EP2715170A1 - Verbindung eines wellenstücks einer lenkwelle für ein kraftfahrzeug mit einem anschlussteil - Google Patents

Abstract

Bei einer Verbindung eines Wellenstücks (3) einer Lenkwelle für ein Kraftfahrzeug mit einem Anschlussteil, das eine von einer Wand (17) begrenzte Aufnahmeöffnung (15), in der ein Verbindungsabschnitt (26) des Wellenstücks (3) festgelegt ist, und einen Schlitz (27) aufweist, welcher die die Aufnahmeöffnung (15) begrenzende Wand (17) unterbricht und zwischen ersten und zweiten Spannabschnitten (12a, 12b) des Anschlussteils (9) liegt, welche jeweils einen an den Schlitz (27) anschließenden Abschnitt der die Aufnahmeöffnung (15) begrenzenden Wand (17) bilden, sind zum Schließen der Verbindung die ersten und zweiten Spannabschnitte (12a, 12b) von einem Spannteil (20) unter Verschmälerung des Schlitzes (27) zusammenziehbar und zur Verspannung des Verbindungsabschnitts (26) mit dem Anschlussteil (9) an den Verbindungsabschnitt (26) andrückbar. Durch zusammenwirkende Formschlusselemente (18) und Gegenformschlusselemente (19) der die Aufnahmeöffnung (15) begrenzenden Wand (17) und der äußeren Oberfläche des Verbindungsabschnitts (26) des Wellenstücks (3) ist ein gegen die Verdrehung des Verbindungsabschnitts (26) des Wellenstücks (3) gegenüber dem Anschlussteil (9) wirkender Formschluss ausgebildet. Im geschlossenen Zustand sind alle Formschlusselemente (18), die mit einem jeweiligen Gegenformschlusselement (19) verspannt sind, in einem Winkelbereich (28) angeordnet, der vom zwischen den Spannabschnitten (12a, 12b) liegenden Schlitz (27) in beide Drehrichtungen um die Längsmittelachse (16) um Winkel (29, 30) von jeweils mindestens 100° beabstandet ist.

Description

Verbindung eines Wellenstücks einer Lenkwelle für ein Kraftfahrzeug mit einem

Anschlussteil

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindung eines Wellenstücks einer Lenkwelle für ein Kraftfahrzeug mit einem Anschlussteil, das mit dem Wellenstück eine gemeinsame Längs-mittelachse besitzt und das eine von einer Wand begrenzte Aufnahmeöffnung, durch welche die Längsmittelachse verläuft und in welcher ein Ver- bindungsabschnitt des Wellenstücks festgelegt ist, und einen Schlitz aufweist, der die die Aufnahmeöffnung begrenzende Wand unterbricht und zwischen ersten und zweiten Spannabschnitten des Anschlussteils liegt, welche jeweils einen an den Schlitz anschließenden Abschnitt der die Aufnahmeöffnung begrenzenden Wand bilden, wobei zum Schließen der Verbindung die ersten und zweiten Spannabschnit- te von einem Spannteil unter Verschmälerung des Schlitzes zusammenziehbar und zur Verspannung des Verbindungsabschnitts mit dem Anschlussteil an den Verbindungsabschnitt andrückbar sind, und die die Aufnahmeöffnung begrenzende Wand Formschlusselemente aufweist und die äußere Oberfläche des Verbindungsabschnitts des Wellenstücks Gegenformschlusselemente aufweist, die mit den Form- Schlusselementen der die Aufnahmeöffnung begrenzenden Wand zusammenwirken, wobei durch die zusammenwirkenden Formschlusselemente und Gegenformschlusselemente ein gegen die Verdrehung des Verbindungsabschnitts des Wellenstücks gegenüber dem Anschlussteil wirkender Formschluss zwischen der äußeren Oberfläche des Verbindungsabschnitts des Wellenstücks und der die Aufnahmeöffnung begrenzenden Wand ausgebildet ist, und im geschlossenen Zustand der Verbindung die Spannabschnitte mindestens eines der Formschlusselemente mit mindestens einem der Gegenformschlusselemente verspannen.

Eine solche Verbindung dient insbesondere zur Befestigung einer Gelenkgabel ei- nes Kreuzgelenks an einem Endabschnitt eines Wellenstücks der Lenkwelle. Die Lenkwelle weist hierbei zwei oder mehr Wellenstücke auf, die über Kreuzgelenke verbunden sind, deren Gelenkgabeln an den Wellenstücken festgelegt sind. Statt- dessen könnte es sich beim Anschlussteil beispielsweise auch um eine Wellenverlängerung oder ein am Wellenstück festgelegtes Ritzel des Lenkgetriebes handeln.

Verbindungen von Kreuzgelenkgabeln mit Wellenstücken sind in unterschiedlicher Form bekannt. Gabelverbindungen mit geschlitzten Gabeln, deren Schlitz durch ein Spannteil zusammenziehbar ist, gehen beispielsweise aus der US 2010/0069163 A1 und EP 1 064 467 B1 hervor. Bei den aus diesen Schriften bekannten Gabelverbindungen weist eine Gabelbasis, in deren Aufnahmeöffnung ein Endabschnitt des Wellenstücks aufgenommen ist, einen Schlitz auf, beidseitig von dem Spannab- schnitte der Gabelbasis liegen. Die Spannabschnitte besitzen fluchtende Durchtrittsöffnungen, durch welche sich ein Spannbolzen erstreckt. Mittels des Spannbolzens werden die Spannabschnitte unter Verkleinerung des Schlitzes zusammengezogen, um die Gabelbasis gegen das Wellenstück zu verspannen. Bei Lenksystemen mit Hilfskraftunterstützung, die in die Lenkwelle eingeleitet wird, muss die Lenkwelle sehr hohe Drehmomente und insbesondere sehr hohe Drehmomentspitzen übertragen können. Hierbei müssen im Übertragungsweg des Drehmoments liegende herkömmlich ausgebildete Gabelverbindungen der vorgenannten Art sehr massiv ausgelegt sein, um die erforderlichen Drehmomente über- tragen zu können, ohne dass die Spannabschnitte der Gabelbasis aufgebogen werden.

Bei der aus der DE 10 2008 015 738 A1 hervorgehenden Wellen-Gabelverbindung ist ein Spannteil vorgesehen, das in einer in der Gabelbasis ausgebildeten rechtwinke- lig zur Achse der Lenkwelle liegenden Bohrung angeordnet ist. Diese Bohrung besitzt einen Überschneidungsbereich mit der das Wellenende aufnehmenden Aufnahmeöffnung der Gabelbasis. Das Spannteil besitzt eine Keilfläche, mit der es an einer Abflachung anliegt, die in die Mantelfläche des Wellenstücks eingebracht ist, und wird mit einer Spannschraube gegen diese Abflachung verspannt. Das Spann- teil wirkt somit als Passfeder und die Übertragung des zwischen dem Wellenstück und der Gelenkgabel wirkenden Drehmoments erfolgt über dieses Spannteil. Auf die Wand der das Spannteil aufnehmenden Bohrung wirkt somit ein hoher Lochlai- bungsdruck. Damit dieser aufgenommen werden kann, muss die Konstruktion entsprechend massiv ausgebildet sein. Bekannt sind weiters Gabel-Wellenverbindungen, bei denen ein Endabschnitt der Lenkwelle in die Aufnahmeöffnung der Gabelbasis eingepresst ist. Hierbei wird durch eine unrunde Form des Endabschnitts der Welle und der Aufnahmeöffnung in der Gabelbasis oder durch eine Verzahnung am Endabschnitt der Welle, die sich beim Einpressen in die die Aufnahmeöffnung umgebende Wand eingräbt, ein Formschluss in Drehrichtung ausgebildet. Die Verzahnung kann auch an der die

Aufnahmeöffnung umgebenden Wand angeordnet sein. Derartige Gabelverbindungen gehen beispielsweise aus der US 5,090,834 A, DE 2 651 338 A1 , DE 2 333 040 A1 und WO 2008/049139 A1 hervor. Nachteilig ist hierbei insbesondere, dass die Verbindung zwischen dem Wellenstück und der Gelenkgabel bereits vor der Montage der Lenksäule in das Kraftfahrzeug erfolgen muss, wodurch sich eine erhebliche Erschwerung der Montage der Lenksäule im Kraftfahrzeug ergeben kann. Auch ist diese Wellen-Gabelverbindung nicht mehr nachträglich lösbar, beispielsweise im Zusammenhang mit Wartungsarbeiten. Aus der DE 1 1 2008 001 042 T5 geht eine Gabelverbindung der eingangs genannten Art hervor. Das Anschlussteil besitzt Spannabschnitte, zwischen denen ein Schlitz liegt und die von einem Spannbolzen zusammengezogen werden. Ein Abschnitt des Spannbolzens wird hierbei von einer Vertiefung des Wellenstücks aufgenommen. Gemäß einer gezeigten Ausführungsform besitzen das Wellenstück und das An- schlussteil miteinander zusammenwirkende Formschlusselemente, welche von Verzahnungen gebildet werden, die abgesehen vom Bereich der Vertiefung des Wellenstücks um das Wellenstück und die Aufnahmeöffnung des Anschlussteils umlaufen. An einer dem Spannbolzen gegenüberliegenden Stelle ist weiters am Wellenstück ein trapezförmiger Vorsprung vorgesehen, der in einer trapezförmigen Vertie- fung des Anschlussteils aufgenommen wird. Dadurch wird die Drehlage des Wellenstücks eindeutig definiert. Bei der aus der EP 1 544 489 A1 hervorgehenden Verbindung weisen das von der Kreuzgelenkgabel gebildete Anschlussteil, welches geschlitzt ausgebildet ist, und das Wellenstück ebenfalls zusammenwirkende Formschlusselement auf. Bei einer Ausführungsform sind zusammenwirkende Verzahnungen vorgesehen. Bei einer an- deren Ausführungsform sind beidseitige Abflachungen mit im Bereich dieser Abflachungen liegenden Ausbuchtungen vorhanden.

Eine geschlitzte Gabel mit Formschlusselementen geht auch aus der JP 2010-281364 A hervor. Die zusammenwirkenden Formschlusselemente der Gabel und des Wel- lenstücks sind in Form von umlaufenden Verzahnungen ausgebildet.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Verbindung der eingangs genannten Art zwischen einem Wellenstück einer Lenkwelle und einem Anschlussteil bereitzustellen, die sehr hohe Drehmomente aufnehmen kann, wie sie insbesondere bei hilfskraftunterstütz - ten Lenkungen, deren Hilfskraftunterstützung im oberen Bereich der Lenkwelle eingreift, auftreten. Dabei soll der für das Anschlussteil erforderliche Materialeinsatz gering sein und der erforderliche Bauraum möglichst klein sein.

Erfindungsgemäß gelingt dies durch eine Verbindung mit den Merkmalen des An- spruchs 1. In den weiteren Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.

Bei einer Verbindung gemäß der Erfindung weist die die Aufnahmeöffnung begrenzende Wand Formschlusselemente auf und die äußere Oberfläche des in der Auf- nahmeöffnung aufgenommenen Verbindungsabschnitts des Wellenstücks weist Ge- genformschlusselemente auf, die mit den Formschlusselementen der die Aufnahmeöffnung begrenzenden Wand zusammenwirken. Durch die zusammenwirkenden Formschlusselemente und Gegenformschlusselemente wird ein gegen eine Verdrehung des Verbindungsabschnitts gegenüber dem Anschlussteil wirkender Form- schluss zwischen der äußeren Oberfläche des Verbindungsabschnitts und der die

Aufnahmeöffnung begrenzenden Wand ausgebildet. Im geschlossenen Zustand der Verbindung verspannen die Spannabschnitte des Anschlussteils, zwischen denen der Schlitz des Anschlussteils angeordnet ist und die vom Spannteil in Richtung zueinander verspannt sind, mindestens eines der Formschlusselemente mit mindestens einem der Gegenformschlusselemente, vorzugsweise alle ineinander eingreifenden Formschluss- und Gegenformschlusselemente.

Das Spannteil wird insbesondere von einem Spannbolzen gebildet, der zumindest teilweise in Bohrungen in den Spannabschnitten des Anschlussteils angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Spannteil im geschlossenen Zustand der Verbindung vom Verbindungsabschnitt des Wellenstücks beabstandet. Die Krafteinleitung, mit deren Hilfe die Gegenformschlusselemente des Verbindungsabschnitts des Wellenstücks in den Eingriff mit den Formschlusselementen gedrängt werden, erfolgt über zumindest zwei Flächenabschnitte der Wand der Aufnahmeöffnung. Dabei sind diese Flächenabschnitte auf derselben Seite der Aufnahmeöffnung wie das Spannteil angeordnet. Es ist dabei denkbar und möglich, mehr als zwei Flächenabschnitte vorzusehen, die die Kraft zur Herstellung des Eingriffs auf den Verbindungsabschnitt übertragen. Durch die Formschlusselemente, die die Aufnahmeöffnung begrenzende Wand aufweist, besitzt diese eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform. Als Formschlusselemente können beispielsweise Flächen wirken, die von mindestens einer in axialer Richtung des Wellenstücks verlaufenden Erhöhung, vorzugsweise mehreren solchen Erhöhungen, und/oder mindestens einer in axialer Richtung des Wellenstücks verlaufenden Vertiefung, vorzugsweise mehreren solchen Vertiefungen ausgebildet werden. Stattdessen oder zusätzlich könnten beispielsweise auch Flächen vorgesehen sein, die im Querschnitt gesehen in Form von in eine Kreisform eingebrachte Sehnen ausgebildet sind. Die durch Drehmomentübertragung auftretenden Kräfte werden bei der erfindungsgemäßen Verbindung hauptsächlich über die in Eingriff stehenden Form- Schlusselemente der die Aufnahmeöffnung begrenzenden Wand und Gegenform- schlusselemente des Verbindungsabschnitts übertragen, und nicht etwa durch eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Wellenstück und dem Anschlussteil. Auch die auf das mindestens eine Spannteil bei einer Übertragung eines Drehmoments zusätzlich einwirkende Kraft (zusätzlich zur Vorspannkraft) ist wesentlich geringer als die auf die Formschlusselemente insgesamt einwirkende Kraft.

Bevorzugt ist zumindest ein Formschlusselement, das im geschlossenen Zustand der Verbindung mit einem Gegenformschlusselement verspannt ist, in einem dem Schlitz gegenüberliegenden Bereich, also in einem Bereich angeordnet, dessen

Winkelabstand bezogen auf den Drehwinkel um die Längsmittelachse des Wellenstücks und des Anschlussteils vom Schlitz 180° +/- 10° beträgt. In dieses mindestens eine Formschlusselement wird das mit diesem zusammenwirkende Gegenformschlusselement beim Schließen der Verbindung hineingedrängt.

Erfindungsgemäß sind alle Formschlusselemente, die im geschlossenen Zustand der Verbindung mit einem Gegenformschlusselement verspannt sind, in einem Winkelbereich angeordnet, der vom zwischen den Spannabschnitten liegenden Schlitz in beide Drehrichtungen um die Längsmittelachse des Wellenstücks und des An- schlussteils mindestens 100° beabstandet ist. D.h. in einem Winkelbereich, der sich über mindestens 100° in beide Drehrichtungen um die Längsmittelachse des Wellenstücks bzw. Anschlussteils anschließend an den Schlitz erstreckt, sind keine zusammenwirkenden Formschlusselemente und Gegenformschlusselemente vorhanden (es können hierbei in diesem Winkelbereich gar keine Formschlusselemente und Gegenformschlusselemente vorhanden sein, es könnten aber auch Formschlusselemente vorhanden sein, die nicht mit einem Gegenformschlusselement zusammenwirken, oder umgekehrt).

Auf diese Weise kann erreicht werden, dass beim Übertragen von hohen Drehmo- menten über die Verbindung nur geringe Kräfte in das die Spannabschnitte zusammenspannende Spannteil eingeleitet werden. Dadurch wird das geschlitzte An- schlussteil beim Übertragen von hohen Drehmomenten nicht derartig stark belastet, dass der Schlitz durch die hohen Drehmomente aufgebogen wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung handelt es sich beim Anschlussteil um eine Kreuzgelenkgabel, die Schenkel mit Lageröffnungen und eine Gabelbasis umfasst, von der die Schenkel abstehen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausbildung eines Lenksystems mit Hilfskraftunterstützung;

Fig. 2 eine Schrägsicht eines Kreuzgelenks mit ersten und zweiten Gelenkgabeln, die mit einem jeweiligen Wellenstück verbunden sind;

Fig. 3 eine Schrägsicht einer der Gelenkgabeln mit dem Gelenkkreuz, ohne ein angeschlossenes Wellenstück und ohne Spannteil, aus einem anderen Blickwinkel; Fig. 4 einen Querschnitt durch die Gelenkgabel und den in die Aufnahmeöffnung eingeführten Verbindungsabschnitt des Wellenstücks, im geöffneten Zustand der Verbindung;

Fig. 5 einen Querschnitt entsprechend Fig. 4, im geschlossenen Zustand der Verbindung (Schnittlinie AA von Fig. 2);

Fig. 6 eine modifizierte Ausführungsform;

Fig. 7 eine weitere modifizierte Ausführungsform;

Fig. 8 eine weitere modifizierte Ausführungsform.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Lenksäule 1 entspricht in ihrem prinzipiellen Aufbau dem Stand der Technik. Zur Übertragung der Lenkbewegung eines Lenkrades 2 dient eine Lenkwelle, welche zwei oder mehr gerade Wellenstücke 3 umfasst, zwischen denen jeweils ein Kreuzgelenk 4 angeordnet ist. Die Lenkwelle ist mit den Spurstangen 6 über ein Lenkgetriebe 5 verbunden, wobei die Spurstangen 6 durch eine Zahnstange 7 angetrieben werden. Die Lenksäule umfasst weiters einen, beispielsweise elektrischen, Hilfsantrieb 8, von dem ein Drehmoment auf die Lenkwelle ausübbar ist, welches über die zwischen dem Hilfsantrieb 8 und dem Lenkgetriebe 5 in der Lenkwelle angeordneten Kreuz- gelenke 4 übertragen wird.

Der Hilfsantrieb 8 kann in herkömmlicher Weise zur Aufbringung einer Lenkhilfskraft und/oder zur Drehzahlüberlagerung vorgesehen sein, wozu entsprechende Getriebe zwischen dem Hilfsantrieb 8 und der Lenkwelle dienen (nicht sichtbar in Fig. 1). Je nach Ausbildung und Anwendung kann ein, ebenfalls nicht dargestelltes, Steuergerät vorhanden sein, dem die Betätigung des Lenkrades 2 über eine Sensorik als Signal eingespeist wird. Im Steuergerät, evtl. mit Fahrdynamikrechner, kann daraus, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Sensorsignals des Hilfsantriebes des Lenksystems und/oder der Drehzahlüberlagerungseinrichtung und/oder weiterer, den Fahr- zeugzustand beschreibender Signale, das entsprechende Steuersignal, beispielsweise eine Steuerspannung, für den Hilfsantrieb bestimmt und an diesen ausgegeben werden.

Die Kreuzgelenke 4 umfassen jeweils erste und zweite Gelenkgabeln, die jeweils ein mit dem jeweiligen Wellenstück 3 verbundenes Anschlussteil 9 bilden. Für zumindest eines der Wellenstücke 3 ist die Verbindung mit dem zugehörigen Anschlussteil 9 in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet. Vorzugsweise sind bei zumindest allen der Kreuzgelenke 4, über die das vom Hilfsantrieb 8 ausgeübte Drehmoment übertragen wird und die, beispielsweise für Montagezwecke, auftrennbar dargestellt sein sollen, die Verbindungen der Wellenstücke 3 mit den Anschlussteilen 9 in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet.

Eine jeweilige, ein Anschlussteil 9 bildende Gelenkgabel ist in Seitenansicht U- förmig ausgebildet und weist zwei Schenkel 10, 1 1 auf, welche von einer Gabelbasis (=Gabelkopf) 12 abstehen. Die Schenkel 10, 1 1 liegen in voneinander beabstande- ten, vorzugsweise zumindest annähernd parallelen Ebenen (der Winkel, den die Ebenen miteinander einschließen beträgt weniger als 5°).

Zur Verbindung der Gelenkgabeln eines Kreuzgelenks dient ein Gelenkkreuz 13, welches um 90° zueinander versetzte Gelenkzapfen aufweist. Von diesen sind jeweils die beiden um 180° zueinander versetzten Gelenkzapfen, deren Längsachsen zusammenfallen, gegenüber einer der beiden Gelenkgabeln drehbar gelagert. Hierzu ragen die Gelenkzapfen jeweils in eine Lageröffnung 14 des jeweiligen Schenkels 10, 1 1 und sind in dieser drehbar gelagert.

Eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform der Verbindung zwischen einem Wellenstück 3 und einem Anschlussteil 9 geht aus den Fig. 2 bis 5 hervor.

Ein Abschnitt des Anschlussteils 9, im gezeigten Anwendungsfall die Gabelbasis 12, weist eine Aufnahmeöffnung 15 auf, in der ein Verbindungsabschnitt 26 des Wellenstücks 3, der hier einen Endabschnitt des Wellenstücks 3 bildet, aufgenommen ist. Die Aufnahmeöffnung 15 ist im Ausführungsbeispiel als Durchgangsöffnung durch das Anschlussteil 9, hier die Gabelbasis 12 ausgebildet. Die Längsmittelachse 16 des gerade ausgebildeten Wellenstücks 3 fällt mit der durch die Aufnahmeöffnung 15 verlaufende Längsmittelachse des Anschlussteils 9 zusammen.

Die Aufnahmeöffnung 15 des Anschlussteils 9 wird in radialer Richtung von einer Wand 17 des Anschlussteils 9 begrenzt, die durch einen Schlitz 27 unterbrochen ist. Der Schlitz 27 liegt zwischen Spannabschnitten 12a, 12b des Anschlussteils 9, hier der Gabelbasis 12. Die Spannabschnitte 12a, 12b bilden jeweils einen an den Schlitz 27 anschließenden Abschnitt der die Aufnahmeöffnung 15 begrenzenden Wand 17. Die Spannabschnitte 12a, 12b sind im geschlossenen Zustand der Verbindung durch ein Spannteil 20 in Richtung zueinander beaufschlagt (zusammengezogen). Als Spannabschnitte 12a, 12b werden diejenigen an den Schlitz 27 anschließenden Abschnitte des Anschlussteils 9 (hier der Gabelbasis 12 der Gelenkgabel) angesehen, die beim Schließen der Verbindung verformt werden, also nach innen gebogen werden (in Richtung zum anderen Spannabschnitt).

Das Spannteil wird im Ausführungsbeispiel von einem Spannbolzen gebildet, der eine Bohrung 24 im Spannabschnitt 12a durchsetzt und in ein Innengewinde einer in den Spannabschnitt 12b eingebrachten Bohrung 25 eingeschraubt ist. Die Bohrungen 24, 25 fluchten miteinander und ihre Längsmittelachsen liegen vorzugsweise rechtwinkelig zur Längsmittelachse 16 des Wellenstücks 3. Grundsätzlich denkbar und möglich wäre auch eine schräge Anordnung zur Längsmittelachse 16 des Wellenstücks 3.

In der die Aufnahmeöffnung 5 umgebenden Wand 17 sind Formschlusselemente 18 ausgebildet. Diese wirken mit Gegenformschlusselementen 19 zusammen, die an der äußeren Oberfläche des Wellenstücks 3 zumindest im Bereich seines in der Aufnahmeöffnung 15 aufgenommenen Verbindungsabschnitts 29 ausgebildet sind.

Die miteinander verspannten Formschluss- und Gegenformschlusselemente 18, 19 bilden einen in Drehrichtung wirkenden Formschluss zwischen dem Wellenstück 3 und dem Anschlussteil 9 aus, d.h. ein gegen eine Verdrehung des Verbindungsabschnitts 29 des Wellenstücks 3 gegenüber dem Anschlussteil 9 um die Längsmittelachse 16 wirkender Formschluss wird ausgebildet. Im geschlossenen Zustand der Verbindung werden die Spannabschnitte 12a, 12b durch das unter Vorspannung stehende Spannteil 20 an den Verbindungsabschnitt 26 angedrückt. Dadurch werden in einem Winkelbereich 28 um die Längsmittelachse 16 liegende Gegenformschlusselemente 19 des Verbindungsabschnitts 26 mit Formschlusselementen 18 der Wand 17 verspannt. Der Winkelbereich 28 ist vom Schlitz 27 in beide Drehrichtungen um die Längsmittelachse 16 um Winkel 29, 30 beabstandet, die jeweils mindestens 100° betragen. Alle miteinander in Eingriff stehen- den Formschluss- und Gegenformschlusselemente liegen in diesem Winkelbereich (dem Formschlusselemente-Winkelbereich) 28.

Bei den Winkeln 29, 30 handelt es sich also um die (positiven und negativen) Polar- winkel des auf die Längsmittelachse bezogenen Polarkoordinatensystems. In diesem Polarkoordinatensystem erstreckt sich der Schlitz 27 über einen bestimmten Winkelbereich. Der Winkelbereich 28, in welchem alle miteinander verspannten Formschlusselemente und Gegenformschlusselemente 18, 19 angeordnet sind, ist von dem Polarwinkelbereich, in welchem der Schlitz liegt, um einen positiven und nega- tiven Polarwinkel von jeweils mindestens 100° beabstandet.

Der Umfang um den Verbindungsabschnitt 26 ist somit günstigerweise aufgeteilt in zumindest weitgehend gegenüberliegende Bereiche, in denen einerseits die Spannkraft von den Spannabschnitten 12a, 12b auf den Verbindungsabschnitt 26 übertra- gen wird, und andererseits der Formschluss zwischen dem Verbindungsabschnitt 26 und dem Anschlussteil 9 erfolgt.

Die Übertragung der Spannkraft von den Spannabschnitten 12a, 12b auf den Verbindungsabschnitt 26 erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel durch Kanten, die zwischen einem jeweiligen, an den Schlitz 27 anschließenden Abschnitt der Wand 17 und einer jeweiligen den Schlitz 27 begrenzenden Wand 31 , 32 liegen. Diese Kanten sind an den Verbindungsabschnitt 26 angedrückt und drücken diesen gegen einen dem Schlitz 27 gegenüberliegenden Abschnitt der Wand 17. Dadurch werden an die in diesem Bereich angeordneten Formschlusselemente 18 der Wand 17 die mit die- sen zusammenwirkenden Gegenformschlusselemente 19 des Verbindungsabschnitts 26 angedrückt.

Ein an die genannten Kanten jeweils anschließender Abschnitt der Wand 17 ist im Ausführungsbeispiel jeweils vom Verbindungsabschnitt 26 beabstandet, wobei je- weils ein Spalt 23 zwischen dem Verbindungsabschnitt 26 und der Wand 17 ausgebildet wird. In einer modifizierten Ausführungsform könnte auch vorgesehen sein, dass an den Schlitz 27 beidseitig anschließende Abschnitte der Wand 17, die von den Spannabschnitten 12a, 12b gebildet werden, jeweils an den Verbindungsabschnitt 26 ange- drückt werden. Auf der vom Schlitz 27 abgelegenen Seite anschließend an diese angedrückten Abschnitte könnte jeweils wiederum ein Spalt 23 zwischen dem Verbindungsabschnitt 26 und der Wand 17 vorliegen.

Im offenen Zustand der Verbindung, der in Fig. 4 dargestellt ist, ist der Verbin- dungsabschnitt 26 in die Aufnahmeöffnung 15 axial einführbar und aus dieser herausziehbar.

Zum Schließen der Verbindung werden die ersten und zweiten Spannabschnitte 12a, 12b vom Spannteil 20 zusammengezogen, wobei sich der Schlitz 27 verschmälert. Hierzu wird im Beispiel entsprechend der Fig. 5 das Spannteil 20 in einen Gewindeabschnitt am Spannabschnitt 12b eingeschraubt und verspannt. Die von den Spannabschnitten 12a, 12b gebildeten Abschnitte der Wand 17 bewegen sich nach innen (in Richtung zur Längsmittelachse des Wellenstücks 3). In die entsprechenden Richtungen verringert sich somit der Durchmesser der Aufnahmeöffnung 15.

Im geschlossenen Zustand der Verbindung ist die Breite des Schlitzes 27 geringer als im offenen Zustand. Das Spannteil 20 ist mit einer Vorspannkraft gespannt. Die Spannabschnitte 12a, 12b sind vom Spannteil 20 zusammengezogen und die die zwischen der Wand 17 und der jeweiligen Wand 31 , 32 liegenden Kanten oder beid- seitig an den Schlitz 27 anschließende Abschnitte der Wand 17 sind an den Verbindungsabschnitt angedrückt und verspannen den Verbindungsabschnitt 26 mit dem Anschlussteil 9 unter Verspannung der Formschlusselemente 18 und Gegenform- schlusselemente 19. Die Gegenformschlusselemente 19 des Wellenstücks 3 werden beispielsweise wie dargestellt von den Seitenflächen mehrerer in Längsrichtung des Wellenstücks 3 ver- laufender, zahnförmiger Erhebungen gebildet. Die Wand 17 weist zur Ausbildung von Formschlusselementen 18 in Längsrichtung des Wellenstücks 3 verlaufende, sich im Querschnitt durch das Wellenstück 3 gesehen, vorzugsweise konisch, verjüngende Vertiefungen auf. Im Ausführungsbeispiel sind vier solche Erhebungen und Ver- tiefungen vorgesehen.

In anderer Weise ausgebildete Formschluss- und Gegenformschlusselemente 18, 19 könnten ebenfalls oder zusätzlich vorgesehen sein. So könnten beispielsweise in Längsrichtung des Wellenstücks 3 verlaufende Vertiefungen im Verbindungsab- schnitt 29 des Wellenstücks 3 vorgesehen sein, die mit in Längsrichtung des Wellenstücks 3 verlaufenden Erhöhungen der Wand 17 der Aufnahmeöffnung 15 zusammenwirken, und/oder Abflachungen oder andere Konturen, die eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform ausbilden, könnten vorgesehen sein. Die Formschlusselemente der Wand 17 der Aufnahmeöffnung 15 können in einfacher Weise durch eine Räumoperation ausgebildet werden. Auch eine Einformung während der Umformoperation zur Herstellung der Gabel ist möglich. Die Gegenformschlusselemente 19 des Verbindungsabschnitts 29 des Wellensieks 3 können beispielsweise durch eine Walz- oder Rändeloperation gebildet werden.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen modifizierte Ausführungsformen. Abgesehen von dem im Folgenden beschriebenen Unterschied entspricht die Ausbildung dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel. Bei der Ausführungsvariante von Fig. 6 sind die Bohrungen 24 und 25 als fluchtende Durchtrittsöffnungen durch die Spannabschnitte 12a, 12b ausgebildet und das als Spannbolzen ausgebildete Spannteil 20 durchsetzt diese und wird von einer auf ein Außengewinde des aus der Bohrung 25 herausragenden Abschnitts des Spannbolzens aufgeschraubten Spannmutter 21 verspannt. Fig. 7 zeigt eine mögliche Modifikation einer Anordnung der Formschlusselemente 18 und Gegenformschlusselemente 19.

Der Verbindungsabschnitt 29 des Wellenstücks 3 kann auch zusätzlich zu den mit den Formschlusselementen 18 in Eingriff stehenden Gegenformschlusselementen 19 weitere, beispielsweise zahnförmige, Erhebungen und/oder, beispielsweise zahn- förmige, Vertiefungen, Abflachungen oder andere Ausgestaltungen seiner äußeren Oberfläche aufweisen, durch die eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform des Verbindungsabschnitts 29 ausgebildet wird, wobei diese weiteren Elemen- te (durch die prinzipiell ein in Drehrichtung wirkender Formschluss ausgebildet werden könnte) nicht in Eingriff mit den vorgeformten Formschlusselementen 18 in der Wand 17 der Aufnahmeöffnung 15 stehen. Fig. 8 zeigt eine solche modifizierte Ausbildungsform, bei der der Verbindungsabschnitt 29 umlaufend eine Verzahnung aufweist. Eine umlaufende Verzahnung des Verbindungsabschnitts 29 des Wellen- Stücks 3 kann beispielsweise durch Rändeln ausgebildet werden. Die dem Schlitz 27 gegenüberliegenden Zähne des Wellenstücks 3, die Gegenformschlusselemente 19 bilden, gelangen mit den dort angeordneten Formschlusselementen 18 des Anschlussteils 9 in Eingriff. Die übrigen Zähne gelangen nicht oder zumindest im Wesentlichen nicht, in formschlüssigen Eingriff mit der Wand 17 des Anschlussteils 9. Die nicht mit den Formschlusselementen 18 in Eingriff gelangenden Zähne werden hierbei beim Verspannen durch das Spannteil 20 mehr oder weniger abgeflacht. Durch diese Zähne wird ein Reibschluss zwischen dem Verbindungsabschnitt 26 und der Wand 17 ausgebildet.

Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die mit den Formschlusselementen 18 in Eingriff stehenden Zähne, die die Gegenformschlusselemente 19 bilden, größer ausgebildet dargestellt, als die übrigen Zähne. Es könnten aber auch alle Zähne gleich groß ausgebildet sein. Es ist in einer modifizierten Ausführungsform auch denkbar und möglich, dass die Spitzen zumindest der in der Nähe der vorgeformten Formschlusselemente 18 liegenden Zähne sich mehr oder weniger in die Wand 17 eingraben, wodurch beim Verspannen weitere Formschlusselemente ausgebildet werden, die mit Gegenform- Schlusselementen des Wellenstücks in Eingriff stehen und einen in Drehrichtung wirkenden Formschluss ausbilden. Zumindest über Winkel 29, 30 von 100° sind aber beidseitig anschließend an den Schlitz 27 keine im formschlüssigen Eingriff stehenden Formschluss- und Gegenformschlusselemente vorhanden. Beim Verspannen des Verbindungsabschnitts 29 mit dem Anschlussteil 9 mittels des mindestens einen Spannteils können durchaus plastische Verformungen, insbesondere der Gegenformschlusselemente und/oder der Formschlusselemente, auftreten, wodurch ein spielfreier Formschluss erreicht werden kann. Dabei können elastische Restspannungen vorteilhafterweise den Formschluss auch bei hohen Wechselbelas- tungen dauerhaft sicherstellen.

Günstigerweise kann vorgesehen sein, dass die Formschlusselemente und Gegenformschlusselemente auch bei geöffnetem oder entferntem Spannteil nicht ganz außer Eingriff gelangen können (so lange der Eingriff nicht durch eine axiale Ver- Schiebung des Wellenstücks gegenüber dem Anschlussteil aufgehoben wird).

Durch die hohe Vorspannkraft, unter der das Spannteil 20 steht, kann ein sicherer und fester Sitz des Verbindungsabschnitts 26 im Anschlussteil 9 erreicht werden, der sich auch bei hohen Wechselbelastungen nicht selbsttätig löst.

Auch andere Anschlussteile als Gelenkgabeln können in der beschriebenen Weise mit einem Wellenstück der Lenkwelle verbunden werden, beispielsweise ein Lenkritzel. Eine erfindungsgemäße Verbindung kann vorteilhafterweise wiederholt geschlossen und zerstörungsfrei wieder geöffnet werden, insbesondere mittels eines Drehwerkzeugs.

L e g e n d e

den Hinweisziffern

1 Lenksäule 16 Längsmittelachse

2 Lenkrad 17 Wand

3 Wellenstück 25 18 Formschlusselement

4 Kreuzgelenk 19 Gegenformschlusselement

5 Lenkgetriebe 20 Spannteil

6 Spurstange 21 Spannmutter

7 Zahnstange 23 Spalt

8 Hilfsantrieb 30 24 Bohrung

9 Anschlussteil 25 Bohrung

10 Schenkel 26 Verbindungsabschnitt

1 1 Schenkel 27 Schlitz

12 Gabelbasis 28 Winkelbereich

12a Spannabschnitt 35 29 Winkel

12b Spannabschnitt 30 Winkel

13 Gelenkkreuz 31 Wand

14 Lageröffnung 32 Wand

15 Aufnahmeöffnung

Claims

Patentansprüche

1. Verbindung eines Wellenstücks (3) einer Lenkwelle für ein Kraftfahrzeug mit einem Anschlussteil (9), das mit dem Wellenstück (3) eine gemeinsame Längsmittelachse (16) besitzt und das eine von einer Wand (17) begrenzte Aufnahmeöffnung (15), durch welche die Längsmittelachse (16) verläuft und in welcher ein Verbindungsabschnitt (26) des Wellenstücks (3) festgelegt ist, und einen Schlitz (27) aufweist, der die die Aufnahmeöffnung (15) begrenzende Wand (17) unterbricht und zwischen ersten und zweiten Spannabschnitten (12a, 12b) des Anschlussteils (9) liegt, welche jeweils einen an den Schlitz (27) anschließenden Abschnitt der die Aufnahmeöffnung (15) begrenzenden Wand (17) bilden, wobei zum Schließen der Verbindung die ersten und zweiten Spannabschnitte (12a, 12b) von einem Spannteil (20) unter Verschmälerung des Schlitzes (27) zusammenziehbar und zur Verspannung des Verbindungsabschnitts (26) mit dem Anschlussteil (9) an den Verbindungsabschnitt (26) andrückbar sind und die die Aufnahmeöffnung (15) begrenzende Wand (17) Formschlusselemente (18) aufweist und die äußere Oberfläche des Verbindungsabschnitts (26) des Wellenstücks (3) Gegenformschlusselemente (19) aufweist, die mit den Formschlusselementen (18) der die Aufnahmeöffnung (15) begrenzenden Wand (17) zusammenwirken, wobei durch die zusammenwirkenden Formschlusselemente (18) und Gegenformschlusselemente (19) ein gegen die Verdrehung des Verbindungsabschnitts (26) des Wellenstücks (3) gegenüber dem Anschlussteil (9) wirkender Formschluss zwischen der äußeren Oberfläche des Verbindungsabschnitts (26) des Wellenstücks (3) und der die Aufnahmeöffnung (15) begrenzenden Wand (17) ausgebildet ist und im geschlossenen Zustand der Verbindung die Spannabschnitte (12a, 12b) mindestens eines der Formschlusselemente (18) mit mindestens einem der Gegenformschlusselemente (19) verspannen, dadurch gekennzeichnet, dass alle Formschlusselemente (18), die im geschlossenen Zustand der Verbindung mit einem jeweiligen Gegenform- Schlusselement (19) verspannt sind, in einem Winkelbereich (28) angeordnet sind, der vom zwischen den Spannabschnitten (12a, 12b) liegenden Schlitz (27) in beide Drehrichtungen um die Längsmittelachse (16) um Winkel (29, 30) von jeweils mindestens 100° beabstandet ist.

Verbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im geschlossenen Zustand der Verbindung Kanten, die zwischen dem jeweiligen an den Schlitz (27) anschließenden Abschnitt der die Aufnahmeöffnung (15) begrenzenden Wand (17) und einer jeweiligen den Schlitz (27) begrenzenden Wand (31 , 32) liegen, oder an den Schlitz (27) jeweils anschließende Abschnitte der die Aufnahmeöffnung (15) begrenzenden Wand (17) an den Verbindungsabschnitt (26) angedrückt sind und diesen gegen einen dem Schlitz (27) gegenüberliegenden Abschnitt der die Aufnahmeöffnung (15) begrenzenden Wand (17) drücken.

Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussteil (9) eine Kreuzgelenkgabel ist, die Schenkel (10, 1 1) mit Lageröffnungen (14) und eine Gabelbasis (12) umfasst, von der die Schenkel (10, 1 1) abstehen.

Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (20) in Form eines Spannbolzens ausgebildet ist.

Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (20) im geschlossenen Zustand der Verbindung nicht in Kontakt mit der Oberfläche des Wellenstücks (3) steht.