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Die
Erfindung betrifft eine teleskopierbare Lenkwelle, bestehend aus
einem äußeren Mantelrohr
und einem innerhalb des Mantelrohres mittels einer Linearlagereinheit
verschieblich angeordneten Innenwelle, wobei sich an den aneinander
abgewandten freien Enden von Mantelrohr und Innenwelle jeweils Gelenkverbindungen
zum Anschluss an weitere Lenkungsbauteile befinden.
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Lenkwellen
der oben geschilderten gattungsgemäßen Art werden in der Kraftfahrzeugindustrie sowohl
für Personenkraftfahrzeuge
als auch im Nutzfahrzeugbau eingesetzt. Insbesondere bei Nutzkraftfahrzeugen
dient die Teleskopierbarkeit der Lenkwellen als Längenausgleich
der Gesamtlenksäule
bei Einsatz von heutzutage üblichen
gefederten Fahrzeugkabinen, wodurch der Fahrkomfort des Bedienpersonals
signifikant erhöht
wird. Neben den hieraus resultierenden besonderen Anforderungen
in Bezug auf die Realisierung großer Verstellwege und hoher Verstellfrequenzen
im dynamischen Fahrbetrieb handelt es sich bei der Produktion derartiger
im Nutzfahrzeugbau angesetzter Lenkwellen durchweg um – verglichen
mit dem Personenwagenbau – kleine Stückzahlen,
wobei gleichzeitig eine große
Anzahl unterschiedlicher Lenkwellenlängen infolge der verschiedenen
Fahrkabinen und Fahrgestellaufbauten realisiert werden müssen.
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Diese
Anforderungen erhöhen
naturgemäß sowohl
während
der Herstellung als auch im Rahmen der notwendigen Logistik die
Kosten für
die gewünschten
Lenkwellen. Darüber
hinaus müssen
für eine
leichte Einstellbarkeit und hohe Verschleißfestigkeit der teleskopierbaren
Lenkwellen die Bereiche der Innenwelle, die für den Kontakt mit der Linearlagereinheit
vorgesehen sind, einer zusätzlichen
Härtebehandlung
unterzogen werden. Es hat sich in diesem Zusammenhang gezeigt, dass
die Herstellung der gattungsgemäßen Lenkwellen
mit ihren zahlreichen Produktionsabläufen ein hohes Maß an Qualitätsüberwachung
erfordert, deren Ergebnis immer wieder der Ausschuss insbesondere
nichtkonformer Innenwellen ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine teleskopierbare Lenkwelle
der eingangs geschilderten gattungsgemäßen Art so weiter zu entwickeln,
dass zahlreiche unterschiedliche Lenkwellenbauarten kostengünstig herstellbar
sind und somit Probleme der Lagerhaltung und Logistik herabgesetzt
werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß in Zusammenschau
mit den gattungsbildenden Merkmalen des Hauptanspruches durch die
im kennzeichnenden Teil offenbarte technische Lehre gelöst. Erfindungswesentlich
ist dabei, dass die Innenwelle in Form eines Baukastensystems aus
einem Anschlussstück
mit der Gelenkverbindung, einem Rohrprofil mit je nach Längenanforderung
an die Lenkwelle unterschiedliche Baulängen und einem in Axiallängsrichtung
der Innenwelle an das Rohrprofil sich anschließenden, fest mit dem verbundenen
Lagerkopf als Lagerbasis für
die Linearlagerbaueinheit besteht.
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Durch
diesen neuartigen Erfindungsgedanken lassen sich sowohl unterschiedliche
Baulängen von
Lenkwellen als auch unterschiedliche Gestaltungen der Anschlussstücke miteinander
kombinieren. Die Anschlussstücke
dienen dabei beispielsweise der Verbindung zu einem Lenkgetriebe
oder dergleichen. Bei dem im Rahmen des Erfindungsgedankens verwendeten
Rohrprofil handelt es sich um ein als Strangpressprofil oder Fließpressprofil
hergestelltes Bauteil, welches mit dem Anschlussstück – beispielsweise
durch Schweißung – verbunden
wird. Die Verbindung zwischen dem einheitlichen Lagerkopf und den
unterschiedlichen Rohrprofilen erfolgt entsprechend einer vorteilhaften
Ausgestaltung dadurch, dass am Lagerkopf und am Rohrprofil zwei
korrespondierende an der Außenkontur
des Lagerkopfes und der Innenkontur des Rohrprofils angeordnete Anlageflächen gebildet
sind, wobei die Abmaße
von Außenkontur
und Innenkontur so gestaltet sind, dass nach der Montage ein Pressverband
entsteht. Dieser Pressverband gewährleistet die entsprechende
Genauigkeit der Innenwelle, wobei im Gegensatz zu Schweißungen Wärmeverzüge vermieden
werden. Um die Sicherheitsanforderung der oben beschriebenen Verbindetechnik
zusätzlich
zu erhöhen,
kann es darüber
hinaus zweckmäßig sein,
wenn die Anlageflächen
zusätzlich
korrespondierende Rastierungen aufweisen. Diese Rastierungen können beispielsweise
in quer zur Längsrichtung
der Innenwelle verlaufenden Nuten bestehen, in die durch einen geeigneten
Pressvorgang Material des Außenrohres
eingedrückt
wird. Hierdurch entsteht ein zusätzlicher
Formschluss, der ein Auseinanderziehen von Rohrprofil und damit
verbundenem Lagerkopf zuverlässig
ausschließt.
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Als
zweckmäßige Weiterbildung
des Erfindungsgedankens hat es sich darüber hinaus erwiesen, dass an
der Außenkontur
des Lagerkopfes mindestens ein Halteelement zur Begrenzung der Verschiebebewegung
der Linearlagerbaueinheit angeordnet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise
um eine Anschlagkante oder einen Federring handeln. Durch diese
Maßnahme
wird verhindert, dass die Verschiebung der Linearlagerbaueinheit
auf dem Lagerkopf zu einer Verklemmung der in der Linearlagerbaueinheit
als Lagerelemente enthaltenen Stahlkugeln führt.
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Zur
Gewichtsreduzierung des Lagerkopfes kann es darüber hinaus vorteilhaft sein,
wenn dieser wie das Rohrprofil als Hohlprofil gestaltet ist.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele des
Gegenstandes der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
perspektivische Gesamtdarstellung der erfindungsgemäßen teleskopierbaren
Lenkwelle im Zusammenbauzustand,
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2 eine
perspektivische Explosionsdarstellung der Lenkwelle aus 1 und
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3 eine
perspektivische Teildarstellung der Innenwelle mit Lagerkopf entsprechend
einer weiteren Ausgestaltungsform des Gegenstandes der Erfindung.
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Die
wesentlichen Bauelemente der teleskopierbaren Lenkwelle entsprechend
der Darstellung der 1 sind ein Mantelrohr 1,
eine in das Mantelrohr 1 eingeschobene Innenwelle 2 sowie
jeweils an den freien Enden von Mantelrohr 1 und Innenwelle 2 angeordnete
Gelenkverbindungen 4 und 5. Durch die in das Mantelrohr 1 eingeschobene
Innenwelle 2 ergibt sich eine verstellbare Länge der
Lenkwelle, so dass sowohl die Anforderung einer Verkürzung der Gelenkwelle
im Falle eines Unfalls als auch insbesondere im Nutzkraftfahrzeugbau
eine Verlängerung der
Lenkwelle beim Anheben des üblicherweise
an vorderen Scharnieren kippbaren Fahrerhauses realisiert werden
kann. Darüber
hinaus ist die Teleskopierbarkeit der Lenkwelle erforderlich, um
einen Längenausgleich
der Gesamtlenksäule
im Rahmen des normalen Fahrbetriebes bei gefederten Fahrerkabinen
zu gewährleisten.
Die in der 1 in Ihrer Gesamtheit dargestellte
Lenkwelle wird für
unterschiedliche Fahrzeuge jeweils in unterschiedlichen Längen benötigt, wobei
in der Regel die Länge
der Innenwelle 2 unterschiedlich gestaltet ist. Die Verbindung
zwischen den an den freien Enden von Innenwelle 2 und Mantelrohr 1 angeordneten
Gelenkverbindungen 4 und 5 erfolgt üblicherweise
durch Verschweißung.
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Um
eine leichte Verschieblichkeit der Innenwelle 2 im Mantelrohr 1 zu
gewährleisten,
ist zwischen beiden eine Linearlagerbaueinheit 3 angeordnet.
Diese besteht üblicherweise
aus einem Lagerkäfig 14,
in der in zwei auf gegenüberliegenden
Seiten des Lagerkäfigs 14 angeordneten
Schlitzen eine Mehrzahl von Kugeln 15 in Axiallängsrichtung
der Lenksäule
hintereinander angeordnet sind. Die Kugeln 15 laufen einerseits
innerhalb einer Nut 16 der Innenwelle 2 und andererseits
in einer in den Figuren nicht näher
dargestellten Innennut 17 des Mantelrohres 1.
Erfindungswesentlich für
die Lösung
der gestellten Aufgabe ist die Tatsache, dass die Innenwelle 2,
wie aus der 2 ersichtlich, aus einem mit
der Gelenkverbindung 5 über
ein Anschlussstück 6 verbundenen
Rohrprofil 7 besteht, welches an seinem der Gelenkverbindung 5 abgewandten
freien Ende mit einem sich in Axialrichtung der Innenwelle 2 an das
Rohrprofil 7 anschließenden
fest mit diesem verbundenen Lagerkopf 8 als Lagerbasis
für die
Linearlagerbaueinheit 3 besteht. Durch die geteilte Ausführung der
Innenwelle 2 ist es nunmehr gewährleistet, dass eine große Anzahl
von Lenkwellen unterschiedlicher Länge kostengünstig herstellbar sind. Die
wirtschaftliche Herstellung ergibt sich aus der Tatsache, dass es
sich bei dem Rohrprofil um ein im Strang- oder Fließpressverfahren
hergestelltes Halbzeug handelt, welches mit dem Anschlussstück 6 der
Gelenkverbindung 5 verscheißt wird, und an dem darüber hinaus
keine weiteren Fertigungsschritte notwendig sind. Selbstverständlich kann
das Anschlussstück 6 der
Gelenkverbindung 5 auch durch Formschluss- oder Pressverbindungen
mit dem Halbzeugmaterial des Rohrprofils verbunden werden. Alle
für die
Aufnahme der Linearlagerbaueinheit 3 notwendigen Bearbeitungen
in Bezug auf die Nutbildung, eventuelle Begrenzungselemente für die Verschieblichkeit
der Linearlagerbaueinheit 3 sowie Härtemaßnahmen werden am Lagerkopf 8 vorgenommen.
Dabei besteht die Möglichkeit,
dass durch geeignete Härtemaßnahmen
am Lagerkopf 8 infolge Erhöhung der Festigkeitswerte eine
Baugrößenreduzierung oder
eine Heraufsetzung der Belastungsgrenze herbeigeführt werden
kann. Zur Verbindung des Lagerkopfes 8 mit dem Rohprofil 7 besitzt
dieser einen Absatz mit einer umlaufenden Anlagefläche 9,
deren Querschnittskontur der Rohrinnenkontur des Rohres 7 so
angepasst ist, dass zwischen der Anlagefläche 9 und der korrespondierenden
an der Innenseite des Rohres 7 angeordneten Anlagefläche 10 nach
der Montage eine Pressverbindung entsteht, die ein Herauslösen des
Lagerkopfes 8 aus dem Rohrprofil 7 zuverlässig ausschließt.
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Als
zusätzliche
Sicherheit kann an der Anlagefläche 9 des
Lagerkopfes 8 mindestens eine Rastierung 11 angeordnet
sein, die beispielsweise in Form einer querlaufenden Nut in der
Anlagefläche 9 ausgebildet
ist. Nach dem Zusammenbau von Lagerkopf 8 und Rohrprofil 7 wird
im Bereich der Rastierung 11 durch äußere Kräfte dafür gesorgt, dass sich Material
des Rohrprofils 7 in die Rastierung 11 eindrückt. Dies kann
beispielsweise durch einen von außen vorgenommenen Pressvorgang
oder Schlag auf das Rohrprofil 7 im Bereich von Anlagefläche 9 und 10 sein.
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Für die Begrenzung
der Verschieblichkeit der Linearlagerbaueinheit 3 auf dem
korrespondierenden Bereich des Lagerkopfes 8 sind der 2 und
der 3 zwei unterschiedliche Gestaltungsvarianten zu entnehmen.
In der 2 ist am freien Ende der Innenwelle 2,
welches in das Mantelrohr 1 eingeschoben wird, eine quer
zur Axiallängsrichtung
umlaufend angeordnete Nut 18 eingebracht, in die ein Haltelement
in Form eines Federringes 13 eingesetzt wird. Ein Abgleiten
der Linearlagerbaueinheit 3 ist somit ausgeschlossen. Gegenüber liegend
dem Federring 13 ist in die Wandung des Lagerkopfes 8 eine
Anschlagkante 12 eingearbeitet. Diese Anschlagkante 12 verhindert
eine Verschiebung der Linearlagerbaueinheit 3 in den Endbereich
der im Lagerkopf 8 angeordneten Nut 16 und beugt
damit einer Verklemmung der am Ende des Lagerkäfigs 14 befindlichen
Kugel 15 im Endbereich der Nut 16 vor.
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Alternativ
zur Anschlagkante 12 lässt
sich in den dem Rohrprofil 7 zugewandten Endbereich des Lagerkopfes 8 analog
dem gegenüber
liegenden freien Ende eine weitere Nut einbringen, in die ebenfalls ein
Federring 13 eingesetzt wird. Eine derartige Ausgestaltung
hat den Vorteil, dass die Nut 16 zur Aufnahme der Kugeln 15 auf
der Gesamtlänge
des Lagerkopfes 8 durchgehend ausgebildet werden kann, wie
dies der Darstellung der 3 entnehmbar ist, was aus fertigungstechnischen
Gründen
vorteilhaft ist.
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Da
alle notwendigen Fertigungsarbeiten zur Aufnahme der Linearlagerbaueinheit 3 am
Lagerkopf 8 vorgenommen werden und die einzelnen Fertigungsschritte
vor dem Zusammenbau des Lagerkopfes 8 mit dem Rohrprofil 7 qualitativ
geprüft
werden können,
entfällt
bei einem eventuellen Produktionsausschuss in Folge einer Mängelfertigung
der baulichen Gegebenheiten am Lagerkopf die Tatsache, die gesamte
Innenwelle 2 mit daran angeordneter Gelenkverbindung 5 als
Ausschuss aussortieren zu müssen.
Darüber
hinaus lässt
sich mittels eines Lagerkopfes 8 durch Variierung der Länge des
Rohrprofils 7 eine große
Anzahl unterschiedlicher teleskopierbarer Lenkwellen herstellen.
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Aus
der 2 und 3 ist darüber hinaus ersichtlich, dass
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
der Lagerkopf in vorteilhafter Weise wie das Rohrprofil 7 als
rohrförmiges
Stangenhalbzeug ausgebildet ist, was sowohl aus dem Vorteil der
Gewichtsreduzierung als auch der Gesamtbeschaffungskosten positiv
zu bewerten ist.
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- 1
- Mantelrohr
- 2
- Innenwelle
- 3
- Linearlagerbaueinheit
- 4
- Gelenkverbindung
- 5
- Gelenkverbindung
- 6
- Anschlussstück
- 7
- Rohrprofil
- 8
- Lagerkopf
- 9
- Anlagefläche Lagerkopf
- 10
- Anlagefläche Rohrprofil
- 11
- Rastierung
- 12
- Anschlagkante
- 13
- Federring
- 14
- Lagerkäfig
- 15
- Kugel
- 16
- Nut
- 17
- Nut
- 18
- Nut