotors 7 wird beispielsweise mittels eines Riemengetriebes (nicht sichtbar) und einem weiteren Getriebe (nicht sichtbar), das beispielsweise in Form eines Kugelgewindetriebs ausgebildet ist und bei dem die Lenkstange 1 mit einer Spiralnut versehen ist, in das Kugeln einer als Abtriebsrad des Riemengetriebes 7 dienenden oder mit einem solchen Abtriebsrad verbundenen Spindelmutter eingreifen, auf die Lenkstange 1 untersetzt.
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Das Lenksystem bildet zwei Anschläge aus, durch die der Verschiebeweg der Lenkstange 1 relativ zu einem Gehäuse 9 jeweils in einer der Verschieberichtungen begrenzt wird. Hierzu bildet das Gehäuse 9 in seinen beiden Endabschnitten jeweils eine zylindrische Aufnahme(öffnung) 10 aus, innerhalb der ein erstes Anschlagelement 11 angeordnet ist, wie dies in den 2 bis 4 für die eine Seite des Lenksystems im Detail dargestellt ist. Auf der anderen Seite des Lenksystems ist im Bereich der dortigen Schutzmanschette 25 ein identischer Anschlag vorgesehen.
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In dem Ausgestaltungsbeispiel gemäß den 2 bis 4 ist das erste Anschlagelement 11 in Form einer ringförmigen Scheibe ausgebildet, die koaxial bezüglich der Längsachse 12 der Lenkstange 1 angeordnet ist. Dabei ist das erste Anschlagelement 11 im Wesentlichen unbeweglich innerhalb der dazugehörigen Aufnahme 10 des Gehäuses 9 angeordnet, wozu dessen äußere Umfangsfläche im Wesentlichen spielfrei innerhalb der Aufnahme 10 aufgenommen ist. Dabei ist das erste Anschlagelement 11 auch mit derjenigen Stirnseite, die von dem dazugehörigen proximalen Ende der Lenkstange 1 beabstandet ist, an einer ringförmig umlaufenden Stützfläche 13, die die dazugehörige Aufnahme 19 an einem Ende begrenzt, abgestützt. Die innere Umfangsfläche des ersten Anschlagelements 11 ist dagegen in einem definierten Abstand zu der Lenkstange 1 angeordnet.
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Für jeden der beiden Anschläge ist weiterhin ein zweites Anschlagelement 14 vorgesehen, das der Lenkstange 1 zugeordnet ist und bei einer Axialbewegung der Lenkstange 1 mit dieser mitbewegt wird, wodurch sich eine Relativbewegung zu dem ersten Anschlagelement 11 ergibt.
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Das zweite Anschlagelement 14 umfasst einen rohrförmigen Abschnitt 15, der in geringfügigem Maße (z.B. bis zu einem Millimeter) axial verschiebbar auf einem hinsichtlich seines Durchmessers verkleinerten Abschnitt der Lenkstange 1 gelagert ist. Ein endseitig dieses Abschnitts der Lenkstange 1 ausgebildeter Absatz 16 begrenzt die axiale Verschiebbarkeit des zweiten Anschlagelements 14 auf der Lenkstange 1. Das zweite Anschlagelement 14 umfasst zudem einen sich von dem einen Ende des rohrförmigen Abschnitts 15 in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 12 der Lenkstange 1 (nach außen) erstreckenden, ringscheibenförmigen Abschnitt 17, dessen Außendurchmesser geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der dazugehörigen Aufnahme 10 des Gehäuses 9 ist, wodurch das zweite Anschlagelement 14 relativ leichtgängig aber gleichzeitig relativ gut abdichtend innerhalb der Aufnahme 10 verschiebbar ist. Mittels eines in diese Umfangsfläche integrierten Dichtelements 18 in Form eines einfachen Dichtrings (O-Ring) wird diese Dichtwirkung weiter verbessert.
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Um eine Doppelpassung zu vermeiden und auch um bei einer geringfügigen Biegung der Lenkstange 1, wie sie sich im Betrieb des Lenksystems infolge von auf diese wirkende Querkräfte regelmäßig einstellt, stets eine relativ leichtgängige Verschiebbarkeit des zweiten Anschlagelements 14 sowohl innerhalb der dazugehörigen Aufnahme 10 als auch auf der Lenkstange 1 zu gewährleisten, ist der Innendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts 15 definiert größer als der Außendurchmesser in dem dazugehörigen Abschnitt der Lenkstange 1 dimensioniert und folglich der rohrförmige Abschnitt 15 mit einem definierten Spiel auf der Lenkstange 1 geführt.
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Der radial ausgerichtete Abschnitt 17 des zweiten Anschlagelements 14 kann sich bei entsprechender Belastung mit seiner dem proximalen Ende der Lenkstange 1 zugewandte Stirnseite an einer Stützfläche 19 der Lenkstange 1 abstützen, die von einer Kugelgelenkmutter 20 der Lenkstange 1 ausgebildet ist.
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In der 2 ist das Lenksystem in einer ersten Betriebsstellung dargestellt. Diese Betriebsstellung stellt die so genannte Mittelstellung da, ausgehend von der die Lenkstange 1 mit einem im Wesentlichen gleich großen Lenkhub in beide Bewegungsrichtungen bis zum Erreichen des jeweiligen Anschlags bewegbar ist und folglich die mittels des Lenksystems lenkbaren Räder in einer Stellung ausgerichtet sein sollten, die zu einer Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs führt. In dieser ersten Betriebsstellung des Lenksystems sind die beiden Anschlagelemente 11, 14 für jeden der Anschläge relativ weit voneinander entfernt, so dass diese in keiner Weise zusammenwirken.
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Wird dagegen die Lenkstange 1 ausgehend von dieser ersten Betriebsstellung in Richtung der Ausbildung des dazugehörigen Anschlags (d.h. in den 2 bis 4 nach rechts) verschoben, kommt es kurz (beispielsweise ca. 20 Millimeter) vor dem Ausbilden des Anschlags zu einem ersten Kontakt der beiden Anschlagelemente 11, 14, in dem das freie Ende des rohrförmigen Abschnitts 15 des zweiten Anschlagelements 14 in den Spalt, der zwischen der inneren Umfangsfläche des ersten Anschlagelements 11 und der Lenkstange 1 ausgebildet ist, eintaucht, wie dies in der 3 dargestellt ist. Ab dieser (zweiten) Betriebsstellung begrenzen die Anschlagelemente 11, 14 gemeinsam mit einem Abschnitt der Umfangsfläche der Aufnahme 10 einen Zwischenraum 21, innerhalb dessen Umgebungsluft angeordnet ist. Diese Umgebungsluft kann infolge der abgedichteten Führung des radial ausgerichteten Abschnitts 17 des zweiten Anschlagelements 14 innerhalb der Aufnahme 10 und der abgedichteten Führung des rohrförmigen Abschnitts 15 des zweiten Anschlagelements 14 in der zentralen Öffnung des ersten Anschlagelements 11 (wobei für diese Führung die Dichtwirkung durch ein in die innere Umfangsfläche (Führungsfläche) des ersten Anschlagelements 11 integriertes Dichtelement 22 (beispielsweise in Form eines einfachen Dichtrings) verbessert wird) nicht frei aus diesem Zwischenraum 21 entweichen, so dass diese komprimiert wird und einer weiteren Relativbewegung zwischen der Lenkstange 1 und dem Gehäuse 9 in Richtung der Ausbildung des dazugehörigen Anschlags entgegenwirkt.
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Erfindungsgemäß soll durch das Zusammenwirken der Anschlagelemente 11, 14 nach Möglichkeit eine ausschließlich dämpfende, nicht jedoch eine elastische Wirkung erreicht werden, wozu erforderlich ist, dass die Umgebungsluft definiert verlustbehaftet aus dem Zwischenraum 21 entweichen kann. Hierzu ist eine relativ kleine Übertrittsöffnung 23 in dem radial ausgerichteten Abschnitt 17 des zweiten Anschlagelements 14 vorgesehen, die zudem teilabdichtend von der dazugehörigen Stützfläche 19 der Lenkstange 1 überdeckt und damit verschlossen ist. Die Umgebungsluft kann bei einer weitergehenden Relativbewegung zwischen der Lenkstange 1 und dem Gehäuse 9 in Richtung der Ausbildung des dazugehörigen Anschlags im Wesentlichen nur über diese teilabdichtend verschlossene Übertrittsöffnung 23 entweichen, was zum einen mit erheblichen Strömungsverlusten und zum anderen vergleichsweise langsam abläuft, wodurch sich die gewünschte dämpfende Wirkung einstellt.
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Die 4 zeigt das Lenksystem in einer dritten Betriebsstellung, in der der Anschlag erreicht wurde und folglich der von den Anschlagelementen 11, 14 begrenzte Zwischenraum 21 im Wesentlichen bis auf Null verkleinert wurde, wodurch der radial ausgerichtete Abschnitt 17 des zweiten Anschlagelements 14 mit dem ersten Anschlagelement 11 direkt kontaktiert, so dass eine indirekte Abstützung der Stützflächen 13, 19 des Gehäuses 9 und der Lenkstange 1 erreicht wird.
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Sofern die Lenkstange 1 aus dieser Betriebsstellung in dann der anderen Bewegungsrichtung verschoben wird, soll ein Widerstand, der aus einer Vergrößerung des von den sich voneinander entfernenden Anschlagelementen 11, 14 begrenzten Zwischenraums 21 resultiert und der dieser Verschiebebewegung der Lenkstange 1 entgegenwirkt, möglichst vermieden werden. Hierzu sollte ein relativ verlustarmes Einströmen von Umgebungsluft über die Übertrittsöffnung 23 in den Zwischenraum 21 gewährleistet werden. Dies wird dadurch erreicht, dass sich das in geringem Maße längsaxial beweglich auf der Lenkstange 1 gelagerte zweite Anschlagelement 14 infolge des Unterdrucks, der sich infolge der Relativbewegung zwischen der Lenkstange 1 und dem Gehäuse 9 in dem Zwischenraum 21 einstellt, ein Stück weit von der Stützfläche 19 der Lenkstange 1 weg bewegt, wodurch die Übertrittsöffnung 23 so weit freigelegt wird, dass ein ausreichend verlustarmes Einströmen von Umgebungsluft in den Zwischenraum 21 erfolgen und sich folglich ausreichend schnell ein Druckausgleich zwischen dem Zwischenraum 21 und der Umgebung einstellen kann.
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In der 5 ist eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lenksystems in seiner Mittelstellung dargestellt.
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Bei diesem Lenksystem ist das dem Gehäuse 9 zugeordnete erste Anschlagelement 11 für jeden der beiden vorgesehenen Anschläge buchsenförmig ausgebildet und umfasst folglich einen rohrförmigen Abschnitt 15 mit kreisringförmigen Querschnitt, dessen Außendurchmesser definierte kleiner als der Innendurchmesser der dazugehörigen Aufnahme 10 des Gehäuses 9 dimensioniert ist, wodurch das erste Anschlagelement 11 beweglich innerhalb der Aufnahme 9 gelagert ist. Mittels eines Sicherungsrings 24, der innenseitig der Aufnahme 10 befestigt ist, wird diese axiale Beweglichkeit des ersten Anschlagelements 11 innerhalb der Aufnahme 10 begrenzt.
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An dem bezüglich der Stützfläche 13 des Gehäuses 9 proximalen Ende des rohrförmigen Abschnitts 15 ist ein sich radial bezüglich der Längsachse 12 der Lenkstange 1 (nach innen) erstreckender, ringscheibenförmiger Abschnitt 17 des ersten Anschlagelements 11 vorgesehen, dessen innere Umfangsfläche in einem möglichst geringen Abstand bezüglich der Lenkstange 1 angeordnet ist, um mit dieser eine relativ gute Abdichtung bei gleichzeitig möglichst leichtgängiger Relativbeweglichkeit zu realisieren. Ein in diese Umfangsfläche integriertes Dichtelement 22 in Form eines einfachen Dichtrings verbessert dabei die entsprechende Dichtwirkung. In den radial ausgerichteten Abschnitt 17 des ersten Anschlagelements 11 ist eine Übertrittsöffnung 23 integriert, die teilabdichtend von der dazugehörigen Stützfläche 13 des Gehäuses 9 verdeckt und folglich verschlossen ist, wenn das erste Anschlagelement 11 an dieser Stützfläche 13 anliegt.
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Das der Lenkstange 1 zugeordnete, mit dieser mitbewegte zweite Anschlagelement 14 ist in Form einer Ringscheibe ausgebildet, die im Wesentlichen unbeweglich auf der Lenkstange 1 gelagert und dabei an der dazugehörigen, von der Lenkstange 1 ausgebildeten Stützfläche 19 abgestützt ist. Der Außendurchmesser des zweiten Anschlagelements 14 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts 15 des ersten Anschlagelements 11, wodurch sich eine relativ gute Dichtwirkung für den zwischen der äußeren Umfangsfläche des zweiten Anschlagelements 14 und der Innenseite des rohrförmigen Abschnitts 15 des ersten Anschlagelements 11 ausgebildeten Spalt ergibt, die wiederum mittels eines Dichtelements 18 in Form eines Dichtrings, der in die äußere Umfangsfläche des zweiten Anschlagelements 14 integriert ist, verbessert wird.
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Wird die Lenkstange 1 des Lenksystems gemäß der 5 in Analogie zu der Ausgestaltung beziehungsweise Funktionsweise des Lenksystems gemäß den 2 bis 4 von der in der 5 dargestellten Mittelstellung in eine zweite Betriebsstellung kurz vor der Ausbildung des entsprechenden Anschlags bewegt, taucht das mit der Lenkstange 1 mitbewegte zweite Anschlagelement 14 in den rohrförmigen Abschnitt 15 des ersten Anschlagelements 11 ein, wodurch die Anschlagelemente 11, 14 gemeinsam mit einem (sich verändernden) Abschnitt der Lenkstange 1 einen Zwischenraum 21 begrenzen, aus dem die darin enthaltene Umgebungsluft im Wesentlichen lediglich über die dann teilabdichtend verschlossene Übertrittsöffnung 23 entweichen kann. Dies erfolgt wiederum nur relativ langsam und mit einem erheblichen Strömungswiderstand, wodurch die gewünschte Dämpfungswirkung vor dem Ausbilden des Anschlags erzielt wird. Der Anschlag wird ausgebildet, wenn das der Lenkstange 1 zugeordnete zweite Anschlagelement 14 mit dem radial ausgerichteten Abschnitt 17 des ersten Anschlagelements 11 direkt kontaktiert.
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Bei einer Bewegung der Lenkstange 1 ausgehend von dem ausgebildeten Anschlag in die dann andere Bewegungsrichtung wird das erste Anschlagelement 11 infolge eines sich in dem Zwischenraum 21 einstellenden Unterdrucks mit der Lenkstange 1 ein Stück weit mitbewegt, bis dies durch ein Anschlagen an dem Sicherungsring 24 unterbunden wird. Die Übertrittsöffnung 23 in dem radial ausgerichteten Abschnitt 17 des ersten Anschlagelements 11 ist dann weitgehend freigelegt, so dass Umgebungsluft mit einem ausreichend geringen Strömungswiderstand in den Zwischenraum 21 einströmen kann, so dass die entsprechende Relativbewegung zwischen der Lenkstange 1 und dem Gehäuse 9 nicht in einem relevanten Maße beeinflusst wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkstange
- 2
- Verzahnung
- 3
- Lenkritzel
- 4
- Lenkspindel
- 5
- Druckstück
- 6
- Spurstangenköpfe
- 7
- Lenkmotor
- 8
- Lenkantrieb
- 9
- Gehäuse
- 10
- Aufnahme
- 11
- erstes Anschlagelement
- 12
- Längsachse der Lenkstange
- 13
- Stützfläche des Gehäuses
- 14
- zweites Anschlagelement
- 15
- rohrförmiger Abschnitt eines Anschlagelements
- 16
- Absatz der Lenkstange
- 17
- radial ausgerichteter Abschnitt eines Anschlagelements
- 18
- Dichtelement des zweiten Anschlagelements
- 19
- Stützfläche der Lenkstange
- 20
- Kugelgelenkmutter
- 21
- Zwischenraum
- 22
- Dichtelement des ersten Anschlagelements
- 23
- Übertrittsöffnung
- 24
- Sicherungsring
- 25
- Schutzmanschette
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007000680 A1 [0004]
- EP 1777138 B1 [0004]
- EP 1429951 B1 [0004]
- DE 102008001237 B3 [0006]
