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Die Erfindung betrifft eine Drehbegrenzungsbaugruppe für ein Steer-by-Wire-Lenksystem, mit einem Gehäuse, in dem ein um eine Mittelachse drehbarer Wellenabschnitt aufgenommen ist, welcher mit einer Lenkradwelle drehkoppelbar ist oder als Abschnitt der Lenkradwelle ausgebildet ist.
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Außerdem ist die Erfindung auf eine Lenkradbaugruppe für ein Steer-by-Wire-Lenksystem gerichtet, die ein Lenkrad, das an einem ersten Ende einer Lenkradwelle befestigt ist, und eine Drehbegrenzungsbaugruppe der eingangs genannten Art umfasst, wobei die Drehbegrenzungsbaugruppe an einem dem Lenkrad abgewandten, zweiten Ende der Lenkradwelle vorgesehen ist.
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Derartige Lenkradbaugruppen und Drehbegrenzungsbaugruppen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Teilweise werden die Komponenten von Lenkradbaugruppen zusammenfassend auch als Hand Wheel Actuator oder als Torque Feedback Unit bezeichnet. Diese Begriffe schließen jedoch das Lenkrad üblicherweise nicht mit ein. Wie diese Bezeichnungen zudem bereits vermuten lassen, sind bekannte Lenkradbaugruppen unter anderem dazu ausgebildet, ein Drehmoment zu erzeugen, das dem Fahrer eine mechanische Rückkopplung in Form eines Rückstellmoments liefert.
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Drehbegrenzungsbaugruppen werden manchmal auch als Mechanical Torque Limiter bezeichnet, wobei dabei darauf abgestellt wird, dass das Einbringen eines Drehmoments in die Lenkradbaugruppe durch Betätigung des Lenkrads begrenzt wird. Drehbegrenzungsbaugruppen werden demnach in Steer-by-Wire-Lenksystemen verwendet, um ein Verdrehen des Lenkrads, das bei solchen Lenksystemen nicht mehr mechanisch mit einem achsseitigen Lenkgetriebe gekoppelt ist, in beide Drehrichtungen zu begrenzen. Auf diese Weise wird beispielsweise sichergestellt, dass eine Verkabelung für elektrische Systeme, die im Lenkrad angeordnet sind, keinen Schaden nimmt. Üblicherweise sind Drehbegrenzungsbaugruppen so konfiguriert, dass sie ein Verdrehen des Lenkrads um beispielsweise 540°, also 1,5 Umdrehungen, in beide Richtungen erlauben. Zudem müssen Drehbegrenzungsbaugruppen aus Sicherheitsgründen so ausgeführt sein, dass sie auch bei einem Ausfall einer Stromversorgung funktionieren.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, bekannte Drehbegrenzungsbaugruppen und damit ausgestattete Lenkradbaugruppen weiter zu verbessern. Insbesondere soll eine Drehbegrenzungsbaugruppe geschaffen werden, die einfach und kostengünstig aufgebaut ist.
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Die Aufgabe wird durch eine Drehbegrenzungsbaugruppe der eingangs genannten Art gelöst, die eine Begrenzungsscheibe aufweist, die über eine Schiebeführung mit dem Wellenabschnitt drehgekoppelt ist und ein Außengewinde hat, das in ein Innengewinde des Gehäuses eingedreht ist. Dabei trägt ein das Gehäuse entlang der Mittelachse in einer ersten Axialrichtung begrenzender Gehäuseabschnitt eine erste Anschlaggeometrie und ein das Gehäuse entlang der Mittelachse in eine zweite, entgegengesetzte Axialrichtung begrenzender Gehäuseabschnitt eine zweite Anschlaggeometrie. Auf einer der ersten Anschlaggeometrie zugewandten Seite der Begrenzungsscheibe ist zudem eine erste Gegenanschlaggeometrie vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, zur Begrenzung einer Drehung des Wellenabschnitts in eine erste Drehrichtung die erste Anschlaggeometrie zu kontaktieren. Auf einer der zweiten Anschlaggeometrie zugewandten Seite der Begrenzungsscheibe ist eine zweite Gegenanschlaggeometrie vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, zur Begrenzung einer Drehung des Wellenabschnitts in eine zweite, der ersten Drehrichtung entgegengesetzte Drehrichtung die zweite Anschlaggeometrie zu kontaktieren. Insbesondere handelt es sich bei der Begrenzungsscheibe um eine singuläre Begrenzungsscheibe.
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Die Grundidee der Erfindung besteht dabei darin, eine Drehbegrenzungsbaugruppe mit einer einzigen Begrenzungsscheibe vorzusehen, die drehfest, aber axial verschiebbar auf dem Wellenabschnitt gelagert ist. Darüber hinaus ist die Begrenzungsscheibe über ein Gewinde im Gehäuse geführt. Wird nun der Wellenabschnitt in eine erste Drehrichtung gedreht, dreht sich die Begrenzungsscheibe mit und verlagert sich aufgrund der Wirkung des Gewindes in eine erste Axialrichtung. Dabei läuft die Begrenzungsschreibe, genauer gesagt deren erste Gegenanschlaggeometrie, an einen Gehäuseabschnitt, genauer gesagt eine erste Anschlaggeometrie, an, wenn sie entlang der ersten Axialrichtung eine vorgegebene maximale Strecke überwunden hat. Diese ist auf einen maximalen Drehwinkel des Wellenabschnitts abgestimmt, sodass der Wellenabschnitt und das mit diesem gekoppelte Lenkrad hinsichtlich einer Drehung in der ersten Drehrichtung begrenzt sind. Der maximale Drehwinkel des Wellenabschnitts entspricht dabei direkt oder indirekt einem maximalen Lenkradeinschlag. Wird der Wellenabschnitt in eine zweite, der ersten Drehrichtung entgegen gesetzte Drehrichtung gedreht, dreht sich ebenfalls die Begrenzungsscheibe mit und verlagert sich aufgrund der Wirkung des Gewindes in eine zweite Axialrichtung, die der ersten Axialrichtung entgegengesetzt ist. Auch in dieser Axialrichtung läuft die Begrenzungsscheibe, genauer gesagt deren zweite Gegenanschlaggeometrie, an einem Gehäuseabschnitt, genauer gesagt der zweiten Anschlaggeometrie, an, wenn sie eine vorgegebene maximale Strecke entlang der zweiten Axialrichtung überwunden hat. Dabei ist auch in der zweiten Axialrichtung die vorgegebene maximale Strecke auf einen maximal zulässigen Drehwinkel abgestimmt, sodass auch in dieser Richtung eine Drehbegrenzung für den Wellenabschnitt und das mit diesem gekoppelte Lenkrad realisiert ist. Wieder entspricht der maximale Drehwinkel des Wellenabschnitts direkt oder indirekt einem maximalen Lenkradeinschlag.
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Die erfindungsgemäße Drehbegrenzungsbaugruppe umfasst nur wenige Bauteile, insbesondere wenige bewegliche Bauteile. Die Kopplung der Begrenzungsscheibe mit dem Wellenabschnitt erfolgt dabei über eine Schiebeführung, die einfach und kostengünstig mit standardmäßigen Verfahren und Anlagen hergestellt werden kann. Gleiches gilt für die Kopplung der Begrenzungsscheibe mit dem Gehäuse über ein Gewinde. Es ist also die Drehbegrenzungsbaugruppe insgesamt einfach und kostengünstig aufgebaut. Darüber hinaus ist die Drehbegrenzungsbaugruppe äußerst kompakt. Hinzu kommt, dass die erfindungsgemäße Drehbegrenzungsbaugruppe im Betrieb nur vergleichsweise wenige Geräusche verursacht. Die möglicherweise durch das Drehen der Begrenzungsscheibe im Gewinde des Gehäuses hervorgerufenen Geräusche sind zudem gleichförmig. Insgesamt werden also Geräusche vermieden, die ein Nutzer als störend empfinden könnte. Das gilt besonders im Vergleich zu bekannten Drehbegrenzungsbaugruppen, bei denen im Betrieb nacheinander mehrere bewegliche Elemente mitgenommen werden müssen und es vor dem Erreichen der eigentlichen Drehbegrenzung zu zahlreichen mechanischen Kontaktierungen kommt, die jeweils ein Geräusch mit sich bringen. Darüber hinaus lässt sich die Begrenzungsbaugruppe einfach und präzise einstellen, indem ein Abstand zwischen der Begrenzungsscheibe und den gehäuseseitigen Anschlaggeometrien in Axialrichtung so gewählt wird, dass sich ein gewünschter maximaler Drehwinkel für den Wellenabschnitt ergibt. Dabei lässt sich die axiale Verschiebung, die die Begrenzungsscheibe aufgrund einer Relativdrehung gegenüber dem Gehäuse erfährt, sehr einfach über die Gewindesteigung ermitteln.
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In diesem Zusammenhang umfasst die Schiebeführung beispielsweise eine rein in Axialrichtung verlaufende Verzahnung. Auch ist es möglich, die Schiebeführung mittels am Wellenabschnitt vorgesehener Abflachungen zu realisieren.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Anschlaggeometrie an einem ins Innere des Gehäuses weisenden Axialvorsprung des zugehörigen Gehäuseabschnitts ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist die zweite Anschlaggeometrie an einem ins Innere des Gehäuses weisenden Axialvorsprung des zugehörigen Gehäuseabschnitts ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist die erste Gegenanschlaggeometrie an einem Axialvorsprung der Begrenzungsscheibe ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist die zweite Gegenanschlaggeometrie an einem Axialvorsprung der Begrenzungsscheibe ausgebildet. Mit anderen Worten ist wenigstens eine Anschlaggeometrie an einem Axialvorsprung des zugehörigen Gehäuseabschnitts ausgebildet oder wenigstens eine Gegenanschlaggeometrie an einem Axialvorsprung der Begrenzungsscheibe. Die wenigstens eine Anschlaggeometrie und/oder die wenigstens eine Gegenanschlaggeometrie lassen sich somit mit hoher Präzision herstellen. Darüber hinaus bewirkt das Vorsehen eines Axialvorsprungs, dass die Drehbegrenzungsbaugruppe aus einer Betriebssituation, in der eine Gegenanschlaggeometrie die zugeordnete Anschlaggeometrie kontaktiert, leicht wieder zurückgedreht werden kann. Mit anderen Worten wird so vermieden, dass sich die Begrenzungsscheibe in unerwünschter Weise mit dem Gehäuse verklemmt oder verspannt.
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Dabei kann sich der die erste Anschlaggeometrie tragende Axialvorsprung und/oder der die zweite Anschlaggeometrie tragende Axialvorsprung und/oder der die erste Gegenanschlaggeometrie tragende Axialvorsprung und/oder der die zweite Gegenanschlaggeometrie tragende Axialvorsprung in Umfangsrichtung über 45 Winkelgrad oder weniger erstrecken. Eine Erstreckung über 30 Winkelgrad oder weniger ist bevorzugt. Die Axialvorsprünge sind also vergleichsweise kompakt ausgeführt, sodass sich insgesamt ein kompakter Aufbau der Drehbegrenzungsbaugruppe ergibt.
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Auch ist es möglich, dass der die erste Anschlaggeometrie tragende Axialvorsprung und/oder der die zweite Anschlaggeometrie tragende Axialvorsprung und/oder der die erste Gegenanschlaggeometrie tragende Axialvorsprung und/oder der die zweite Gegenanschlaggeometrie tragende Axialvorsprung in Radialrichtung wenigstens 1,5 mm lang sind bzw. ist, bevorzugt wenigstens 3 mm lang sind bzw. ist. Es wird also ein Bauraum in Radialrichtung ausgenutzt, um die Anschlaggeometrie und/oder die Gegenanschlaggeometrie ausreichend groß zu gestalten. Auf diese Weise können mechanische Spannungen im Gehäuse und/oder der Begrenzungsscheibe auf einem niedrigen Niveau gehalten werden. Dabei ist der Bauraum in Radialrichtung üblicherweise weniger kritisch, d.h. in der Regel vorhanden, als Bauraum in Axialrichtung. Mittels der erfindungsgemäßen Drehbegrenzungsbaugruppe werden also die vorhandenen Bauräume in geschickter Weise ausgenutzt.
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In einer Alternative ist ferner der die erste Anschlaggeometrie tragende Axialvorsprung einstückig am zugehörigen Gehäuseabschnitt ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist der die zweite Anschlaggeometrie tragende Axialvorsprung einstückig am zugehörigen Gehäuseabschnitt ausgebildet. Die Anschlaggeometrien können somit kostengünstig hergestellt werden. Eine Montage der Anschlaggeometrien am Gehäuse ist folglich nicht nötig.
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Der die erste Gegenanschlaggeometrie tragende Axialvorsprung kann außerdem einstückig an der Begrenzungsscheibe ausgebildet sein oder an einem Anschlagbauteil vorgesehen sein, das elastisch verlagerbar an der Begrenzungsscheibe gehalten ist. Alternativ oder zusätzlich kann der die zweite Gegenanschlaggeometrie tragende Axialvorsprung einstückig an der Begrenzungsscheibe ausgebildet sein oder an einem Anschlagbauteil vorgesehen sein, das elastisch verlagerbar an der Begrenzungsscheibe gehalten ist. Das einstückige Ausführen der Gegenanschlaggeometrien hat den Vorteil, dass die Begrenzungsscheibe inklusive der Gegenanschlaggeometrien einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Offensichtlich sind keine Montageoperationen notwendig. Demgegenüber hat das Vorsehen der Gegenanschlaggeometrien an einem Anschlagbauteil den Vorteil, dass der Anschlag mit einer Dämpfungseigenschaft versehen werden kann, sodass der Benutzer eine vergleichsweise weiche Drehbegrenzung spürt.
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Für den Fall, dass beide Gegenanschlaggeometrien an einem Anschlagbauteil vorgesehen sind, kann ein gemeinsames Anschlagbauteil verwendet werden, das beide Gegenanschlaggeometrien trägt. Somit ergibt sich ein einfacher Aufbau.
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Vorzugsweise sind bzw. ist die erste Anschlaggeometrie und/oder die zweite Anschlaggeometrie und/oder die erste Gegenanschlaggeometrie und/oder die zweite Gegenanschlaggeometrie als Anschlagflächen ausgebildet. Das hat den Vorteil, dass aus den Kräften, die beim Kontaktieren von einander zugeordneten Anschlaggeometrien und Gegenanschlaggeometrien übertragen werden, lediglich vergleichsweise geringe mechanische Spannungen in den zugeordneten Bauteilen resultieren. Vorzugsweise liegen die einander zugeordneten Anschlaggeometrien und Gegenanschlaggeometrien also flächig aneinander an. Somit verteilen sich die beim Anschlagen zu übertragenden Kräfte in der Anschlagfläche. Dadurch weist die Drehbegrenzungsbaugruppe eine vergleichsweise hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer auf.
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Bevorzugt sind die Anschlagflächen im Wesentlichen eben.
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Die erste Anschlaggeometrie und/oder die zweite Anschlaggeometrie und/oder die erste Gegenanschlaggeometrie und/oder die zweite Gegenanschlaggeometrie können bzw. kann im Wesentlichen bezüglich der Mittelachse in Umfangsrichtung orientiert sein. Dabei wird unter einer in Umfangsrichtung orientierten Geometrie verstanden, dass eine Normale in Umfangsrichtung zeigt. Für den Fall dass die Anschlaggeometrien und/oder die Gegenanschlaggeometrien als ebene Anschlagflächen ausgebildet sind, erstrecken sich diese somit in Axialrichtung und in Radialrichtung. Die Begrenzungsscheibe schlägt also in Umfangsrichtung am jeweils relevanten Gehäuseabschnitt an. Auf diese Weise wird ein Verklemmen oder Verspannen der Drehbegrenzungsbaugruppe vermieden. Die Begrenzungsscheibe und der Wellenabschnitt können also leicht auch wieder aus einer Anschlagsituation zurückgedreht werden.
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Bevorzugt sind bei einer Betrachtung in Radialrichtung ein erster Axialabstand zwischen dem die erste Anschlaggeometrie tragenden Gehäuseabschnitt und der Begrenzungsscheibe und ein zweiter Axialabstand zwischen dem die zweite Anschlaggeometrie tragenden Gehäuseabschnitt und der Begrenzungsscheibe sind so gewählt, dass die Stirnseiten des jeweiligen Axialvorsprungs am Gehäuse, dem Gehäusedeckel und an der Begrenzungsscheibe bei maximaler Verdrehung nicht aneinander anschlagen. Damit hängen diese Axialabstände vom geforderten Drehwinkel ab.
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Insbesondere sind der erste und der zweite Axialabstand kumuliert größer oder gleich als/wie eine Steigung des Außengewindes der Begrenzungsscheibe. Weiter bevorzugt sind der erste Axialabstand und der zweite Axialabstand kumuliert größer oder gleich als das 1,5-fache einer Steigung des Außengewindes der Begrenzungsscheibe. Nachdem das Außengewinde der Begrenzungsschreibe in ein Innengewinde des Gehäuses eingedreht ist, gilt dasselbe natürlich auch für das Innengewinde. Dabei wird unter einer Steigung eines Gewindes der axiale Weg verstanden, der durch eine Umdrehung zurückgelegt wird. Das ist gleichbedeutend mit einem Axialabstand zwischen zwei Gewindespitzen. Die Steigung eines Gewindes wird teilweise auch als Ganghöhe bezeichnet. Dabei werden die Axialabstände jeweils als die Abstände einander am nächsten kommender Punkte des jeweiligen Gehäuseabschnitts und der Begrenzungsscheibe ermittelt. Es wirken sich somit die Anschlaggeometrien und Gegenanschlaggeometrien tragenden Axialvorsprünge gegebenenfalls abstandsreduzierend aus. Über die Axialabstände kann eingestellt werden, welcher Drehwinkel von der Drehbegrenzungsbaugruppe erlaubt wird. Insbesondere in einem Fall, in dem eine Anschlaggeometrie und/oder eine Gegenanschlaggeometrie nicht am vollen Umfang vorgesehen ist, muss dabei jedoch zusätzlich berücksichtigt werden, dass die Gegenanschlaggeometrie in gewisser Weise in den zugeordneten Gehäuseabschnitt eintauchen kann, sodass ein Axialabstand von null nicht mit einem Anschlagen gleichbedeutend ist. Ein eine Anschlaggeometrie tragender Axialvorsprung und ein zugeordneter, eine Gegenanschlaggeometrie tragender Axialvorsprung können also auch in einem Betriebszustand, in dem sie in Axialrichtung überlappen, noch relativ zueinander verdrehbar sein. Für den Fall, dass die kumulierten Axialabstände einer Steigung des Gewindes entsprechen, kann die Begrenzungsscheibe ausgehend von einer Mittelstellung somit in jede Richtung eine halbe Umdrehung machen, bevor die jeweilige Gegenanschlaggeometrie in Axialrichtung gegebenenfalls in den zugehörigen Gehäuseabschnitt eintaucht. Für die Ermittlung des eigentlichen Anschlags kommt es zusätzlich darauf an, wie weit die Begrenzungsscheibe im eingetauchten Zustand gegenüber dem zugeordneten Gehäuseabschnitt verdreht werden kann.
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In einer Variante ist wenigstens eine axiale Stirnseite der Begrenzungsscheibe oder eine axiale Stirnseite des die erste Anschlaggeometrie tragenden Gehäuseabschnitts oder eine axiale Stirnseite des die zweite Anschlaggeometrie tragenden Gehäuseabschnitts zumindest abschnittsweise mit einem elastisch verformbaren Stoßdämpfungsmaterial belegt. Auf diese Weise wird eine Drehbegrenzung von einem Nutzer als weich empfunden. Er spürt dabei beim Drehen des Lenkrads einen allmählich ansteigenden Widerstand, bevor keine weitere Drehung mehr möglich ist. Das Stoßdämpfungsmaterial ist beispielsweise ein Elastomermaterial.
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Zudem kann der die erste Anschlaggeometrie tragende Gehäuseabschnitt ein das Gehäuse axial verschließender Gehäusedeckel sein. Alternativ oder zusätzlich kann der die zweite Anschlaggeometrie tragende Gehäuseabschnitt ein das Gehäuse axial verschließender Gehäusedeckel sein. In diesem Zusammenhang schließt ein axiales Verschließen nicht aus, dass eine definierte Öffnung vorhanden ist, durch die sich beispielsweise der Wellenabschnitt erstreckt. Eine solche Konfiguration bewirkt, dass die Drehbegrenzungsbaugruppe aus vergleichsweise wenigen Bauteilen aufgebaut werden kann.
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Die Aufgabe wird außerdem durch eine Lenkradbaugruppe der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Drehbegrenzungsbaugruppe als erfindungsgemäße Drehbegrenzungsbaugruppe ausgeführt ist. Aufgrund der Tatsache, dass die Drehbegrenzungsbaugruppe einfach und kompakt aufgebaut ist, ist auch die Lenkradbaugruppe insgesamt einfach und kompakt aufgebaut. Zudem lässt sich eine derartige Lenkradbaugruppe unter vergleichsweise geringer Geräuschemission betreiben.
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Im Übrigen gelten die hinsichtlich der erfindungsgemäßen Drehbegrenzungsbaugruppe erläuterten Effekte und Vorteile auch für die erfindungsgemäße Lenkradbaugruppe.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:
- - 1 eine erfindungsgemäße Lenkradbaugruppe mit einer erfindungsgemäßen Drehbegrenzungsbaugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Längsschnittdarstellung,
- - 2 die Lenkradbaugruppe aus 1 in einer entlang der Ebene II-II aus 1 geschnittenen Ansicht,
- - 3 eine erfindungsgemäße Lenkradbaugruppe mit einer erfindungsgemäßen Drehbegrenzungsbaugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Längsschnittdarstellung,
- - 4 eine erfindungsgemäße Lenkradbaugruppe mit einer erfindungsgemäßen Drehbegrenzungsbaugruppe gemäß einer dritten Ausführungsform in einer Längsschnittdarstellung,
- - 5 die Lenkradbaugruppe aus 4 in einer Seitenansicht,
- - 6 die Lenkradbaugruppe aus den 4 und 5 in einer Ansicht entlang der Richtung VI in 5,
- - 7 ein Gehäusemantelteil der Drehbegrenzungsbaugruppe aus den 4 bis 6 in einer isolierten Darstellung in einer Ansicht entlang der Richtung VII aus 8,
- - 8 das Gehäusemantelteil aus 7 in einer Ansicht entlang der Richtung VIII aus 7,
- - 9 einen zweiten Gehäuseabschnitt der Drehbegrenzungsbaugruppe aus den 4 bis 6, der als Gehäusedeckel ausgeführt ist, in einer isolierten Darstellung,
- - 10 einen ersten Gehäuseabschnitt der Drehbegrenzungsbaugruppe aus den 4 bis 6, der als Gehäusedeckel ausgeführt ist, in einer isolierten Darstellung,
- - 11 eine den zweiten Gehäuseabschnitt aus 9 und das Gehäusemantelteil aus den 7 und 8 umfassende Unterbaugruppe der Drehbegrenzungsbaugruppe aus den 4 bis 6,
- - 12 eine den ersten Gehäuseabschnitt aus 10 und das Gehäusemantelteil aus den 7 und 8 umfassende Unterbaugruppe der Drehbegrenzungsbaugruppe aus den 4 bis 6,
- - 13 eine alternative Schiebeführung, die in Kombination mit allen vorgenannten Ausführungsformen der Drehbegrenzungsbaugruppe verwendet werden kann,
- - 14 eine Ansicht der Schiebeführung aus 13 entlang der Richtung XIV aus 13, und
- - 15 eine perspektivische Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Lenkbaugruppe, bei der das Gehäuse reibgeschweißt ist.
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1 zeigt eine Lenkradbaugruppe 10 für ein Steer-by-Wire-Lenksystem.
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Die Lenkradbaugruppe 10 umfasst ein lediglich schematisch dargestelltes Lenkrad 12, das an einem ersten Ende einer Lenkradwelle 14 befestigt ist, und eine Drehbegrenzungsbaugruppe 16 gemäß einer ersten Ausführungsform, die an einem zweiten, dem Lenkrad 12 abgewandten Ende der Lenkradwelle 14 vorgesehen ist.
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Das Lenkrad 12 ist zusammen mit der Lenkradwelle 14 um eine Mittelachse 18 drehbar.
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Die Aufgabe der Drehbegrenzungsbaugruppe 16 besteht darin, ein Verdrehen des Lenkrads 12 und der damit verbundenen Lenkradwelle 14 in beide Richtungen zu begrenzen.
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Hierfür weist die Drehbegrenzungsbaugruppe 16 ein Gehäuse 20 auf, in dem ein Wellenabschnitt 14a der Lenkradwelle 14 aufgenommen ist.
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Ferner ist eine Begrenzungsscheibe 22 vorgesehen.
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Diese ist über eine Schiebeführung 24 mit dem Wellenabschnitt 14a drehgekoppelt. Die Begrenzungsscheibe 22 kann also entlang der Mittelachse 18 gegenüber dem Wellenabschnitt 14a verschoben werden, nicht jedoch gegenüber dem Wellenabschnitt 14a gedreht werden.
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In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Schiebeführung 24 wellenseitig insgesamt vier Abflachungen 24a, 24b, 24c, 24d. Eine in der Begrenzungsscheibe 22 vorgesehene Öffnung 26, in die der Wellenabschnitt 14a eingesteckt ist, ist komplementär gestaltet.
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Die Begrenzungsscheibe 22 weist darüber hinaus an ihrem Außenumfang ein Außengewinde 28 auf, das in ein an einem Innenumfang des Gehäuses 20 vorgesehenes Innengewinde 30 eingedreht ist.
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Sowohl das Außengewinde 28 als auch das Innengewinde 30 laufen umfangsmäßig vollständig um.
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Ferner erstreckt sich das Innengewinde 30 im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Gehäuses 20.
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Bei beiden Gewinden handelt es sich in der dargestellten Ausführungsform um metrische Gewinde der Größe M60. Eine zugehörige Gewindesteigung beträgt 1 mm oder 1,5 mm. Diese Werte sind Beispiele.
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Wenn der Wellenabschnitt 14a aufgrund einer Betätigung des Lenkrads 12 gedreht wird, verlagert sich somit die Begrenzungsscheibe 22 in axialer Richtung.
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Zur Begrenzung einer Drehung in eine erste Drehrichtung D1 ist an einem das Gehäuse 20 in einer ersten Axialrichtung R1 begrenzenden Gehäuseabschnitt 32, der in der dargestellten Ausführungsform integral mit einem Gehäusemantelteil 34 ausgeführt ist, ein im Wesentlichen winkelsegmentförmiger Axialvorsprung 36 vorgesehen (siehe auch 2).
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Der Axialvorsprung 36 ist einstückig mit dem Gehäuseabschnitt 32 hergestellt.
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Ferner weist der Axialvorsprung 36 ins Innere des Gehäuses 20.
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Dabei erstreckt sich der Axialvorsprung 36 im Wesentlichen über 10 Winkelgrad.
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Darüber hinaus hat er eine in Radialrichtung gemessene Länge von ca. 10 mm.
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Seine in Axialrichtung gemessene Höhe beträgt ca. 1 mm.
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Zudem ist eine der zu begrenzenden Drehrichtung D1 entgegenweisende Umfangsfläche des Axialvorsprungs 36 als Anschlaggeometrie 38 ausgebildet, die in der dargestellten Ausführungsform eine im Wesentlichen ebene Anschlagfläche 39 ist.
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Zur Begrenzung einer Drehung des Wellenabschnitts 14a in eine zweite, der ersten Drehrichtung D1 entgegengesetzte Drehrichtung D2 ist an einem das Gehäuse 20 in einer zweiten Axialrichtung R2 begrenzenden Gehäuseabschnitt 40 ein zweiter Axialvorsprung 42 vorgesehen.
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Dabei ist die zweite Axialrichtung R2 der ersten Axialrichtung R1 entgegengesetzt.
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Der Gehäuseabschnitt 40 ist also entlang der Mittelachse 18 dem Gehäuseabschnitt 32 entgegengesetzt.
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In der dargestellten Ausführungsform ist der Gehäuseabschnitt 40 als das Gehäuse 20 axial verschließender Gehäusedeckel 41 ausgeführt und der Axialvorsprung 42 einstückig am Gehäusedeckel 41 vorgesehen.
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Auch der zweite Axialvorsprung 42 ist im Wesentlichen winkelsegmentförmig. Seine Gestalt entspricht dabei der Gestalt des ersten Axialvorsprungs 36.
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Der Axialvorsprung 36 weist also ebenfalls ins Innere des Gehäuses 20.
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Es erstreckt sich auch im Wesentlichen über 10 Winkelgrad.
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Ferner hat er eine in Radialrichtung gemessene Länge von ca. 10 mm.
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Seine in Axialrichtung gemessene Höhe beträgt ca. 1 mm.
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Darüber hinaus ist an einer der zu begrenzenden zweiten Drehrichtung D2 entgegenweisenden Umfangsfläche des Axialvorsprungs 42 eine Anschlaggeometrie 44 ausgebildet, die in der dargestellten Ausführungsform eine im Wesentlichen ebene Anschlagfläche 45 ist.
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Die Gestalt der Axialvorsprünge 36, 42 und der an diesen vorgesehenen Anschlagflächen 39, 45 geht im Detail auch aus den 9 bis 12 hervor. Diese Figuren sind zwar auf eine andere Ausführungsform der Drehbegrenzungsbaugruppe 16 gerichtet, hinsichtlich der Gestalt der Axialvorsprünge 36, 42 bestehen jedoch keine Unterschiede.
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Auf einer der ersten Anschlaggeometrie 38 zugewandten Seite der Begrenzungsscheibe 22 ein weiterer Axialvorsprung 46 vorgesehen.
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Der Axialvorsprung 46 ist einstückig mit der Begrenzungsscheibe 22 ausgeführt.
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Wie die bereits erläuterten Axialvorsprünge 36, 42 ist auch der Axialvorsprung 46 im Wesentlichen winkelsegmentförmig. Seine Gestalt entspricht dabei der Gestalt der Axialvorsprünge 36 und 42.
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Es erstreckt sich somit auch der Axialvorsprung 46 im Wesentlichen über 10 Winkelgrad.
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Ferner hat er eine in Radialrichtung gemessene Länge von ca. 10 mm.
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Seine in Axialrichtung gemessene Höhe beträgt ca. 1 mm.
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Darüber hinaus ist an einer in Richtung der zu begrenzenden Drehrichtung D1 weisenden Umfangsfläche des Axialvorsprungs 46 eine erste Gegenanschlaggeometrie 48 ausgebildet, die in der dargestellten Ausführungsform eine im Wesentlichen ebene Anschlagfläche 50 ist.
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Die erste Gegenanschlaggeometrie 48 ist dazu ausgebildet, zur Begrenzung einer Drehung des Wellenabschnitts 14a in die erste Drehrichtung D1 die erste Anschlaggeometrie 38 zu kontaktieren.
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Mit anderen Worten sind die Anschlagflächen 39 und 50 dazu ausgebildet, einander zu kontaktieren, wenn sich die Begrenzungsscheibe 22 aufgrund einer Drehung des Wellenabschnitts 14a in der 1 nach rechts bewegt. In diesem Fall kommt es zu einer flächigen Anlage der Anschlagflächen 39 und 50.
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Es versteht sich dabei, dass beide Anschlagflächen 39, 50 in Umfangsrichtung orientiert sind, d.h. dass eine jeweilige Flächennormale in Umfangsrichtung zeigt. Die Anschlagflächen 39, 50 selbst erstrecken sich also in Axialrichtung und Radialrichtung.
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Auch auf einer der zweiten Anschlaggeometrie 44 zugewandten Seite der Begrenzungsscheibe 22 ist ein Axialvorsprung 52 vorgesehen.
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Der Axialvorsprung 52 ist ebenfalls einstückig mit der Begrenzungsscheibe 22 ausgeführt.
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Seine Gestalt entspricht dabei der Gestalt des Axialvorsprungs 46. Ferner liegt der Axialvorsprung 52 entlang der Mittelachse 18 dem Axialvorsprung 46 exakt gegenüber.
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Es erstreckt sich also auch der Axialvorsprung 52 im Wesentlichen über 10 Winkelgrad.
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Ferner hat er eine in Radialrichtung gemessene Länge von ca. 10 mm.
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Seine in Axialrichtung gemessene Höhe beträgt ca. 1 mm.
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Darüber hinaus ist an einer in Richtung der zu begrenzenden Drehrichtung weisenden Umfangsfläche des Axialvorsprungs 52 eine zweite Gegenanschlaggeometrie 58 ausgebildet, die in der dargestellten Ausführungsform eine im Wesentlichen ebene Anschlagfläche 60 ist.
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Die zweite Gegenanschlaggeometrie 58 ist dazu ausgebildet, zur Begrenzung einer Drehung des Wellenabschnitts 14a in die zweite Drehrichtung D2 die zweite Anschlaggeometrie 44 zu kontaktieren.
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Mit anderen Worten sind die Anschlagflächen 45 und 60 dazu ausgebildet, einander zu kontaktieren, wenn sich die Begrenzungsscheibe 22 aufgrund einer Drehung des Wellenabschnitts 14a in der 1 nach links bewegt. Es kommt dann zu einer flächigen Anlage der Anschlagflächen 45 und 60.
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Auch die beiden Anschlagflächen 45, 60 sind in Umfangsrichtung orientiert, d.h. eine jeweilige Flächennormale zeigt in Umfangsrichtung. Die Flächen selbst erstrecken sich also in Axialrichtung und Radialrichtung.
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Die Gestalt der Axialvorsprünge 46, 52 und der an diesen vorgesehenen Anschlagflächen 50, 60 geht im Detail auch aus den 13 bis 14 hervor. Dabei unterscheidet sich die in diesen Figuren gezeigte Begrenzungsscheibe 22 leidglich hinsichtlich der Schiebeführung 24 von der Begrenzungsscheibe 22 der Drehbegrenzungsbaugruppe 16 gemäß der ersten Ausführungsform. Hinsichtlich der Gestalt der Axialvorsprünge 46, 52 bestehen also keine Unterschiede.
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In der 1 ist die Begrenzungsscheibe 22 in einer Mittelstellung dargestellt, die sich dadurch auszeichnet, dass ein erster Axialabstand A1 zwischen der Begrenzungsscheibe 22 und dem die erste Anschlaggeometrie 38 tragenden Gehäuseabschnitt 32 und ein zweiter Axialabstand A2 zwischen der Begrenzungsscheibe 22 und dem die zweite Anschlaggeometrie 44 tragenden Gehäuseabschnitt 40 gleich groß sind.
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Wie anhand der 1 deutlich wird, werden die Axialabstände A1, A2 ausgehend von den axialen Stirnflächen der Axialvorsprünge 36, 46, 42, 52 gemessen. Es kommt also auf den kleinsten Abstand zwischen der Begrenzungsscheibe 22 und den zugeordneten Gehäuseabschnitten 32, 40 an.
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Die Mittelstellung der Begrenzungsscheibe 22 entspricht bevorzugt auch einer Mittelstellung des Lenkrads 12, die einer Geradeausfahrt eines zugeordneten Fahrzeugs entspricht.
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Ein Maß, um das der Wellenabschnitt 14a in die erste Drehrichtung D1 gedreht werden kann, ergibt sich also aus der Summe eines Drehwinkels, der notwendig ist, um den Abstand A1 zu überwinden, und eines Drehwinkels, den der Axialvorsprung 46 nach dem Überwinden des Axialabstands A1, sozusagen in einem in den Gehäuseabschnitt 32 eingetauchten Zustand, noch ausführen kann, bevor die Anschlagflächen 39 und 50 einander kontaktieren.
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Gleiches gilt für die zweite Drehrichtung D2.
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Dementsprechend ergibt sich ein Maß, um das der Wellenabschnitt 14a in die zweite Drehrichtung gedreht werden kann, aus der Summe eines Drehwinkels, der notwendig ist, um den Axialabstand A2 zu überwinden, und eines Drehwinkels, den der Axialvorsprung 52 nach dem Überwinden des Abstands A2, sozusagen in einem in den Gehäuseabschnitt 40 eingetauchten Zustand, ausführen kann, bevor die Anschlagflächen 45 und 60 einander kontaktieren.
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Folglich kann ein durch die Drehbegrenzungsbaugruppe 16 erlaubter Drehwinkel einerseits durch eine Wahl der Größe der Axialabstände A1, A2 und andererseits durch eine Wahl des jeweiligen Drehwinkels im eingetauchten Zustand eingestellt werden.
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Die Axialabstände A1 und A2 lassen sich dabei durch die axiale Relativpositionierung der Begrenzungsscheibe 22 gegenüber den Gehäuseabschnitten 32, 40 einstellen.
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Die Drehwinkel im eingetauchten Zustand hängen von einer relativen Drehposition der Anschlagfläche 39 gegenüber der Anschlagfläche 50 sowie der Anschlagfläche 45 gegenüber der Anschlagfläche 60 ab, die in einer Situation vorliegt, in der der jeweils relevante Axialabstand A1, A2 null ist.
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Diese Drehposition kann durch eine geeignete Drehpositionierung der Gehäuseabschnitte 32, 40 eingestellt werden.
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Dabei ist in der dargestellten Ausführungsform der Gehäuseabschnitt 32 integral mit dem Gehäusemantelteil 34 ausgeführt, sodass in diesem Zusammenhang keine Relativbewegung zwischen dem Gehäuseabschnitt 32 und dem Gehäusemantelteil 34 möglich ist. Allerdings kann der als Gehäusedeckel 41 ausgeführte Gehäuseabschnitt 40 in einer geeigneten Drehposition am Gehäusemantelteil 34 festgelegt werden.
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Bei der Konvertierung eines Drehwinkels des Wellenabschnitts 14a in eine axiale Verlagerung der Begrenzungsscheibe 22 ist die Steigung des Außengewindes 28 und des Innengewindes 30 maßgeblich.
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In der dargestellten Ausführungsform ist die Drehbegrenzungsbaugruppe 16 so konfiguriert, dass bei einer Betrachtung in Radialrichtung der erste Axialabstand A1 und der zweiter Axialabstand A2 kumuliert einer Steigung des Außengewindes 28 der Begrenzungsscheibe 22 entsprechen.
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Ausgehend von einer Mittelstellung kann also der Wellenabschnitt 14a in beide Richtungen um jeweils eine halbe Umdrehung gedreht werden bis der jeweilige Axialvorsprung 46, 52 beginnt, in den jeweils zugeordneten Gehäuseabschnitt 32, 40 einzutauchen.
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Ferner sind die Anschlagflächen 39, 50 und 45, 60 jeweils so relativ zueinander dreh positioniert, dass nach dem Eintauchen noch eine Drehung von ca. 270° möglich ist.
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Insgesamt begrenzt eine solche Drehbegrenzungsbaugruppe 16 also eine Drehung in beide Richtungen auf jeweils ca. 450°, d.h. 1,25 Umdrehungen.
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Dabei versteht es sich, dass die vorstehend erwähnten Maßangaben, seien es Abstände oder Winkel, lediglich der einfacheren Erläuterung dienen und keinesfalls als einschränkend anzusehen sind.
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In einer Variante der ersten Ausführungsform ist der Gehäuseabschnitt 32 nicht integral mit dem Gehäusemantelteil 34 ausgeführt, sondern wird ebenfalls durch einen das Gehäuse 20 axial begrenzenden Gehäusedeckel realisiert.
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In diesem Zusammenhang wird ein solcher Gehäusedeckel bevorzugt durch winkelgenaues Reibschweißen mit dem Gehäusemantelteil 34 verbunden, was später noch anhand von 15 erläutert wird.
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Um das Anschlagen der Anschlagflächen 39, 50 und 45, 60 zu dämpfen, kann zudem wenigstens eine axiale Stirnseite der Begrenzungsscheibe 22 oder eine axiale Stirnseite des die erste Anschlaggeometrie 38 tragenden Gehäuseabschnitts 32 oder eine axiale Stirnseite des die zweite Anschlaggeometrie 44 tragenden zweiten Gehäuseabschnitts 40 zumindest abschnittsweise mit einem elastisch verformbaren Stoßdämpfungsmaterial 61 belegt sein. In diesem Zusammenhang ist lediglich exemplarisch in der 2 ein derartiges Stoßdämpfungsmaterial 61 eingezeichnet, das in Axialrichtung komprimiert wird, bevor die Anschlagflächen 39, 50 aneinander anschlagen.
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In der 3 ist eine Lenkradbaugruppe 10 gezeigt, bei der die Drehbegrenzungsbaugruppe 16 gemäß einer zweiten Ausführungsform gestaltet ist.
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Dabei wird lediglich auf die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform eingegangen. Gleiche oder einander entsprechende Bauteile tragen dieselben Bezugszeichen.
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Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich lediglich hinsichtlich des Gehäuseabschnitts 32 von der ersten Ausführungsform.
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Dabei ist in der zweiten Ausführungsform der Gehäuseabschnitt 32 als das Gehäuse 20 axial begrenzender Gehäusedeckel 33 ausgeführt.
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Um den Gehäusedeckel 33 am Gehäusemantelteil 34 zu halten, ist dessen axialer Randbereich 62 nach radial innen umgeschlagen.
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Der Gehäusedeckel 33 wird darüber hinaus mittels eines Stifts 64 am Gehäusemantelteil 34 drehpositioniert, sodass die oben im Detail erläuterten Einstellungsmöglichkeiten hinsichtlich des zu erlaubenden Drehwinkels weiterhin bestehen.
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In den 4 bis 12 ist eine Lenkradbaugruppe 10 mit einer Drehbegrenzungsbaugruppe 16 gemäß einer dritten Ausführungsform dargestellt.
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Wieder wird lediglich auf die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform eingegangen. Gleiche oder einander entsprechende Bauteile sind wieder mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Bei der Drehbegrenzungsbaugruppe 16 gemäß der dritten Ausführungsform sind der erste Gehäuseabschnitt 32 und der zweite Gehäuseabschnitt 40 jeweils als das Gehäuse 20 in Axialrichtung begrenzende Gehäusedeckel 33, 41 ausgeführt.
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Um den Gehäusedeckel 33 winkelgenau am Gehäusemantelteil 34 positionieren zu können, ist dieser mit im Wesentlichen radial abstehenden Positioniernasen 66 versehen (siehe insbesondere 10).
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Am Gehäusemantelteil 34 sind dazu komplementäre Vertiefungen 68 ausgebildet.
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Der Gehäusedeckel 33 wird somit stets so am Gehäusemantelteil 34 montiert, dass die Positioniernasen 66 jeweils in eine zugeordnete Vertiefung 68 eingreifen.
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In der dargestellten Ausführungsform weist der Gehäusedeckel 33 insgesamt zwölf Positioniernasen 66 auf, sodass sich eine winkelmäßige Rasterung von 30° ergibt.
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Am Gehäusedeckel 41 sind ebenfalls Positioniernasen 72 ausgebildet, die sich jedoch im Wesentlichen in Axialrichtung erstrecken. Diesen sind am Gehäusemantelteil 34 Vertiefungen 74 zugeordnet, die an einem Absatz 76 ausgebildet sind.
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Der Gehäusedeckel 41 wird also stets so am Gehäusemantelteil 34 positioniert, dass jede der Positioniernasen 72 in eine zugeordnete Vertiefung 74 eingreift.
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Auch am Gehäusedeckel 41 sind insgesamt zwölf Positioniernasen 72 vorgesehen, sodass sich wieder eine winkelmäßige Rasterung von 30° ergibt.
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Die zuvor erläuterten, in die erste Drehrichtung D1 und die zweite Drehrichtung D2 ermöglichten Drehwinkel des Wellenabschnitts 14a lassen sich also insbesondere hinsichtlich derjenigen Drehwinkelanteile, die nach dem Eintauchen der Axialvorsprünge 46, 52 noch möglich sind, durch eine geeignete Drehpositionierung der Gehäusedeckel 33, 41 mittels der Positioniernasen 66, 72 einstellen.
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Das derart eingestellte Gehäuse 20 der Drehbegrenzungsbaugruppe 16 wird dann auf ein Gehäuse 78 der Lenkradbaugruppe 10 aufgesetzt und dort mittels einer Halteplatte 80 befestigt.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Halteplatte 80 mittels insgesamt vier Schrauben 82 am Gehäuse 78 fixiert.
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In den 13 und 14 ist eine alternative Ausführung der Schiebeführung 24 gezeigt.
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Dabei ist am Wellenabschnitt 14a anstelle der Abflachungen 24a, 24b, 24c, 24d (vgl. 2) eine Axialverzahnung 84 vorgesehen. Die Öffnung 26 an der Begrenzungsscheibe 22 ist mit komplementär dazu ausgebildeten und angeordneten Nuten 86 versehen. Auch auf diese Weise kann die Begrenzungsscheibe 22 drehfest mit dem Wellenabschnitt 14a verbunden werden und gleichzeitig axial verschiebbar bleiben.
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In 15 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Gehäusedeckel 33, 41 als Scheiben ausgebildet sind, die durch Reibschweißen am Gehäusemantelteil 34 befestigt sind. Diese Komponenten können also sehr einfach und kostengünstig gestaltet und montiert werden und besitzen keine radialen Verzahnungen. Auch die Kompaktheit ist bei dieser Variante ausgeprägt. Die Montage kann hier auch sehr einfach automatisiert erfolgen.
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Die Schweißstellen sind auf den beiden entgegengesetzten Stirnseiten des Gehäusemantelteils 34 vorgesehen.
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Die Gehäusedeckel 23, 31 und die Begrenzungsscheibe 22 können aus einem kaltumgeformten Blechstreifen hergestellt werden, was eine Option darstellt.
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Die Gehäusedeckel 23, 31 können Konturen haben, die einerseits die Montage und andererseits das Reibschweißen erleichtern und verbessern.
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Der Drehvorgang beim Reibschweißen muss gezielt beendet werden, und zwar muss erreicht werden, dass die Axialvorsprünge 36, 46 in der richtigen Umfangsposition in Relation zu den Gewinden liegen, da sie ja den Endanschlag definieren.
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Zusätzlich können Isolierdichtungen vorgesehen sein, die zwischen den Stirnseiten der Axialvorsprünge 36, 46 und 42, 52 als Endanschlagdämpfer wirken können.
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Die gezeigte zentrale Öffnung im Gehäusedeckel 33 kann auch weggelassen werden, was einen Schmutzeintrag verhindert.
