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Vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkspindel und eine Lenkungsanordnung eines Fahrzeugs.
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Übliche Lenkungsanordnungen eines Fahrzeugs umfassen ein Lenkgetriebe mit beweglichem Querelement, z.B. einer Zahnstange. Das Querelement ist quer zum Fahrzeug ausgerichtet und an den beiden gegenüberliegenden Enden mit jeweils einem lenkbaren Rad verbunden. Aus dem Gehäuse des Lenkgetriebes ragt eine Eingangswelle. Die Eingangswelle ist über eine Lenkspindel mit einer Lenkhandhabe des Fahrzeugs verbunden. Die Lenkhandhabe ist beispielsweise ein Lenkrad. Insbesondere allradgetriebene Fahrzeuge umfassen in der Lenkspindel ein Doppelkreuzgelenk. Das Doppelkreuzgelenk umfasst zwei Kreuzgelenke, die über ein Kugelgelenk miteinander verbunden sind. Das Doppelkreuzgelenk ermöglicht einen relativ großen Winkel zwischen der Lenkwelle der Lenkspindel und der Eingangswelle des Lenkgetriebes. Einfachere Ausführungen, ohne Doppelkreuzgelenk, umfassen am lenkgetriebeseitigen Ende der Lenkspindel lediglich ein Kreuzgelenk und werden beispielsweise bei heckgetriebenen Fahrzeugen verwendet.
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Es ist eine Aufgabe vorliegender Erfindung eine Lenkspindel und eine entsprechende Lenkungsanordnung für ein Fahrzeug anzugeben, die bei einfachem Aufbau und sicherem Betrieb einen relativ großen Winkel zwischen der Lenkwelle und der Eingangswelle des Lenkgetriebes ermöglichen und einen sicheren Betrieb des Fahrzeugs ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Lenkspindel eines Fahrzeugs zur Drehmomentübertragung von einer Lenkhandhabe, beispielsweise einem Lenkrad, auf eine Eingangswelle eines Lenkgetriebes. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein zwei-spuriges Straßenfahrzeug. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein allradgetriebenes Fahrzeug.
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Erfindungsgemäß umfasst die Lenkspindel kein Doppelkreuzgelenk, sondern zwei normale Kreuzgelenke, die möglichst eng zusammen angeordnet sind. Dadurch kann die Lenkspindel mit einem relativ großen Winkel zwischen der Lenkwelle der Lenkspindel und der Eingangswelle des Lenkgetriebes im Fahrzeug eingebaut werden.
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Die Lenkspindel umfasst somit eine Lenkwelle, die mit der Lenkhandhabe verbunden werden kann, eine steife Zwischenkomponente, ein erstes Kreuzgelenkelement und ein zweites Kreuzgelenkelement.
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Das erste Kreuzgelenkelement ist mit der Lenkwelle und der Zwischenkomponente verbunden. Das zweite Kreuzgelenkelement ist mit der Zwischenkomponente und der Eingangswelle des Lenkgetriebes verbunden. Die Zwischenkomponente wird somit zwischen den beiden Kreuzgelenkelementen angeordnet. Die Zwischenkomponente ist steif ausgebildet und umfasst somit keine Elemente, die sich beim Lenken relativ zueinander bewegen. Durch die Verwendung der beiden Kreuzgelenkelemente und der steifen Zwischenkomponente ergibt sich eine einfach zu fertigende Konstruktion.
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Das erste Kreuzgelenkelement ist mit der Lenkwelle um eine erste Achse schwenkbar verbunden. Die Zwischenkomponente ist mit dem ersten Kreuzgelenkelement um eine zweite Achse schwenkbar verbunden. Das zweite Kreuzgelenkelement ist mit der Zwischenkomponente um eine dritte Achse schwenkbar verbunden. Das zweite Kreuzgelenkelement ist dazu ausgebildet, um an der Eingangswelle des Lenkgetriebes um eine vierte Achse schwenkbar montiert zu werden.
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Vorzugsweise sind die beiden Kreuzgelenkelemente jeweils kreuzförmig ausgebildet, wobei die an den Kreuzgelenkelementen befestigten Enden der Lenkwelle, der Zwischenkomponente und der Eingangswelle entsprechend gabelförmig ausgestaltet sind. Die gabelförmigen Elemente können insbesondere mit den Enden der Wellen verschraubt, verpresst oder verschweißt sein.
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Vorzugsweise ist eines der gabelförmigen Elemente auf die Eingangswelle aufgepresst oder reibgeschweißt.
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Vorzugsweise schneiden sich die erste Achse und die zweite Achse sowie die dritte Achse und die vierte Achse. Des Weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Achse und die dritte Achse parallel zueinander oder um 90° versetzt zueinander stehen.
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Die enge Anordnung der beiden Kreuzgelenkelemente ist durch einen ersten Abstand zwischen der zweiten Achse und der dritten Achse definiert: Dieser erste Abstand beträgt höchstens 300 mm, insbesondere höchstens 250 mm, vorzugsweise höchstens 200 mm, weiter vorzugsweise höchstens 150 mm, besonders vorzugsweise höchstens 100 mm. Durch diese sehr enge Anordnung der beiden Kreuzgelenkelemente kann das Doppelkreuzgelenk mit integriertem Kugelgelenk substituiert werden.
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Besonders bevorzugt wird zusätzlich zu den beiden Kreuzgelenkelementen ein Drehlager verwendet, um die Lenkspindel abzustützen. Dadurch erfährt die Lenkspindel die gleiche statische Bestimmtheit, wie bei der Verwendung eines Doppelkreuzgelenks mit integriertem Kugelgelenk. Das Drehlager ist insbesondere als Pendellager ausgebildet, um Verspannungen zu vermeiden. Ferner kann in der Lenkspindel, vorzugweise im oder am Drehlager, ein Längenausgleich integriert sein.
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Das Drehlager stützt die Lenkspindel gegenüber einer weiteren Komponente des Fahrzeugs ab, insbesondere gegenüber der Karosserie oder, wie noch im Detail erläutert wird, gegenüber dem Lenkgetriebe.
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Gemäß einer Variante ist das Drehlager auf der Zwischenkomponente angeordnet und befindet sich somit zwischen den beiden Kreuzgelenkelementen. Dabei ist es möglich, die Zwischenkomponente mehrteilig zu gestalten, sodass das Drehlager zwischen den beiden gabelförmigen Enden der Zwischenkomponente montiert werden kann. Sämtliche Bestandteile der Zwischenkomponente werden jedoch fest miteinander verbunden, sodass die steife Zwischenkomponente entsteht.
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Des Weiteren ist es möglich, die Zwischenkomponente einteilig zu gestalten. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass ein Drehlageraufnahmebereich auf der Zwischenkomponente zumindest den gleichen Durchmesser wie zumindest eines der beiden gabelförmigen Enden aufweist. Dadurch ist es möglich, das Drehlager von zumindest einer Seite auf die Zwischenkomponente aufzuschieben.
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Gemäß einer weiteren Variante ist vorgesehen, das Drehlager auf der Lenkwelle anzuordnen. Unter „Lenkwelle“ ist dabei der gesamte Abschnitt der Lenkspindel von der Verbindung zum ersten Kreuzgelenk bis zu Lenkhandhabe zu verstehen, wobei jedoch das Drehlager möglichst nahe am ersten Kreuzgelenk angeordnet wird. Vorzugsweise ist ein zweiter Abstand vom Drehlager zur ersten Achse definiert, der höchstens 300 mm, insbesondere höchstens 250 mm, vorzugsweise höchstens 200 mm, weiter vorzugsweise höchstens 150 mm, besonders vorzugsweise höchstens 100 mm, beträgt. Gemessen wird dabei der kürzeste Abstand von der ersten Achse zum Mittelpunkt des Drehlagers.
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In beiden Varianten kann die Zwischenkomponente bzw. die Lenkwelle den Innenring des Drehlagers aufnehmen oder den Innenring des Drehlagers bilden.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Lenkungsanordnung eines Fahrzeugs. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein zwei-spuriges Straßenfahrzeug. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein allradgetriebenes Fahrzeug.
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Die Lenkungsanordnung umfasst ein Lenkgetriebe mit einem Gehäuse und einer Eingangswelle sowie eine Lenkspindel zur Drehmomentübertragung von einer Lenkhandhabe, beispielsweise einem Lenkrad, auf die Eingangswelle. Auf der Lenkspindel ist ein Drehlager montiert, das am Gehäuse des Lenkgetriebes abgestützt ist. Insbesondere ist der Außenring des Drehlagers fest mit dem Gehäuse des Lenkgetriebes verbunden. Die Abstützung des Drehlagers erfolgt somit nicht gegenüber der Karosserie oder einem sonstigen Bestandteil des Fahrzeugs. Dadurch ergibt sich eine Baugruppe aus zumindest einem Teil des Gehäuses und dem Drehlager, gegebenenfalls mit einem Teil der Lenkspindel im Drehlager. Die Baugruppe kann entsprechend vormontiert und vor dem Einbau in das Fahrzeug geprüft werden.
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Besonders bevorzugt umfasst die Lenkungsanordnung eine Abstützvorrichtung, die an dem Gehäuse des Lenkgetriebes befestigt ist oder integraler Bestandteil des Gehäuses ist. Diese Abstützvorrichtung nimmt das Drehlager auf. Die Abstützvorrichtung ist insbesondere ausschließlich mit dem Gehäuse und nicht mit weiteren Bestandteilen des Fahrzeugs verbunden. Besonders bevorzugt ist die Abstützvorrichtung so ausgebildet, dass sie die Eingangswelle zumindest bereichsweise umgibt. Hierzu umfasst die Abstützvorrichtung beispielsweise Abstützarme seitlich der Eingangswelle oder einen hohlen Abschnitt durch den die Eingangswelle verläuft.
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Besonders bevorzugt umfasst das Gehäuse des Lenkgetriebes einen Sensorabschnitt. Dieser Sensorabschnitt bildet einen Sensoraufnahmeraum. In dem Sensoraufnahmeraum befindet sich vorzugsweise ein Drehmomentsensor zum Erfassen eines Drehmoments an der Eingangswelle. Vorzugsweise läuft die Eingangswelle durch den Sensoraufnahmeraum. Der Drehmomentsensor wird zur Ansteuerung einer Servolenkung verwendet. Die beschriebene Abstützvorrichtung ist vorzugsweise an dem Sensorabschnitt des Gehäuses befestigt oder ist integraler Bestandteil des Sensorabschnitts.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Sensorabschnitt des Gehäuses einen den Sensoraufnahmeraum verschließenden Deckel umfasst. Vorzugsweise verläuft die Eingangswelle durch diesen Deckel hindurch. Besonders bevorzugt ist die Abstützvorrichtung an dem Deckel befestigt oder ist integraler Bestandteil des Deckels.
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Vorzugsweise befindet sich zwischen dem Drehlager und der Eingangswelle zumindest ein Gelenkt, vorzugsweise ein Kreuzgelenk, in der Lenkspindel. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der verwendeten Lenkspindel um die hier im Detail beschriebene Lenkspindel mit den beiden Kreuzgelenkelementen. Wie bereits beschrieben, kann dabei das Drehgelenk, welches am Gehäuse abgestützt ist, zwischen den beiden Kreuzgelenkelementen (auf der Zwischenkomponente) oder auf der Lenkwelle angeordnet werden.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass nicht nur die beiden Kreuzgelenkelemente möglichst nahe aneinander angeordnet sind, sondern auch möglichst nah an dem Lenkgetriebe montiert werden. Hierzu ist folgendes definiert: das Lenkgetriebe umfasst ein Querelement. Das Querelement ist quer zum Fahrzeug ausgerichtet und bewegt sich beim Lenken. An den beiden gegenüberliegenden Enden des Querelements werden die beiden zu lenkenden Räder, beispielsweise über Spurstangen, montiert. Das Querelement erstreckt sich entlang einer Querelementachse. Ein dritter Abstand ist von der Querelementachse zur dritten Achse (Verbindung zwischen Zwischenkomponente und zweitem Kreuzgelenkelement) definiert. Dabei wird der kürzeste Abstand von der Querelementachse zur dritten Achse in der Mitte des zweiten Kreuzgelenkelements gemessen. Insbesondere befindet sich diese Mitte im Schnittpunkt der dritten und vierten Achse. Insbesondere beträgt der dritte Abstand höchstens 700 mm, vorzugsweise höchstens 600 mm, besonders vorzugsweise höchstens 500 mm.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, in die Lenkspindel einen Längen- und Toleranzausgleich anzuordnen. Dieser Ausgleich erfolgt vorzugsweise durch eine elastische Befestigung des Drehlagers und/oder eine entsprechende Ausgestaltung des Drehlagers (insbesondere Nadellager, Doppelrillenkugellager, Gleitlager) und/oder ein elastisches Element in der Lenkspindel und/oder ein elastisches Zwischenstück am Lenkgetriebe und/oder ein Teleskopelement in der Lenkspindel.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Lenkungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 2 ein Detail aus 1,
- 3 eine weitere Ansicht der erfindungsgemäßen Lenkungsanordnung gemäß 1,
- 4 eine weitere Ansicht der erfindungsgemäßen Lenkungsanordnung gemäß 1,
- 5 eine Variante der erfindungsgemäßen Lenkungsanordnung gemäß 1,
- 6 eine weitere erfindungsgemäße Lenkungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 7 eine weitere Ansicht der erfindungsgemäßen Lenkungsanordnung gemäß 6, und
- 8 eine weitere Ansicht der erfindungsgemäßen Lenkungsanordnung gemäß 6.
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Die Figuren zeigen unterschiedliche Ausführungen einer Lenkungsanordnung 1 mit Lenkspindel 40 insbesondere für ein allradgetriebenes Fahrzeug. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind dabei in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Lenkungsanordnung 1 umfasst die Lenkspindel 40 und ein Lenkgetriebe 20. Das Lenkgetriebe 20 umfasst ein Gehäuse 21. Im Gehäuse 21 ist ein nicht dargestelltes Querelement angeordnet, das sich entlang einer gezeigten Querelementachse 24 erstreckt. Die beiden Enden des Querelements werden, beispielsweise über Spurstangen, mit den beiden zu lenkenden Rädern verbunden.
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Ferner weist das Lenkgetriebe 20 eine Eingangswelle 29 auf. Durch Drehen der Eingangswelle 29 wird das Querelement entlang der Querelementachse 24 bewegt. Die Eingangswelle 29 erstreckt sich durch einen Sensorabschnitt 22 des Gehäuses 21. Der Sensorabschnitt 22 ist durch einen Deckel 23 des Gehäuses 21 verschlossen. Die Eingangswelle 29 ragt durch den Deckel 23.
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In dem Sensorabschnitt 22 befindet sich ein Drehmomentsensor zum Erfassen eines Drehmoments an der Eingangswelle 29. Basierend auf dem erfassten Drehmoment kann ein Servomotor des Lenkgetriebes 20 angesteuert werden.
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Die Lenkspindel 40 umfasst eine Lenkwelle 42, welche mit einer nicht dargestellten Lenkhandhabe, beispielsweise einem Lenkrad, verbunden wird. Die Lenkwelle 42 ist über ein erstes Kreuzgelenkelement 45, eine steife Zwischenkomponente 43 und ein zweites Kreuzgelenkelement 47 mit der Eingangswelle 29 zur Drehmomentübertragung verbunden.
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Die Verbindung zwischen Lenkwelle 42 und erstem Kreuzgelenkelement 45 ist um eine erste Achse 51 schwenkbar. Die Verbindung zwischen erstem Kreuzgelenkelement 45 und Zwischenkomponente 43 ist um eine zweite Achse 52 schwenkbar. Die Verbindung zwischen Zwischenkomponente 43 und zweitem Kreuzgelenkelement 47 ist um eine dritte Achse 53 schwenkbar. Die Verbindung zwischen zweitem Kreuzgelenkelement 47 und Eingangswelle 29 ist um eine vierte Achse 54 schwenkbar.
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Die zweite Achse 52 und die dritte Achse 53 sind mit einem ersten Abstand 61 voneinander beabstandet. Dieser möglichst kurze erste Abstand 61 beschreibt somit die Länge der Zwischenkomponente 43.
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Die Lenkspindel 40 ist über ein Drehlager 49 abgestützt, dessen Position durch eine Lageraufnahme 28 ersichtlich ist.
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In den 1 bis 4 befindet sich das Drehlager 49 auf der Zwischenkomponente 43. Die Zwischenkomponente 43 ist hier aus mehreren Teilen zusammengeschraubt, sodass das Drehlager 49 zwischen den beiden gabelförmigen Enden der Zwischenkomponente 43 montiert werden kann.
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Die 1 bis 4 zeigen eine Abstützvorrichtung 26. Diese Abstützvorrichtung 26 nimmt mit der Lageraufnahme 28 das Drehlager 49 auf. Dementsprechend steckt die Zwischenkomponente 43 in der ringförmigen Lageraufnahme 28. Die Abstützvorrichtung 26 ist an dem Gehäuse 21, insbesondere dem Deckel 23, befestigt. Beidseitig der Eingangswelle 29 erstrecken sich Abstützarme 27 der Abstützvorrichtung 26 vom Deckel 23 bis zur Lageraufnahme 28. Mittels der Abstützvorrichtung 26 ist das Drehlager 29 direkt an dem Gehäuse 21 abgestützt.
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5 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Zwischenkomponente 43, des Drehlagers 49 und der Abstützvorrichtung 26. Gemäß 5 ist die Zwischenkomponente 43 einteilig ausgestaltet. Die Zwischenkomponente 43 ist dabei so gestaltet, dass das Drehlager 49 auf den mittleren Bereich der Zwischenkomponente 43 aufgeschoben werden kann.
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Des Weiteren zeigt 5, dass die Abstützvorrichtung 26 auch rohrförmig bzw. hohl ausgestaltet werden kann, wobei sich die Eingangswelle 29 durch die hohle Abstützvorrichtung 26 erstreckt. Auch diese Abstützvorrichtung 26 nimmt mit der Lageraufnahme 28 das Drehlager 49 auf und ist auf dem Deckel 23 befestigt.
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6 bis 8 zeigen eine Anordnung des Drehlagers 49 auf der Lenkwelle 42, möglichst nah an dem ersten Kreuzgelenkelement 45. Auch bei dieser Anordnung des Drehlagers 49 ist das Drehlager 49 über die Lageraufnahme 28 der Abstützvorrichtung 26 am Deckel 23 abgestützt bzw. befestigt.
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Die 6 bis 8 zeigen ebenfalls den ersten Abstand 61 zwischen der zweiten Achse 52 und der dritten Achse 53.
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Ferner zeigen die 6 bis 8 einen zweiten Abstand 62 von der Mitte des Drehlagers 49 bis zur ersten Achse 51. Entsprechend des kurzen Abstandes 62 ist das Drehlager 49 möglichst nah am ersten Kreuzgelenkelement 45 angeordnet.
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Die 3, 4, 7 und 8 zeigen einen dritten Abstand 63 von der dritten Achse 53 zur Querelementachse 24 des Lenkgetriebes 20. Gemessen wird hierbei der kürzeste Abstand von der Mitte der Verbindungsstelle des zweiten Kreuzgelenkelements 47 mit der Zwischenkomponente 43. Diese „Mitte“ entspricht dem Schnittpunkt der dritten Achse 53 mit der vierten Achse 54. Der dritte Abstand 63 ist möglichst gering zu wählen, sodass die beiden Kreuzgelenkelemente 54, 57 möglichst nah am Lenkgetriebe 20 angeordnet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkungsanordnung
- 20
- Lenkgetriebe
- 21
- Gehäuse
- 22
- Sensorabschnitt
- 23
- Deckel
- 24
- Querelementachse
- 26
- Abstützvorrichtung
- 27
- Abstützarme
- 28
- Lageraufnahme
- 29
- Eingangswelle
- 40
- Lenkspindel
- 42
- Lenkwelle
- 43
- Zwischenkomponente
- 45
- erstes Kreuzgelenkelement
- 47
- zweites Kreuzgelenkelement
- 49
- Drehlager
- 51
- erste Achse
- 52
- zweite Achse
- 53
- dritte Achse
- 54
- vierte Achse
- 61
- erster Abstand
- 62
- zweiter Abstand
- 63
- dritter Abstand
