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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für Fahrzeuge,
mit einem Lenkungsgehäuse, in welchem eine Lenkstange verschieblich
angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1.
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Stand der Technik
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Bei
Lenkvorrichtungen, insbesondere bei Zahnstangenlenkungen, ist es
allgemein bekannt, dass die Begrenzung des Lenkungshubs durch einen harten
Endanschlag zwischen dem Lenkungsgehäuse und den Spurstangen
erfolgt. Dabei schlägt die Spurstange bzw. ein Gelenk,
welches die Spurstange mit dem Ende der Lenkstange verbindet, an
einem radial nach innen gerichteten Absatz des Lenkungsgehäuses
an. Derartige Lenkbegrenzungssysteme weisen störende Anschlaggeräusche
auf.
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Insbesondere
bei elektrisch unterstützten Lenkvorrichtungen, bei welchen
die drehende Ausgangsbewegung eines Elektromotors dazu benutzt wird,
die manuelle Kraft, die auf die Lenkhandhabe ausgeübt wird,
zu unterstützen, reichen aufgrund der Massenträgheit
des Elektromotors die Dämpfungskonzepte herkömmlicher
Anschlagsysteme nicht aus, um die Anschlaggeräusche zwischen
den Anschlagpaaren, z. B. Spurstange und Lenkgetriebegehäuse,
zu dämpfen.
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Zur
Vermeidung von Beschädigungen und Geräuschen,
die bei einem harten Anschlag auftreten können, werden
elastische Endanschläge eingebaut. Der aus der gattungsgemäßen
Schrift bekannte elastische Endanschlag ist in Reihe zwischen dem Lenkungsgehäuse
und der Spurstange bzw. einem Kugelgelenk, welches die Spurstange
mit der Zahnstange verbindet, angeordnet. Der Endanschlag ragt dabei
radial in die Bewegungsbahn einer sich mit der Lenkstange mitbewegenden
Anschlagfläche. Die Anschlagfläche wird in der
gattungsgemäßen Schrift durch das Kugelgelenk
ausgebildet. Der bekannte elastische Endanschlag weist ein Dämpfungselement
und einen damit verbundenen Verstärkungsring in Form eines
Metallrings auf. Der Metallring ist an der vorderen Stirnseite,
d. h. an der der Spurstange zugewandten Seite des Dämpfungselements
angeordnet. Das Dämpfungselement liegt mit seiner von der
Spurstange abgewandten hinteren Stirnseite an einem Gehäuseanschlag
an bzw. stützt sich an diesem ab.
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Zum
weiteren Stand der Technik wird ferner auf die
JP 08133102 A und die
JP 2004-232714 A verwiesen.
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Aus
der
EP 1 500 573 A1 ist
ein elastischer Endanschlag bekannt, der im Unterschied zur gattungsgemäßen
Schrift nicht in das Lenkungsgehäuse eingesetzt wird, sondern
direkt auf der sich mit der Lenkstange mitbewegenden Anschlagfläche
ausgebildet ist. Bei der sich mit der Lenkstange mitbewegenden Anschlagfläche
handelt es sich um die der Zahnstange zugewandte Fläche
eines Kugelgelenks, welches die Zahnstange mit der Spurstange verbindet.
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Von
Nachteil bei den bekannten Lenkvorrichtungen mit einem elastischen
Endanschlag ist es, dass es aufgrund deren Bauhöhe unter
Beibehaltung des geforderten Lenkungshubs zu einer Verschiebung
der Getriebe-/Motoreinheit des Fahrzeugs kommt. Diese Verschiebung
kann Bauraumprobleme mit anderen Komponenten bewirken. Eine gewisse Bauraumhöhe
lässt sich beim Dämpfungselement jedoch nicht
vermeiden, da ansonsten die Dämpfungswirkung nicht eintritt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkvorrichtung
mit einem Endanschlag für ein Fahrzeug zu schaffen, wobei
der Endanschlag bauraumoptimiert integriert werden soll.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
von Anspruch 1 gelöst.
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Dadurch,
dass die Anschlagfläche durch eine Umfangsvergrößerung
der Lenkstange gebildet ist und die Anschlagfläche der
Lenkstange wenigstens um den Lenkungshub von den Enden der Lenkstange
beabstandet ist, lässt sich der Endanschlag im Lenkungsgehäuse
an einer Stelle ausbilden, an der dieser keine Bauraumprobleme mit
anderen Komponenten der Lenkung bewirkt. Eine Verschiebung der Getriebe-/Motoreinheit
in Axialrichtung der Lenkstange kann somit vermieden werden.
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Durch
die Verlagerung des Endanschlags von der Spurstange bzw. von den
Enden der Lenkstange in Richtung auf einen mittleren Bereich der Lenkstange,
kann der Endanschlag einfach, kostengünstig und insbesondere
ohne Bauraumprobleme zu verursachen in das Lenkungsgehäuse
integriert werden.
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Erfindungsgemäß kann
vorgesehen sein, dass der Abstand der auf der Lenkstange ausgebildeten
Umfangsvergrößerung bzw. der Anschlagfläche
von den Enden der Lenkstange wenigstens ein Viertel der Gesamtlänge
der Lenkstange beträgt. Somit ist es möglich,
den Endanschlag an einer besonders geeigneten Stelle im Lenkungsgehäuse
auszubilden. Ausgehend von einer Neutralstellung der Lenkung, d.
h. einer Stellung, in der das Fahrzeug geradeaus fahren würde
entspricht der Abstand zwischen der Anschlagfläche und
dem Endanschlag dem Lenkungshub (in eine Lenkrichtung).
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Die
Erfindung eignet sich in besonderer Weise für Lenkvorrichtungen,
die als Zahnstangenelektrolenkungen ausgebildet sind. Vorteilhaft
ist es dabei, wenn der Endanschlag im Lenkungsgehäuse zwischen
einer Eingriffstelle eines Ritzels und einer Eingriffstelle einer
Getriebestufe ausgebildet bzw. integriert ist.
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Die
Anschlagfläche auf der Zahnstange kann erfindungsgemäß zwischen
einer Verzahnung für den Eingriff des Ritzels und einem
Eingriffsbereich der Getriebestufe ausgebildet sein. Der Eingriffsbereich
auf der Zahnstange, in den die Getriebestufe eingreift, kann beispielsweise
als Schneckenwelle ausgebildet sein.
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Die
erfindungsgemäße Lösung eignet sich in besonderer
Weise für den Einsatz eines elastischen Endanschlags, da
dieser bauraumneutral in das Lenkungsgehäuse integriert
werden kann, ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Vielmehr
ist es ebenfalls möglich, den Endanschlag als harten Endanschlag
auszubilden.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung mit einem elastischen Endanschlag
kann auf eine Vielzahl von bekannten Endanschlägen zurückgegriffen
werden. Hierzu wird beispielsweise auf die in der
DE 10 2005 050 798 A1 beschriebenen
Endanschläge verwiesen.
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Die
Umfangserweiterung auf der Zahnstange kann auf unterschiedliche
Art und Weise hergestellt werden. Die die Anschlagfläche
ausbildende Umfangserweiterung auf der Zahnstange kann beispielsweise
aus einem Vollmaterial herausgearbeitet werden oder über
Umformprozesse hergestellt sein.
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Die
Herstellung der Umfangsvergrößerung der Lenkstange
kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei einer vorzugsweise
zerspanenden Bearbeitung (Drehen oder dergleichen) der Lenkstange aus
einem Vollmaterial ein vorzugsweise ringförmiger Überstand
verbleibt.
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Die
Umfangserweiterung kann auch als separater Anschlagring ausgebildet
sein, welcher über Befestigungselemente mit der Zahnstange
verbunden ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass der elastische Endanschlag als von dem Lenkungsgehäuse
unabhängiges Bauteil ausgebildet und in dieses eingesetzt
ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass die Anschlagfläche auf der Zahnstange lediglich
mit einem im Lenkungsgehäuse integrierten Endanschlag zusammenwirkt,
d. h. die Axialbewegung der Lenkstange und somit den Lenkungshub
der Lenkung nur in eine Lenkrichtung begrenzt. Die Begrenzung des
Lenkungshubs in die andere Lenkrichtung kann in herkömmlicher
Art und Weise dadurch erfolgen, dass ein – vorzugsweise
elastischer – Endanschlag in Reihe zwischen dem Lenkungsgehäuse
und der Spurstange bzw. einem Kugelgelenk, welches die Spurstange
mit der Lenkstange verbindet, ausgebildet ist. Vorzugsweise ist
vorgesehen, an dem Ende der Lenkstange, an dem ein Ritzel auf die
Zahnstange einwirkt, eine aus dem allgemeinen Stand der Technik
bekannte harte oder elastische Hubbegrenzung einzusetzen. Dieser
Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es um Bauraumprobleme
zu vermeiden, ausreichend sein kann, lediglich den Endanschlag bzw.
die Anschlagfläche zu verlagern, welche an dem Ende der
Lenkstange bzw. der Spurstange ausgebildet ist, in deren Bereich
die Getriebestufe auf die Zahnstange einwirkt.
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In
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann jedoch auch
vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Lösung
zur Begrenzung des Lenkungshubs in beide Lenkrichtungen eingesetzt
bzw. verwendet wird. Hierzu kann für jede Lenkrichtung ein
Endanschlag in das Lenkungsgehäuse eingesetzt werden, an
welchem sich die erfindungsgemäße Anschlagfläche
in Abhängigkeit der Lenkrichtung zur Begrenzung des Lenkungshubs
anschlägt. Die Anschlagflächen können
durch die gegenüberliegenden Stirnseiten der erfindungsgemäßen
Umfangsvergrößerung gebildet sein. Alternativ
dazu kann auch eine zweite Umfangvergrößerung
ausgebildet sein, so dass jeweils eine Umfangsvergrößerung eine
Anschlagfläche zur Begrenzung des Lenkhubs in eine Lenkrichtung
realisiert.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren
abhängigen Ansprüchen. Nachfolgend ist anhand
der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig dargestellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigt:
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1 eine
prinzipmäßige Darstellung einer Lenkvorrichtung
für Fahrzeuge; und
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2 einen
prinzipmäßigen Teilschnitt durch die erfindungsgemäße
Lenkvorrichtung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Hilfskraftlenkungen
sowie Servomotoren sind aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich
bekannt, wozu beispielsweise auf die
DE 44 35 848 A1 und die
WO 98/22718 verwiesen wird.
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Das
allgemeine Funktionsprinzip von Endanschlägen, welche die
Axialbewegung einer Lenkstange, beispielsweise einer Zahnstange,
in beide Lenkrichtungen begrenzen sollen, ist aus der
WO 03/029067 A1 bekannt,
weshalb nachfolgend nur auf die für die Erfindung wesentlichen
Merkmale näher eingegangen wird.
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1 zeigt
den grundsätzlichen Aufbau einer Zahnstangenelektrolenkung
für ein Kraftfahrzeug. Hierauf ist die Erfindung selbstverständlich
jedoch nicht begrenzt.
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Die
in 1 dargestellte Zahnstangenelektrolenkung weist
unter anderem einen Sensor 1, eine ECU 2, einen
Elektromotor 3, ein Lenkungsgehäuse 4,
eine Getriebestufe 5, eine Lenkstange 6 und Spurstangen 7 auf.
Diese Teile und deren Zusammenwirkung sind grundsätzlich
bekannt. Im Ausführungsbeispiel ist die Lenkstange als
Zahnstange 6 ausgebildet.
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Die
Spurstangen 7 sind in bekannter und nicht dargestellter
Weise mit lenkbaren Rädern verbunden.
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Über
eine nicht dargestellte Lenkhandhabe wird in bekannter Weise eine
Lenkbewegung auf die Zahnstange 6 übertragen.
Die Übertragung der Lenkbewegung kann dabei über
ein in 2 dargestelltes Ritzel 8 erfolgen. Die
Lenkbewegung kann hydraulisch und/oder durch einen Elektromotor
und ein Getriebe unterstützt werden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung eignet sich in besonderer
Weise für den Einsatz bei einer elektromechanischen Lenkung,
bei der die vom Fahrer eines Kraftfahrzeugs gewünschte
Lenkbewegung durch einen Elektromotor und ein Getriebe unterstützt
wird. Möglich ist auch der Einsatz der erfindungsgemäßen
Lösung bei sogenannten ”steer-by-wire” Lenkvorrichtungen.
Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich
insbesondere zur Dämpfung hoher Massekräfte, wie
sie bei Elektromotoren auftreten.
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2 zeigt
einen Schnitt durch die für die Erfindung wesentlichen
Teile der Lenkvorrichtung in einer Ausgestaltung als Zahnstangenelektrolenkung. Die
Zahnstange 6 erstreckt sich axial beweglich bzw. verschieblich
angeordnet in dem Lenkungsgehäuse 4, wobei die
Axialbewegung in beide Lenkrichtungen durch jeweils einen elastischen
Endanschlag 9, 10 begrenzt wird. Zur Begrenzung
eines Lenkungshubs wirkt jeweils eine sich mit der Zahnstange 6 mitbewegende
Anschlagfläche 11, 12 mit einem der im
Lenkungsgehäuse 4 ausgebildeten Endanschläge 9, 10 zusammen.
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Die
Endanschläge 9, 10 sind aus Übersichtlichkeitsgründen
in 2 vergrößert dargestellt.
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An
dem Ende der Zahnstange 6, an dem das Ritzel 8 auf
die Zahnstange 6 einwirkt, ist eine aus dem herkömmlichen
Stand der Technik bekannte Kombination aus Anschlagfläche 11 und
Endanschlag 9 ausgebildet. Dabei wird die Anschlagfläche 11 durch
ein Kugelgelenk 13 ausgebildet, welches das Ende der Zahnstange 6 mit
der Spurstange 7 verbindet. Der zugeordnete Endanschlag 9 ist
in bekannter Weise so in das Lenkungsgehäuse 4 eingesetzt,
dass sich die Anschlagfläche 11 des Kugelgelenks 13 bei
Erreichen des maximalen Lenkhubs daran anschlägt.
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Die
zur Begrenzung des Lenkungshubs in die andere Lenkrichtung vorgesehene
Kombination aus Anschlagfläche 12 und Endanschlag 10 ist
nach der erfindungsgemäßen Lösung ausgebildet.
Dabei wird die Anschlagfläche 12 durch eine Umfangsvergrößerung 19 der
Zahnstange 6 gebildet, wobei die Anschlagfläche 12 der
Zahnstange 6 wenigstens um den Lenkungshub von den Enden
der Zahnstange 6 beabstandet ist.
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Wie
sich aus 2 ergibt, ist die durch die Umfangsvergrößerung 19 gebildete
Anschlagfläche 12 auf der Zahnstange 6 im
Ausführungsbeispiel deutlich weiter von den Enden beabstandet
als einen Lenkungshub. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen,
dass die Anschlagfläche 12 auf der Zahnstange 6 zwischen
einer Verzahnung 14 für den Eingriff des Ritzels 8 und
einem Eingriffsbereich 15 für den Eingriff der
Getriebestufe 5 ausgebildet ist. Der Eingriffsbereich 15 der
Getriebestufe ist dabei als Schneckenwelle ausgebildet.
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Der
mit der Anschlagfläche 12 zusammenwirkende Endanschlag 10 ist,
wie sich ebenfalls aus 2 ergibt, im Lenkungsgehäuse 4 zwischen
der Verzahnung 14 bzw. der Eingriffstelle 8a des
Ritzels 8 und dem Eingriffsbereich 15 bzw. der
Eingriffsteile 5a der Getriebestufe 5 ausgebildet.
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Bei
einer Auslenkung derart, dass sich die Zahnstange 6 in
Richtung auf den Endanschlag 10 bewegt, wird die Begrenzung
des Lenkungshubs durch eine Kontaktierung bzw. ein Anschlagen der Anschlagfläche 12 an
dem Endanschlag 10 sichergestellt.
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Die
Anschlagfläche 12 kann in beliebiger Art und Weise
ausgebildet sein. Im Ausführungsbeispiel ist die Anschlagsfläche 12 durch
die Stirnseite einer ringförmigen Umfangsvergrößerung 19 ausgebildet. Des
weiteren ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die
Umfangsvergrößerung 19 mit der Zahnstange 6 einstückig
ausgebildet ist. Alternativ dazu kann die Umfangsvergrößerung 19 jedoch
auch als von der Zahnstange 6 separates Teil ausgebildet
und über Befestigungs- oder Sicherungselemente mit dieser
verbunden sein (nicht dargestellt).
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Im
Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sowohl der Endanschlag 9 als
auch der Endanschlag 10 miteinander identisch als elastische
Endanschläge ausgebildet sind. Grundsätzlich können
die Endanschläge 9, 10 auch als harte
Endanschläge ausgebildet sein bzw. lediglich einer der
Endanschläge 9, 10 kann als elastischer
Endanschlag ausgebildet sein. Erfindungsgemäß ist
es zur Vermeidung von Geräuschen jedoch vorteilhaft, wenn
beide Endanschläge 9, 10 elastisch ausgebildet
sind.
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Die
Befestigung der elastischen Endanschläge 9, 10 in
dem Lenkungsgehäuse 4 kann in bekannter Art und
Weise erfolgen.
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Die
im Ausführungsbeispiel dargestellten elastischen Endanschläge 9, 10 weisen
ein ringförmiges Dämpfungselement 16 auf.
Das Dämpfungselement 16 ist im Ausführungsbeispiel
als elastisches Material ausgebildet bzw. weist ein elastisches
Material auf, bei dem es sich vorzugsweise um ein Elastomer oder
einen Gummi handelt. Im Ausführungsbeispiel ist zudem vorgesehen,
dass die Dämpfungselemente 16 an beiden Stirnseiten
mit einem Verstärkungsring 17 aus einem nicht
elastischen Material oder einem Material mit einer geringeren Elastizität versehen
sind. Im Ausführungsbeispiel ist der Verstärkungsring
als Metallring 17 ausgebildet.
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Im
Ausführungsbeispiel ist zudem vorgesehen, dass beide Endanschläge 9, 10,
alternativ auch nur einer oder keiner der Endanschläge 9, 10,
als von dem Lenkungsgehäuse 4 unabhängiges
Bauteil ausgebildet und in dieses eingesetzt sind.
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Wie
sich ferner aus 2 ergibt, ist der elastische
Endanschlag 10 mit seiner von der Anschlagfläche 12 abgewandten
Stirnseite 10a an einem Gehäusevorsprung bzw.
einem Absatz 18 des Lenkungsgehäuses 4 angeordnet,
so dass ein Kraftfluss beim Anschlagen der Anschlagfläche 12 an
dem elastischen Endanschlag 10 in das Lenkungsgehäuse 4 übertragbar
ist.
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Die
erfindungsgemäße Lösung verringert den
Lenkungsaufbau in die mit dem Pfeil Y (2) dargestellte
Richtung und vermeidet somit eine Verschiebung der Getriebe-/Motoreinheit.
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Der
Einsatz des erfindungsgemäßen Endanschlags 10 ist
nicht auf die dargestellte Ausführungsform begrenzt, vielmehr
kann der erfindungsgemäße Endanschlag 10 auch
bei konstruktiv anderem Aufbau eingesetzt werden. Des weiteren ist
die erfindungsgemäße Lösung nicht auf
Kraftfahrzeuge beschränkt, sondern kann auch bei Nutzfahrzeugen oder
dergleichen eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005050798
A1 [0002, 0017]
- - JP 08133102 A [0006]
- - JP 2004-232714 A [0006]
- - EP 1500573 A1 [0007]
- - DE 4435848 A1 [0028]
- - WO 98/22718 [0028]
- - WO 03/029067 A1 [0029]