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TECHNISCHES
GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Anordnung für
ein Lenksystem für
ein Fahrzeug entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung
ist insbesondere beabsichtigt, um ein einfaches Montieren eines
Lenksystems in einem Personenwagen zu ermöglichen. Die Erfindung betrifft
auch ein Verfahren zum Montieren eines Lenksystems in einem Fahrzeug
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
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STAND DER
TECHNIK
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In einem Kraftfahrzeug, zum Beispiel
einem Personenwagen wird auf bekannte Weise Gebrauch von einem Lenksystem
gemacht, um die Vorderräder des
Fahrzeugs zu lenken. Entsprechend dem Stand der Technik weist ein
solches Lenksystem ein Lenkrad und eine obere Hauptwelle auf, auf
welchen das Lenkrad angeordnet ist. Die obere Hauptwelle ist auf geeignete
Weise montiert, so dass sie sich durch eine speziell gestaltete
Lenksäule
erstreckt, welche wiederum im Fahrzeugkörper aufgehängt ist, insbesondere an der
Unterseite des Armaturenbretts.
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Entsprechend dem Stand der Technik
kann die Lenksäule
so gestaltet sein, dass sie Energie absorbiert im Falle, dass auf
das Lenkrad und die obere Hauptwelle eine sehr große Kraft
in Richtung der Vorderseite des Fahrzeugs einwirkt, die im Falle
einer Kollision mit dem Fahrzeug auftreten kann. Dies liegt in dieser
Situation daran, dass der Fahrer des Fahrzeugs mit großer Kraft
nach vorne geschleudert wird, welche auf das Lenkrad und die obere
Hauptwelle übertragen
werden kann. Durch Anpassung der Lenksäule derart, dass sie Energie
absorbiert, wird es der oberen Hauptwelle ermöglicht, sich um einen gewissen
Abstand in Bezug zu der Lenksäule
zu bewegen, während
Energie absorbiert wird. Dies wiederum reduziert die Belastungen,
die der Fahrer während
im Laufe einer Kollision erfährt.
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Außerdem erstreckt sich die obere
Hauptwelle durch einen Führungsdurchgang
in der Mittelkonsole des Fahrzeugs und ist mit einer unteren Hauptwelle
mittels eines Gelenks verbunden. Die untere Hauptwelle wiederum
ist mit einem Lenkgetriebe verbunden, das in dem Fahrzeug mittels
einem weiteren unteren Gelenk angeordnet ist. Dadurch können die
Bewegungen des Lenkrades durch die obere und die untere Hauptwelle
und auf das Lenkgetriebe übertragen
werden. In modernen Fahrzeugen ist das Lenkgetriebe üblicherweise
von der Art, die als Rahmentyp bekannt ist, welches eine Antriebswelle
in Form eines Ritzels mit einem Antriebsgetriebe aufweist, welches
mit einem Rahmen verbunden ist. Die Bewegungen des Lenkrades üben dann
eine Drehbewegung auf den Ritzel aus, welches wiederum Kraft auf
den Rahmen ausübt
und auf diese Weise auch auf getrennte Lenkverbindungsstangen, durch welche
die Räder
des Fahrzeugs gedreht werden können.
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Wird ein Lenksystem in einem Personenwagen
montiert, wird zuerst die obere Hauptwelle in Position in der Lenksäule angeordnet.
Dann wird die Lenksäule
an der Unterseite des Armaturenbretts des Fahrzeugs montiert. In
dieser Situation ist es Voraussetzung, dass die untere Hauptwelle
im Voraus mittels eines Gelenks an der oberen Hauptwelle montiert
wird. Dies resultiert darin, dass die untere Hauptwelle, nachdem
die Lenksäule
montiert wurde, von diesem Gelenk herabhängt. Der Montagevorgang wird
dann vervollständigt,
indem die untere Hauptwelle fest auf dem Lenkgetriebe montiert wird, was
durch einen Mechaniker durchgeführt
wird, der sich unter das Armaturenbrett streckt, die untere Hauptwelle
nimmt und sie zusammen mit dem unteren Gelenk verbindet, welches
wiederum mit dem Lenkgetriebe verbunden ist. Für einen Mechaniker ist das
ein schwieriger Vorgang, da der Bereich, in dem der Mechaniker arbeitet,
schwer zugänglich
ist. Üblicherweise
kann der Mechaniker nicht sehen, wo sich die untere Hauptwelle befindet,
muss aber seinen Weg nach vorne unter das Armaturenbrett fühlen, um somit
die untere Hauptwelle zu nehmen und sie fest in der richtigen Weise
zu montieren. Ein weiterer Nachteil des bekannten Montagevorgangs
ist, dass er relativ zeitaufwendig ist. GB-A-2124739A offenbart ein
Lenksystem mit einer Lenkwelle, welche mittels Keilverzahnung mit
dem Lenkrad verbunden ist. Der Oberbegriff der Ansprüche 1 und
4 basiert auf diesem Lenksystem.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung
ist es, eine verbesserte Anordnung für ein Lenksystem eines Fahrzeugs
zu schaffen, bei welcher die obengenannten Probleme gelöst werden
und welche ein einfaches Montieren und eine sichere Kopplung zwischen
einer Hauptwelle und einem Lenkgetriebe vorsieht. Dies wird erreicht
durch einer Anordnung, deren Merkmale aus Anspruch 1 hervorgehen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist,
ein verbessertes Verfahren für
insbesondere eine automatische Montage eines Lenksystems in einem
Kraftfahrzeug zu schaffen, insbesondere um eine einfache und kosteneffektive
Montage eines Lenksystems zu erreichen. Dies wird erreicht durch
ein Verfahren, dessen Merkmale aus Anspruch 5 hervorgehen.
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Die Anordnung entsprechend der Erfindung ist
beabsichtigt für
ein Lenksystem für
ein Fahrzeug und weist ein Lenkrad und eine Hauptwelle auf, welche
mit dem Lenkrad verbunden und auch in dem Fahrzeug aufgehängt ist,
wobei die Hauptwelle auch mit einem Lenkgetriebe verbunden ist,
das zu dem Lenksystem gehört
und eine Antriebs- bzw. Eingangswelle zur Übertragung einer Drehbewegung der
Hauptwelle auf das Lenkgetriebe aufweist. Die Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Hauptwelle durch eine Spindel abgeschlossen
ist, welche eine Arretierhülse
trägt,
welche mit internen Gewindegängen
zur Wechselwirkung mit Außengewindegängen ausgebildet
ist, die auf der Oberfläche der
Eingangswelle geformt sind. Ferner ist der Endabschnitt der Hauptwelle,
der auf die Eingangswelle weist, mit einer ersten Deformation abgeschlossen, die
für eine
verriegelnde wechselseitige Wirkung mit einer zweiten Deformation
in der Eingangswelle vorgesehen ist, wodurch die Drehbewegung auf
das Lenkgetriebe übertragen
wird. Eine Anzahl von Vorteilen wird kraft der Tatsache erreicht,
dass die Hauptwelle durch die genannten Deformationen auf die Eingangswelle
montiert werden kann. Zum Beispiel wird eine gute ergonomische Situation
für den Mechaniker
ermöglicht,
der das Lenksystem in dem besagten Fahrzeug montiert (was in dem
Fall auftritt, in dem die Erfindung in Verbindung mit manueller Montage
benutzt wird). Die Erfindung ermöglicht auch
schnelles und einfaches Montieren eines Lenksystems, das in Begriffen
industrieller Fertigung billig ist. Außerdem ist die Erfindung in
Begriffen industrieller Fertigung kosteneffektiv, da die Deformationen einfach,
zum Beispiel durch Abformen und Abfräsen hergestellt werden können.
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Ein Hauptvorteil der Erfindung ist,
dass sie in Verbindung mit einem automatisierten Produktionsprozess
für Kraftfahrzeuge
benutzt werden kann. In solch einem Prozess kann ein Roboter programmiert werden,
die untere Hauptwelle festzuhalten und sie in eine Position auf
einem Ritzel zu führen.
Eine Arretierhülse
kann dann durch den Roboter automatisch fest aufgeschraubt werden,
so dass die Verbindung gesichert ist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
gehen aus den liegenden Patentansprüchen hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird unten detaillierter
mit Bezug zu einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform
und den beigefügten
Zeichnungen erklärt. Dabei
gilt:
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1 zeigt
eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs, das ein Lenksystem
aufweist, bei welchem die vorliegende Erfindung benutzt werden kann,
und
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2 zeigt
eine detaillierte Ansicht einer Anordnung entsprechend der Erfindung.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt
eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs, welches ein Lenksystem 1 aufweist,
bei welchem die vorliegende Erfindung benutzt werden kann. Das Fahrzeug
kann zum Beispiel ein Personenwagen sein. Entsprechend einer bevorzugten
Ausführungsform
weist das Lenksystem 1 ein Lenkrad 2 auf, das
auf bekannte Weise mit einer oberen Hauptwelle 3 verbunden
ist. Entsprechend der Ausführungsform
ist die obere Hauptwelle 3 von der Art, die so angeordnet
ist, dass sie sich durch eine speziell ausgebildete Lenksäule 4 erstreckt,
welche wiederum fest in dem Fahrzeug montiert ist, vorzugsweise
an der Unterseite des Armaturenbretts 5 des Fahrzeugs.
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Die obere Hauptwelle 3 ist
in der Lenksäule 4 auf
eine Weise aufgehängt,
die bisher an sich bekannt ist und daher hier nicht detailliert
beschrieben wird. Zum Beispiel kann die Lenksäule 4 Mittel (nicht gezeigt)
zum Einstellen der oberen Hauptwelle 3 nach oben und nach
unten aufweisen. Außerdem
ist die Lenksäule 4 vorzugsweise
so vorgesehen, so dass sie Energie absorbieren kann, wenn auf sie
eine Kraft ausgeübt
wird, die auftreten kann, wenn der Fahrer auf das Lenkrad 1 in
Zusammenhang mit einer Kollision mit dem Fahrzeug aufprallt. Eine
Lenksäule
mit einer solchen Energieabsorptionsfähigkeit vorzusehen ist bisher
an sich bekannt und kann zum Beispiel darauf basieren, dass die
obere Hauptwelle 3 mit einer deformationsfähigen Komponente
verbunden ist, die auch in der Lenksäule 4 befestigt ist. Dieser
Komponente wird es dann erlaubt, deformiert zu werden, während Energie
absorbiert wird, wenn auf das Lenkrad 2 und die obere Hauptwelle 3 eine sehr
große
Kraft einwirkt, wobei die obere Hauptwelle 3 während der
Energieabsorption in Bezug zu der Lenksäule 4 bewegt wird.
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Die obere Hauptwelle 3 erstreckt
sich durch einen Führungsdurchgang 6 in
einer Mittelkonsole 7 in dem Fahrzeug. Außerdem ist
dieser Endabschnitt der oberen Hauptwelle 3, welcher in
den Führungsdurchgang 6 vorsteht,
mit einer unteren Hauptwelle 8 durch ein Kopplungselement
in Form eines Gelenks 9 einer bekannten Art verbunden.
Somit kann das Drehmoment, mit welchem der Fahrer auf das Lenkrad 1 (und
somit auch auf die obere Hauptwelle 3) einwirkt, auf die
untere Hauptwelle 8 übertragen
werden.
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Entsprechend der Erfindung ist der
untere Endabschnitt der unteren Hauptwelle 8, das ist sozusagen
der Endabschnitt, welcher nicht mit dem Gelenk 9 verbunden
ist, mit einer speziell ausgebildeten Spindel 10 durch
ein zweites Gelenk 11 verbunden. Entsprechend zu der unteren
detaillierten Beschreibung ist die Spindel 10 vorgesehen,
um mit dem Lenkgetriebe des Fahrzeugs verbunden zu werden, insbesondere
durch eine drehfähige
Welle in der Form eines Ritzels 12, das einen Teil des
Lenkgetriebes bildet. Dieses Ritzel 12 steht von dem Rest
des Lenkgetriebes vor, so dass sein Endabschnitt an einem bestimmten
Punkt in dem Fahrzeug positioniert ist in der Nähe zu dem Punkt, wo die Spindel 10 positioniert
werden soll.
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Entsprechend der folgenden detaillierten
Beschreibung weist die Erfindung eine spezielle Art der Verbindung
zwischen der Spindel 10 und dem Ritzel 12 auf.
Es soll darauf aufmerksam gemacht werden, dass die 1 die Anordnung entsprechend der Erfindung
in dem Zustand zeigt, in welchem die Spindel 10 und das
Ritzel 12 verbunden worden sind. Mit Bezug zu der 2, die eine detaillierte
Ansicht ist, welche die Spindel 10 und das Ritzel 12 in
dem Zustand zeigt, bevor diese verbunden worden sind, kann man sehen,
dass die Spindel 10 mit einer keilförmigen Anformung 13 ausgebildet
ist. Diese Anformung 13 bildet eine Deformation, welche
als Abschluss auf der Spindel 10 ausgebildet ist, das heißt an dem
Ende der Spindel 10, welches von dem zweiten Gelenk 11 fort
weist. Die keilförmige
Anformung 13 ist ausgebildet, um mit einer zweiten Deformation
in Form einer internen keilförmigen
Aussparung 14, die wiederum als Abschluss auf dem Endabschnitt
des Ritzels 12 ausgebildet ist, in wechselseitiger Wirkung
zu stehen.
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Die Spindel 10 trägt eine
im wesentlichen zylindrische Arretierhülse 15, welche die
Spindel 10 umschließt
und ist axial um eine bestimmte Entfernung entlang der Spindel 10 versetzbar.
Zu diesem Zweck besitzt die Arretierhülse 15 einen Innendurchmesser,
der den Außendurchmesser
der Spindel 10 leicht überschreitet.
Die Axialbewegung der Arretierhülse 15 ist
vor zugsweise durch einen Stopper oder ähnliches (nicht gezeigt) begrenzt,
der in der Spindel 10 angeordnet ist. Außerdem ist
die Innenfläche
der Arretierhülse 15 mit
Innengewinden 16 versehen, die durch Strichlinien in 2 angedeutet sind. Dieses Innengewinde 16 ist
beabsichtigt, um mit den um die Oberfläche auf dem Endabschnitt des
Ritzels 12 gebildeten Außengewindegängen 17 in wechselseitiger Wirkung
zu stehen. Somit kann die Spindel 10 sicher auf dem Ritzel 12 arretiert
werden, so dass die keilförmige
Anformung 13 in anetierter Eingriffnahme mit der keilförmigen Aussparung 14 steht.
Somit kann die Bewegung des Lenkrads auf das Ritzel 12 übertragen
werden, das wiederum diese Bewegung auf einen Rahmen (nicht gezeigt) überträgt, der
einen Teil des Lenkgetriebes bildet.
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Wieder mit Bezug zu 1 kann man sehen, dass die untere Hauptwelle 8 vorzugsweise
als balgförmiges
Rohr 8a ausgebildet ist. Durch diese Gestaltung wird die
untere Hauptwelle 8 geringe Stauchbelastung besitzen, aber
gleichzeitig drehstarr sein. Außerdem
ist die untere Hauptwelle 8 vorzugsweise durch ein Kopplungselement
in Form eines zylindrischen Blocks 8b abgeschlossen, der
aus Gummi oder entsprechendem Material besteht, welcher dann als
Kupplung zu dem zweiten Gelenk 11 dient.
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Wird ein Lenksystem eines Fahrzeugs
montiert, kann die Anordnung entsprechend der Erfindung in folgender
Weise benutzt werden. Die obere Hauptwelle 3 kann vorher
mit dem Lenkrad 2 und mit der unteren Hauptwelle durch
das erste Gelenk 9 zusammengebaut werden. Außerdem kann
die Spindel 10 vorher durch das zweite Gelenk 11 auf
der unteren Hauptwelle 8 montiert werden. Ferner wird vorher
ein Lenkgetriebe in dem Fahrzeug montiert, das Ritzel 12 steht
dann bis zu einer bestimmten Position in den Motorraum des Fahrzeugs
hervor. Im Falle, dass das Montieren des Lenksystems manuell durchgeführt wird,
kann die gesamte Einheit, welche das Lenkrad 2, die obere
Hauptwelle 3, die untere Hauptwelle 8, die Spindel 10 und
die Gelenke 9, 11 aufweist, in einer Position
in Bezug zu der Lenksäule 4 montiert werden,
das heißt,
dass die obere Hauptwelle 3 ihre Erstreckung durch die
Lenksäule 4 besitzt.
Die Lenksäule 4 wird
dann an der Unterseite des Armaturenbretts 5 des Fahrzeugs
montiert und befestigt. Nach diesem Schritt werden die untere Hauptwelle 8 und die
Spindel 10 von dem ersten Gelenk 9 herabhängen. In
dieser Situation kann der Mechaniker die Spindel 10 ergreifen
und sie in Richtung des Endabschnitts des Ritzels 12 führen. Aufgrund
der Anordnung entsprechend der Erfindung, bei welcher die Spindel 10 und
dasr Ritzel 12 die Deformationen 13, 14 aufweisen,
kann der Mechaniker sehr leicht, sogar durch leichtes Strecken der
Hände nach
vorne ohne tatsächlich
den Bereich unter dem Armaturenbrett 5 zu sehen, den Vorsprung 13 in
Eingriff der Aussparung 14 in dem Ritzel 12 hineinführen. Der
Mechaniker kann dann die Arretierhülse 15 festschrauben,
so dass die Gewinde 16 der Arretierhülse 15 sicher gegenüber die
Außengewindegänge 17 des
Ritzels 12 arretiert sind. Somit wird ein sehr einfaches
Montieren des Lenksystems erreicht, bei welchem eine sichere feste
Verbindung zwischen der Spindel 10 und dem Ritzel 12 erreicht
wird.
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Die Erfindung ist besonders geeignet
für den Gebrauch
in Verbindung mit einem automatisierten Produktionsprozess für ein Fahrzeug.
In diesem Fall kann das Lenksystem 1 des Fahrzeugs durch
einen Roboter montiert werden, der programmiert ist, erst die Spindel 10 in
dem Zustand ausfindig zu machen, in welchem sie (zusammen mit der
unteren Hauptwelle 8) von dem ersten Gelenk 9 herabhängt. Der Roboter
kann dann programmiert sein, so dass ein zugehöriger Roboterarm eine Bewegung
durchführt, um
die Spindel 10 zu ergreifen. Die nächste Stufe der Montage ist,
dass der Roboterarm die Spindel 10 in die Position an den
Endabschnitt des Ritzels 12 führt. Zu diesem Zweck ist der
Roboterarm vorher mit der Information entsprechend der Position,
in welcher der Endabschnitt des Ritzels 12 erwartet wird,
positioniert zu sein, programmiert. Die keilförmige Anformung 13 wird
dann in Eingriff mit der keilförmigen Aussparung 14 geführt. Das
automatisierte Montageverfahren wird vollendet, durch Festschrauben
der Arretierhülse 15,
was ebenfalls durch ein dem Roboter zugehöriges Werkzeug erfolgen kann,
das die Arretierhülse 15 in
Eingriff mit den Gewinden 17 des Ritzels 12 bringt
und dann die Arretierhülse
festschraubt.
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Durch Gebrauch, entsprechend der
Erfindung, einer an sich bekannten Verbindungsart, das heißt eine
Deformation in Form eines Keils, der in wechselseitiger Wirkung
mit einer entsprechend geformten Aussparung steht, wird eine höchst sichere Verbindung
mit garantierter Qualität
erreicht. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die keilförmige Anformung 13 durch
Abformen geformt werden kann, während
die keilförmige
Aussparung 14 durch Fräsen
geformt werden kann, wobei das Gesamtergebnis geringe Kosten in
Produktionsbegriffen ist.
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Es soll hervorgehoben werden, dass
die 1 eine Anordnung
entsprechend der Erfindung zeigt, wie sie erscheint, nachdem das
Lenksystem 1 in Position montiert und die Arretierhülse 15 festgeschraubt
wurde.
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Obwohl die Erfindung in Form von
bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass zahlreiche Variationen
und Abänderungen
gemacht werden können.
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Zum Beispiel kann die Erfindung in
verschiedenen Fahrzeugtypen verwendet werden, zum Beispiel in Personenkraftwagen
und Lastwagen.
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Außerdem können die Deformationen als Keil
mit einer entsprechend geformten Aussparung ausgebildet sein (wie
in 2 gezeigt) oder als
Alternative als Deformationen mit anderen geometrischen Formen,
zum Beispiel als Stift mit quadratischem Querschnitt, der in eine
quadratische Aussparung vorsteht.
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Ferner kann die keilförmige Anformung
auf dem Ritzel gebildet sein und die keilförmige Aussparung kann auf der
Spindel gebildet sein, das heißt das
Gegenteil der in 2 gezeigten
Anordnung.