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Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines ringförmigen Anschlagelementes im Bereich einer Lenkstange sowie ein Verfahren zur Montage eines ringförmigen Anschlagelementes an einer Lenkstange. Ein Anschlagelement dient dabei zur Begrenzung der Bewegung der Lenkstange in axialer Richtung.
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Aus
DE 195 23 568 A1 ist eine elektrisch angetriebene Lenkeinrichtung bekannt, wobei die Lenkeinrichtung eine Zahnstange mit einem Ausgangsschaft zur Lenkung der Räder aufweist. Die Lenkeinrichtung umfasst ferner ein Gehäuse, wobei die Hin- und Herbewegung des Ausgangsschaftes mittels einer zwischen dem Gehäuse und dem Ausgangsschaft angeordneten stoßdämpfenden Vorrichtung begrenzt ist. Bei der stoßdämpfenden Vorrichtung handelt es sich insbesondere um einen an dem Gehäuse angeordneten Anschlag und eine an dem Ausgangsschaft angeordnete Blattfeder. Die Blattfeder ist dabei mittels eines kreisförmigen Rutschers in ihrer axialen Bewegung begrenzt. Der Anschlag bzw. die Blattfeder sind dabei an einem zu einem Fahrzeugrad hin orientierten Ende des Ausgangsschaftes bzw. der Zahnstange benachbart zu einem Kugelgelenk auf einem außenseitigen Absatz angeordnet. Nachteilig ist, dass die kreisförmigen Rutscher zusätzlichen Herstellungs- und Montageaufwand verursachen.
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Aus
DE 10 2007 012 655 A1 ist eine elektromechanische Lenkung bekannt, wobei die Lenkung ein Lenkgetriebegehäuse und eine sich durch das Lenkgetriebegehäuse erstreckende Zahnstange umfasst. Jeweils an den axialen Enden der Zahnstange sind Spurstangengelenke angeordnet. Zur Vermeidung von harten Axialimpulsen ist jeweils ein elastisches Anschlagelement zwischen einem Spurstangengelenk und dem Lenkgetriebegehäuse angeordnet. Bei dem Anschlagelement handelt es sich um ein oder mehrere metallische Federelemente. Als Federelemente sollen insbesondere an dem Lenkgetriebegehäuse oder an dem Spurstangengehäuse festgelegte Teller- oder Schraubenfedern verwendet werden. Die Festlegung erfolgt mittels einer Hülse, in welcher die Federelemente aufgenommen sind. Mittels der Hülse soll das Anschlagelement besonders einfach montiert werden können. Die Verwendung einer solchen zusätzlichen Hülse ist allerdings mit zusätzlichem Gewicht und zusätzlichen Kosten verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung eines Anschlagelementes im Bereich einer Lenkstange und ein Verfahren zur Montage eines Anschlagelementes an einer Lenkstange zur Verfügung zu stellen, die sich einfach und kostengünstig umsetzen lassen und eine flexible Anwendung ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung ist mindestens ein ringförmiges Anschlagelement im Bereich einer Lenkstange einer Fahrzeuglenkung derart angeordnet, dass das Anschlagelement die Lenkstange umschließt und mit Hilfe des Anschlagelementes die Bewegung der Lenkstange in axialer Richtung begrenzbar ist. Die Lenkstange weist einen Zahnstangenabschnitt und/oder einen Spindelabschnitt auf und die Lenkstange ist von einem Lenkstangengehäuse umgeben. Vorzugsweise handelt es sich um eine Lenkstange, die in zwei axial zueinander beabstandeten Bereichen einen Zahnstangenabschnitt und einen Spindelabschnitt aufweist. Die Lenkstange und das Lenkstangengehäuse einer Fahrzeuglenkung sind dabei insbesondere in einem Vorderwagen eines Kraftfahrzeuges angeordnet und dienen zur Lenkung der Vorderräder des Kraftfahrzeuges. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen handeln.
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Erfindungsgemäß weisen zumindest die Lenkstange oder das Lenkstangengehäuse eine sich jeweils zumindest über einen Teil des Umfangs erstreckende Vertiefung auf, insbesondere eine sich über den gesamten Umfang der Lenkstange oder des Lenkstangengehäuses erstreckende Vertiefung, die in Form einer Umfangsnut ausgebildet sein kann. Das mindestens eine Anschlagelement ist dabei derart in die Vertiefung hineinragend angeordnet, dass es bei bestimmungsgemäßer Benutzung auftretende, in Axialrichtung wirkende Anschlagkräfte vollständig aufnehmen kann. Damit ist insbesondere gemeint, dass das Anschlagelement die bestimmungsgemäß in Axialrichtung wirkenden maximalen Anschlagkräfte derart aufnimmt, dass das Anschlagelement in der Vertiefung verbleibt, insbesondere aufgrund eines ausreichenden Kraftschlusses und/oder aufgrund einer Abstützung an einer sich in radialer Richtung erstreckenden Anschlagfläche der Vertiefung und/oder aufgrund einer Kombination hieraus. Mittels des Anschlagelementes wird folglich durch ein mechanisch wirkendes Mittel sichergestellt, dass sich die Lenkstange relativ zu dem Lenkstangengehäuse nur über einen begrenzten axialen Weg verschieben kann, insbesondere nicht in axialer Richtung über das (im Falle eines gegenüber der Lenkstange axial beweglichen Anschlagelementes in eine Anschlaglage verschobene) Anschlagelement hinaus.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, dass die Bewegung der Lenkstange in axialer Richtung mittels des ringförmigen Anschlagelementes durch ein einfach herstellbares und einfach zu montierendes Element wirksam begrenzt werden kann, nämlich durch ein geeignet gestaltetes Anschlagelement, das in Verbindung mit der Vertiefung einen geeigneten Anschlag bildet. Durch eine hineinragende Anordnung des Anschlagelementes in die Vertiefung der Lenkstange oder des Lenkstangengehäuses kann das Anschlagelement auf einfache Art und Weise in axialer Richtung formschlüssig festgelegt oder in seiner axialen Beweglichkeit auf ein geeignetes Maß begrenzt werden. Dies ist auch ohne weitere Halterungen oder sonstige Bauteile zur Fixierung des ringförmigen Anschlagelementes möglich. In diesem Fall muss nur ein einstückig hergestelltes oder zu einer Zusammenbaueinheit vormontiertes Bauteil an einer Montagelinie vorgehalten werden. Bei geeigneter Auslegung von Anschlagelement und Lenkstange bzw. Anschlagelement und Lenkstangengehäuse kann das Anschlagelement entlang der Lenkstange oder innerhalb des Lenkstangengehäuses von außen axial bis zu seiner Soll-Position (d.h. in die korrespondierende Vertiefung hineinragend) geführt werden. Besonders bevorzugt sind in diesem Zusammenhang Gestaltungen, die ein Einrasten aufgrund einer geeignet elastischen Ausbildung des Anschlagelementes ermöglichen, indem das Anschlagelement während der Montage radial aufgeweitet oder zusammengedrückt wird und dann durch eine elastische Gegenbewegung (d.h. ein Wieder-Zusammenziehen nach einer Aufweitung oder ein Wieder-Aufweisen nach einem Zusammendrücken) das Anschlagelement in die Vertiefung „einrastet“.
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In einer praktischen Ausführungsform ist das mindestens eine Anschlagelement ein Federelement. Als Federelement im Sinne der Erfindung werden dabei Elemente angesehen, welche durch eine überwiegend oder ausschließlich elastische Verformung Energie aufnehmen, welche sie durch Rückverformung wieder abgeben können. Dabei sind insbesondere solche Federelemente geeignet, die unter Einwirkung von axialen Anschlagkräften elastisch verformbar sind, so dass eine Anschlagbewegung der Lenkstange gegen das Anschlagelement mittels des Federelements durch zunehmenden Kraftanstieg verzögert und somit „gedämpft“ wird. Ein hartes und mit ungewünschten Geräuschen und Verschleiß verbundenes Anschlagen der Lenkstange kann somit durch ein Anschlagelement in Form eines Federelementes vermieden oder signifikant reduziert werden. Bevorzugt sind Federelemente mit einer linearen oder einer nicht-linearen Federkennlinie, insbesondere mit einer Federkennlinie mit progressivem Verlauf.
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Besonders einfach und kostengünstig ist das mindestens eine Anschlagelement, wenn es einstückig ausgebildet ist. Als Federelement besonders geeignet erscheint insoweit insbesondere mindestens eine Tellerfeder. Es können als Anschlagelemente aber auch mehrere Tellerfedern hintereinander angeordnet werden, oder es können bedarfsweise ein oder mehrere Tellerfedern mit anderen Anschlagelementen kombiniert werden.
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In Bezug auf Tellerfedern wird speziell auf solche Tellerfedern verwiesen, die in Umfangsrichtung betrachtet wellenartig ausgebildet sind. Durch eine solche Geometrie kann die Federwirkung der Tellerfeder bedarfsweise optimiert und insbesondere zusätzlich verstärkt oder mehrstufig ausgebildet sein.
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Ein Anschlagelement im Sinne der Erfindung kann auch ein oder mehrere Dämpfungselemente aufweisen oder aus einem oder mehreren Dämpfungselementen bestehen. Mit Dämpfungselementen sind alle Elemente gemeint, die zugeführte Energie - statt diese in einer Form zu speichern, in der sie wieder abgegeben werden kann - überwiegend in Wärme, Verformung oder eine andere die Energie „verbrauchende“ Form umwandeln. Diesbezüglich wird auf hydraulische, pneumatische und sonstige mechanische Dämpfungselemente verwiesen, beispielsweise auf Pufferelemente aus komprimierbaren Werkstoffen.
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In einer praktischen Ausführungsform ist das Anschlagelement aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet, insbesondere als einstückig hergestelltes Element. Besonders bevorzugt sind aufgrund der Materialeigenschaft und der Herstellungskosten Anschlagelemente, die einstückig aus einem Stahlwerkstoff hergestellt sind. Damit können Anschlagelemente für erfindungsgemäße Anordnungen kostengünstig in großen Stückzahlen und mit geringem Materialeinsatz hergestellt werden. Insbesondere sind dann auch keine Vormontagearbeiten erforderlich, um eine Zusammenbaueinheit zu erstellen, wie dies bei aus Lenkungen bekannten Gummi-Metall-Elementen der Fall ist.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist an dem Anschlagelement an der zu der Lenkstange weisenden Innenfläche mindestens ein laschenartiger Vorsprung ausgebildet, insbesondere ein sich nur über einen Teil des Umfangs der Innenfläche erstreckender Vorsprung. Vorzugsweise sind an der zu der Lenkstange weisenden Innenfläche des Anschlagelementes zwei, drei oder vier Vorsprünge ausgebildet. Ebenfalls bevorzugt ist es, wenn die laschenartigen Vorsprünge ungefähr gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind. Ein oder mehrere derartige laschenartige Vorsprünge eignen sich insbesondere zur Fixierung des ringförmigen Anschlagelementes in der Vertiefung an der Lenkstange derart, dass der Vorsprung bzw. mehrere oder alle Vorsprünge in der Endmontagelage des Anschlagelementes in die korrespondierende Vertiefung der Lenkstange oder des Lenkstangengehäuses hineinragend angeordnet sind. Ein besonderer Vorteil der laschenartigen Vorsprünge ergibt sich, wenn das Anschlagelement zur Montage über mindestens einen Funktionsbereich an der Lenkstange oder am Lenkstangengehäuse geführt werden muss, welcher kontaktsensibel ist, d.h. in welchem nicht bestimmungsgemäßer Kontakt mit dem Anschlagelement und mit anderen Bauteilen vermieden werden muss. Laschenartige Vorsprünge können in solchen Fällen so ausgebildet sein, dass sie sich nur über beschränkte Umfangsbereiche des Anschlagelementes erstrecken, die außerhalb der korrespondierenden Umfangsbereiche der Funktionsbereiche liegen und/oder dass mindestens eine Lasche als Montage-Führungselement ausschließlich solche Relativpositionen in einem sich über eine gewisse axiale Länge der Lenkstange erstreckenden Abschnitt ermöglichen, die einen radialen Sicherheitsabstand zwischen einer kritischen Lasche oder mehreren kritischen Laschen und sich im gleichen Umfangsbereich befindlichen Funktionsbereichen sicherstellt. So können insbesondere an einer Innenseite des Anschlagelementes ausgebildete Vorsprünge während der Montage von kontaktseniblen Funktionsbereichen an einer Lenkstange ferngehalten werden. Bei solchen Funktionsbereichen handelt es sich insbesondere um eine Führungsfläche oder mehrere Führungsflächen für ein Druckstück einer Lenkstange und/oder um eine Verzahnung einer Lenkstange, die mit einem Ritzel der Lenkung zusammenwirkt. Dies wird im Folgenden insbesondere im Zusammenhang mit dem Verfahren und den Figuren noch im Detail erläutert.
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Eine besonders einfach zu handhabende Montage und Fixierung ergibt sich, wenn der mindestens eine laschenartige Vorsprung an dem Anschlagelement biegeelastisch ausgebildet ist, wobei auch zwei, drei oder alle Vorsprünge biegeelastisch ausgebildet sein können. Ebenfalls möglich ist es, einen innenseitig an dem Anschlagelement ausgebildeten Ring als Ganzes biegeelastisch auszubilden. Eine derartige Ausbildung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der laschenartige Vorsprung oder innenseitige Ring derart biegeelastisch ausgebildet ist, dass ein Umbiegen derart möglich ist, dass sich die innere Öffnungsweite des Anschlagelementes so weit vergrößern lässt, dass sich das Anschlagelement zur Montage - insbesondere unter Überwindung einer Reibkraft - über einen Bereich mit vergrößertem Durchmesser verschieben lässt. Die Montage kann dann durch ein kraftvolles axiales Aufschieben auf die Lenkstange erfolgen. Dies ist insbesondere in Kombination mit einem wie vorstehend beschriebenen elastischen Wieder-Aufweiten oder Wieder-Zusammenziehen in der Endmontagelage bevorzugt.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist das mindestens eine Anschlagelement
- a) in einem Anschlagabschnitt zwischen dem Spindelabschnitt und dem Zahnstangenabschnitt an der Lenkstange angeordnet und/oder
- b) an dem Lenkstangengehäuse oder an der Lenkstange an einer zu einem Axialgelenk der Lenkstange orientierten Seite des Zahnstangenabschnitts angeordnet.
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Anders als die aus dem eingangs genannten Stand der Technik genannten Lösungen lässt sich ein Anschlagelement einer erfindungsgemäßen Anordnung auch in einem Anschlagabschnitt zwischen dem Spindelabschnitt und dem Zahnstangenabschnitt einer Lenkstange einfach und kostengünstig montieren. Dazu bedarf es lediglich eines geeignet gestalteten Anschlagelementes und einer Vertiefung zwischen Spindelabschnitt und Zahnstangenabschnitt, wobei das Anschlagelement in seiner Endmontagelage in diese Vertiefung hineinragend angeordnet ist. Die Anordnung eines ringförmigen Anschlagelementes in einem solchen Anschlagabschnitt zwischen dem Spindelabschnitt und dem Zahnstangenabschnitt wird häufig als innenliegender Anschlag bezeichnet. Sie tritt vor allem bei Lenksystemen mit einer Lenkhilfevorrichtung mit Kugelgewindemutter auf, die mit dem genannten Spindelabschnitt zusammenwirkt.
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Der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, dass alternativ oder in Ergänzung ein weiterer Anschlag, welcher als außenliegender Anschlag bezeichnet wird, außenseitig an einer Lenkstange angeordnet sein kann, insbesondere benachbart zu einem Axialgelenk der Lenkstange. Auch eine solche Anordnung kann erfindungsgemäß gestaltet sein. In diesem Fall kann das Anschlagelement insbesondere in einer Vertiefung des Lenkstangengehäuses fixiert sein. Alternativ kann das Anschlagelement auch an dieser Position in eine Vertiefung der Lenkstange hineinragend angeordnet sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Montage eines ringförmigen Anschlagelementes an einer Lenkstange, wobei sich das Verfahren nur auf solche Lenkstangen bezieht, bei welchen das Anschlagelement zur Montage über einen kontaktsensiblen Funktionsbereich geführt werden muss, insbesondere eine an der Lenkstange ausgebildete Verzahnung (d.h. einen Zahnstangenabschnitt) oder einen an der Lenkstange ausgebildeten Spindelabschnitt. Bei dem Anschlagelement handelt es sich dabei insbesondere um ein wie vorstehend oder nachfolgend beschriebenes Anschlagelement, das heißt um ein Anschlagelement mit einem oder mehreren der vorstehend oder nachfolgend erläuterten Merkmale. Die Lenkstange weist zumindest über einen Teil ihrer sich in Axialrichtung erstreckenden Länge mindestens einen Funktionsbereich auf. Erfindungsgemäß wird das Anschlagelement in axialer Richtung der Lenkstange über den Funktionsbereich geschoben, wobei das Anschlagelement radial innenseitig mindestens einen laschenartigen Vorsprung aufweist. Beim Schieben des Anschlagelementes über den Funktionsbereich ist der mindestens eine laschenartige Vorsprung derart angeordnet, dass dieser konstruktionsbedingt sicher kontaktfrei über den Funktionsbereich geführt wird. Wenn mehrere laschenartige Vorsprünge vorgesehen sind, sind alle Vorsprünge derart angeordnet, dass diese konstruktionsbedingt sicher kontaktfrei über den mindestens einen Funktionsbereich geführt werden. Mit „konstruktionsbedingt sicher kontaktfrei über den Funktionsbereich geführt“ ist gemeint, dass jeder laschenartige Vorsprung entweder einen ausreichenden radialen Sicherheitsabstand zu dem Funktionsbereich einhält und/oder durch konstruktive Gestaltung (z.B. eine durch Eingreifen eines laschenartigen Vorsprungs in eine korrespondierende Vertiefung an der Lenkstange bewirkte Verdrehsicherung) eine Überlappung eines laschenartigen Vorsprungs mit dem Funktionsbereich in Umfangsrichtung vermieden oder begrenzt wird.
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Als Funktionsbereiche werden insbesondere die vorstehend bereits erläuterten Bereiche einer Lenkstange angesehen, an welche besonders hohe Anforderungen bezüglich der Oberflächenqualität gestellt werden. In solchen Funktionsbereichen ist jeglicher Kontakt mit anderen Bauteilen, der zu Kratzern oder Unebenheiten führen könnte, zu vermeiden.
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Ein Funktionsbereich erstreckt sich dabei insbesondere nur über einen Teil der axialen Länge der Lenkstange und/oder nur über einen Teil des Umfangs der Lenkstange, beispielsweise über zwei zueinander beabstandete Umfangsbereiche, die sich jeweils über einen Umfangsbereich von 20° bis 50° erstrecken und zueinander um einen Umfangsbereich von 10° bis 30° zueinander beabstandet sind. Insbesondere können über den Umfang betrachtet mehrere Funktionsbereiche in demselben Längenabschnitt der Lenkstange angeordnet sein, wobei insbesondere zwischen den Funktionsbereichen (Kontakt-)Bereiche ausgebildet sind, welche unempfindlich gegenüber Berührung und Beschädigung sind. Explizit verwiesen wird auf ein oder zwei Kontaktflächen für ein Druckstück einer Lenkung und einen Zahnstangenabschnitt, die sich jeweils nur über einen Teil des Umfangs und ungefähr über die gleiche axialer Länge einer Lenkstange erstrecken.
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Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine fehlerfreie und sichere Montage auch dann sichergestellt werden, wenn die innere Öffnungsweite des Anschlagelementes klein ausgelegt wird und ein kontaktbehaftetes, kraftvolles Aufschieben des Anschlagelementes in axialer Richtung auf die Lenkstange erfolgen soll. Bei einem axialen Überführen des ringförmigen Anschlagelementes über einen an der Lenkstange angeordneten Funktionsbereich ist der mindestens eine Vorsprung dazu insbesondere derart angeordnet, dass er die Lenkstange sicher nicht berührt oder er aufgrund anderer Maßnahmen (z.B. aufgrund einer Verdrehsicherung) nicht in Umfangsrichtung in Überlappung zu einem Funktionsbereich gelangen kann. Die Funktionsbereiche der Lenkstange können so sicher vor Beschädigung und Fehlfunktion geschützt werden.
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Bei Anschlagelementen mit mehreren Vorsprüngen und insbesondere in Verbindung mit einer Lenkstange mit einer oder mehreren Abflachungen (Flanken in Form von Führungsflächen für ein Druckstück oder eine Verzahnung), wie diese im Bereich von Zahnstangenabschnitten auftreten, kann es vorteilhaft sein, einen oder mehrere Vorsprünge mit korrespondierenden Vertiefungen an der Lenkstange als Verdrehsicherung und/oder als Mittel zur Sicherstellung eines Sicherheitsabstandes zu nutzen. Die Vorsprünge können dabei derart an der Innenseite des Anschlagelementes positioniert sein, dass sie in Umfangsrichtung der Lenkstange betrachtet entweder beanstandet zu den Umfangsabschnitten von Funktionsbereichen liegen und/oder einen Sicherheitsabstand zu den Funktionsbereichen einhalten.
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Durch eine geeignete Positionswahl von innenseitigen laschenartigen Vorsprüngen an dem Anschlagelement kann bei erfindungsgemäßen Anordnungen die Verzahnungsbreite des Zahnstangenabschnitts der Lenkstange groß gewählt werden. Dabei ist unter der Verzahnungsbreite das sich in Querrichtung der Lenkstange, senkrecht zur Axialrichtung der Lenkstange erstreckende Maß eines Zahnstangenabschnitts zu verstehen. Vorteilhaft ist dabei, dass die zwischen Ritzel und Lenkstange wirkenden Flächenkräfte verringert werden können und die Dauerhaltbarkeit so verbessert werden kann. Als besonders vorteilhaft hat es sich diesbezüglich erwiesen, wenn im Umfangsbereich eines Zahnstangenabschnitts einer erfindungsgemäßen Anordnung keine Vorsprünge des Anschlagelementes vorgesehen sind oder wenn nur ein Vorsprung ungefähr mittig (in Breitenrichtung des Zahnstangenabschnitts senkrecht zur Axialrichtung der Lenkstange betrachtet) des Zahnstangenabschnitts vorgesehen ist.
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Bei einer konstruktionsbedingten sicheren Vermeidung von Kontakt zwischen der Lenkstange und dem Anschlagelement während der Durchführung eines Montageverfahrens kann die Fertigung des Anschlagelementes und der Lenkstange mit geringeren Toleranzanforderungen und dadurch zu niedrigeren Herstellungskosten erfolgen. So kann auch die Zahl der Ausschuss- und Rückläuferteile (d.h. der Elemente, die nur nach einem Nachbearbeitungsvorgang für eine Serienfertigung Verwendung finden können) reduziert werden.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einer besonders praktischen Ausführungsform mindestens ein laschenartiger Vorsprung während der Montage des Anschlagelementes an der Lenkstange zumindest über einen Teil der sich in axialer Richtung erstreckenden Länge der Lenkstange biegeelastisch verformt, um die innere Öffnungsweite des Anschlagelementes temporär zu vergrößern. Insbesondere erfolgt die Verformung in einem Anschlagabschnitt, welcher gegenüber einem Funktionsbereich und gegenüber einem Bereich mit Vertiefung einen vergrößerten Durchmesser aufweist. In diesem Anschlagabschnitt wird der Vorsprung aufgrund eines lokal (relativ zu anderen Abschnitten, z.B. einem Zahnstangenabschnitt) vergrößerten Querschnitts der Lenkstange im Anschlagabschnitt derart biegeelastisch verformt, dass er sich teilweise in axialer Richtung verbiegt und sich dadurch die innere Öffnungsweise vergrößert
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Der mindestens eine laschenartige Vorsprung, welcher während der Montage biegeelastisch verformt, ist vorzugsweise so ausgelegt, dass er am Ende des Montagevorganges biegeelastisch in die Vertiefung der Lenkstange einfedert, wobei sich dabei zur Fixierung des Anschlagelementes gegenüber der Lenkstange in der Vertiefung die innere Öffnungsweite des Anschlagelementes wieder verkleinert. Die Auslegung ist bevorzugt so, dass die für die Montage benötigte Kraft, insbesondere die unmittelbar vor Erreichen der Endmontagelage erforderliche Kraft zum axialen Verschieben des Anschlagelementes größer ist als die bei bestimmungsgemäßem Betrieb der Lenkung auftretende maximal auf das Anschlagelement wirkende axiale Anschlagkraft ist. Die Fixierung des Anschlagelementes in der Vertiefung kann ausschließlich durch die Vertiefung durch Beschränkung der axialen Beweglichkeit des Anschlagelementes innerhalb der Vertiefung erfolgen, oder die Fixierung kann zusätzlich durch eine zwischen Anschlagelement und Vertiefung wirkenden Klemmkraft erfolgen. Dies ist dann der Fall, wenn die innere Öffnungsweise des Anschlagelementes beim Wieder-Einfedern der Vorsprünge geringer ist als der Außendurchmesser der Vertiefung.
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Um einen Kontakt des Anschlagelementes mit dem Funktionsbereich an der Lenkstange möglichst sicher zu vermeiden und/oder eine Verdrehsicherung einfach und kostengünstig realisieren zu können, weist die Lenkstange mindestens eine sich in axialer Richtung der Lenkstange erstreckende Nut auf, insbesondere zwei oder mehr Nuten, wobei mindestens ein Vorsprung des Anschlagelementes während der Montage durch diese Nut geführt wird. Insbesondere sind die Lenkstange und das Anschlagelement so ausgebildet, dass das Anschlagelement nur in einer bestimmten Relativ-Drehlage zu Montagezwecken bestimmungsgemäß axial über die Lenkstange geführt werden kann. So kann ein Kontakt zwischen dem Vorsprung oder mehreren Vorsprüngen des Anschlagelementes und Funktionsbereichen der Lenkstange sicher vermieden bzw. der Kontakt zwischen den Vorsprüngen und der Lenkstange auf bestimmte, unkritische Umfangsbereiche und Axialabschnitte beschränkt werden.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug in einer Seitenansicht,
- 2 ein Teil einer Lenkstange eines Kraftfahrzeuges mit Zahnstangenabschnitt und Spindelabschnitt in einer Seitenansicht,
- 3 den mit III gekennzeichneten Bereich aus 2 in einem Längsschnitt und ein Anschlagelement in einer ersten Ausführungsform in drei verschiedenen Positionen,
- 4 die Lenkstange und das Anschlagelement aus 3 in einem Querschnitt gemäß Linie IV-IV aus 3, und
- 5 einen Ausschnitt einer Lenkstange mit einem die Lenkstange umgebenden Lenkstangengehäuse und eine zweite Ausführungsform eines Anschlagelementes in einem Querschnitt.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 in einer Seitenansicht dargestellt. Eine erfindungsgemäße Anordnung, die im Folgenden in Verbindung mit weiteren Figuren erläutert wird, ist Teil einer Fahrzeuglenkung (Vorderradlenkung). Die Fahrzeuglenkung umfasst eine in 2 gezeigte Lenkstange 16 und ist in dem gestrichelt gekennzeichneten Bereich 12 des Vorderwagens des Fahrzeuges 10 in einem Bereich zwischen dem in 1 erkennbaren linken Vorderrad 14 und dem in 1 nicht erkennbaren rechten Vorderrad angeordnet. Die im Folgenden im Detail beschriebene Anordnung ist in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) betrachtet im Bereich des Vorderrades 14 angeordnet.
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In 2 ist ein mittlerer Teil der Lenkstange 16 in einer Ansicht von vorne abgebildet. Die Lenkstange 16 erstreckt sich damit im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung.
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Die Lenkstage 16 umfasst unterschiedliche Axialabschnitte. Ganz links ist ein Aufschiebeabschnitt 18 ausgebildet, welcher sich in axialer Richtung über die Aufschiebeabschnittslänge A erstreckt. In axialer Richtung, sich rechts an den Aufschiebeabschnitt 18 anschließend, ist ein Zahnstangenabschnitt 20 ausgebildet, der sich über die Zahnstangenabschnittslänge B in axialer Richtung erstreckt. Über die Zahnstangenlänge B erstrecken sich auch zwei Druckstück-Führungsflächen 22a, 22b (vgl. 4), wobei in 2 nur eine Druckstück-Führungsfläche 22a sichtbar ist. Die Druckstück-Führungsflächen sind in der gezeigten Ausführungsform eben ausgebildete Abflachungen, die zur Führung eines nicht dargestellten (Ritzel-)Druckstücks dient.
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Bei dem Zahnstangenabschnitt 20 und den Druckstück-Führungsflächen 22a, 22b handelt es sich jeweils um Funktionsbereiche 24 im Sinne der Erfindung, die mit hoher Genauigkeit gefertigt werden. Kontakt zwischen anderen Elementen und diesen Funktionsflächen soll vermieden werden, um eine Beschädigung der Funktionsflächen und daraus resultierende Fehlfunktionen der Lenkung zu vermeiden. Der Zahnstangenabschnitt 20 und die beiden Druckstück-Führungsflächen 22a, 22b sind in dem Zahnstangenabschnitt 20 jeweils nur über einen Teil des Umfangs ausgebildet (vgl. 4), wobei sich die Druckstück-Führungsflächen 22a, 22b über einen Bereich von 20° bis 40° (hier: etwa 30°) erstrecken und der Zahnstangenabschnitt 20 über einen Bereich von 100° bis 150° (hier: etwa 125°). Zwischen den jeweiligen Funktionsbereichen 24 sind Kontaktbereiche 26a, 26b, 26c ausgebildet. Bei dem in der Seitenansicht der Lenkstange 16 sichtbaren Kontaktbereich 26c handelt es sich um eine sich in axialer Richtung erstreckende Nut 28c. Wie in 4 erkennbar ist, ist gegenüberliegend eine weitere, sich in axialer Richtung erstreckende Nut 28b vorgesehen.
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Weiter rechts schließt sich an den Zahnstangenabschnitt 20 mit der Zahnstangenlänge B ein Anschlagabschnitt 30 mit der Anschlagabschnittslänge C an. In dem Anschlagabschnitt 30 ist eine sich über den gesamten Umfang der Lenkstange 16 erstreckende Vertiefung 32 (hier in Form einer Umfangsnut) zur erfindungsgemäßen Anordnung eines Anschlagelementes 38 (vgl. 3) ausgebildet.
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Weiter rechts des Anschlagabschnitts 30 ist ein Spindelabschnitt 34 ausgebildet, welcher sich über die Spindelabschnittslänge D in axialer Richtung erstreckt. Den Spindelabschnitt 34 umgebend und relativ zu diesem Spindelabschnitt 34 in axialer Richtung bewegbar ist eine Kugelgewindemutter angeordnet, die Teil eines Kugelgewindetriebes 36 ist. Dieser Kugelgewindetrieb 36 ist Teil einer nicht dargestellten Lenkhilfsvorrichtung. Dabei kann es sich insbesondere um eine riemengetriebene, Zahnrad getriebene oder direkt angetriebene Lenkhilfsvorrichtung handeln, insbesondere eine elektrisch angetriebene Lenkhilfsvorrichtung mittels welcher zusätzlich oder alternativ zu einem von einem Fahrzeugführer über ein Ritzel in den Zahnstangenabschnitt 20 eingebrachten Lenkmoment ein Lenkhilfsmoment bedarfsweise bereitgestellt werden kann.
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Der Anschlagabschnitt 30 weist einen Durchmesser d1 auf, welcher kleiner ist, als der Durchmesser d2 des benachbart dazu angeordneten Spindelabschnitts 34. Dies resultiert in der gezeigten Ausführungsform daraus, dass der Spindelabschnitt 34 durch Umformen der Lenkstange 16 hergestellt wird, insbesondere durch Rollieren, wodurch es im Bereich des Spindelabschnitts 34 zu einer radial außenseitigen Materialverdrängung kommt und woraus dann ein gegenüber einem Ausgangswerkstück vergrößerter Durchmesser resultiert.
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Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einer ersten Variante eines Anschlagelementes 38 an der Lenkstange 16 wird im Folgenden in Verbindung mit den 3 und 4 beschrieben. In diesem Fall ist das Anschlagelement 38 in dem Anschlagabschnitt 30 zwischen dem Spindelabschnitt 34 und dem Zahnstangenabschnitt 20 angeordnet. Es handelt sich insoweit um einen sogenannten innenliegenden Anschlag, der zwischen dem Zahnstangenabschnitt 20 und dem Spindelabschnitt 34 positioniert ist.
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In 3 sind nur der Aufschiebeabschnitt 18 mit der Aufschiebelänge A, der Zahnstangenabschnitt B mit der Zahnstangenabschnittslänge B und der Anschlagabschnitt 30 mit der Anschlagabschnittslänge C in einem Längsschnitt dargestellt. Es ist gut zu erkennen, dass die Lenkstange 16 im Bereich des Zahnstangenabschnitts 20 eine Abflachung 40 aufweist. Zudem ist in 3 ein Anschlagelement 38 in verschiedenen Montagepositionen dargestellt, die das Anschlagelement 38 während der Montage beim axialen Aufschieben über die Lenkstange 16 einnimmt. Aufgrund des größeren Durchmessers d2 des Spindelabschnitts 34 gegenüber dem Durchmesser d1 des Anschlagabschnitts 30, wird das Anschlagelement 38 während der Montage von links aus über den Zahnstangenabschnitt 20 in Richtung des Anschlagabschnitts 30 auf die Lenkstange 16 aufgeschoben.
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In der gezeigten ersten Position (ganz links) befindet sich das Anschlagelement 38 im Bereich des Zahnstangenabschnitts 20. Diese Position ist auch in 4 im Querschnitt dargestellt.
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Wie erkennbar ist, ist das Anschlagelement 38 ringförmig und einstückig ausgebildet. Es weist an seiner zur Lenkstange 16 weisenden Innenseite 42 vier sich jeweils nur über einen Teil des Umfangs erstreckende laschenartige Vorsprünge 44a, 44b, 44c, 44d auf. In 3 ist auch die (kleinste) innere Öffnungsweite w des Anschlagelementes 38 gut zu erkennen, welche hier dem Abstand sich gegenüberliegender laschenartiger Vorsprünge 44a, 44b, 44c, 44d entspricht. Bei dem gezeigten Anschlagelement 38 handelt es sich um ein Federelement 46, hier in Form einer Tellerfeder, die einstückig aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist. Es wird angemerkt, dass das Anschlagelement in 3 nur schematisch dargestellt ist. Ein sich - wie bei Tellerfedern üblich - in axialer Richtung erstreckender Abschnitt, welcher die Federwirkung der Tellerfeder bei Einwirkung von Axialkräften erzeugt, ist in 3 aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt. Gemeint sind aber mit den in Verbindung mit 3 beschriebenen Tellerfedern Elemente, die eine identische oder ähnliche Querschnittsform aufweisen wie die in 5 gezeigten Federelemente 56, d.h. solche, die einen Teilbereich aufweisen, der sich in radialer und axialer Richtung erstreckt, so dass durch die Biegeelastizität des Werkstoffs eine Federwirkung erzielt wird.
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In 4 ist auch gut zu erkennen, dass in dem Zahnstangenbereich B drei Funktionsbereiche 24 ausgebildet sind, nämlich der Zahnstangenabschnitt 20 und zwei Druckstück-Führungsflächen 22a, 22b, die jeweils zueinander beabstandet und über einen Teil des Umfangs verteilt vorgesehen sind. Die Position und ungefähre Ausdehnung der Funktionsbereiche 24 ist jeweils durch die gestrichelten Linien markiert. Wie in 4 gut erkennbar ist, weist die Lenkstange 16 zwei sich in axialer Richtung erstreckende Nuten 28b, 28c auf, die auf gegenüberliegenden Seiten an der Lenkstange 16 ausgebildet sind.
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Das Anschlagelement 38 ist in Verbindung mit der Lenkstange 16 derart ausgelegt, dass die Vorsprünge 44a, 44b, 44c, 44d beim axialen Verschieben des Anschlagelementes 38 über die Lenkstange 16 während der Montage über den Zahnstangenabschnitt 20 nicht in Kontakt mit den Funktionsbereichen 24 gelangen und diese somit nicht beschädigen können. Dazu ist ein erster laschenartiger Vorsprung 44a derart an dem Anschlagelement 38 und relativ zur Lenkstange 16 angeordnet, dass dieser - wenn er überhaupt mit der Lenkstange 16 in Kontakt gerät - diese nur in dem unkritischen Kontaktbereich 26a zwischen den kontaktsensiblen Druckstück-Führungsflächen 22a, 22b berühren kann. Ein zweiter laschenartiger Vorsprung 44b und ein dritter laschenartiger Vorsprung 44c sind so angeordnet, dass diese jeweils in einem Kontaktbereich 26b, 26c zwischen den Druckstück-Führungsflächen 22a, 22b und dem Zahnstangenabschnitt 20 angeordnet sind und auch in dieser relativen Drehlage gegenüber der Lenkstange 16 verbleiben (Verdrehsicherung). Dazu sind die Kontaktbereiche 26b, 26c hier als sich in axialer Richtung der Lenkstange 16 erstreckende Längsnuten 28b, 28c ausgebildet, und die korrespondierenden Vorsprünge 44b, 44c so auf die Längsnuten 28b, 28c abgestimmt, dass stets mindestens ein Vorsprung 44b, 44c in eine korrespondierende Längsnut 28b, 28c eingreift. Dadurch ist eine Verdrehsicherung während der Montage gewährleistet. In der gezeigten Lage greift nur der rechte Vorsprung 44c in die Nut 28b ein. Verschiebt sich während der Montage über den Zahnstangenabschnitt 20 das Anschlagelement 38 nach rechts, gelangt zuerst der Vorsprung 44b in die Längsnut 28b, bevor der Vorsprung 44c außer Eingriff der Längsnut 28c gerät.
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Der vierte laschenartige Vorsprung 44d ist oberhalb des Zahnstangenabschnitts 20 angeordnet. Durch die Abflachung 40 der Lenkstange 16 in diesem Bereich, wird zwischen dem Zahnstangenabschnitt 20 und dem vierten Vorsprung 44d während des axialen Überführens des Anschlagelementes 38 bei der Montage ein Sicherheitsabstand s eingehalten. Eine Beschädigung des Zahnstangenabschnitts 20 wird so sicher vermieden.
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Wie in 4 gut erkennbar ist, kann aufgrund der gewählten Gestaltung des Anschlagelementes 38 eine relativ große Verzahnungsbreite b für den Zahnstangenabschnitt 20 gewählt werden, die sich über einen Großteil des Durchmessers erstreckt, hier über etwa 75 Prozent des Durchmessers.
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Wie in 3 gezeigt, wird das Anschlagelement 38 in Richtung des Pfeils M axial über den Zahnstangenabschnitt 20 und dann weiter auf und über den Anschlagabschnitt 30 geführt. Wie in 3 anhand der mittleren Darstellung des Anschlagelementes 38 erkennbar ist, ist der Durchmesser d1 des Anschlagabschnitts 30 in diesem Anschlagabschnitt 30 größer als die innere Öffnungsweite w des Anschlagelementes 38. Dadurch werden alle Vorsprünge 44a, 44b, 44c, 44d ungefähr gleich auf Biegung belastet und verbiegen sich in axialer Richtung, wie in 3 erkennbar ist. Die Montage muss insoweit mit einer ausreichenden Montagekraft erfolgen, um den Reibwiderstand zwischen den Vorsprüngen 44a, 44b, 44c, 44d und der Lenkstange 16 zu überwinden. Die laschenartigen Vorsprünge 44a, 44b, 44c, 44d sind geeignet biegeelastisch ausgelegt.
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Bei Erreichen der Vertiefung 32 in dem Anschlagabschnitt 30 federn die laschenartigen Vorsprünge 44a, 44b, 44c, 44d in die Vertiefung 32 ein und richten sich wieder in überwiegend oder vollständig radiale Richtung aus, so dass die Vorsprünge 44a, 44b, 44c, 44d in die Vertiefung 32 hineinragend angeordnet sind. In dieser Position hat das Anschlagelement 38 in der Vertiefung 32 der Lenkstange 16 seine Endmontagelage erreicht und ist bereits ausreichend gegenüber der Lenkstange 16 befestigt, um den in axialer Richtung wirkenden maximalen Anschlagkräften standzuhalten. Die rechte Position des Anschlagelementes 38 in 3 zeigt die Endmontagelage.
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Der Vollständigkeit halber wird darauf verwiesen, dass die Darstellung in 3 schematisch zu verstehen ist. Die Vertiefung 32 wird in der Praxis eine etwas größere axiale Länge aufweisen, um das Zurückfedern der Vorsprünge 44a, 44b, 44c, 44d zu erleichtern. Der Durchmesser im Bereich der Vertiefung 32 kann auch so ausgelegt sein, dass die Vorsprünge 44a, 44b, 44c, 44d im Bereich der Vertiefung 32 nicht vollständig zurückfedern, sondern nur teilweise, so dass das Anschlagelement 38 durch die Restklemmkraft der Vorsprünge 44a, 44b, 44c, 44d zusätzlich kraftschlüssig gegenüber dem Nutgrund der Vertiefung 32 festgelegt ist. Dies kann vorteilhaft in Bezug auf die Vermeidung von Geräuschen durch axiale Relativbewegungen zwischen Anschlagelement 38 innerhalb der Vertiefung 32 der Lenkstange 16 sein.
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In 5 ist eine zweite Ausführungsform eines Anschlagelementes 48 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist das Anschlagelement 48 in einem Bereich der Lenkstange 16 in der Nähe eines (montierten, hier nur schematisch dargestellten) Axialgelenks 50 angeordnet. Das Anschlagelement 48 ist - in Fahrzeugquerrichtung betrachtet - innenseitig des Axialgelenks 50 und außenseitig eines Zahnstangenabschnitts 20 angeordnet. Die Lenkstange 16 ist von einem Lenkstangengehäuse 52 umgeben, wobei das Lenkstangengehäuse 52 eine sich über den gesamten Umfang erstreckende Vertiefung 54 aufweist. Das Anschlagelement 48 ist vorliegend die Lenkstange 16 umgebend in die Vertiefung 54 hineinragend angeordnet. Es ist Teil eines sogenannten außenliegenden Anschlags.
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Bei dieser zweiten Ausführungsform des Anschlagelementes 48 handelt es sich um eine Kombination von vier Federelementen 56, hier ein „Paket“ gebildet aus vier Tellerfedern, wobei jeweils zwei Tellerfedern gegengleich derart zueinander angeordnet sind, dass sich im axialen Längsschnitt nach außen eine V-Form ergibt (vgl. 5). Dieses Paket ist beispielhaft zu verstehen. Die Ausführungsform lässt sich auch nur mit einer einzigen Tellerfeder oder mit einer beliebigen anderen Zahl und Anordnung von Tellerfedern realisieren.
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Die Montage des Anschlagelementes 48 in dem Lenkstangengehäuse 52 kann - ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen Montage auf einer Lenkstange 16 - durch einfaches axiales Einschieben in das Lenkstangengehäuse 52 in Montagerichtung M erfolgen. In der gezeigten Ausführungsform wird das Anschlagelement 48 vorzugsweise in dem Lenkstangengehäuse 52 vormontiert, indem es kraftvoll gemäß dem Pfeil M so in das Lenkstangengehäuse 52 derart eingeschoben wird, dass dabei die radialen Außenseiten in axialer Richtung elastisch ausgelenkt werden, bis sie im Bereich der Vertiefung 54 wieder elastisch in die gezeigte Lage ausfedern. Die Vormontage erfolgt vorzugsweise, bevor die Lenkstange 16 und das Axialgelenk 50 montiert werden.
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In der in 5 gezeigten Endmontagelage des Anschlagelementes 48 ist dieses in der Vertiefung 54 dadurch ausreichend zur Aufnahme von in Axialrichtung wirkenden Anschlagkräften gestützt, dass sich rechts des Anschlagelementes 48 eine sich in radialer Richtung erstreckende Anschlagfläche 56 anschließt. Wird die Lenkstange 16 aufgrund einer Lenkbewegung bis zum Endanschlag nach rechts verfahren, gerät zunächst das Axialgelenk 50 mit dem Anschlagelement 48 in Kontakt. Die Bewegung wird dann durch Kompression des Tellerfederpakets verzögert, weil sich die Federkraft mit zunehmender Kompression der Tellerfedern vergrößert. Der Endanschlag ist erreicht, wenn die Tellerfedern vollständig komprimiert sind. Eine weitere Bewegung der Lenkstange 16 in Axialrichtung nach rechts ist dann nicht mehr möglich.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 12
- Bereich des Vorderwagens
- 14
- Vorderrad
- 16
- Lenkstange
- 18
- Aufschiebeabschnitt
- 20
- Zahnstangenabschnitt
- 22a, 22b
- Druckstück-Führungsfläche
- 24
- Funktionsbereich
- 26a, 26b, 26c
- Kontaktbereich
- 28b,28c
- Nut
- 30
- Anschlagabschnitt
- 32
- Vertiefung
- 34
- Spindelabschnitt
- 36
- Kugelgewindetrieb
- 38
- Anschlagelement
- 40
- Abflachung
- 42
- Innenseite
- 44a, 44b, 44c, 44d
- laschenartiger Vorsprung
- 46
- Federelement
- 48
- Anschlagelement
- 50
- Axialgelenk
- 52
- Lenkstangengehäuse
- 54
- Vertiefung
- 56
- Anschlagfläche
- w
- innere Öffnungsweite
- s
- Sicherheitsabstand
- b
- Verzahnungsbreite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19523568 A1 [0002]
- DE 102007012655 A1 [0003]
