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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für eine Kraftfahrzeuglenkung, umfassend eine in einem Gehäuse axial in Richtung einer Längsachse verlagerbar aufgenommene Zahnstange, die einen Verzahnungsabschnitt und die ein radial vorstehendes Anschlagelement aufweist, welches axial anschlagbar ist gegen ein von dem Gehäuse radial vorstehendes Gegenanschlagelement. Ein Verfahren zur Montage eines Lenkgetriebes ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
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In einer Kraftfahrzeuglenkung wird ein Lenkeinschlag, der manuell über ein fahrerseitig angebrachtes Lenkrad oder zusätzlich oder alternativ motorisch über eine Lenkmomenterzeugungseinrichtung als Drehung in eine Lenkwelle eingebracht wird, über das Lenkgetriebe in eine lineare Bewegung umgesetzt. Über Spurstangen und Achsschenkel wird diese zum Lenkeinschlag der zu lenkenden Räder übertragen.
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Ein Lenkgetriebe der eingangs genannten Art ist als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet. Dieses umfasst eine in einem Gehäuse, dem Zahnstangen- oder Lenkgetriebegehäuse, längsverschieblich in Richtung der Zahnstangenlängsachse, kurz als Längsachse bezeichnet, gelagerte Zahnstange. Diese weist einen Verzahnungsabschnitt auf, in den ein an der Lenkwelle angebrachtes Lenkritzel eingreift. An der Zahnstange sind die zu den Rädern führenden Spurstangen angekoppelt.
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Zur Begrenzung des maximal möglichen Lenkeinschlags ist es im Stand der Technik beispielsweise aus der
DE 10 2017 208 173 A1 oder der
DE 10 2008 028 768 A1 bekannt, die maximal mögliche lineare Verschiebung der Zahnstange in dem Lenkgetriebegehäuse durch eine Begrenzungseinrichtung zu begrenzen. Diese umfasst mindestens ein radial, d.h. quer zur Längsachse von der Zahnstange vorstehendes Anschlagelement, und in den Bewegungsweg der Zahnstange in dem Gehäuse radial nach innen vorstehende Gegenanschlagelemente. Dadurch, dass sich das Anschlagelement und jeweils ein Gegenanschlagelement im Bereich axial gegeneinander gerichteter Kontakt- oder Anschlagflächen überlappen, wird die Längsbewegung der Zahnstange durch den mechanischen Anschlag von axial gegeneinander gerichteten Anschlagflächen begrenzt.
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Im Stand der Technik weist die Zahnstange als Anschlagelement einen umlaufenden, radial vorspringenden Anschlagring auf. Die Gegenanschläge umfassen jeweils in das Gehäuse radial vorstehende Vorsprünge, die einen Durchgangs- oder Öffnungsquerschnitt begrenzen, der kleiner ist als der Durchmesser des Anschlagrings, so dass der axiale Durchgang des Anschlagelements zur Begrenzung des Bewegungswegs blockiert wird.
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Zur beidseitigen Begrenzung des Bewegungswegs muss das Anschlagelement axial zwischen korrespondierenden Gegenanschlägen angeordnet sein, d.h. von außen gesehen jeweils in Längsrichtung hinter einem Gegenanschlag. Dadurch, dass der Gegenanschlag funktionsbedingt den axialen Durchgang des Anschlagelements blockiert, ist es im Stand der Technik erforderlich, zur Montage entweder die Zahnstange geteilt auszubilden und im eingebauten Zustand den Anschlagring zu fixieren, oder mindestens einen der Gegenanschläge nachträglich an dem Gehäuse zu fixieren, nachdem die Zahnstange in das Gehäuse eingesetzt worden ist. Dadurch ist die Fertigung und Montage des Lenkgetriebes in jedem Fall aufwendig.
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Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Montage eines Lenkgetriebes zu vereinfachen.
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Darstellung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, und ein Verfahren zur Montage eines Lenkgetriebes gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei einem Lenkgetriebe für eine Kraftfahrzeuglenkung, umfassend eine in einem Gehäuse axial in Richtung einer Längsachse verlagerbar aufgenommenen Zahnstange, die einen Verzahnungsabschnitt und die ein radial vorstehendes Anschlagelement aufweist, welches axial anschlagbar ist gegen ein von dem Gehäuse radial vorstehendes Gegenanschlagelement, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Anschlagelement einen Anschlagquerschnitt hat, der in einer Einsetzwinkelorientierung durch einen von dem Gegenanschlagelement begrenzten Öffnungsquerschnitt hindurch axial einsetzbar ist, und in einer von einer von der Einsetzwinkelorientierung bezüglich Drehung um die Längsachse unterschiedlichen Anschlagwinkelorientierung an dem Gegenanschlagelement axial anschlagbar ist.
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Durch die Erfindung können die Zahnstange mit mindestens einem Anschlag, und das Gehäuse mit sämtlichen erforderlichen Gegenanschlägen komplett vorgefertigt werden. Zur Montage kann die Zahnstange mit dem erfindungsgemäßen Anschlag in einer durch den relativen Umfangswinkel zum Gehäuse definierten Einsetzposition durch den von einem erfindungsgemäß ausgestalteten Gegenanschlag begrenzten Öffnungs- oder Durchgangsquerschnitt axial hindurchgeführt werden. Befindet sich der Anschlag in axialer Betriebsposition hinter einem Gegenanschlag bzw. zwischen zwei Gegenanschlägen, kann die Anschlagfunktion einfach durch Drehung der Zahnstange um einen definierten Umfangswinkel größer null um die Längsachse aktiviert werden, wobei die Anschlagwinkelorientierung eingestellt wird. In der Anschlagwinkelorientierung überlappen sich der Anschlag und der Gegenanschlag derart, dass durch in dieser Position axial gegeneinander gerichtete Anschlagflächen in Längsrichtung eine zuverlässige Wegbegrenzung zwischen Zahnstange und Gehäuse erzeugt wird. Die Zahnstange ist in dem Gehäuse in axialer Richtung formschlüssig verriegelt.
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Erfindungsgemäß ist zwischen der Zahnstange und dem Gehäuse eine bajonettverschlussverschlussartige Verbindung realisiert. Gemäß dem Bajonettverschlussprinzip erfordert die Montage der Zahnstange lediglich eine relative Axialbewegung, bei der das ein Innenabajonettverschluss bildende Anschlagelement das als Außenbajonettverschlussring ausgebildete Gegenschlagelement axial passieren kann, gefolgt durch eine Drehung um die mit der Längsachse zusammenfallende Bajonettverschlussachse. Dadurch erfolgt eine Verriegelung, bei der die Zahnstange entgegen der Montagerichtung am Anschlag axial blockiert ist.
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Um eine erfindungsgemäße Zahnstange in axialer Richtung in das Gehäuse einbauen zu können, wobei der Anschlag als Mittenanschlag axial zwischen zwei Gegenanschlagelementen eingefügt wird, ist es ausreichend, wenn einer der Gegenanschlagselemente erfindungsgemäß mit dem Anschlagelement zusammenwirkt. Das zweite Gegenanschlagelement kann konventionell ausgestaltet sein, derart dass das Anschlagelement es in axialer Richtung in keiner Winkelorientierung passieren kann. Dies hat den weiteren Vorteil, dass die Montage nur von einer vorgegebenen Axialrichtung aus erfolgen kann, nämlich durch den Öffnungsquerschnitt des erfindungsgemäß auf das Anschlagelement abgestimmte Anschlagelement, welches eine axiale Montage ermöglicht.
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Alternativ ist es möglich, dass ein Anschlagelement zwischen zwei erfindungsgemäß ausgestalteten Gegenanschlagelementen angeordnet ist. Dadurch kann eine Montage von unterschiedlichen axialen Richtungen aus ermöglicht werden.
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Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die Zahnstange und das Gehäuse, welches in seiner Grundform bevorzugt zylindrisch-rohrförmig sein kann, mit geringerem Aufwand als im Stand der Technik gefertigt und montiert werden können.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Anschlagelement einen unrunden Anschlagquerschnitt aufweist. Dabei kann das Anschlagelement auf mindestens einer Seite radial von dem beispielsweise kreisrunden Zahnstangenquerschnitt vorstehen. Auf diese Weise kann ein exzentrischer Anschlagquerschnitt ausgebildet sein, der außerhalb des Zahnstangenquerschnitts mindestens eine axiale Anschlagfläche aufweist. Ein Anschlagelement kann beispielsweise nach Art eines Nockens radial abstehen. Die radiale Abmessung des Anschlagquerschnitts im Bereich des Anschlagelements kann als Funktion r(φ) eines Umfangswinkels φ angegeben werden, um eine von der Kreisform abweichende Kontur zu definieren. Beispielsweise kann das Anschlagelement ein radial abstehendes Segment umfassen, welches sich über einen definiert begrenzten Umfangswinkel erstreckt, der vorzugsweise kleiner ist als die Differenz zwischen Einsetz- und Anschlagwinkelorientierung. Dabei ist die Querschnittsabmessung des Anschlagelements in Umfangsrichtung kleiner als in Radialrichtung.
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Ein Anschlagelement kann durch plastische Umformverfahren mit geringem Aufwand an einer Zahnstange einstückig angeformt werden, beispielsweise durch Pressen einer aus einem metallischen Werkstoff ausgebildeten Zahnstange, beispielsweise aus Stahl. Alternativ kann ein Anschlagelement mit der Zahnstange verbunden sein, beispielsweise durch eine Form- und/oder Stoffschlussverbindung. Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die Verbindung oder Ausbildung des Anschlagelements in jedem Fall vor der Montage der Zahnstange erfolgen kann.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Öffnungsquerschnitt des Gegenanschlagelements zum Anschlagelement komplementär ausgebildet ist mit einer größeren Querschnittsfläche. Dabei kann die von dem Gegenanschlagelement begrenzte Durchgangsöffnung im Wesentlichen die gleiche oder eine ähnliche unrunde Grundform wie das Anschlagelement haben, aber eine größere Querschnittsfläche. Durch die größeren Abmessungen hat die Innenkontur des Gegenanschlags in der Einsetzwinkelorientierung radialen Abstand zur Außenkontur des Anschlags, so dass der Anschlag mit radialem Spiel, und damit einfach und zuverlässig, zur Montage in der Einsetzwinkelorientierung axial durch den Gegenanschlag hindurchgeführt werden kann. Um eine bajonettverschlussartige Fixierung bzw. Verriegelung zu ermöglichen, ist dabei die radiale Außenabmessung des Anschlags kleiner als die radiale Innenabmessung des Gegenanschlagelements in Einsetzwinkelorientierung, aber größer als in Anschlagwinkelorientierung. Beispielsweise kann das Anschlagelement segmentförmig radial nach außen vorstehen, und das Gegenanschlagelement eine korrespondierende, radial nach außen gerichtete segmentförmige Ausnehmung in der Kontur der Durchgangsöffnung aufweisen, wobei das Anschlagelement die Durchgangsöffnung außerhalb der Ausnehmung radial überragt, und somit axial gegen das Gegenanschlagelement anschlagen kann.
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In der Einsetzwinkelorientierung kann das Anschlagelement bevorzugt spielhaltig durch die von dem Gegenanschlagelement begrenzte Durchgangsöffnung axial hindurchbewegt werden. Nach der Drehung um den Umfangswinkel in die Anschlagwinkelorientierung befindet sich der radial vorstehende Bereich des Anschlagelements in Umfangsrichtung außerhalb der korrespondierenden Ausnehmung in der Kontur des Durchgangsquerschnitts. Dadurch kann das Anschlagelement mit einer im radial äußeren Bereich angeordneten axialen Kontakt- oder Anschlagfläche gegen eine damit korrespondierende Kontakt- oder Anschlagfläche am Gegenanschlagelement axial anschlagen.
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Bevorzugt können das Anschlagelement und/oder das Gegenanschlagelement von der Kreisform abweichend gerundet sind. Dadurch, dass scharfe Ecken oder Kanten vermieden werden, können die Montage vereinfacht, und Beschädigungen und unregelmäßiger Verschleiß bei Montage und Betrieb reduziert werden. Beispielsweise kann das Anschlagelement zumindest abschnittweise oval oder elliptisch geformt sein, und beispielsweise als Nocken mit elliptisch, oval oder anders bogenförmig gerundeten Außenkontur von dem Zahnstangenquerschnitt vorstehen. Die Bogenform kann bevorzugt als Funktion des Radius r(φ) über einen Umfangswinkel φ angegeben werden, wodurch Konstruktion und Fertigung vereinfacht werden können. Die Form und Abmessungen des Anschlagelements und des korrespondierenden Gegenanschlagelements können im Hinblick auf die wirksame axiale Anschlagfläche, in der sich Anschlag und Gegenanschlag in der Anschlagposition überlappen, die Steifigkeit des Anschlags und das Gewicht der Zahnstange optimiert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Einsetzwinkelorientierung und die Anschlagwinkelorientierung einen Umfangswinkel von 10° bis 180°, bevorzugt von 10° bis 90° einschließen. Die Differenz zwischen der Einsetz- und Anschlagwinkelorientierung gibt den Umfangswinkel an, um den die Zahnstange nach dem axialen Einsetzen um die Längsachse gedreht werden muss, um in die Anschlagposition zu gelangen, in der die Zahnstange relativ zum Gehäuse am Anschlag verriegelt ist. Dieser zur Verriegelung erforderliche Umfangs- oder Verriegelungswinkel kann mit geringem konstruktiven Aufwand durch Form und Anordnung eines oder mehrerer Anschlag- und Gegenanschlagelemente an die jeweiligen konkreten Anforderungen angepasst werden, beispielsweise den zur Verfügung stehenden Bauraum, die Belastungen beim Anschlag und dergleichen.
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Es kann vorteilhaft sein, dass die Anschlagwinkelorientierung mit einer Betriebsposition korrespondiert, in der ein Lenkritzel in Wirkeingriff mit dem Verzahnungsabschnitt steht. Wie an sich bekannt steht das Lenkritzel in den Innenraum des Lenkgetriebes vor, wo es in Verzahnungseingriff mit der Zahnstange steht. In dieser Betriebsposition ist der Anschlag aktiviert. Ein Vorteil dabei ist, dass die Zahnstange durch das eingreifende Lenkritzel auch bezüglich Drehung um die Längsachse fixiert ist, also nicht in die Einsetzwinkelorientierung zurückgedreht werden kann. Dadurch ist die erfindungsgemäße bajonettverschlussartige Verriegelung der Zahnstange in dem Gehäuse zusätzlich gesichert.
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Es ist möglich, dass an einer Zahnstange ein Anschlagelement angeordnet ist. Dieses kann zwischen zwei axial beabstandeten Gegenanschlagelementen angeordnet sein. Der Bewegungsweg der Zahnstange ist dadurch begrenzt auf den Abstand der Gegenanschlagelemente abzüglich der axialen Abmessung des Anschlagelements. Zur erfindungsgemäßem Montage ist zumindest eines der Gegenanschlagelemente erfindungsgemäß an das Anschlagelement angepasst. Es können auch beide Gegenanschlagelemente entsprechend ausgestaltet sein, wodurch eine Montage von beiden axialen Richtungen aus ermöglich wird.
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Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass zwei Anschlagelemente mit axialem Abstand an der Zahnstange angeordnet sind. Die zwei axial beabstandeten Anschlagelemente können zum Anschlag mit zwei Gegenanschlagelementen zusammenwirken, die mit axialem Abstand an dem Gehäuse ausgebildet sind. Der Bewegungsweg kann angegeben werden durch den Abstand der Gegenanschlagelemente abzüglich dem axialen Abstand der außen, auf den axial einander abgewandten Stirnseiten der beiden Anschlagelemente angeordneten Anschlagflächen. Dadurch ergeben sich erweiterte konstruktive Möglichkeiten zur Anordnung der Anschläge, zur vereinfachten Montage und zur Optimierung der Krafteinleitung. Es ist denkbar und möglich, dass nur ein Gegenanschlagelement zwischen zwei axial beabstandeten Anschlagelementen vorgesehen ist und so die Axialbewegung der Zahnstange begrenzt wird.
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Bei der vorgenannten Ausführung kann vorgesehen sein, dass zwei Anschlagelemente in unterschiedlichen Einsetzwinkelorientierungen angeordnet sind. Die beiden Anschlagelemente können dabei in unterschiedlichen Winkelorientierungen bezüglich der Längsachse abstehen, beispielsweise um 180° versetzt, also radial gegenüberliegend. Dadurch können die Anschläge für die eine und die entgegengesetzte Bewegungsrichtung der Zahnstange an unterschiedlichen Umfangspositionen relativ zum Gehäuse angeordnet werden. Die Anordnung kann mit geringem Aufwand hinsichtlich einer einfachen und sicheren Montage und der Bauraumnutzung und Betriebssicherheit optimiert werden.
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Es ist auch möglich, dass beide Anschlagelemente zu einer Seite hin radial abstehend angeordnet sind.
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Zwei an der Zahnstange angeordnete Anschlagelemente können gleichartig geformt sein, bei gleicher oder unterschiedlicher Winkelposition. Es ist auch möglich, dass die Anschlagelemente voneinander verschieden ausgebildet sind, beispielsweise hinsichtlich Form und Abmessungen. Ein oder beide Gegenanschlagelemente können mit jeweils einem oder beiden Anschlagelementen erfindungsgemäß korrespondierend ausgebildet sein. Dadurch kann eine eindeutige Montagerichtung und -abfolge vorgegeben werden, und eine funktionale Anpassung erfolgen.
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Es ist möglich, dass ein Anschlagelement einstückig mit der Zahnstange ausgebildet ist. Ein oder mehrere Anschlagelemente können beispielsweise durch einen Umformprozess erzeugt werden, beispielsweise durch Kalt- oder Warmumformung einer aus Stahl oder aus einem anderen metallischen Werkstoff gefertigten Zahnstange. Dadurch können eine rationelle Fertigung und hohe Festigkeit realisiert werden. Alternativ ist es möglich, ein oder mehrere Anschlagelemente mit der Zahnstange zu verbinden, beispielsweise mittels Form- und/oder Stoffschlussverbindungen. Beispielsweise kann ein Anschlagelement einen stiftartigen Verbinder aufweisen, der in eine radiale Aufnahme in der Zahnstange eingefügt wird. Durch den Einsatz unterschiedlich ausgebildeter Typen von Anschlagelementen ist eine flexible Anpassung der Zahnstange möglich.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein Anschlagelement und/oder ein Gegenanschlagelement einen Anschlagdämpfer aufweisen. Als Anschlagdämpfer kann ein stoßdämpfendes, elastisches Weichmaterial eingesetzt werden, beispielsweise ein gummiartig verformbares Material, wie ein thermoplastisches Elastomer, Silikon oder dergleichen. Dieses kann in Form eines Pufferelements zwischen den Anschlagflächen angeordnet sein, beispielsweise am Anschlag- und/oder am Gegenanschlagelement. Es kann auch eine stoßdämpfende Beschichtung zumindest im Bereich der Anschlagflächen aufgebracht sein. Dadurch wird ein harter metallischer Anschlag der Zahnstange am Gehäuse gedämpft, wodurch Störgeräusche unterdrückt werden und die Haptik der Lenkung verbessert wird.
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Die Zahnstange weist einen Verzahnungsabschnitt mit einer linearen Verzahnung auf. Mit dem Verzahnungsabschnitt ist in axialer Richtung bevorzugt ein Schaftabschnitt verbunden.
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Bevorzugt weist der Schaftabschnitt mindestens ein erfindungsgemäßes Anschlagelement auf. Der Schaftabschnitt kann zylinder- bzw. stangenförmig mit einem kreisrunden Schaftquerschnitt ausgebildet sein, der koaxial zur Längsachse der Zahnstange liegt. Weiterhin kann die Zahnstange ein koaxiales Spindelgewinde aufweisen, welches in eine drehend antreibbare Spindelmutter eines motorischen Hilfskraftantriebs eingreift, der einen Spindeltrieb oder Kugelgewindetrieb zur Einbringung einer axialen Hilfskraft in die Zahnstange aufweist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Montage eines Lenkgetriebes, welches eine sich axial erstreckende Zahnstange mit einem radial vorstehenden Anschlagelement aufweist, die in einem Gehäuse mit einem radial vorstehenden, einen Öffnungsquerschnitt begrenzenden Gegenanschlagelement axial verlagerbar aufgenommen ist, gekennzeichnet durch die erfindungsgemäßen Schritte:
- - Positionieren der Zahnstange axial bezüglich dem Gegenanschlagelement in einer Einsetzwinkelorientierung,
- - Hindurchführen des Anschlagelements in axialer Richtung durch den Öffnungsquerschnitt des Gegenanschlagelements,
- - Verdrehen der Zahnstange um einen vorgegebenen Umfangswinkel in eine Anschlagwinkelorientierung.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Montage bajonettverschlussartig. Dabei wird die Zahnstange zunächst koaxial zur Längsachse vor eine stirnseitige Axialöffnung des Gehäuses positioniert. In der Gehäuseöffnung befindet sich ein Gegenanschlagelement mit seiner erfindungsgemäß, wie oben beschrieben, an das Anschlagelement angepassten Durchgangsöffnung. Dabei wird die Eingangswinkelposition eingenommen, in der das Anschlagelement das Gegenanschlagelement axial passieren kann, und das Anschlagelement mit einer Axialbewegung der Zahnstange durch das Gegenanschlagelement hindurchbewegt. In dieser Position, in der das Anschlagelement bevorzugt zwischen zwei Gegenanschlagelementen positioniert ist, wird die Zahnstange um einen vorgegebenen Umfangswinkel gedreht, wodurch sie in die Anschlagwinkelorientierung gebracht wird. Dabei erfolgt eine bajonettverschlussartige Verriegelung des Anschlagelements mit dem Gegenanschlagelement. In der Anschlagwinkelorientierung liegen sich korrespondierende Anschlagflächen an Anschlag- und Gegenanschlagelement axial gegenüber, die gegeneinander in Anschlageingriff bringbar sind.
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Das Verfahren kann zur Montage eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes mit den oben beschriebenen Merkmalen angewandt werden.
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Figurenliste
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
- 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Kraftfahrzeuglenkung,
- 2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe in einer ersten Ausführungsform,
- 3a einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe in einer zweiten Ausführungsform,
- 3b einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe gemäß 3a in der zweiten Ausführungsform in einer Einsetzwinkelposition,
- 4a eine Axialansicht des Lenkgetriebes gemäß 3a-in einer Anschlagwinkelposition,
- 4b eine Axialansicht des Lenkgetriebes gemäß 3a in einer Einsetzwinkelposition gemäß 3b,
- 5 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe in einer dritten Ausführungsform,
- 6a eine Axialansicht des Lenkgetriebes gemäß 5 in einer Anschlagwinkelposition,
- 6b eine Axialansicht des Lenkgetriebes gemäß 5 in einer Einsetzwinkelposition,
- 7 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe in einer vierten Ausführungsform,
- 8 eine schematische perspektivische Ansicht einer Zahnstange in einer alternativen Ausführung,
- 9 eine weitere Ausführung der Zahnstange gemäß 8.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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1 zeigt eine Kraftfahrzeuglenkung 1, die eine an einer nicht dargestellten Karosserie eines Kraftfahrzeugs anbringbare Lenksäule 2 umfasst. In der Lenksäule 2 ist der obere Teil einer Lenkwelle 3, die Lenkspindel, drehbar gelagert. Am in Fahrtrichtung hinteren, der Fahrerposition zugewandten Ende ist ein Lenkrad 31 zur Eingabe von manuellen Lenkbefehlen an der Lenkwelle 3 angebracht.
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Die Lenkwelle 3 ist, gegebenenfalls über Gelenke 32 mit einem Lenkgetriebe 4 verbunden. An ihrem vorderen Ende ist ein Lenkritzel 33 drehfest mit der Lenkwelle 3 verbunden.
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Das Lenkgetriebe 4 weist ein rohrförmiges Gehäuse 41 auf, das Lenkgetriebegehäuse, welches sich koaxial zu einer Längsachse L erstreckt, welche die axiale Richtung definiert. Das Gehäuse kann im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet sein. Eine Zahnstange 5 ist in dem Gehäuse 41 axial längsverschieblich gelagert, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet, und weist einen linearen Verzahnungsabschnitt 51 auf, in den das Lenkritzel 33 eingreift.
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Eine Drehung der Lenkwelle 3, die manuell über das Lenkrad 31 eingebracht wird, und die gegebenenfalls durch einen an der Lenkwelle 3 angreifenden elektromotorischen Hilfskraftantrieb 34 oder einen an der Zahnstange 5 angreifenden Hilfskraftantrieb 35 verstärkt sein kann, oder die alternativ in einem sogenannten Steer-by-Wire-Lenksystem ausschließlich motorisch durch einen Hilfskraftantrieb 34 oder 35 erzeugt werden kann, bewirkt über das Lenkritzel 33 eine durch den Doppelpfeil angedeutete axiale Verschiebung der Zahnstange 5 in dem Gehäuse 41 nach links oder rechts, je nach Drehrichtung der Lenkwelle 3. Diese Längsverschiebung wird über mit der Zahnstange 5 verbundene Spurstangen 36 auf lenkbare Räder 37 übertragen.
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Ein schematischer Längsschnitt entlang der Längsachse L durch ein Lenkgetriebe 4 in einer ersten Ausführung ist in 2 gezeigt.
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Im Bereich eines sich an den Verzahnungsabschnitt 51 axial anschließenden Schaftabschnitts 52, in dem die Zahnstange 5 zylindrisch ausgebildet ist mit einem kreisrunden Zahnstangenquerschnitt, ist ein Anschlagelement 53 angeordnet, welches von dem Zahnstangenquerschnitt radial absteht.
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Das Gehäuse 41 weist ein erstes radial nach innen vorstehendes Gegenanschlagelement 42 auf, welches einen Öffnungsquerschnitt einer axialen Durchgangsöffnung 43 begrenzt.
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Das Gehäuse 41 weist weiterhin ein zweites, ebenfalls radial nach innen vorstehendes Gegenanschlagelement 44 auf, welches eine axiale Durchgangsöffnung 45 begrenzt.
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Das Anschlagelement 53 weist in seinem von dem Zahnstangenquerschnitt radial abstehenden Bereich axiale Anschlagflächen 54 auf, die axial anschlagbar sind gegen korrespondierende Gegenanschlagflächen 46 an den einander axial gegeneinander gerichteten Seiten der Gegenanschlagelemente 42 und 44.
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Die in 3a dargestellte zweite Ausführung weist zusätzlich zum ersten Anschlagelement 53 ein zweites Anschlagelement 55 auf, welches im Prinzip gleich aufgebaut sein kann, und bezüglich der Längsachse L im dargestellten Beispiel um 180° versetzt bzw. spiegelbildlich angeordnet sein kann.
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3a zeigt die Anschlagwinkelposition, bei der sich die Anschlagelemente 53, 55 und die Gegenanschlagelemente 42 und 44 in der Anschlagwinkelorientierung befinden. 3b zeigt die Einsetzwinkelposition, bei der sich die Anschlagelemente 53, 55 und die Gegenanschlagelemente 42 und 44 in der Einsetzwinkelorientierung befinden.
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Die 4a, 4b zeigen eine axiale Ansicht von links auf das Lenkgetriebe 4 mit den Anschlagelementen 53 und 55 vor dem Öffnungsquerschnitt der Durchgangsöffnung 43 des Gegenanschlagelements 42.
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Die Anschlagelemente 53 und 55 haben einen unrunden Anschlagquerschnitt, wobei sie jeweils ellipsenförmig oder oval über den kreisrunden Zahnstangenquerschnitt radial vorstehen. Dabei kann die Form angegeben werden als Funktion des Radius r(φ) über einen Umfangswinkel φ.
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In den 2, 3a und 4a ist eine Anschlagwinkelposition dargestellt, in der die Anschlagelemente 53 und 55 den Öffnungsquerschnitt der Durchgangsöffnung 43 radial überragen. Entsprechend können die Anschlagflächen 54 und 46 axial gegeneinander anschlagen, wodurch der Bewegungsweg der Zahnstange 5 begrenzt ist. Die Durchgangsöffnung 43 hat eine ähnliche unrunde Querschnittsform wie die Anschlagelemente 53 und 55, wobei dessen Innenkontur umlaufend radiales Spiel hat zur Außenkontur der Anschlagelemente 53 und 55, wenn die Zahnstange 5 in einer Einsetzwinkelposition positioniert ist, die in den 3b, 4b dargestellt ist. In dieser Einsetzwinkelposition, die sich im gezeigten Beispiel von der durchgezogen eingezeichneten Anschlagwinkelposition um einen Umfangswinkel von etwa 90° unterscheidet, kann die Zahnstange 4 mit den Anschlagelementen 53 und 55 zur Montage leicht axial durch die Durchgangsöffnung 43 axial hindurch in das Gehäuse 41 eingesetzt werden, bis die in den 2 und 3a gezeigte axiale Position zwischen den Gegenanschlagelementen 42 und 44 erreicht ist. Durch einfache Drehung der Zahnstange 5 in die Anschlagwinkelposition wird die Anschlagfunktion aktiviert.
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5 zeigt eine weitere Ausführung, welche ähnlich aufgebaut ist wie die in 3a dargestellte Version, mit dem Unterschied, dass das Anschlagelement 53 axial beabstandet ist von dem zweiten Anschlagelement 55. Dadurch wird der mögliche Bewegungsweg der Zahnstange 5 in dem Gehäuse 41 axial verkürzt.
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Die Anschlagwinkelorientierung (Anschlagwinkelposition) aus 5 ist in 6a im Querschnitt dargestellt, wobei die Blickrichtung axial von links auf die Anschlagelemente 53 und 55 gerichtet ist. Dabei stehen die Anschlagelemente 53 und 55 radial von der Zahnstange 5 in der Anschlagwinkelorientierung φA ab. Es ist deutlich erkennbar, wie die Anschlagelemente 53 und 55 die Durchgangsöffnung 43 radial überlappen bzw. überragen. Dadurch können die Anschlagflächen 54 gegen die Gegenanschlagflächen 46 axial anschlagen, und den Bewegungsweg begrenzen.
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Das axiale Einsetzen kann in der in 6b gezeigten Einsetzwinkelorientierung (Einsetzwinkelposition) erfolgen, bei der die Anschlagelemente 53 und 55 radial von der Zahnstange 5 in der Einsetzwinkelorientierung φE abstehen. Dadurch kann die Zahnstange 5 mit den Anschlagelementen 53 und 55 zur Montage durch die von dem Gegenanschlagelement 42 begrenzte Durchgangsöffnung 43 mit allseitigem radialen Spiel axial hindurchgeführt werden. In 6b erfolgt diese axiale Einsetzbewegung in Richtung der Längsachse L aus der Zeichenebene heraus.
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Sobald sich die Anschlagelemente 53 und 55 beide zwischen den Gegenanschlagelementen 42 und 44 befinden, wird die Zahnstange um den Umfangswinkel φ verdreht, bis die Anschlagwinkelorientierung φA gemäß 6a erreicht ist. Dadurch wird eine bajonettverschlussartige Montage dargestellt.
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Die in 6a dargestellte Ausführung entspricht im Wesentlichen der in 4a dargestellten. Zusätzlich sind an den Gegenanschlagelementen 42 und 44 im Bereich der Gegenanschlagflächen 46 Anschlagdämpfer 6 angebracht. Diese können als Gummi- oder Elastomerpuffer ausgebildet sein, welche den Anschlag der Anschlagelemente 53 und 55 dämpfen.
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7 und 8 zeigen eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführung einer Zahnstange 5. Diese weist zusätzlich zum Verzahnungsabschnitt 51 und Schaftabschnitt 52 einen Gewindeabschnitt 56 auf, der in eine nicht dargestellte, drehend antreibbare Spindelmutter des als Spindeltriebs ausgestalteten Hilfskraftantriebs 35 eingreifen kann oder Teil eines Kugelgewindetriebs ist. Dadurch kann eine Längsbewegung der Zahnstange 5 bewirkt werden.
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Im Unterschied zu den vorangehend gezeigten Ausführungen sind die Anschlagelemente 53 und 55 stiftförmig ausgebildet, beispielsweise als Stift oder Bolzen, der radial durchgehend in den Schaftabschnitt 52 formschlüssig eingesetzt ist.
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In der Ausführung von 9 sind an den Anschlagelementen 53 und 55 im Bereich der Anschlagflächen 54 Anschlagdämpfer 6 angebracht, beispielsweise Gummi- oder Elastomerpuffer.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeuglenkung
- 2
- Lenksäule
- 3
- Lenkwelle
- 31
- Lenkrad
- 32
- Gelenk
- 33
- Lenkritzel
- 34, 35
- Hilfskraftantrieb
- 36
- Spurstange
- 37
- Rad
- 4
- Lenkgetriebe
- 41
- Gehäuse
- 42, 44
- Gegenanschlagelement
- 43, 45
- Durchgangsöffnung
- 46
- Gegenanschlagflächen
- 5
- Zahnstange
- 51
- Verzahnungsabschnitt
- 52
- Schaftabschnitt
- 53, 55
- Anschlagelement
- 54
- Anschlagflächen
- 56
- Gewindeabschnitt
- 6
- Anschlagdämpfer
- L
- Längsachse
- φA
- Anschlagwinkelorientierung
- φE
- Einsetzwinkelorientierung
- φ
- Umfangswinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017208173 A1 [0004]
- DE 102008028768 A1 [0004]
