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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung Seriennr. 63/438,586, eingereicht am 12. Januar 2023, deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme hierin vollständig mit aufgenommen ist.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die hier offenbarten Ausführungsformen beziehen sich auf Fahrzeuglenksysteme und insbesondere auf eine Lenkwellen-Baugruppe und mit deren Montage verbundene Verfahren.
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HINTERGRUND
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Lenksysteme umfassen eine Lenkwellen-Baugruppe, die eine Lenkeingabevorrichtung (z. B. ein Lenkrad) mit einer Art von Ausgabekomponente oder -baugruppe verbindet, um Lenkmanöver für ein Fahrzeug auszuführen. Eine Lenkzwischenwelle ist häufig Teil einer Lenkwellen-Baugruppe. Die korrekte Montage der Lenkzwischenwelle im Fahrzeug kann für Erstausrüster aus verschiedenen Gründen schwierig sein, z. B. wegen der beengten Verhältnisse, der Montage von unterhalb des Fahrzeugs, der schlechten Beleuchtung, einer Notwendigkeit, während der Montage mit dem Fahrzeug mitzugehen, und der begrenzten Taktzeit. Bei diesen Komplikationen muss besonders darauf geachtet werden, sicherzustellen, dass die Verbindungen der Lenkzwischenwelle mit Schrauben nur in der richtigen Position vorgenommen werden kann, damit es nicht irrtümlich zu einer „Fehlmontage“ kommt.
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Eine Lösung besteht in einem Ring mit einer Fahne, der gemäß der Wellenverbindung orientiert und aufgeschnappt wird und die Schraube daran hindert, durch das Jochloch hindurch zu gehen, während die Welle teilweise im Inneren des Jochs in Eingriff steht. Bei der Montage muss die Ringfahne über eine Einführungs- und Halteschulter gespreizt werden und nach seinem Eindrücken wird der Ring in die Nut schnappen. Die Ringfahne ist nicht geometrisch mit der Welle ausgerichtet, bis der Ring um einen bestimmten Abstand gedrückt wurde. Daher erfordert der Montageprozess ein Montagewerkzeug, um die Ringfahne ordnungsgemäß mit der Wellenverzahnung auszurichten, was die Gefahr einer Beschädigung der Wellenverzahnung birgt. Die aufnehmende Ausrichtungsgeometrie auf der Welle kann nicht durch Umformung hergestellt werden, sondern muss spanend bearbeitet werden, was zu höheren Kosten führt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfasst eine Lenkwellen-Baugruppe eine Welle mit einem Endbereich, der mit einem mechanischen Befestigungselement an eine andere Komponente gekoppelt werden soll, wobei die Welle einen Vorsprung umfasst, der sich von der Welle innerhalb des Endbereichs der Welle radial nach außen erstreckt. Die Lenkwellen-Baugruppe umfasst auch eine Ringfahne, die mit dem Endbereich der Welle koppelbar ist, wobei die Ringfahne eine Ausnehmung umfasst, die so positioniert ist, dass sie den Vorsprung der Welle in einer gewünschten relativen axialen Position der Ringfahne und der Welle aufnimmt, um die Ringfahne und die Welle in einer gewünschten Drehposition rotatorisch auszurichten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung ist ein Verfahren zum Montieren einer Lenkwellen-Baugruppe vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Ausrichten eines Vorsprungs, der sich von einem Endabschnitt einer Welle radial nach außen erstreckt, mit einer Ausnehmung, die durch eine Innenwand einer Ringfahne definiert ist. Das Verfahren umfasst auch das Einführen einer Welle durch eine von einer Ringfahne definierte Durchbrechung, wobei der Vorsprung innerhalb der Ausnehmung angeordnet wird, um eine gewünschte Drehposition der Ringfahne relativ zur Welle zu erreichen. Das Verfahren umfasst ferner das axiale Bewegen der Welle in eine gewünschte axiale Position relativ zu der Ringfahne.
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Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung genommen mit den Zeichnungen deutlicher werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, wird in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders herausgestellt und im Einzelnen beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen deutlich werden, in denen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuglenksystems ist;
- 2 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Verbindungsbereichs einer Lenkwellen-Baugruppe des Fahrzeuglenksystems ist;
- 3 eine Perspektivansicht einer Welle der Lenkwellen-Baugruppe ist;
- 4 eine Querschnittsansicht des Verbindungsbereichs ist;
- 5 eine Querschnittsansicht einer Ringfahne und der Welle in einer ersten Montageposition ist;
- 6 eine Querschnittsansicht der Ringfahne und der Welle in einer zweiten Montageposition ist;
- 7 eine Querschnittsansicht der Ringfahne und der Welle in einer dritten Montageposition ist.
- 8 eine Stirnansicht des Verbindungsbereichs ist; und
- 9 eine Draufansicht auf den Verbindungsbereich ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Diskussion bezieht sich auf verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung. Obwohl eine oder mehrere dieser Ausführungsformen detaillierter beschrieben sind als andere, sollten die offenbarten Ausführungsformen nicht als Einschränkung des Umfangs der Offenbarung, einschließlich der Ansprüche, interpretiert oder anderweitig verwendet werden. Darüber hinaus wird ein Fachmann verstehen, dass die folgende Beschreibung eine breite Anwendung hat, und die Diskussion einer beliebigen Ausführungsform nur beispielhaft für diese Ausführungsform sein soll und nicht bedeuten soll, dass der Umfang der Offenbarung, einschließlich der Ansprüche, auf diese Ausführungsform beschränkt ist.
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Zunächst unter Bezugnahme auf 1 ist ein Fahrzeug 20 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung allgemein dargestellt. Das Fahrzeug 20 kann jedes geeignete Fahrzeug umfassen, wie etwa einen Pkw, einen Lkw, ein SUV, einen Mini-Van, einen Crossover, irgendein anderes Personenfahrzeug, ein geeignetes Nutzfahrzeug oder ein anderes geeignetes Fahrzeug. Bei dem Fahrzeug 20 kann es sich zwar um ein Personenfahrzeug mit Rädern handeln, das für den Straßenverkehr bestimmt ist, doch können die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung auch für andere Fahrzeuge wie etwa Flugzeuge, Traktoren, Boote oder andere Fahrzeuge gelten. Das Fahrzeug 20 kann ein Antriebssystem 30, wie etwa ein Zündsystem, ein elektronisches System oder Kombinationen davon, umfassen.
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Das Fahrzeug 20 umfasst außerdem ein Lenksystem 40. Das Lenksystem 40 kann als Fahrerschnittstellen-Lenksystem, ein autonomes Fahrsystem oder ein System konfiguriert sein, das sowohl eine Fahrerschnittstellenlenkung als auch eine autonome Lenkung ermöglicht. Das Lenksystem 40 kann eine Eingabeeinrichtung 42, wie etwa ein Lenkrad, umfassen, wobei ein Fahrer durch Drehen des Lenkrads mechanisch eine Lenkeingabe vornehmen kann. Eine Lenksäulenbaugruppe 44 umfasst eine Lenksäule 45, die sich entlang einer Achse von der Eingabeeinrichtung 42 zu einer Ausgabebaugruppe 46 erstreckt. Die Ausgabebaugruppe 46 kann eine Ritzelwellenbaugruppe, eine I-Welle, ein Kardangelenk, Steer-by-Wire-Komponenten oder jedes Merkmal umfassen, das üblicherweise gegenüber der Eingabeeinrichtung 42 angeordnet ist.
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Die Lenksäule 45 kann mindestens zwei axial verstellbare Abschnitte umfassen, z. B. einen oberen Mantel 48 und einen unteren Mantel 50, die axial in Bezug zueinander verstellbar sind. Die mindestens zwei axial verstellbaren Abschnitte können ferner einen oder mehrere dritte Abschnitte 49 umfassen, die in einigen Ausführungsformen zwischen dem oberen Mantel 48 und dem unteren Mantel 50 angeordnet sind. Es ist festzustellen, dass andere strukturelle Merkmale der Lenksäule 45 Teil des oberen Mantels 48 und des unteren Mantels 50 sein können, wie etwa Bügel, Schienen, andere Einrichtungen oder Kombinationen davon.
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Die Lenksäule 45 ist über einen Bereich von Positionen von einer vollständig ausgefahrenen Position bis zu einer vollständig eingefahrenen Position beweglich. In der vollständig ausgefahrenen Position sind der obere Mantel 48 und der untere Mantel 50 axial bewegt, so dass sich die Eingabeeinrichtung 42 in der Nähe eines Fahrzeugführers befindet. In der eingefahrenen Position sind der obere Mantel 48 und der untere Mantel 50 axial bewegt, so dass sich die Eingabeeinrichtung 42 im Vergleich zur ausgefahrenen Position weiter von einem Fahrzeugführer entfernt befindet. In einigen Ausführungsformen kann die eingefahrene Position dem Verstauen der Eingabeeinrichtung 42 entsprechen. So kann es beispielsweise von Vorteil sein, die Eingabeeinrichtung 42 während des autonomen Fahrens in einer verstauten Lage anzuordnen. Im Betrieb kann die axiale Bewegung des oberen Mantels 48 und des unteren Mantels 50 durch eine manuelle Bewegung durch einen Bediener oder elektromechanisch durch einen Zusammenschiebungsaktor bewirkt werden. Diese axiale Bewegung sorgt für eine Verstellung zwischen der ausgefahrenen Position, der eingefahrenen Position und allen Zwischenpositionen.
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Eine Lenkgetriebe-Baugruppe 54, die Ausgabe-Baugruppe 46 und die Lenkeingabevorrichtung 42 können über eine Lenkwellen-Baugruppe 56 verbunden sein. Die Lenkgetriebe-Baugruppe 54 kann als Zahnstange und Ritzel, als Lenkung vom Kugelumlauftyp oder als andere Arten von Lenkgetrieben, die mit autonomen und Fahrerschnittstellen-Lenksystemen verbunden sind, konfiguriert sein. Die Lenkgetriebe-Baugruppe 54 kann dann über eine Ausgangswelle 60 mit einer Antriebsachse 58 verbunden sein. Die Ausgangswelle 60 kann einen Lenkstockhebel und ein Sektorzahnrad und/oder verschiedene herkömmliche Komponenten umfassen. Die Ausgangswelle 60 ist mit der Lenkgetriebe-Baugruppe 54 so funktional verbunden, dass eine Drehung der Lenkwellen-Baugruppe 56 eine Reaktionsbewegung der Ausgangswelle 60 bewirkt und die Antriebsachse zum Einschlagen der Räder 62 veranlasst. Es ist festzustellen, dass die hier beschriebenen Lenkkomponenten Teil eines Steer-by-Wire-Systems oder eines Systems sein können, das ein direktes mechanisches Gestänge über die Spannweite der Komponenten umfasst.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Abschnitt einer Lenkwellen-Baugruppe 56 gezeigt, insbesondere ein Endabschnitt einer Zwischenwelle 70, der mit einer Verbindungskomponente, wie etwa einem Joch (nicht gezeigt), koppelbar ist. Die Zwischenwelle 70 erstreckt sich entlang einer Lenksäulenachse. Der dargestellte Abschnitt der Zwischenwelle 70 kann als Verbindungsbereich 72 bezeichnet werden, in dem die Zwischenwelle 70 mit der Verbindungskomponente (z. B. dem Joch) gekoppelt ist. Ebenfalls dargestellt ist eine Ringfahne 74, die als Fehlersicherungseinrichtung dient und die Kopplung der Zwischenwelle 70 mit der anderen Verbindungskomponente erleichtert.
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Das andere Bauteil (z. B. das Joch) definiert ein Loch, für einen Stift oder eine Schraube, die zur Kopplung mit der Zwischenwelle 70 eingeführt werden kann. Es ist erwünscht, die Zwischenwelle 70 und das andere Bauteil in einer bestimmten axialen Position zu koppeln. Die hier beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen eine präzise und zuverlässige Kopplung an einer solchen gewünschten Position. Die Ringfahne 74 umfasst einen Ringabschnitt 76 und einen Fahnenabschnitt 78. Der Ringabschnitt 76 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Element, das so bemessen ist, dass es den Endabschnitt der Zwischenwelle 70 darin aufnehmen kann. Der Fahnenabschnitt 78 ist im Vergleich zum Ringabschnitt 76 axial länger. Der Fahnenabschnitt 78 blockiert das Einführen des Stifts, der Schraube oder dergleichen, bis das Verbindungselement axial zu einem Ausmaß bewegt ist, dass der Fahnenabschnitt 78 das Einführen des Stifts oder der Schraube nicht mehr blockiert.
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Nun unter Bezugnahme auf die 3 und 4 umfasst die Ringfahne 74 ein oder mehrere zurückspringende geometrische Merkmale 80, die durch eine Innenwand 82 des Ringabschnitts 76 definiert sind, und ein oder mehrere vorspringende geometrische Merkmale 84, die von dem Außendurchmesser 86 eines Abschnitts der Zwischenwelle 70 vorstehen. Das/die vorspringende(n) geometrische(n) Merkmal(e) 84 auf der Zwischenwelle 70 ist/sind in der gezeigten Ausführungsform Klemmlaschen, es sind jedoch auch andere hervorstehende Merkmale denkbar. Das/die durch die Ringfahne 74 definierte(n) zurückspringende(n) geometrische(n) Merkmal(e) 80 ist/sind in der dargestellten Ausführungsform Aufnahmekerben, es sind jedoch auch andere Geometrien denkbar. Unabhängig von der spezifischen Geometrie und Abmessungen der zurückspringenden und vorspringenden geometrischen Merkmale 80, 84 können die Ausrichtungsgeometriemerkmale anstelle der spanenden Bearbeitung der Zwischenwelle 70 umgeformt werden, wodurch die Kosten gesenkt werden.
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Die geometrischen Merkmale 80, 82 ermöglichen es, dass die geometrischen Merkmale 80 der Ringfahnenausrichtung bei der Montage in die Merkmale 82 der Zwischenwelle 70 eingreift, bevor ein Pressvorgang erforderlich ist, um eine Einlaufschräge 88 des Endabschnitts der Zwischenwelle 70 zu überwinden, so dass die Notwendigkeit für ein spezielles Montagewerkzeug zur richtigen Orientierung der Ringfahne 74 mit der Zwischenwelle 70 entfällt. Mit anderen Worten, die Ringfahne 74 wird vor dem Pressvorgang für den endgültigen axialen Einbau in einer gewünschten Ausrichtung relativ zur Zwischenwelle 70 rotatorisch positioniert (siehe Montagestadien in den 5-7).
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Der Einlaufdurchmesser der Zwischenwelle 70 ist im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Ringabschnitts 76 der Ringfahne 74, um die richtige Orientierung der vorspringenden Merkmale 82 der Zwischenwelle 70 innerhalb der zurückspringenden Merkmale 80 der Ringfahne 74 zu gewährleisten. Eine Halteschulter 90 (5-7) auf der Zwischenwelle 70 liegt unterhalb des Durchmessers des Einbaubereichs der Ringfahne, und eine Haltelippe 92 ist an dem Innendurchmesser des Ringabschnitts 76 der Ringfahne 74 vorhanden und schnappt in die Nut. Der Querschnitt der Verlängerung der Ringfahne 74, die über das Ende der Zwischenwelle 70 vorsteht, ist durch Bewegen der Ausrichtungsgeometriemerkmale 80, 82 verringert, so dass Winkelstücke 94 entlang des Ringdurchmessers zur Verstärkung vorhanden sind, wie es in den 8 und 9 gezeigt ist.
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Die 5-7 stellen einen axialen Fortschritt der Kopplung der Zwischenwelle 70 und der Ringfahne 74 in eine gewünschte relative axiale Position dar. Insbesondere wird die Ringfahne 74 beim axialen Vorschub der Ringfahne 74 relativ zur Zwischenwelle 70 verschoben, um einen Zugangsweg (z. B. ein Loch) zu positionieren, durch den eine Schraube zur Kopplung der Zwischenwelle 70 mit dem anderen Bauteil durchzuführen ist.
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Obgleich die Erfindung ausführlich in Verbindung mit nur einer begrenzten Zahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist leicht zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf solche offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist. Vielmehr kann die Erfindung abgewandelt werden, um jede Zahl von Veränderungen, Abänderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen, die bislang nicht beschrieben wurden, die aber in den Gedanken und Umfang der Erfindung fallen, einzuarbeiten. Obgleich zusätzlich verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist es zu verstehen, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen.
