DE102009009031A1

DE102009009031A1 - Welle-Nabe-Verbindung

Info

Publication number: DE102009009031A1
Application number: DE102009009031A
Authority: DE
Inventors: André Huk; Uwe Romeike
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2010-08-19

Abstract

Bei einer Welle-Nabe-Verbindung sind Welle (10) und Nabe (20) mittels eines Drahtstücks (30) zueinander fixiert, das zwischen einer an einem Außenumfangsabschnitt der Welle (10) ausgebildeten umlaufenden Nut (11) und einer an einem Innenumfangsabschnitt der Nabe (20) ausgebildeten umlaufenden Nut (21) angeordnet ist. Die Nut (11) der Welle (10) und/oder die Nut (21) der Nabe (20) weisen einen gotischen Profilquerschnitt auf. Das im Querschnitt kreisförmige Drahtstück (30) steht mit jeder gotischen Nut (11, 21) in doppeltem Linienkontakt. Die Welle-Nabe-Verbindung gestattet eine einfache Herstellung und Überprüfung der Nutkontur. Zudem wird eine eindeutige Anlage des Drahtstücks in den Nuten erzielt. Die Nutkonfiguration ist dabei verhältnismäßig unempfindlich gegen Fertigungstoleranzen. Die Welle-Nabe-Verbindung eignet sich hervorragend für eine einfache und kostengünstige Befestigung eines Anschlagrings auf einer Zahnstange einer Fahrzeuglenkung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Welle-Nabe-Verbindung sowie weiterhin auf eine Zahnstange mit einem Anschlagring zur mechanischen Hubbegrenzung. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein mehrteiliges Lenkungsgehäuse.
Bei Zahnstangenlenkungen, die vor allem in Personenkraftfahrzeugen und leichten Nutzkraftfahrzeugen eingesetzt werden, ist die Zahnstange in einem Lenkgetriebegehäuse aufgenommen, das am Fahrzeug befestigt ist. Die Zahnstange ist relativ zu dem Lenkgetriebegehäuse axial verschiebbar, um einen Lenkwinkel an den Rädern des Fahrzeugs einzustellen. Hierzu sind an die Enden der Zahnstange zwei Spurstangen gelenkig angekoppelt, die zu den Fahrzeugrädern führen. Die Zahnstange weist ferner einen Verzahnungsabschnitt auf, der mit einem Lenkungsritzel einer Lenkwelle kämmt, um einen fahrerseitigen Lenkbefehl an die Fahrzeugräder zu übertragen. Bei elektromechanischen Lenkungen unterstützt ein Elektromotor die Lenkbewegung. Das Motormoment wird beispielsweise über einen Riementrieb auf eine Kugelgewindemutter übertragen, die mit einem an der Zahnstange ausgebildeten Spindelabschnitt in Eingriff steht. Derartige Zahnstangenlenkungen sind beispielsweise aus der aus der DE 103 36 867 A1 und der DE 10 2004 007 354 A1 . Weitere elektromechanische Zahnstangenlenkungen sind aus der DE 102 23 863 A1 und der DE 103 36 856 A1 bekannt. Der axiale Hub der Zahnstange wird in der Regel durch Anschlagflächen an den Spurstangengelenken begrenzt. Ferner ist bekannt, den axialen Hub durch einen an der Zahnstange vorgesehenen Anschlagring zu begrenzen, wie dies in der DE 102 22 761 A1 beschrieben ist. Die Ausbildung oder Befestigung eines solchen Anschlagrings an der Zahnstange gestaltet sich jedoch schwierig.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Befestigung eines Anschlagrings an der Zahnstange zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Hiernach werden Welle und Nabe durch ein Drahtstück zueinander fixiert, das zwischen einer an einem Außenumfangsabschnitt der Welle ausgebildeten umlaufenden Nut und einer an einem Innenumfangsabschnitt der Nabe ausgebildeten umlaufenden Nut angeordnet ist. Die Nut der Nabe und/oder die Nut der Welle weist bzw. weisen einen gotischen Profilquerschnitt auf. Das im Querschnitt kreisförmige Drahtstück steht dabei mit jeder gotischen Nut in doppeltem Linienkontakt.
Die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung gestattet eine einfache Herstellung und Überprüfung der Nutkontur, da eine eindeutige Anlage des Drahtstücks in den Nuten erzielt wird. Die Geometrie der Nutkontur kann in der laufenden Fertigung sehr effizient über die Profilform und eindeutig über das Drahtmaß bestimmt werden. Das Prüfmittel liegt hierbei unter dem Druckwinkel des Profils eindeutig in der Nut an. Dies ist bei einer halbrunden Nut nicht möglich.
Die Nutkonfiguration ist ferner verhältnismäßig unempfindlich gegen Fertigungstoleranzen.
Die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung eignet sich hervorragend für eine einfache und kostengünstige Befestigung eines Anschlagrings auf einer Zahnstange einer Fahrzeuglenkung. Die vorgeschlagene Verbindung kann jedoch auch zu anderen Zwecken, beispielsweise zur Befestigung von zwei Gehäuseteilen aneinander eingesetzt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
So kann beispielsweise jede gotische Nut im Profilquerschnitt durch zwei Bogensegmente gebildet werden, die nicht-tangential aneinander anschließen. Jedoch kann eine gotische Form auch durch einen ellipsenförmigen Profilquerschnitt erzielt werden. Möglich sind insbesondere auch Kreisbogensegmente, deren Erzeugungsmittelpunkte zueinander versetzt sind.
Das Verhältnis des Krümmungsradius der Nut im Profilquerschnitt zum Drahtdurchmesser im Bereich des Kontakts des Drahtstücks mit der gotischen Nut liegt vorzugsweise im Bereich von 0,4 bis 0,6.
Zur Erleichterung der Montage kann die Nabe eine zu ihrer Nut tangentiale Drahtzufuhröffnung aufweisen.
Weiterhin kann zwischen der Drahtzufuhröffnung und der Nut der Nabe ein gegenüber dem Nutquerschnitt erweiterter Übergangsbereich vorgesehen sein, um eine Einführung des Drahtstücks zwischen den Nuten zu erleichtern.
Durch eine axiale Freistellung der Drahtzufuhröffnung und des Übergangsbereichs kann die Montage des Drahtstücks weiter erleichtert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine räumliche Ansicht einer Welle-Nabe-Verbindung zwischen einer Zahnstange und einem Anschlagring zur Lenkhubbegrenzung;
2 eine Querschnittsansicht durch die Welle-Nabe-Verbindung;
3 eine räumliche Darstellung des Anschlagrings im aufgeschnitten Zustand;
4 den Profilquerschnitt einer gotischen Nut; und in
5 eine schematische Darstellung eines Lenkungsgehäuses, bei dem zwei Gehäuseteile mittels einer Welle-Nabe-Verbindung miteinander verbunden sind.
Die 1 bis 4 zeigen beispielhaft eine Welle-Nabe-Verbindung, mittels der ein Anschlagring 2 zur mechanischen Hubbegrenzung an einer Zahnstange 1 einer Fahrzeuglenkung befestigt ist. Dabei stellt die Zahnstange 1 die Welle und der Anschlagring 2 die Nabe der nachfolgend näher erläuterten Welle-Nabe-Verbindung dar.
Wie 2 zeigt, umfasst die Welle-Nabe-Verbindung eine Welle 10 und Nabe 20, die durch ein Drahtstück 30 aneinander fixiert sind. Das Drahtstück 30 ist dabei zwischen einer an einem Außenumfangsabschnitt der Welle 10 ausgebildeten umlaufenden Nut 11 und einer an einem Innenumfangsabschnitt der Nabe 20 ausgebildeten umlaufenden Nut 21 angeordnet.
Zur Verankerung des Drahtstücks 30 an der Welle 10 weist die Welle 10 im Bereich ihrer Nut 11 eine Eintiefung 12 quer zur Nut 11 auf, in die ein abgewinkelter Endabschnitt 31 des Drahtstücks 30 eingesteckt ist.
An der Nabe 20 befindet sich eine Drahtzufuhröffnung 22, die tangential oder annähernd tangential in die Nut 21 der Nabe 20 führt. Der Querschnitt der Drahtzufuhröffnung 22 entspricht im Wesentlichen dem Querschnitt des Drahtstücks 30. Zwischen der Drahtzufuhröffnung 22 und der Nut 21 kann ein Übergangsbereich 23 mit einem gegenüber dem Nutquerschnitt erweiterten Querschnitt vorgesehen, der über einen einwärts gekrümmten Wandabschnitt 24 in die Nut 21 leitet. Bei der Montage wird das Drahtstück 30 durch die Drahtzufuhröffnung 22 eingeschoben. Dabei wird der Endabschnitt 31 in Eingriff mit der Eintiefung 12 gebracht, so dass das Drahtstück 30 an der Welle 10 verankert wird. Das Einführen des Drahtstücks 30 in die Eintiefung 12 kann dabei durch den gekrümmten Wandabschnitt 24 erleichtert werden. Nach erfolgter Verankerung des Drahtstücks 30 werden die Welle 10 und die Nabe 20 relativer zueinander verdreht, so dass das Drahtstück 30 in die Nuten 11 und 21 eingezogen wird. Hierbei verformt sich das Drahtstück 30 und es entsteht eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen der Welle 10 und der Nabe 20. Ein etwaig über die Drahtzufuhröffnung 22 hinausstehender Abschnitt des Drahtstücks 30 wird abgetrennt. Alternativ wird die erforderliche Drahtlänge bereits vor der Montage des Drahtstückes 30 abgelängt, so dass der nachträgliche Abtrennschritt entfallen kann.
In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels kommt man ohne Übergangsbereich 23 und einwärts gekrümmten Wandabschnitt 24 aus. In diesem Fall wird die Nabe 20 über den Draht geschoben. Nötigenfalls wird zusätzlich der Querschnitt der Drahtzufuhröffnung 22 etwas vergrößert.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Drahtzufuhröffnung 22 und der Übergangsbereich 23 axial freigestellt. Der Endabschnitt 31 des Drahtstücks 30 kann in diesem Fall auch zunächst in die Eintiefung 12 der Welle 10 eingesteckt und abgewinkelt werden, bevor anschließend die Nabe 20 aufgeschoben und im weiteren wie vorstehend beschrieben verfahren wird.
Zur Erzielung einer definierten Anlage des Drahtstücks 30 sowohl an der Welle 10 als auch an der Nabe 20 weisen die Nuten 11 und 21 der Welle 10 bzw. der Nabe 20 jeweils einen gotischen Profilquerschnitt auf, wie dies in den 3 und 4 beispielhaft anhand der Nut 21 der Nabe 20 dargestellt ist. Es ergibt sich somit für das im Querschnitt kreisförmige Drahtstück 30 mit jeder gotischen Nut 11 bzw. 21 ein zweifacher Linienkontakt. Über die Krümmungsradien an den Nuten 11 und 21 lässt sich ein Kontaktwinkel je nach Bedarf einstellen. In Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist es auch möglich, lediglich eine der Nuten 11 und 21 mit einem gotischen Profilquerschnitt auszubilden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der gotische Profilquerschnitt der Nuten 11 und 21 durch jeweils zwei Kreisbogensegmente 25a und 25b erhalten, die, wie in 4 für die Nut 21 dargestellt, nicht-tangential aneinander anschließen, sondern radial einen Spitzbogen aus zwei Viertelkreisen bilden. Die Erzeugungsmittelpunkte MKa und MKb der Kreisbogensegmente 25a und 25b sind in der dargestellten Schnittebene zueinander versetzt. Mit dem im Querschnitt kreisförmigen Drahtstück 30, das in 4 durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist und den Mittelpunkt M aufweist, ergeben sich in der dargestellten Schnittebene zwei Kontaktbereiche K1 und K2 mit den zwei Kreisbogensegmenten 25a und 25b.
An den Kontaktbereichen K1 und K2 liegt das Verhältnis der Krümmungsradien der Kreisbogensegmente 25a und 25b zum Durchmesser des Drahtstücks 30 im Bereich von 0,4 bis 0,6, wodurch eine gute Anschmiegung erzielt wird. Da zwischen dem Drahtstück 30 und den Nuten 11 und 21 jeweils lediglich ein doppelter Linienkontakt besteht, kann der Profilquerschnitt der Nuten 11 und 21 außerhalb der Kontaktbereiche K1 und K2 von der dargestellten Kreisbogenform abweichen, solange hierdurch das Einschieben des Drahtstücks 30 und ein Verklemmen desselben zwischen den Nuten 11 und 21 nicht beeinträchtigt wird. So ist beispielsweise auch eine elliptische Profilform möglich.
Die vorstehend erläuterte Welle-Nabe-Verbindung eignet sich hervorragend zur Befestigung eines Anschlagrings an einer Zahnstange. Sie kann jedoch auch zu anderen Zwecken eingesetzt werden. 5 zeigt beispielhaft eine Fahrzeuglenkung mit einem ersten Gehäuseteil 101 und einem zweiten Gehäuseteil 102, die über eine Welle-Nabe-Verbindung der vorstehend erläuterten Art aneinander befestigt sind. In diesem Fall stellt das erste Gehäuseteil 101 die Welle 10 und das zweite Gehäuseteil 102 die Nabe 20 dar.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht jedoch beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.

1: Zahnstange
2: Anschlagring
10: Welle
11: Nut
12: radiale Eintiefung
20: Nabe
21: Nut
22: Drahtzufuhröffnung
23: Übergangsbereich
24: einwärts gekrümmter Wandabschnitt
25a: Kreisbogensegment
25b: Kreisbogensegment
30: Drahtstück
31: Endabschnitt
101: erstes Gehäuseteil
102: zweites Gehäuseteil
K1: Kontaktbereich
K2: Kontaktbereich
M: Mittelpunkt des Drahtquerschnitts
MKa: Krümmungsmittelpunkt des Kreisbogensegments 25a
MKb: Krümmungsmittelpunkt des Kreisbogensegments 25b

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10336867 A1 [0002]
- DE 102004007354 A1 [0002]
- DE 10223863 A1 [0002]
- DE 10336856 A1 [0002]
- DE 10222761 A1 [0002]

Claims

Welle-Nabe-Verbindung, bei der Welle (10) und Nabe (20) durch ein Drahtstück (30) zueinander fixiert sind, das zwischen einer an einem Außenumfangsabschnitt der Welle (10) ausgebildeten umlaufenden Nut (11) und einer an einem Innenumfangsabschnitt der Nabe (20) ausgebildeten umlaufenden Nut (21) angeordnet ist, wobei die Nut (11) der Welle (10) und/oder die Nut (21) der Nabe (20) einen gotischen Profilquerschnitt aufweist bzw. aufweisen und das im Querschnitt kreisförmige Drahtstück (30) mit jeder gotischen Nut (11, 21) in doppeltem Linienkontakt steht.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede gotische Nut (11, 21) im Profilquerschnitt durch zwei Bogensegmente (25a, 25b) gebildet wird, die nicht-tangential aneinander anschließen.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede gotische Nut (11, 21) im Profilquerschnitt durch zwei Kreisbogensegmente (25a, 25b) gebildet wird, deren Erzeugungsmittelpunkte (MKa, MKb) zueinander versetzt sind.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine gotische Form durch einen ellipsenförmigen Profilquerschnitt erzielt wird.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Krümmungsradius der Nut (11, 21) im Profilquerschnitt zum Drahtdurchmesser im Bereich des Kontakts des Drahtstücks (30) mit der gotischen Nut (11, 21) im Bereich von 0,4 bis 0,6 liegt.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (20) eine zu ihrer Nut (21) tangentiale Drahtzufuhröffnung (22) aufweist.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Drahtzufuhröffnung (22) und der Nut (21) der Nabe (20) ein gegenüber dem Nutquerschnitt erweiterter Übergangsbereich (23) vorgesehen ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtzufuhröffnung (22) und der Übergangsbereich (23) axial freigestellt sind.
Zahnstange (1) einer Fahrzeuglenkung mit einem Anschlagring (2) zur mechanischen Hubbegrenzung, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagring (2) an der Zahnstange (1) mittels einer Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorgenannten Ansprüche befestigt ist, bei der die Zahnstange (1) die Welle (10) und der Anschlagring (2) die Nabe (20) darstellt.
Fahrzeuglenkung mit einem ersten Gehäuseteil (101) und einem zweiten Gehäuseteil (102), dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuseteile (101, 102) mittels einer Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aneinander befestigt sind, wobei das erste Gehäuseteil (101) die Welle (10) und das zweite Gehäuseteil (102) die Nabe (20) darstellt.