-
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik und hier auf die Art und Weise der Befestigung eines Lenkgetriebes an einem Hilfsrahmen.
-
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung aus einem Lenkgetriebe und einem Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, wobei das Lenkgetriebe ein Lenkgetriebegehäuse umfasst, das eine sich in Querrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckende Lenkstange lagert, wobei der Hilfsrahmen Anbindungsstellen für radführende Lenker aufweist, um Radführungskräfte in Querrichtung des Kraftfahrzeugs abzustützen, und wobei das Lenkgetriebegehäuse an dem Hilfsrahmen befestigt ist.
-
Aus dem Stand der Technik sind vielfältige Möglichkeiten zur Befestigung eines Lenkgetriebes an einem Hilfsrahmen eines Kraftfahrzeugs bekannt.
-
So kann beispielsweise das Lenkgetriebegehäuse fest mit einem Hilfsrahmen verschraubt sein, wie dies in den 3 und 4 dargestellt ist. Im Fahrbetrieb werden über den Hilfsrahmen 2 Kräfte der Radführungslenker abgestützt, welche zu Spannungen im Hilfsrahmen 2 führen, die sich in einer entsprechenden Verformung des Hilfsrahmens 2 niederschlagen. Bei einer starren Anbindung des Lenkgetriebegehäuses 1a am Hilfsrahmen 2 mittels einer starren Verschraubung 4 werden folglich Kräfte F und Momente M über die starre Verschraubung 4 auf das Lenkgetriebegehäuse 1a übertragen.
-
4a zeigt eine Idealisierung der Anbindung des Lenkgetriebegehäuses 1a am Hilfsrahmen 2 im unbelasteten Zustand. In 4b ist zum Vergleich eine Situation mit Verformung des Hilfsrahmens 2 dargestellt, wie sie beispielsweise unter Querkrafteinfluss seitens nicht näher dargestellter Radführungslenker auftreten kann. Über die Verschraubungsschnittstellen 4 zwischen dem Lenkgetriebegehäuse 1a und dem Hilfsrahmen 2 werden Kräfte K und Momente M übertragen. Diese müssen vom Lenkgetriebegehäuse 1a zwangsweise aufgenommen werden, das sich entsprechend ebenfalls etwas verformt. 4b zeigt beispielhaft eine überzeichnete Durchbiegung des Lenkgetriebegehäuses 1a. Eine Verformung des Lenkgetriebegehäuses 1a führt jedoch zu einer Beeinträchtigung der Funktionskennwerte von intern liegenden Getriebeteilen, wie z.B. eines Kugelgewindetriebs, welcher mit einer im Lenkgetriebegehäuse 1a verlaufenden Lenkstange in Gewindeeingriff steht.
-
In der gattungsbildenden
DE 10 2018 107 037 A1 wird vorgeschlagen, für die Verbindung zwischen dem Lenkgetriebegehäuse und dem Hilfsrahmen eine Festlager-Loslager-Anordnung zu wählen. Als Festlager dient eine starre Verschraubung. Am Loslager erfolgt die Anbindung über einen Elastomer, um eine zu starke Verformung des Lenkgetriebegehäuses zu verhindern. Eine ähnliche Lösung wird auch in
DE 10 2011 004 715 A1 vorgeschlagen.
-
Soll jedoch die Lenkgetriebegehäusegeometrie in die Achssteifigkeit mit dem Ziel einer möglichst hohen Steifigkeit in Querrichtung des Kraftfahrzeugs einbezogen werden, so sind Festlager-Loslager-Anordnung wie in
DE 10 2018 107 037 A1 und
DE 10 2011 004 715 A1 vorgeschlagen, ungeeignet, da das Loslager einen substanziellen Kraftfluss in Querrichtung des Kraftfahrzeugs und längs zur Lenkstange vereitelt.
-
Bekannte Konzepte zur Einbeziehung der Lenkgetriebegehäusegeometrie in die Achssteifigkeit in Fahrzeugquerrichtung sehen entweder vor, das Lenkgetriebegehäuse und den Hilfsrahmen einstückig auszubilden, wie in
EP 1 504 983 B1 beschrieben, oder aber das Lenkgetriebegehäuse bereichsweise formschlüssig in den Hilfsrahmen einzubetten, wie in
DE 10 2014 111 394 A1 beschrieben. Hier können allerdings wieder Biegemomente Funktionskomponenten des Lenkgetriebes beeinträchtigen.
-
Eine befriedigende Lösung, welches es ermöglicht, einerseits die Lenkgetriebegehäusegeometrie in die Achssteifigkeit in Fahrzeugquerrichtung einzubeziehen und andererseits eine zusätzliche Belastung der Funktionskomponenten des Lenkgetriebes zu vermeiden, ist bisher nicht bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung aus einem Lenkgetriebe und einem Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 1 gelöst, bei welcher das Lenkgetriebe ein Lenkgetriebegehäuse umfasst, das eine sich in Querrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckende Lenkstange lagert, der Hilfsrahmen Anbindungsstellen für radführende Lenker aufweist, um Radführungskräfte in Querrichtung des Kraftfahrzeugs abzustützen, und das Lenkgetriebegehäuse an dem Hilfsrahmen befestigt ist, und welche sich dadurch aus zeichnet, dass das Lenkgetriebegehäuse an dem Hilfsrahmen durch mindestens zwei Schwenkgelenke befestigt ist, welche in Querrichtung des Fahrzeugs voneinander beabstandet sind, derart dass die besagten Radführungskräfte in Querrichtung des Kraftfahrzeugs sowohl über den Hilfsrahmen als auch über das Lenkgetriebegehäuse abstützbar sind.
-
Über die Schwenkgelenke kann die Übertragung von Momenten vom Hilfsrahmen zum Lenkgetriebegehäuse eingeschränkt oder vollständig ausgeschlossen werden. Das Lenkgetriebegehäuse wird somit nicht mehr auf Biegung belastet, was sich als besonders ungünstig für im Lenkgetriebegehäuse angeordnete Getriebekomponenten herausgestellt hat.
-
In Axialrichtung der Lenkstange weist das Lenkgetriebegehäuse hingegen eine verhältnismäßig hohe Steifigkeit auf, die, da die Schwenkgelenke dazu in der Lage sind, Kräfte in entsprechender Richtung zu übertragen, dazu genutzt werden kann, die Gesamtquersteifigkeit einer Anordnung aus Hilfsrahmen und Lenkgetriebegehäuse zu erhöhen. Querkräfte werden gleichzeitig über das Lenkgetriebegehäuse und den Hilfsrahmen abgestützt. Hierdurch kann am Hilfsrahmen tendenziell Gewicht eingespart werden.
-
Bevorzugte Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
-
So sind die Schwenkgelenke vorzugsweise zumindest um eine Achse schwenkbar, welche parallel zur Fahrzeuglängsrichtung ist, da hierdurch die hohe Steifigkeit in Richtung der Lenkachse des Lenkgetriebegehäuses besonders wirkungsvollgenutzt werden kann.
-
Insbesondere können die Schwenkgelenke auch als Kugelgelenke ausgeführt sein, wodurch die Momentübertragung auf das Lenkgetriebegehäuse in allen Raumrichtungen unterbunden wird. Hierdurch werden sehr gute Funktionskennwerte für die Getriebekomponenten innerhalb des Lenkgetriebegehäuses erzielt.
-
Die Kugelgelenke können jeweils einen Kugelkopf und eine Kugelschale aufweisen. Dabei kann der Kugelkopf an einem aus Lenkgetriebegehäuse und Hilfsrahmen starr angebunden sein, während die Kugelschale an dem anderen aus Lenkgetriebegehäuse und Hilfsrahmen starr angebunden ist. Elastomere im Kraftübertragungspfad werden hierbei vermeiden.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsart ist das Lenkgetriebegehäuse eine vormontierbare Baueinheit, die als solche über die Schwenkgelenke am Hilfsrahmen befestigbar ist. Hierdurch kann ein Lenkgetriebe unabhängig vom Hilfsrahmen zusammengebaut werden, woraus eine hohe Flexibilität in der Montage resultiert.
-
Hierbei ist es ferner von Vorteil, wenn das Lenkgetriebegehäuse über die gesamte Länge zwischen den Schwenkgelenken die Lenkstange radial vollumfänglich umschließt.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsart steht die Lenkstange mit einer Kugelgewindemutter in Gewindeeingriff, die im Lenkgetriebegehäuse axial festgelegt ist. Eine solcher Kugelgewindetrieb ist gegen Biegebeanspruchungen normalerweise besonders anfällig, kann nunmehr jedoch problemlos im Lenkgetriebegehäuse untergebracht werden, obgleich dieses zur Erhöhung der der Gesamtquersteifigkeit der betreffenden Achse herangezogen wird.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsart und zur Ausräumung etwaiger Fehlinterpretationen des Hilfsrahmens sei an dieser Stelle klargestellt, dass vorliegend unter einem Hilfsrahmen eine Struktur verstanden wird, die üblicherweise eigene Anbindungsstellen zur Befestigung an einem Fahrzeugaufbau aufweist.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung aus einem Lenkgetriebe und einem Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug,
- 2a eine schematische Darstellung der Anordnung gemäß 1 im unbelasteten Zustand,
- 2b eine schematische Darstellung der Anordnung gemäß 1 mit Verformung des Hilfsrahmens,
- 3 eine Anordnung aus einem Lenkgetriebe und einem Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug nach dem Stand der Technik,
- 4a eine schematische Darstellung der Anordnung gemäß 3 im unbelasteten Zustand, und in
- 4b eine schematische Darstellung der Anordnung gemäß 3 mit Verformung des Hilfsrahmens und Durchbiegung des Lenkgetriebegehäuses.
-
Das Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 bezieht sich auf eine Anordnung aus einem Lenkgetriebe 1 und einem Hilfsrahmen 2 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug oder leichtes Nutzfahrzeug.
-
Das Lenkgetriebe 1 umfasst ein Lenkgetriebegehäuse 1a. Letzteres lagert eine nicht näher dargestellte Lenkstange, die sich in Querrichtung Q des Kraftfahrzeugs erstreckt. Diese Lenkstange ist an ihren Enden mit Spurstangen gekoppelt, welche ihrerseits jeweils an einem Fahrzeugrad angelenkt sind, um einen Lenkbefehl vom Lenkgetriebe 1 an die Fahrzeugräder zu übertragen.
-
Das Lenkgetriebe 1 kann beispielsweise eine Kugelgewindemutter umfassen, die innerhalb des Lenkgetriebegehäuses 1a drehbar gelagert und axial, d.h. in Axialrichtung der Lenkstange, im Lenkgetriebegehäuse festgelegt ist. Die Kugelgewindemutter steht mit einem Spindelabschnitt der Lenkstange in Gewindeeingriff, so dass bei Drehung der Kugelgewindemutter die Lenkstange axial verlagert wird.
-
Optional kämmt ein Lenkungsritzel mit einer an der Lenkstange ausgebildeten Verzahnungsstruktur.
-
Andere Ausführungen des Lenkgetriebes 1, beispielsweise auch ohne Kugelgewindemutter, sind ebenfalls möglich.
-
Der Hilfsrahmen 2 stellt eine mechanische Tragstruktur dar, welche eigens am Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeugs befestigt wird und unter anderem als Abstützbasis für radführende Lenker dient. Entsprechend weist der Hilfsrahmen Anbindungsstellen für radführende Lenker auf, um Radführungskräfte abzustützen.
-
Das Lenkgetriebe mit dem Lenkgetriebegehäuse 1a ist vorliegend als eigenständiges Bauteil ausgeführt und dementsprechend an dem Hilfsrahmen 2 befestigt.
-
Diese Befestigung erfolgt vorliegend über zwei oder auch mehr Schwenkgelenke 3, welche in Querrichtung Q des Fahrzeugs voneinander beabstandet sind, und zwar derart, dass Radführungskräfte in Querrichtung Q des Kraftfahrzeugs sowohl über den Hilfsrahmen 2 als auch über das Lenkgetriebegehäuse 1a abgestützt werden. Das Lenkgetriebegehäuse 1a trägt zur Quersteifigkeit der Anordnung aus Lenkgetriebegehäuse 1a und Hilfsrahmen 2 nicht unmaßgeblich teil.
-
Entsprechende Querkräfte werden von Hilfsrahmen 2 über die Schwenkgelenke 3 an das Lenkgetriebegehäuse 1a übertragen, das in seiner Axialrichtung, d.h. in Fahrzeugquerrichtung Q geometriebedingt eine verhältnismäßig hohe Steifigkeit aufweist. Diese wird vorliegend zur Aussteifung der Anordnung in Querrichtung Q genutzt. Die Zwischenschaltung von Elastomeren im Kraftfluss zwischen Hilfsrahmen 2 und Lenkgetriebegehäuse 1a wird vermieden.
-
Im Hinblick auf diesen Abstützungseffekt sind die Schwenkgelenke 3 um eine Achse A schwenkbar sind, welche parallel zur Fahrzeuglängsrichtung ist, wodurch die Übertragung von Momenten um die Achse A, wie in 3 dargestellt, vermieden wird. Solche Momente würden nämlich zu einer Biegebelastung des Lenkgetriebegehäuses führen, welche Getriebekomponenten innerhalb des Lenkgetriebegehäuses 1a besonders stark beeinträchtigen könnten.
-
Idealerweise werden die Schwenkgelenke 3 als Kugelgelenke ausgeführt, wie dies vorliegend in den 1a bis 3 dargestellt ist, so dass das Lenkgetriebegehäuse von Biegemomenten jedweder Art praktisch freigestellt werden kann.
-
Die Kugelgelenke 3weisen jeweils einen Kugelkopf 3a und eine Kugelschale 3b auf. Dabei ist der Kugelkopf 3a an einem aus Lenkgetriebegehäuse 1a und Hilfsrahmen 2 starr angebunden, während die Kugelschale 3b an dem anderen aus Lenkgetriebegehäuse 1a und Hilfsrahmen 2 starr angebunden ist.
-
Sofern genau zwei Kugelgelenke 3 vorgesehen sind, liegen diese auf einer in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Line beidseits der Fahrzeuglängsmittelachse. Gegebenenfalls kann eine Pedelstütze oder dergleichen zum Einschränken eines Kippens um diese Line vorgesehen sein.
-
Die Festlegung des Lenkgetriebegehäuse 1a am Hilfsrahmen 2 kann jedoch auch über mehr, beispielsweise über drei oder vier Kugelgelenke erfolgen.
-
Das Lenkgetriebegehäuse 1a kann derart ausgeführt sein, dass dieses über die gesamte Länge zwischen den Schwenkgelenken 3 die Lenkstange radial vollumfänglich umschließt.
-
Insbesondere kann das Lenkgetriebe 1 mit dem Lenkgetriebegehäuse 1a eine vormontierbare Baueinheit bilden, die als solche über die Schwenkgelenke 3 am Hilfsrahmen 1a befestigbar ist. Hierdurch ist es in der Montage möglich, Lenkgetriebe 1 unabhängig vom Verbau am Hilfsrahmen 2 weitestgehend vorzumontieren und anschließend in einem weiteren Schritt am Hilfsrahmen 2 zu befestigen. Beides kann örtlich und zeitlich unabhängig voneinander erfolgen.
-
Über die Schwenkgelenke 3 kann die Übertragung von Momenten M vom Hilfsrahmen 2 zum Lenkgetriebegehäuse 1a eingeschränkt oder vollständig ausgeschlossen werden, wie ein Vergleich von 2b mit 4b zeigt. Das Lenkgetriebegehäuse 1a wird in 2b nicht mehr auf Biegung belastet. Hieraus resultiert eine geringere Beanspruchung im Lenkgetriebegehäuse 1a angeordneter Getriebekomponenten. Dies ist sowohl für die Lebensdauer als auch für die Vermeidung von akustischen Auffälligkeiten von Vorteil. Gleichwohl können über die Schwenklager 3 Kräfte F in Querrichtung Q des Fahrzeugs übertragen werden, so dass durch das Lenkgetriebegehäuse 1a eine Aussteifung des Hilfsrahmens 2 in Querrichtung Q bewirkt wird.
-
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiterer Abwandlungen näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel und die Abwandlungen dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf das konkret beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lenkgetriebe
- 1a
- Lenkgetriebegehäuse
- 2
- Hilfsrahmen
- 3
- Schwenkgelenk
- 3a
- Kugelkopf
- 3b
- Kugelschale
- 4
- starre Verschraubung
- A
- Achse
- F
- Kraft
- M
- Moment
- Q
- Querrichtung des Fahrzeugs
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102018107037 A1 [0006, 0007]
- DE 102011004715 A1 [0006, 0007]
- EP 1504983 B1 [0008]
- DE 102014111394 A1 [0008]
