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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkstange für eine Zahnstangenlenkung eines Kraftfahrzeugs.
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Der Einsatz von verzahnten Lenkstangen in Kraftfahrzeugen ist bekannt. Dabei wird über eine Drehbewegung am Lenkrad des Kraftfahrzeugs ein Ritzel gedreht, das in die Verzahnung einer Zahnstange eingreift. Die Drehung des Ritzels verursacht eine Translationsbewegung Zahnstange, die genutzt wird, um die Räder, insbesondere Vorderräder, des Kraftfahrzeugs in die gewünschte Richtung einzuschlagen. In anderen Worten verursacht eine Drehbewegung am Lenkrad eine dazu korrespondierende Schwenkbewegung der Räder mit dem Ziel das Kraftfahrzeug in eine gewünschte Richtung lenken zu können. Bisher werden Lenkstangen aus metallischem Vollmaterial gefertigt, sodass hohe Festigkeiten erreicht werden. Jedoch weisen Lenkstangen aus Vollmaterial ein hohes Gewicht auf und sind teuer bezüglich der Material- und ggf. auch der Produktionskosten.
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Für Kraftfahrzeughersteller ist es wünschenswert, eine Reduzierung des Gesamtfahrzeuggewichts zu erreichen, um einerseits Material- sowie Herstellkosten zu sparen und andererseits Fahrzeuge mit geringerem Energiebedarf für die Fortbewegung bereitzustellen.
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkstange für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die ein minimales Gewicht bei gleichzeitig hoher Festigkeit aufweist und günstiger herzustellen ist als herkömmliche Lenkstangen.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Lenkstange für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: eine Zahnstange mit einem Verzahnungsabschnitt zum Eingriff mit einem Zahnrad eines Lenkgetriebes; ein Buchsenelement; und ein Zwischenelement, das zwischen der Zahnstange und dem Buchsenelement angeordnet ist und diese verbindet; wobei das Zwischenelement Kunststoff, insbesondere Faserverbundkunststoff umfasst; und wobei das Zwischenelement zumindest teilweise hohl ausgebildet ist.
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Die Lenkstange kann für jede Art von Kraftfahrzeugen ausgebildet sein, insbesondere für Personenkraftwagen, Lastkraftwagen und/oder Busse. Die Zahnstange ist vorzugsweise ein geradlinig ausgebildetes längliches Bauteil, das einen Verzahnungsabschnitt mit einer Vielzahl von Zähnen aufweist. Die Vielzahl von Zähnen bildet eine Verzahnung. Die Geometrie jeder der Zähne kann beliebig ausgestaltet sein. Die Zahnstange ist dazu ausgebildet, dass der Verzahnungsabschnitt zumindest teilweise mit einem korrespondierenden Ritzel im Eingriff steht. Dementsprechend weist das Ritzel eine Verzahnung auf, die zur Verzahnung im Verzahnungsabschnitt korrespondiert. Die Zahnstange kann mit einem Ritzel eine Getriebeeinheit bilden, wobei eine Drehbewegung des Ritzels in einer translatorischen Bewegung, insbesondere geradlinigen Bewegung, der Zahnstange resultiert. Das Übersetzungsverhältnis der Bewegung von Ritzel zu Zahnstange kann in Abhängigkeit der jeweiligen Verzahnung variabel und/oder konstant sein. Folglich kann auch die Übersetzung von Kräften vom Ritzel auf die Zahnstange variabel und/oder konstant sein.
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Die Zahnstange kann ein oder mehrere, beliebige Materialien umfassen. Vorzugsweise besteht die Zahnstange aus einem metallischen Werkstoff. Die Zahnstange kann beispielsweise auch gesinterte Materialien und/oder gehärteten Stahl aufweisen. Ferner kann die Zahnstange ein Erzeugnis eines beliebigen Herstellungsverfahrens sein, z. B. durch Kaltumformen oder Warmumformen. Die Herstellung der Zahnstange kann jedoch auch Spanen umfassen. Prinzipiell kann die Zahnstange einen beliebigen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise kann der Querschnitt im Wesentlichen rund oder rechteckig sein oder ein D-, U-, V- oder Y-Profil aufweisen. Vorteilhafterweise kann eine Zahnstange bereitgestellt werden, die eine hohe Festigkeit aufweist, sodass sie den Beanspruchungen im Betrieb standhält.
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An einer dem Verzahnungsabschnitt abgewandten Seite der Zahnstange kann die Zahnstange oder das Zwischenelement eine Andrückfläche für ein Andrückelement aufweisen. Das Andrückelement hat die Funktion, Zahnstange und Ritzel gegeneinander anzudrücken. Vorteilhafterweise kann eine sichere Kopplung zwischen Zahnstange und Ritzel und insbesondere eine schlupf- und/oder spielfreie Verbindung zwischen Zahnstange und Ritzel gewährleistet werden. Das Andrückelement kann sich am Lenkgehäuse abstützen. Das Lenkgehäuse kann die Lenkstange zumindest teilweise aufnehmen und lagern und kann am Fahrzeugrahmen befestigt sein.
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Die Zahnstange weist vorzugsweise ein erstes Ende auf, das mit dem Zwischenelement kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Das erste Ende der Zahnstange kann die Form eines Zapfens aufweisen. Vorzugsweise ist das erste Ende der Zahnstange im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Weiterhin kann das erste Ende der Zahnstange an seinem äußeren Umfang Strukturelemente wie beispielsweise Vorsprünge und/oder Nuten aufweisen, um insbesondere in axialer Richtung einen Formschluss mit dem Zwischenelement zu ermöglichen. Ein zweites Ende der Zahnstange kann ebenso die Form eines Zapfens aufweisen und vorzugsweise im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein. Am zweiten Ende der Zahnstange ist vorzugsweise eine Aufnahme für weitere Bauteile eines Lenksystems, wie z. B. ein Axialgelenks einer Spurstange angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Aufnahme ein Innengewinde, sodass das zweite Ende der Zahnstange zumindest teilweise hohl ausgebildet ist.
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Das Zwischenelement hat die Funktion, die Zahnstange und das Buchsenelement zu verbinden, insbesondere entlang einer gemeinsamen axialen Richtung bzw. Längsachse. Das Zwischenelement ist zumindest teilweise hohl ausgebildet.
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Beispielsweise kann das Zwischenelement ein rohrförmigen bzw. hohlzylindrischen Abschnitt umfassen oder ein Rohrstück sein. Der Hohlraum im Inneren des Zwischenelements kann sich durch das Zwischenelement hindurch erstrecken, wobei an den Enden des Zwischenelements der Hohlraum einerseits durch die Zahnstange und andererseits durch das Buchsenelement verschlossen sein kann. Vorzugsweise liegt die äußere Fläche des ersten Endes der Zahnstange zumindest teilweise an einer inneren Fläche des zumindest teilweise hohl ausgebildeten Zwischenelements an. In anderen Worten kann sich das erste Ende der Zahnstange zumindest teilweise in das teilweise hohl ausgebildete Zwischenelement erstrecken und/oder zumindest teilweise vom Zwischenelement umschlossen und mit diesem verbunden sein.
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Ferner kann das Zwischenelement einen Stützabschnitt umfassen, der teilweise am äußeren Umfang der Zahnstange anliegt und/oder die Zahnstange teilweise umschließt, wobei der Stützabschnitt insbesondere an einer oder mehreren Flächen der Zahnstange anliegt, die sich unterhalb und/oder an einer dem Verzahnungsabschnitt abgewandten Seite befinden. Unterhalb wird verstanden als an einer der Verzahnung abgewandten Seite und/oder als in einer vertikalen Richtung tiefer liegend. Folglich kann die Zahnstange unterhalb und/oder an einer dem Verzahnungsabschnitt abgewandten Seite zumindest teilweise von dem Zwischenelement umgeben sein. Am Zwischenelement kann eine Gleitfläche angeordnet sein, die an einer dem Verzahnungsabschnitt abgewandten Seite anliegt. Das Zwischenelement kann somit aus einem Hauptkörper und einer daran angeordneten Gleitfläche bestehen, wobei der Hauptkörper im Gegensatz zur Gleitfläche direkten Kontakt zur Zahnstange hat. Die Gleitfläche stellt eine Andrückfläche für ein Andrückelement dar. Wie bereits beschrieben, hat das Andrückelement die Funktion, Zahnstange und Ritzel gegeneinander zu drücken. Ferner kann die Zahnstange an ihrem zweiten Ende zumindest teilweise von dem Zwischenelement umgeben und mit diesem verbunden sein. Das Zwischenelement kann also einen ersten Verbindungsabschnitt und einen zweiten Verbindungsabschnitt aufweisen, wobei der erste Verbindungsabschnitt mit dem ersten Ende der Zahnstange verbunden sein kann und der zweite Verbindungsabschnitt mit dem zweiten Ende der Zahnstange verbunden sein kann. Der Stützabschnitt kann zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt angeordnet sein. Vorzugsweise kann beispielsweise der Hauptkörper des Zwischenelements derart gestaltet sein, dass er das zweite Ende der Zahnstange teilweise umschließt, was vorteilhafterweise eine besonders sichere Verbindung zwischen Zahnstange und Zwischenelement ermöglicht.
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Das Zwischenelement umfasst einen oder mehrere Kunststoffe. Insbesondere kann das Zwischenelement einen Faserkunststoffverbund bzw. faserverstärkten Kunststoff (FVK) umfassen. Der Einsatz von Kunststoff ist es vorteilhaft im Sinne einer Gewichtsreduzierung der Lenkstange im Vergleich zu üblichen Lenkstangen, die nur aus Metall bestehen. Weiterhin ermöglicht ein Faserverbundkunststoff vorteilhafterweise hohe spezifische Festigkeiten bzw. Steifigkeiten zu erreichen. Der Faserverbundkunststoff des Zwischenelements kann ein carbonfaserverstärkter Kunststoff oder glasfaserverstärkter Kunststoff sein. Bei den Verstärkungsfasern kann es sich um Kurzfasern oder Langfasern handeln. Auch die Verwendung von Endlosfasern ist denkbar. Die Gleitfläche kann insbesondere aus einem faserfreien Kunststoff bestehen und/oder der Hauptkörper kann aus einem Faserverbundkunststoff ausgebildet sein. Die Gleitfläche weist im Vergleich zum Hauptkörper vorzugsweise einen niedrigeren Reibungskoeffzienten auf. Für die Gleitfläche kann daher ein Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften bzw. kleinen Reibkoeffizienten, wie beispielsweise POM oder PEEK verwendet werden. Vorteilhafterweise ist aufgrund des faserfreien Kunststoffs der Reibungswiderstand zwischen einem Andrückelement und der Gleitfläche gering, und die Gleitfläche sowie das Andrückelement weisen eine hohe Lebensdauer auf.
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Das Zwischenelement und die Zahnstange und/oder das Buchsenelement können integral ausgebildet sein, z. B. indem das Zwischenelement zumindest teilweise um die Zahnstange und/oder um das Buchsenelement mittels Spritzguss gespritzt ist. Ebenso kann die Gleitfläche mit dem Hauptkörper integral ausgebildet sein, indem z.B. die Gleitfläche und der Hauptkörper durch ein Mehrkomponentenspritzverfahren verbunden sind und ein Bauteil formen. Dementsprechend können Hauptkörper, Gleitfläche und Zahnstange eine integrale Einheit bilden. Vorteilhafterweise kann das Zwischenelement einteilig ausgebildet sein ohne, dass eine aufwendige Montage des Zwischenelements selbst und/oder eine Montage des Zwischenelements mit der Zahnstange notwendig ist.
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Weiterhin ist das Buchsenelement mit dem Zwischenelement verbunden, sodass das Zwischenelement zwischen Zahnstange und Buchsenelement angeordnet ist und diese verbindet. Das Buchsenelement ist vorzugsweise zumindest teilweise hohl ausgebildet, insbesondere kann es durchgehend hohl sein. Ferner kann ein erstes Ende des Buchsenelements mit dem Zwischenelement kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden sein. Vorzugsweise ist das Buchsenelement im Wesentlichen zylindrisch bzw. hohlzylindrisch ausgebildet. Das erste Ende der Buchse kann die Form eines Zapfens aufweisen. Vorzugsweise ist das erste Ende des Buchsenelements im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Weiterhin kann das erstes Ende des Buchsenelements an seinem äußeren Umfang Strukturelemente wie beispielsweise Vorsprünge und/oder Nuten aufweisen, um insbesondere in axialer Richtung einen Formschluss mit dem Zwischenelement ermöglichen. Ein zweites Ende des Buchsenelements kann ebenso im Wesentlichen zylindrisch bzw. hohlzylindrisch ausgebildet sein. Am zweiten Ende des Buchsenelements ist vorzugsweise eine Aufnahme für weitere Bauteile eines Lenksystems, wie z. B. ein Axialgelenk einer Spurstange angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Aufnahme ein Innengewinde, sodass das zweite Ende des Buchsenelements zumindest teilweise hohl ausgebildet ist.
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Vorzugsweise liegt die äußere Fläche des ersten Endes des Buchsenelements zumindest teilweise an einer inneren Fläche des hohl ausgebildeten Zwischenelements an. In anderen Worten kann sich das erste Ende des Buchsenelements zumindest teilweise in das zumindest teilweise hohl ausgebildete Zwischenelement erstrecken. Vorzugsweise geht ein Hohlraum des Buchsenelements ohne Versatz und/oder nahtlos in einen Hohlraum des Zwischenelements über. In anderen Worten ist der Hohlraum des Zwischenelements im Wesentlichen gleich dimensioniert, vorzugsweise vom gleichen Durchmesser, wie der Hohlraum des Buchsenelements. Ferner gibt es vorzugsweise zumindest teilweise keinen Versatz an den äußeren Oberflächen von Buchsenelement und Zwischenelement, insbesondere können Buchsenelement und Zwischenelement zumindest abschnittsweise im Wesentlichen die gleichen Außendurchmesser aufweisen.
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Vorzugsweise ist das Buchsenelement zumindest teilweise rohrförmig und/oder rotationssymmetrisch gestaltet. Es kann an seiner außen Fläche einen Abschnitt mit einem Gewinde für eine Servolenkungseinheit aufweisen, wobei das Gewinde vorzugsweise Teil eines Kugelumlaufgewindetriebs eines sogenannten Rack Electric Power Steering, kurz Rack EPS, ist. Alternativ kann das Buchsenelement außen glatt sein oder eine Verzahnung aufweisen, wobei die Verzahnung vorzugsweise Teil eines Getriebes eines sogenannten Pinion EPS für eine Servolenkungseinheit ist. Das Buchsenelement kann aus einem oder mehreren Metallen ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann das Buchsenelement den Beanspruchungen innerhalb einer Servolenkungseinheit standhalten.
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Vorteilhafterweise kann eine Lenkstange bereitgestellt werden, die ein besonders geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Festigkeit bzw. Steifigkeit aufweist. Durch hohle Abschnitte in der Lenkstange kann an Material gespart und somit das Gesamtgewicht der Lenkstange reduziert werden, was gleichzeitig Materialkosten und Produktionskosten senkt.
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Vorzugsweise ist das Zwischenelement mit der Zahnstange und/oder dem Buchsenelement formschlüssig verbunden.
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Vorzugsweise ist ein erstes Ende der Zahnstange zumindest teilweise von dem Zwischenelement umschlossen und/oder ein erstes Ende des Buchsenelements ist zumindest teilweise von dem Zwischenelement umschlossen.
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Vorzugsweise ist sowohl ein erstes Ende als auch ein zweites Ende der Zahnstange zumindest teilweise von dem Zwischenelement umschlossen.
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Vorzugsweise ist die Zahnstange und/oder das Buchsenelement aus einem Metall gefertigt.
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Vorzugsweise ist das Buchsenelement zumindest teilweise hohl ausgebildet.
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Vorzugsweise ist das Zwischenelement durch zumindest teilweises Umspritzen der Zahnstange und/oder des Buchsenelements ausgebildet.
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Vorzugsweise liegt eine dem Verzahnungsabschnitt abgewandte Seite der Zahnstange an einem Gleitabschnitt des Zwischenelements an, wobei die äußere Oberfläche des Gleitabschnitts eine Gleitfläche für ein Andrückelement ausbildet.
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Vorzugsweise ist die Gleitfläche aus einem anderen Material ausgebildet ist als ein Hauptkörper des Zwischenelements, wobei vorzugsweise der Hauptkörper aus einem Faserverbundkunststoff ausgebildet ist und die Gleitfläche aus einem faserfreien Kunststoff ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist das Zwischenelement mit der Gleitfläche mittels Mehrkomponenten-Spritzguss hergestellt.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen ersichtlich. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt ist, und das einzelne Merkmale der Ausführungsformen zu weiteren Ausführungsformen kombinierbar sind. Es zeigen:
- 1: eine perspektivische Ansicht einer Lenkstange gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 2: eine perspektivische Ansicht einer Zahnstange, wie integriert in der Lenkstange aus 1,
- 3: eine perspektivische Ansicht eines Buchsenelements, wie integriert in der Lenkstange aus 1,
- 4: eine perspektivische Ansicht von einem Hauptkörper eines Zwischenelements, wie integriert in der Lenkstange aus 1,
- 5: einen Längsschnitt durch die Lenkstange aus 4,
- 6: einen Querschnitt durch die Lenkstange aus 1.
- 7: einen Längsschnitt durch eine Lenkstange gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäße Ausführungsform einer Lenkstange 1, die eine Zahnstange 2, ein Zwischenelement 3 und ein Buchsenelement 4 umfasst. Ein erstes Ende 20 (nicht gezeigt) der Zahnstange 2 erstreckt sich in einen hohlen, rohrförmigen Abschnitt 30 des Zwischenelements 3 und ist mit diesem formschlüssig verbunden. Ein zweites Ende 24 der Zahnstange ist teilweise, insbesondere um dessen halben Umfang, von einem Bügel 32 des Zwischenelements 3 umschlossen.
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Zwischen dem ersten Ende 20 und dem zweiten Ende 24 der Zahnstange 2 erstreckt sich ein Verzahnungsabschnitt, der eine Vielzahl von Zähnen 26 aufweist. Der Verzahnungsabschnitt ist dazu ausgebildet und vorgesehen, zumindest teilweise mit einem korrespondierenden Ritzel im Eingriff zu stehen. Folglich weist ein korrespondierendes Ritzel eine Verzahnung auf, die zur Verzahnung im Verzahnungsabschnitt komplementär ausgebildet ist. Es wird darauf hingewiesen, dass der Fachmann in der Gestaltung der Verzahnung nicht beschränkt ist, beispielsweise kann diese für eine konstante oder variable Übersetzung konfiguriert sein. Der Verzahnungsabschnitt ist im Wesentlichen im Zwischenelement 3 eingebettet und/oder teilweise von diesem umschlossen.
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An einer dem Verzahnungsabschnitt abgewandten Seite ist am Zwischenelement 3 ein Gleitabschnitt definiert, der sich vorzugsweise im Wesentlichen über die Länge des Verzahnungsabschnitts erstreckt und/oder vertikal tiefer gelegen ist als die Verzahnung. Der Gleitabschnitt umfasst eine Gleitfläche 36, die vorzugsweise Teil des Zwischenelements 3 ist. Die Gleitfläche 36 ist dazu ausgebildet und vorgesehen, dass ein Andrückelement teilweise gegen die Gleitfläche 36 drücken kann, sodass gewährleistet ist, dass der Verzahnungsabschnitt bzw. die Verzahnung mit einem korrespondierenden Ritzel sicher im Eingriff steht.
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Das Buchsenelement 4 ist ebenso wie die Zahnstange 2 formschlüssig mit dem Zwischenelement 3 verbunden, wobei sich ein erstes Ende 40 (nicht gezeigt) des Buchsenelements 4 in den hohlen, rohrförmigen Abschnitt 30 des Zwischenelements erstreckt. Die Enden der Lenkstange, d.h. die Enden 24 und 40, sind das zu ausgebildet und vorgesehen weitere Bauteile eines Lenksystems anzuschließen, insbesondere Spurstangen.
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2 zeigt eine perspektivische Darstellung der Zahnstange 2, die Teil der Lenkstange aus 1 ist. Die Zahnstange 2 besteht vorzugsweise aus einem Metall. Das erste Ende 20 weist an der Stirnseite eine im Wesentlichen zylindrische Vertiefung bzw. Ausnehmung 22 mit kegelförmiger Senkung (vgl. 2 und 5) auf. Die Vertiefung 22 kann eine Bohrung sein und/oder ein Gewinde umfassen. Insbesondere kann die Vertiefung 22 eine Zentrierbohrung sein, um die Zahnstange 2 während eines Spritzgussprozesses zur Umspritzung weiterer Elemente, insbesondere zur Umspritzung des Zwischenelements 3, zu fixieren. Am äußeren Umfang des ersten Endes 20 ist eine umlaufende Nut 21 eingebracht, die einen Außendurchmesser aufweist, der geringer als ein an der Nut 21 angrenzendes, nicht vollständig umlaufendes Strukturelement 23 und geringer ist im Vergleich zu einem andererseits an der Nut 21 angrenzenden Außendurchmesser 28 am freien Ende des ersten Endes 20. Der Verzahnungsabschnitt umfasst eine Verzahnung mit einer Vielzahl von Zähnen 26, wobei jeder der Zähne durch jeweils eine definierte Geometrie gekennzeichnet ist und jeder Zahn in einem definierten Abstand zu seinen benachbarten Zähnen angeordnet ist.
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Unterhalb der Verzahnung umfasst der Verzahnungsabschnitt einen Steg 27, der sich in axialer Richtung entlang einer der Verzahnungsseite abgewandten Seite der Zahnstange 2 erstreckt und der von einer geringeren Breite als die Zähne 26 sind. Der Verzahnungsabschnitt und der Steg 27 erstrecken sich zwischen dem ersten Ende 21 und dem zweiten Ende 24.
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Das zweite Ende 24 der Zahnstange 2 weist einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt mit einem im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser auf, wobei ein Außendurchmesser 28 des zweiten Endes 24 in einem Bereich um eine in Axialrichtung geöffnete Öffnung 25 verringert ist. Die Öffnung 25 ist ebenfalls stirnseitig durch eine im Wesentlichen zylindrische Vertiefung bzw. Ausnehmung gekennzeichnet, die eine Bohrung sein kann und vorzugsweise ein Gewinde umfasst.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Buchsenelements 4 aus 1. Das Buchsenelement 4, vorzugsweise aus einem Metall hergestellt, umfasst eine glatte Außenoberfläche 44 mit konstantem Durchmesser. Die Außenoberfläche 44 kann alternativ auch eine Verzahnung oder Gewinde für eine Servolenkungseinheit aufweisen Insbesondere kann das Buchsenelement 4 auch rotationssymmetrisch sein. An dem ersten Ende 40 des Buchsenelements 4 ist eine umlaufende Nut 41 eingebracht, die einen geringeren Außendurchmesser aufweist als die im Wesentlichen zylindrische Außenoberfläche 44 des Buchsenelements 4. Ein Außendurchmesser 42 an dem dem Zwischenelement 3 zugewandten ersten Ende des Buchsenelements 4 weist weiterhin einen größeren Außendurchmesser als die Nut 41 auf, jedoch einen kleineren Durchmesser als die Außenoberfläche 44. Somit kann sich das erste Ende 40 in den hohlen Abschnitt 30 des Zwischenelements 3 erstrecken bzw. von diesem umschlossen sein, um in axialer Richtung formschlüssig mit dem Zwischenelement 3 verbunden zu sein. Am ersten Ende 40 weist das Buchsenelement 4 eine in Axialrichtung geöffnete Öffnung 43 auf. An einem zweiten Ende 46 hat das Buchsenelement einen verringerten Durchmesser im Vergleich zur Außenoberfläche 44. Das Buchsenelement ist vorzugsweise durchgehend hohl ausgebildet, sodass es auch eine Öffnung am zweiten Ende 46 aufweist. Weiterhin ist in einem Bereich nahe dem zweiten Ende 46 ein Gewinde im Inneren des Buchsenelements 4 ausgebildet (siehe 5 und dazugehörige Beschreibung).
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Hauptkörpers 5 des Zwischenelements 3 aus 1. Das vollständige Zwischenelement 3 wird gebildet aus dem Hauptkörper 5 und einer daran angeordneten Gleitfläche 36 (siehe 1, 5 und 6). Ein im Wesentlichen rohrförmiger Abschnitt 30 ist durchgehend hohl ausgebildet, wobei ein Ende 39 des Zwischenelements 3 dazu ausgebildet ist, das erste Ende 41 des Buchsenelements 4 zu umschließen, und ein anderes Ende 38 des Zwischenelements 3 dazu ausgebildet ist, das erste Ende 20 der Zahnstange 2 zu umschließen. Vom Ende 38 erstreckt sich in einer zum Ende 39 entgegengesetzten Richtung ein Stützabschnitt 31, der eine Rinne bzw. Nut 33 sowie zwei längliche Auflageflächen 34, 35 aufweist, wobei ein halbkreisförmiger Bügel 32 am Stützabschnitt angegliedert ist. Der Bügel 32 ist konfiguriert, um das zweite Ende 24 der Zahnstange 2 teilweise zu umschließen (siehe 1 und 5). Die Nut 33 bildet ein Negativ zum Steg 27 der Zahnstange 2. Der Stützabschnitt hat die Funktion, den Verzahnungsabschnitt der Zahnstange 2 zumindest teilweise einzubetten und/oder zu stützen (siehe 5 und 6).
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5 zeigt eine Schnittdarstellung längs durch die Lenkstange 1 aus 1. Das Buchsenelement 4 ist ein zylinderähnlich geformter Körper mit einem durchgehenden und im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmigen Hohlraum, der über jeweils eine Öffnung am ersten Ende 40 und zweiten Ende 46 verfügt. In 5 ist das Buchsenelement 4 in der Länge verkürzt dargestellt. Der innere Umfang des Hohlraums ist im Bereich des zweiten Endes 46 mit einem Gewinde versehen, das für die Anbindung einer weiteren Komponente eines Lenksystems dient, insbesondere eines Axialgelenks einer Spurstange. Zum selben Zwecke ist am Ende 24 der Zahnstange 2 im Inneren ein Gewinde angeordnet. Das erste Ende 40 des Buchsenelements 4 ist von dem rohrförmigen Abschnitt 30 des Zwischenelements 3 umschlossen. Somit korrespondiert die innere Kontur des Zwischenelements 3 in diesem Bereich mit der äußeren Kontur des ersten Endes 40 des Buchsenelements 4, wodurch sich eine formschlüssige Verbindung bildet. Im assemblierten Zustand der Lenkstange erstreckt sich in Buchsenelement 4 und Zwischenelement 3 ein im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmiger Hohlraum im Wesentlichen konstanten Durchmessers bis zur Zahnstange 2, da das erste Ende 20 der Zahnstange 2 von dem rohrförmigen Abschnitt 30 des Zwischenelements 3 umschlossen ist und sich demnach die Zahnstange 2 teilweise in das Zwischenelement 3 erstreckt. Die Außenkontur des ersten Endes 20 der Zahnstange 2 korrespondiert folglich mit einem Teil der inneren Kontur des Zwischenelements 3, woraus ein Formschluss zwischen Zahnstange 2 und Zwischenelement 3 resultiert. Dieser Formschluss ist insbesondere definiert durch die Form bzw. Abmessungen der Nut 21 und des Strukturelements 23.
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Der Verzahnungsabschnitt der Zahnstange 2 ist eingebettet und/oder teilweise umschlossen und/oder gestützt vom Stützabschnitt des Zwischenelements 3. An einer äußeren Oberfläche des Hauptkörpers 5 vom Zwischenelement 3 ist die Gleitfläche 36 angeordnet. Die Gleitfläche 36 umschließt teilweise den Hauptkörper 5 und ist im Wesentlichen unterhalb des Verzahnungsabschnitts der Zahnstange 2 angeordnet (siehe 6 und dazugehörende Figurenbeschreibung).
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In der vorliegenden Ausführungsform ist das Zwischenelement 3 durch ein Spritzgussverfahren sowohl um das Buchsenelement 4 als auch um die Zahnstange 2 umspritzt. Idealerweise wird dabei die Zahnstange 2 und das Buchsenelement 4 in einem Prozessschritt verarbeitet bzw. umspritzt, wobei das Zwischenelement 3 ausgebildet wird. Insbesondere kann hierfür ein Mehrkomponentenspritzgussverfahren, beispielsweise ein Zweikomponentenspritzgussverfahren, herangezogen werden, um den Hauptkörper 5 und die Gleitfläche 36 aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien zu fertigen und gleichzeitig ein einteiliges Zwischenelement 3 vorliegen zu haben. Wie bereits erwähnt besteht der Hauptkörper 5 vorzugsweise aus einem Faserverbundkunststoff und die Gleitfläche 36 vorzugsweise aus einem faserfreien Kunststoff.
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6 zeigt einen Querschnitt durch die Lenkstange aus 1 im Bereich des Verzahnungsabschnitts. Der Steg 27 der Zahnstange 2 steht mit der Nut 33 des Hauptkörpers 5 im Eingriff und ist durch diese gestützt. Gleichzeitig stützen die Auflageflächen 34, 35 die Verzahnung bzw. den Verzahnungsabschnitt. Die Gleitfläche 36 ist unterhalb der Auflageflächen 34, 35 und teilweise unterhalb der Nut 33 an einer äußeren Oberfläche des Hauptkörpers 5 angeordnet und liegt dort in einem halbkreisförmigen Bogen an.
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7 zeigt eine Schnittdarstellung längs durch eine Lenkstange 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Lenkstange 1 umfasst eine Zahnstange 2, ein Zwischenelement 3 und ein Buchsenelement 4.
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Die vorzugsweise aus einem Metall bestehende Zahnstange 2 ist eine Rundzahnstange, die in einem Verzahnungsabschnitt eine Vielzahl von Zähnen 26 aufweist. Analog zu der Ausführungsform aus 1, ist der Verzahnungsabschnitt ist dazu ausgebildet und vorgesehen, zumindest teilweise mit einem korrespondierenden Ritzel im Eingriff zu stehen. Ebenfalls analog zur Ausführungsform aus 1 ist ein erstes Ende 20 der Zahnstange 2 von dem Zwischenelement 3 umschlossen, sodass die diese formschlüssig miteinander verbunden sind. Ein zweites Ende 24 der Zahnstange 2 weist einen im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser auf, der jedoch vorzugsweise in einem Bereich um eine Öffnung 25 am freien Ende der Zahnstange 2 verringert ist. Die Öffnung 25 ist stirnseitig durch eine im Wesentlichen zylindrische Vertiefung gekennzeichnet, die eine Bohrung sein kann und ein Gewinde zur Anbindung eines Axialgelenks einer Spurstange umfasst.
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Ein Buchsenelement 4 ist ähnlich wie das Buchsenelement aus 1 ein zylinderähnlich geformter Körper mit einem durchgehenden und im Querschnitt kreisförmigen Hohlraum, der über jeweils eine Öffnung an einem ersten Ende 40 und einem zweiten Ende 46 verfügt. Es ist vorzugsweise aus einem Metall hergestellt und umfasst eine glatte Außenoberfläche 44 mit konstantem Durchmesser. Die Außenoberfläche 44 kann allternativ auch eine Verzahnung oder Gewinde für eine Servolenkungseinheit aufweisen. Insbesondere kann das Buchsenelement 4 auch rotationssymmetrisch sein. Der innere Umfang des Hohlraums ist im Bereich des zweiten Endes 46 mit einem Gewinde versehen, das für die Anbindung einer weiteren Komponente eines Lenksystems dient, insbesondere eines Axialgelenks einer Spurstange. Das erste Ende 40 ist von dem rohrförmigen Abschnitt 30 des Zwischenelements 3 umschlossen und mit diesem formschlüssig verbunden.
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Das Zwischenelement 3 ist rohrförmig ausgebildet, weist also lediglich den rohrförmigen Abschnitt 30 auf. Das Zwischenelement 3 weist einen konstanten Außendurchmesser auf, weist jedoch im vorliegenden Fall einen größeren Innendurchmesser auf im Vergleich zum Innendurchmesser des Buchsenelements 4. Der Innendurchmesser des Zwischenelements kann jedoch auch gleich groß wie der Innendurchmesser des Buchsenelements 4 sein oder auch kleiner sein als der Innendurchmesser des Buchsenelements 4. Das Zwischenelement 3 ist dazu vorgesehen Zahnstange 2 und Buchsenelement 4 zu verbinden. Als Material kann für das Zwischenelement ein beliebiger Kunststoff dienen, vorzugsweise besteht das Zwischenelement 3 aus einem Faserverbundkunststoff, um eine hohe spezifische Festigkeit bzw. Steifigkeit zu erreichen. In der vorliegenden Ausführungsform kann das Zwischenelement 3 durch eine stoff-, kraft- und/oder formschlüssige Verbindung mit jeweils der Zahnstange 2 und dem Buchsenelement 4 verbunden werden. Das Verbinden kann beispielsweise mittels Verkleben oder Verpressen erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, das Zwischenelement 3 um die Zahnstange 2 und/oder das Buchsenelement 4 zu umspritzen, oder die Bauteile durch gemeinsames Laminieren oder Imprägnieren des Zwischenelements 3 und gemeinsamen Aushärten zu verbinden.
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Da der Umfang der Zahnstange 2 teilweise bündig mit dem Umfang des Zwischenelements 3 abschließt, kann ein Andrückelement direkt an der Zahnstange 2 anliegen, genauer gesagt an einer dem Verzahnungsabschnitt abgewandten Seite der Zahnstange, um die Zahnstange 2 und ein korrespondierendes Ritzel gegeneinander zu drücken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkstange
- 2
- Zahnstange
- 3
- Zwischenelement
- 4
- Buchsenelement
- 5
- Hauptkörper
- 20
- erstes Ende (Zahnstange)
- 21
- Nut
- 22, 25
- Öffnung
- 23
- Strukturelement
- 24
- zweites Ende (Zahnstange)
- 26
- Zähne
- 27
- Steg
- 28
- Außendurchmesser
- 30
- rohrförmiger Abschnitt
- 21
- Stützabschnitt
- 32
- Bügel
- 33
- Nut
- 34,35
- Auflagefläche
- 36
- Gleitfläche
- 38,39
- Ende
- 40
- erstes Ende (Buchsenelement)
- 41
- Nut
- 42
- Außendurchmesser
- 43
- Öffnung
- 44
- Außenoberfläche
- 46
- zweites Ende (Buchsenelement)
