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Title:
FORK-SHAFT CONNECTION AND STEERING SHAFT HAVING SUCH A FORK-SHAFT CONNECTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/154830
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a fork-shaft connection for a steering system of a motor vehicle, comprising a shaft (10) and a fork (20) which has at least one hub (21) for receiving the shaft (10), wherein the shaft (10) can be coupled or is coupled to the hub (21) for torque transmission, and wherein the shaft (10) has a flattened shaft portion (12) at at least one shaft end (11) and the hub (21) has a flattened hub portion (22) which is formed to complement the flattened shaft portion (12), and the fork (20) comprises a clamping slot (23), wherein the fork (20) can be clamped or is clamped to the shaft end (11) by a clamping element (24). Furthermore, the invention relates to a steering shaft having such a fork-shaft connection.

Inventors:
BARTHOLET, Erwin (Obststrasse 2, 8890 Flums, 8890, CH)
FRITZE, Denny (Flurgasse 18, 6800 Feldkirch, 6800, AT)
GALEHR, Robert (Bahnweg 14, 9486 Schaanwald, 9486, LI)
Application Number:
EP2019/052861
Publication Date:
August 15, 2019
Filing Date:
February 06, 2019
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP PRESTA AG (Essanestraße 10, 9492 Eschen, 9492, LI)
THYSSENKRUPP AG (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
International Classes:
F16D1/08; B62D1/20; F16D3/38
Foreign References:
JP2010084897A2010-04-15
DE20304238U12003-05-15
DE102015201542B42016-10-13
US5052842A1991-10-01
JP2010084897A2010-04-15
DE102015201542B42016-10-13
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Gabel-Welle-Verbindung für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit

einer Welle (10) und einer Gabel (20), die wenigstens eine Nabe (21) zur Aufnahme der Welle (10) aufweist, wobei die Welle (10) mit der Nabe

(21) drehmomentschlüssig koppelbar oder gekoppelt ist,

dad u rch geken nzeich net, dass

die Welle (10) an wenigstens einem Wellenende (11) eine

Wellenabflachung (12) aufweist und die Nabe (21) eine Nabenabflachung

(22) aufweist, die zur Wellenabflachung (12) komplementär ausgebildet ist, und die Gabel (20) einen Klemmschlitz (23) umfasst, wobei die Gabel (20) mit dem Wellenende (11) durch ein Klemmelement (24) verklemmbar oder verklemmt ist.

2. Gabel-Welle-Verbindung nach Anspruch 1,

dad u rch geken nzeich net, dass

die Wellenabflachung (12) mit der Nabe (21) der Gabel (20) in einem Kontaktbereich (13) in Kontakt steht.

3. Gabel-Welle-Verbindung nach Anspruch 1,

dad u rch geken nzeich net, dass

die Welle (10) genau eine Wellenabflachung (12) aufweist, die mit der Nabe (21) der Gabel (20) in einem Kontaktbereich (13) in Kontakt steht.

4. Gabel-Welle-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass

die Nabenabflachung (22) radial gegenüber dem Klemmschlitz (23) angeordnet ist.

5. Gabel-Welle-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass

die Nabenabflachung (22) eine konkave Ausnehmung (25) aufweist.

6. Gabel-Welle-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass

die Welle (10) und die Gabel (20) durch das Klemmelement (24) formschlüssig und/oder kraftschlüssig zur Sicherung gegen eine Axialbewegung der Welle (10) miteinander verbindbar oder verbunden sind.

7. Gabel-Welle-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass

die Welle (10) eine Nut (15) aufweist, die im Bereich des Wellenendes (11) quer zu einer Längsachse der Welle (10) ausgebildet ist.

8. Gabel-Welle-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass

die Nut (15) radial gegenüber der Wellenabflachung (12) angeordnet ist.

9. Gabel-Welle-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass

das Klemmelement (24) in einer Durchgangsbohrung der Gabel (20) und der Nut (15) der Welle (10) anordenbar oder angeordnet ist.

10. Gabel-Welle-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass

die Welle (10) eine Umfangsfläche (14) aufweist, die teilkonvex und/oder vollständig konvex ausgebildet ist.

11. Gabel-Welle-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass

die Welle (10) hohlzylindrisch ausgebildet ist.

12. Gabel-Welle-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass

der Querschnitt der Welle (10) von einem Hüllkreis (HK) umschrieben ist, wobei der Hüllkreis (HK) einen Durchmesser mit einem Wert d aufweist und die Wellenabflachung (12) durch einen Abstandswert a definiert ist, der durch einen Abstand von der Umfangsfläche (14) rechtwinklig zur Wellenabflachung (12) gebildet ist, wobei der Abstandswert a zwischen 60% und 95% des Wertes d beträgt.

13. Lenkwelle für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Gabel-Welle- Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description:
Gabel-Welle-Verbindung und Lenkwelle mit einer

solchen Gabel-Welle-Verbindung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Gabel-Welle-Verbindung und eine Lenkwelle mit einer solchen Gabel-Welle-Verbindung. Eine Gabel-Welle-Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist beispielsweise aus JP 2010 084 897 A bekannt.

Lenkungen haben die Aufgabe, eine Fahrtrichtung bzw. eine Fahrtrichtungs- änderung eines Kraftfahrzeugs durch einen korrespondierenden Lenkeinschlag vorzugeben bzw. zu bewirken. Üblicherweise kommen bei zweispurigen

Kraftfahrzeugen Achsschenkellenkungen zum Einsatz. Dabei wird im Wesentlichen die Lenkbewegung des Lenkrads durch eine Lenkwelle in Verbindung mit einem Lenkgetriebe auf Spurstangen übertragen, die den Lenkeinschlag der Räder bewirken. Zur Verstärkung der Lenkkraft kommt zusätzlich ein Hilfskraftsystem zum Einsatz, wobei die Lenkkraft hydraulisch, elektrohydraulisch oder elektrisch unterstützt wird. Generell stehen die Lenksäule und das Lenkgetriebe in einem bestimmten Winkel zueinander. Um den Winkelversatzes zwischen der Lenksäule und dem Lenkgetriebe auszugleichen, ist es üblich, die Lenkwelle an jeweils einem Ende mit einem Kreuzgelenk bzw. Universalgelenk auszustatten. Eine derartige Lenkwelle ist aus der eingangs genannten JP 2010 084 897 A bekannt.

Hierbei weist die Lenkwelle eine Zwischenwelle mit jeweils an einem Ende angeordneten Universalgelenk auf. Die Zwischenwelle ist an einem ersten Ende durch ein erstes Universalgelenk mit einer Lenksäule und an einem zweiten Ende durch ein zweites Universalgelenk mit einer Ritzelwelle verbunden. Das

Universalgelenk weist zwei Gelenkteile auf, wobei ein Gelenkteil beispielsweise mit einem Wellenende der Ritzelwelle verbunden ist. Die Ritzelwelle weist dabei am Wellenende zwei Abflachungen auf, die an der Ritzelwelle parallel gegenüber ausgebildet sind. Ferner weist das Wellenende eine Ausnehmung auf, die quer zur Längsachse der Ritzelwelle ausgebildet ist. Das Gelenkteil umfasst eine Nabe zur Aufnahme der Ritzelwelle. Im zusammengebauten Zustand bilden die

Abflachungen der Ritzelwelle mit den Abflachungen des Gelenkteils einen Formschluss. Durch einen Bolzen wird das Wellenende der Ritzelwelle zusätzlich im Gelenkteil eingeklemmt.

Die formschlüssige Verbindung der Ritzelwelle mit dem Gelenkteil stellt eine sogenannte Zweiflach-Verbindung dar. Diese hat den Nachteil, dass die

Ausbildung von jeweils zwei Abflachungen am Wellenende und an der Nabe einen erhöhten Fertigungsaufwand mit sich bringt, da die Toleranz der zwei

Abflachungen zueinander sehr gering sein muss, um die Funktion sicherzustellen und somit erhöhte Herstellungskosten resultieren.

Ferner ist aus der DE 10 2015 201 542 B4 eine Lenkungswelle bekannt, die durch einen Kopplungsabschnitt an einer Gabel der Lenkungswelle mit einem Endstück einer Lenkgetriebeeingangswelle gekoppelt ist. Die Gabel weist einen

Formschlussabschnitt auf, der eine Mehrzahl von Formschlusselementen und eine Erhebung in Form einer Abflachung umfasst. Die Formschlusselemente sind dabei durch eine Verzahnung gebildet. Das Endstück der Lenkgetriebeeingangswelle weist ebenso einen Formschlussabschnitt auf, der in den Formschlussabschnitt der Lenkungswelle eingreift. Diese Ausführung einer Gabel-Welle-Verbindung hat den Nachteil, dass die Herstellung der Formschlusselemente und der Abflachung einen erhöhten Fertigungsaufwand erfordert und somit kostenintensiv ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Gabel-Welle-Verbindung für eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die durch einen verbesserten und einfachen Aufbau eine sichere, drehmomentschlüssige Verbindung gewährleistet, Fertigungsaufwand verringert und Herstellungskosten reduziert. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde eine Lenkwelle mit einer solchen Gabel-Welle- Verbindung anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Gabel-Welle-Verbindung durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Lenkwelle wird die vorstehend genannte Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 13 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken eine Gabel-Welle-Verbindung für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit einer Welle und einer Gabel anzugeben. Die Gabel weist wenigstens eine Nabe zur Aufnahme der Welle auf, wobei die Welle mit der Nabe drehmomentschlüssig koppelbar oder gekoppelt ist. Die Welle weist an wenigstens einem Wellenende eine Wellenabflachung auf und die Nabe weist eine Nabenabflachung auf, die zur Wellenabflachung komplementär ausgebildet ist. Die Gabel umfasst dabei einen Klemmschlitz, wobei die Gabel mit dem

Wellenende durch ein Klemmelement verklemmbar oder verklemmt ist.

Die Erfindung hat verschiedene Vorteile:

Im gekoppelten Zustand der Welle mit der Nabe greift das Wellenende in die Nabe ein, wobei die Wellenabflachung und die Nabenabflachung direkt gegenüber angeordnet sind. Die Wellenabflachung und die Nabenabflachung liegen

aneinander an und stehen dabei in Kontakt zueinander. Die Wellenabflachung und die Nabenabflachung bilden vorteilhafterweise eine formschlüssige Verbindung, die die Welle mit der Nabe bzw. der Gabel drehmomentschlüssig verbindet.

Vorteilhaft ist hierbei der konstruktiv einfache Aufbau der drehmomentschlüssigen Verbindung zur Übertragung des Lenkmoments. Dadurch werden

Fertigungsaufwand und somit Herstellungskosten reduziert. Ferner hat der konstruktiv einfach Aufbau den Vorteil, dass eine statische Überbestimmtheit der bekannten Gabel-Wellen-Verbindungen gemäß JP 2010 084 897 A und DE 10 2015 201 542 B4 verhindert wird.

Des Weiteren hat die Erfindung den Vorteil, dass durch das Klemmelement das Wellende der Welle mit der Gabel verklemmbar ist und somit im gekoppelten Zustand die Welle mit der Gabel kraftschlüssig verbunden ist. Dadurch wird die drehmomentschlüssige Verbindung der Welle mit der Gabel unterstützt bzw.

verstärkt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform steht die Wellenabflachung mit der Nabe der Gabel in einem Kontaktbereich in Kontakt. Der Kontaktbereich ist dabei durch die Wellenabflachung und die Nabenabflachung gebildet, die aneinander anliegen. Dies hat den Vorteil, dass die Welle mit der Wellenabflachung und die Nabe mit der Nabenabflachung eine drehmomentschlüssige Verbindung bildet. Das

Lenkmoment wird dabei im Kontaktbereich, insbesondere Berührungsbereich übertragen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Welle genau eine Wellenabflachung auf, die mit der Nabe der Gabel in einem Kontaktbereich in Kontakt steht. Ebenso ist hierbei der Wellenabflachung genau eine Nabenabflachung der Nabe gegenüber angeordnet. Die Wellenabflachung und die Nabenabflachung liegen dabei aneinander im Kontaktbereich, insbesondere Berührungsbereich an und bilden eine drehmomentschlüssige Verbindung. Durch den konstruktiv einfachen Aufbau der drehmomentschlüssigen Verbindung zur Übertragung des Lenkmoments werden ein Fertigungsaufwand reduziert und Herstellungskosten eingespart.

Vorzugweise ist die Nabenabflachung radial gegenüber dem Klemmschlitz angeordnet ist. Durch den Klemmschlitz ist die Nabe nach außen hin offen ausgebildet. Die Nabenabflachung kann dabei zu einer Innenfläche des

Klemmschlitzes orthogonal ausgebildet sein. Die Nabe weist zwei Klemmschenkel auf, die an die Nabenabflachung angrenzen. Ferner grenzen die Klemmschenkel mit jeweils einem freien Klemmschenkelende an den Klemmschlitz an. Die freien Klemmschenkelenden sind dabei voneinander beabstandet angeordnet und begrenzen den Klemmschlitz. Im gekoppelten Zustand der Welle mit der Nabe kann durch das Klemmelement das Wellenende mit der Gabel verklemmt werden. Das Klemmelement kann dabei durch einen Bolzen gebildet sein. Die

Klemmschenkel werden dabei an eine Umfangsfläche des Wellenendes gepresst. Die Anordnung der Nabenabflachung radial gegenüber dem Klemmschlitz hat den Vorteil, dass die Klemmschenkel im Wesentlichen eine gleiche Schenkellänge aufweisen. Die Klemmschenkel können dabei symmetrisch an der

Wellenabflachung ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ermöglichen die

längengleichen Klemmschenkel eine kraftsymmetrische Anpressung der

Klemmschenkel an die Umfangsfläche der Welle und somit eine verbesserte kraftschlüssige Verbindung der Welle mit der Gabel. Ferner kann die

Nabenabflachung eine konkave Ausnehmung aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass beim Verklemmen ein unkontrolliertes Abheben der Kontaktflächen der Nabenabflachung verhindert wird. Ferner ist vorteilhaft, dass beim Verklemmen eine Rissbildung in der Kontaktfläche, insbesondere einer Nabenoberfläche, der Nabenabflachung verhindert wird.

Weiter Vorzugsweise sind die Welle und die Gabel durch das Klemmelement formschlüssig und/oder kraftschlüssig zur Sicherung gegen eine Axialbewegung der Welle miteinander verbindbar oder verbunden. Dies hat den Vorteil, dass die Welle durch einen einfachen Aufbau gegen ein axiales Herausziehen aus der Gabel gesichert ist. Bei einer Ausführungsform weist die Welle eine Nut auf, die im Bereich des Wellenendes quer zu einer Längsachse der Welle ausgebildet ist. Im gekoppelten Zustand der Welle mit der Gabel erstreckt sich das Klemmelement durch die Nut hindurch und bildet eine formschlüssige Verbindung mit der Nut des

Wellenendbereichs. Die Welle wird somit vorteilhafterweise gegen ein axiales Herausziehen aus der Gabel gesichert. Mit anderen Worten wird die Welle durch das Eingreifen des Klemmelements in die Nut des Wellenendbereichs

formschlüssig in der Gabel gehalten bzw. fixiert.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Nut radial gegenüber der

Wellenabflachung angeordnet ist. Dies ermöglicht eine einfache und präzise Herstellung der Nut ohne die Wellenabflachung zu beeinträchtigen. Hierbei wird ein Richtaufwand reduziert und somit Herstellungskosten eingespart.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Klemmelement in einer

Durchgangsbohrung der Gabel und der Nut der Welle anordenbar oder

angeordnet. Die Durchgangsbohrung kann dabei ein Innengewinde aufweisen und das Klemmelement ein Außengewinde aufweisen. Im gekoppelten Zustand der Welle mit der Gabel weist hierbei das Klemmelement zwei Funktionen auf.

Einerseits ermöglicht das Klemmelement ein Verklemmen des Wellenendes in der Nabe durch ein Eingreifen des Außengewindes des Klemmelements in das

Innengewinde der Durchgangsbohrung. Andererseits bildet das Klemmelement ein Arretierelement, insbesondere ein Verriegelungselement, wodurch die Welle in der Gabel axial fixiert ist. Vorteilhafterweise wird dadurch die Welle formschlüssig und/oder kraftschlüssig in der Gabel fixiert und somit gegen ein axiales

Herausziehen aus der Gabel gesichert.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Welle eine

Umfangsfläche auf, die teilkonvex und/oder vollständig konvex ausgebildet ist. Hierbei wird vorteilhaft eine hohe Variantenvielfalt der Welle ermöglicht. Ferner ist vorteilhaft, dass die Welle durch ein standardisiertes Rundmaterial gebildet sein kann, wodurch Materialkosten reduziert werden. Die konvexe Umfangsfläche bildet des Weiteren eine große Klemmfläche. Somit wird vorteilhaft die

kraftschlüssige Verbindung bzw. Klemmverbindung zwischen der Welle und der Gabel verstärkt. Weiter vorteilhaft ist eine Verringerung des Wellenverschleißes durch Reduzierung von Wellenkanten, insbesondere Wellenabstufungen. Die Welle kann hohlzylindrisch ausgebildet sein. Die Welle kann hierbei vorteilhaft durch ein standardisiertes, kostengünstiges Rohr gebildet sein. Ferner kann eine Wellenabflachung einfach und schnell durch einen Umformprozess hergestellt werden.

Der Querschnitt der Welle weist einen Hüllkreis mit einem Durchmesser mit einem Wert d auf, wobei der Durchmesser des Hüllkreises im Bereich der

Wellenabflachung bestimmt ist. Mit anderen Worten wird der Durchmesser des Hüllkreises im Wellenendbereich bestimmt. Der Hüllkreis ist der kleinste umschriebene Kreis des Querschnitts der Welle bzw. des Wellenendbereichs. Die Welle weist des Weiteren einen Wellenabschnitt auf. Der Wellenendabschnitt ist der Abschnitt der Welle, in dem die Wellenabflachung ausgebildet ist. Die

Wellenabflachung ist durch einen Abstandswert a definiert, der durch einen Abstand von der Umfangsfläche im Wellenendabschnitt rechtwinklig zur

Wellenabflachung gebildet ist, und der zwischen 60% und 95% des Wertes d beträgt. Der Abstandswert a kann auch zwischen 70% und 90% des Wertes d betragen. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, eine hohe Variantenvielfalt der Wellenabflachung sowie der drehmomentschlüssigen, insbesondere

formschlüssigen, Verbindung zwischen der Welle und der Gabel. Weiter vorteilhaft ist eine Verbesserung der Anpassungsmöglichkeit an die Betriebsanforderungen der drehmomentschlüssigen Verbindung.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Welle einen kreiszylindrischen Wellenabschnitt auf, der an die Wellenabflachung angrenzt. Mit anderen Worten weist die Welle lediglich in einem Bereich der Welle, dem Wellenendabschnitt, eine Wellenabflachung zur drehmomentschlüssigen Verbindung mit der

Nabenabflachung der Nabe auf. Dadurch werden vorteilhafterweise

Bearbeitungskosten reduziert.

Der kreiszylindrische Wellenabschnitt kann dabei einen Durchmesser mit einem Wert d aufweisen. Der Abstandswert a kann zwischen 60% und 95% des Wertes d betragen. Der Abstandswert a kann auch zwischen 70% und 90% des Wertes d betragen.

Ein nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft eine Lenkwelle mit wenigstens einer Gabel-Welle-Verbindung der vorstehend genannten Art. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Lenkwelle ein erstes Lenkwellenstück und ein zweites Lenkwellenstück umfassen, wobei die

Lenkwellenstücke koaxial zueinander angeordnet und eine gemeinsame

Längsachse aufweisen. Das erste Lenkwellenstück und das zweite

Lenkwellenstück sind drehmomentschlüssig gekoppelt, wobei es vorgesehen sein kann, dass das erste Lenkwellenstück gegenüber dem zweiten Lenkwellenstück in Richtung der Längsachse verschiebbar ist, wobei das erste Lenkwellenstück und das zweite Lenkwellenstück korrespondierende Querschnittsprofile aufweisen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann es vorgesehen sein, dass das erste Lenkwellenstück und/oder das zweite Lenkwellenstück eine Gleithülse aus

Kunststoff aufweist, die fest mit dem ersten Lenkwellenstück und/oder dem zweiten Lenkwellenstück verbunden ist.

Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass zwischen dem ersten

Lenkwellenstück und dem zweiten Lenkwellenstück Wälzkörper angeordnet sind, wobei die Lenkwelle derart ausgelegt ist, dass die Wälzkörper auf dem ersten Lenkwellenstück und dem zweiten Lenkwellenstück in Richtung der Längsachse abwälzen, wenn das erste Lenkwellenstück gegenüber dem zweiten

Lenkwellenstück verschoben wird.

Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass das das erste Lenkwellenstück und/oder das zweite Lenkwellenstück mit der Gabel gekoppelt ist.

Es kann vorgesehen sein, dass das erste Lenkwellenstück und/oder das zweite Lenkwellenstück die Welle bildet, die mit der Nabe der Gabel koppelbar ist.

Zu den Vorteilen der Lenkwelle wird auf die im Zusammenhang mit der Gabel- Welle-Verbindung erläuterten Vorteile verwiesen. Darüber hinaus kann die

Lenkwelle alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer zuvor in Bezug auf die Gabel-Welle-Verbindung genannte Merkmale aufweisen.

Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die dargestellten Ausführungsformen stellen Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Gabel-Welle-Verbindung sowie die Lenkwelle ausgestaltet sein kann.

In diesen zeigen, Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Lenksystems mit einer Lenkwelle nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Lenkwelle gemäß Figur 1;

Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer Gabel und einer Welle, die

miteinander koppelbar sind, nach einem erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiel;

Figur 4 eine Längsschnittansicht einer Gabel-Welle-Verbindung mit einer

Gabel und einer Welle gemäß Figur 3 nach einem

erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;

Figur 5 eine Querschnittsansicht einer Gabel-Welle-Verbindung gemäß Figur

4 mit einem Klemmelement nach einem erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiel;

Figur 6 eine Querschnittsansicht einer Gabel-Welle-Verbindung gemäß

Figur 4;

Figur 7 eine Querschnittsansicht einer Welle gemäß Figur 3 bis Figur 6;

Figur 8 eine Querschnittsansicht einer Gabel-Welle-Verbindung mit einer hohlzylindrischen Welle nach einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;

Figur 9 einen Detailausschnitt einer Querschnittsansicht einer Gabel-Welle- Verbindung mit einer Nabenabflachung gemäß Figur 5, Figur 6 und Figur 8, und

Figur 10 einen Detailausschnitt einer Querschnittsansicht einer Gabel-Welle- Verbindung mit einer Nabenabflachung nach einem

erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

In Figur 1 ist ein Lenksystem 30 eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Das Lenksystem 30 umfasst dabei im Wesentlichen ein Lenkrad 31, eine Lenksäule 32 mit einem als

Mantelrohr ausgebildeten Lenksäulengehäuse 33, eine Lenkwelle 40 und ein

Lenkgetriebe 37. Ferner weist das Lenksystem 30 zwei Spurstangen 38 auf, die mit jeweils einem Rad 39 gekoppelt sind. Zur Übertragung des Lenkmoments ist das Lenkrad 31 über die Lenksäule 32 durch eine Eingangswelle 10a mit der Lenkwelle 40 verbunden. Die Lenkwelle 40 weist ein Kreuzgelenk 43, 44, insbesondere Universalgelenk auf. Die obere Lenkwelle 10a ist dabei mit einem ersten Kreuzgelenk 43 drehmomentschlüssig verbunden. Zur weiteren

Übertragung des Lenkmomentes ist eine Eingangswelle 10b des Lenkgetriebes 37 mit einem zweiten Kreuzgelenk 44 der Lenkwelle 40 ebenso drehmomentschlüssig verbunden.

Die drehmomentschlüssigen Verbindungen der oberen Lenkwelle 10a, die auch als Lenkspindel bezeichnet wird und Teil der Lenkwelle 40 ist, und der Eingangswelle 10b mit den jeweiligen Kreuzgelenken 43, 44 kann dabei formschlüssig und/oder kraftschlüssig ausgebildet sein. Des Weiteren ist die Eingangswelle 10b mit einer Ritzelwelle 35 gekoppelt, die mit dem Lenkgetriebe 37 verbunden ist und eine Drehbewegung, insbesondere eine Lenkbewegung, über die jeweilige Spurstange 38 auf das Rad 39 überträgt. Zwischen der Ritzelwelle 35 und der Eingangswelle 10b kann ein Torsionsstab vorgesehen sein, der in der schematischen Darstellung der Figur 1 nicht abgebildet ist. Die Kopplung der Eingangswelle 10b mit der Ritzelwelle 35 kann dabei im Lenkgetriebeteil 36 erfolgen. Die Eingangswelle 10b kann auch durch die Ritzelwelle 35 gebildet sein, wobei vorteilhafterweise zusätzliche Kopplungselemente entfallen. Die Ritzelwelle 35 ist dabei direkt mit dem zweiten Kreuzgelenk 44 der Lenkwelle 40 zur Übertragung des

Lenkmomentes verbunden. Die Lenkwelle 40 ist nicht auf die vorstehend beschriebene Einbaulage eingeschränkt. Ebenso kann die obere Lenkwelle 10a mit dem zweiten Kreuzgelenk 44 und die Eingangswelle 10b mit dem ersten

Kreuzgelenk 43 drehmomentschlüssig verbunden sein.

Zur Verstärkung der Lenkkraft kann das Lenksystem 30 eine

Lenkkraftverstärkungseinheit 300 aufweisen. Die Lenkkraftverstärkungseinheit 300 kann dabei durch eine hydraulische, elektrohydraulische oder elektrische Lenkkraftverstärkungseinheit gebildet sein.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Lenkwelle 40 gemäß Figur 1. Die Lenkwelle 40 umfasst ein erstes Lenkwellenstück 41 und ein zweites

Lenkwellenstück 42. Die Lenkwellenstücke 41, 42 sind koaxial zueinander angeordnet und weisen eine gemeinsame Längsachse 17 auf. Das zweite

Lenkwellenstück 42 ist dabei derart ausgebildet, dass das erste Lenkwellenstück 41 in das zweite Lenkwellenstück 42 axial einführbar ist. Dies hat den Vorteil, dass ein Längenausgleich durch die Lenkwelle 40 ermöglicht wird.

Wie in Figur 1 vorstehend beschrieben umfasst die Lenkwelle 40 ein erstes Kreuzgelenk 43 und ein zweites Kreuzgelenk 44. Das Kreuzgelenk 43, 44 umfasst im Wesentlichen eine Lenkwellenanschlussgabel, ein zentrales Kreuzstück und eine Gabel 20. Das erste Kreuzgelenk 43 ist mit dem ersten Lenkwellenstück 41 drehmomentschlüssig verbunden. Das zweite Kreuzgelenk 44 ist mit dem zweiten Lenkwellenstück 42 ebenso drehmomentschlüssig verbunden. Die jeweilige drehmomentschlüssige Verbindung der Kreuzgelenke 43, 44 mit den

Lenkwellenstücken 41, 42 kann dabei formschlüssig und/oder kraftschlüssig ausgebildet sein. Die drehmomentschlüssige Verbindung kann auch durch einen Stoffschluss gebildet sein. Des Weiteren ist eine Kombination der vorstehend genannten Verbindungsarten zur Herstellung einer drehmomentschlüssigen Verbindung denkbar. Die Gabel 20 ist dabei mit einer nicht dargestellten oberen Lenkwelle 10a oder einer nicht dargestellten Eingangswelle 10b zur Übertragung eines Lenkmoments drehmomentschlüssig verbunden. Auf die Gabel 20 wird später näher eingegangen. In der folgenden Beschreibung werden die obere Welle 10a, die Eingangswelle 10b, und die Lenkwellenstücke als Welle 10 bezeichnet.

Gemäß Figur 3 ist eine Welle 10 und eine Gabel 20 gezeigt. Die Welle 10 ist hierbei durch eine Vollwelle gebildet und weist in einem Wellenendabschnitt 110 mit einem Wellenende 11 eine Materialabtragung auf. Die Materialabtragung ist dabei durch eine Wellenabflachung 12 gebildet. Unter Materialabtragung ist in diesem Fall nicht zu verstehen, dass die Wellenabflachung 12 lediglich durch eine spanende Bearbeitungsoperation gebildet sein kann, die Wellenabflachung 12 kann auch durch andere Fertigungsoperationen, wie Urformen oder Umformen gebildet sein. Der Wellenendabschnitt 110 der Welle 10 weist ausschließlich eine Wellenabflachung 12 auf. Der Wellenendabschnitt 110 der Welle 10 kann dabei frei von Zähnen und/oder frei von weiteren Formschlusselementen ausgebildet sein. Die Wellenabflachung 12 erstreckt sich vom Wellenende 11 in Längsrichtung über den Wellenendabschnitt 110 der Welle 10. An einem innenliegenden Ende der Wellenabflachung 12 weist die Wellenabflachung 12 eine Wellenstufe 120 auf. Durch die Wellenstufe 120 und das Wellenende 11 ist der Wellenendabschnitt 110 begrenzt. Das innenliegende Ende der Wellenabflachung 12 ist vom Wellenende 11 in Längsrichtung der Welle 10 beabstandet angeordnet. Die Wellenstufe 120 kann dabei einen Anschlag bilden. Die Welle 10 weist eine Umfangsfläche 14 auf, die in dem Wellenendabschnitt 110 vollständig konvex ausgebildet ist. Im Bereich der Wellenabflachung 12 kann die Umfangsfläche 14 der Welle 10 auch teilkonvex ausgebildet. Ein

Wellenabschnitt 16 der Welle 10 grenzt dabei an die Wellenabflachung 12 an. Ferner umfasst die Welle 10 eine Nut 15, auf die später näher eingegangen wird.

Die Gabel 20 umfasst einen Grundkörper, an den zwei Stege, auch als Schenkel bezeichnet, ausgebildet sind. Der Grundkörper weist dabei im Wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt auf. Der Grundkörper kann auch kreiszylindrisch ausgebildet sein. Ebenso kann der Grundkörper eine Freiformgeometrie aufweisen oder durch eine oder mehrere andere geometrische Formen gebildet sein. Die Stege sind am Grundkörper voneinander beabstandet gegenüberliegend angeordnet. Die Stege weisen an einem freien Ende eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines zentralen Kreuzstücks, wie in Figur 2 vorstehend beschrieben auf.

Die Gabel 20 weist eine Nabe 21 zur Aufnahme der Welle 10 auf, wobei die Welle 10 mit der Nabe 21 drehmomentschlüssig koppelbar ist. Die Nabe 21 weist eine Längsachse auf, die in Längsrichtung der Gabel 20 verläuft. Die Nabe 21 umfasst dabei eine Nabenabflachung 22, die zur Wellenabflachung 12 komplementär ausgebildet ist. Die Nabenabflachung 22 kann auch eine von der

Wellenabflachung 12 abweichende Form, insbesondere nicht-komplementäre Form aufweisen. Die Nabe 21 kann ausschließlich eine Nabenabflachung 22 aufweisen. Die Nabe 20 kann dabei frei von Zähnen und/oder frei von weiteren Formschlusselementen ausgebildet sein.

Ferner weist die Gabel 20 einen Klemmschlitz 23 auf, durch den die Gabel 20 mit der Welle 10 im gekoppelten Zustand verklemmbar ist. Die Nabenabflachung 22 der Nabe 21 kann dabei orthogonal zu einer Innenfläche des Klemmschlitzes 23 ausgerichtet sein. Die Nabe 21 ist durch den Klemmschlitz 23 nach außen hin offen ausgebildet. Die Nabe 21 weist zwei Klemmschenkel auf, die an die

Nabenabflachung 22 angrenzen. Ferner grenzen die Klemmschenkel mit jeweils einem freien Klemmschenkelende an den Klemmschlitz 23 an. Die freien

Klemmschenkelenden sind dabei voneinander beabstandet angeordnet und begrenzen somit den Klemmschlitz 23. Auf die Klemmschenkel wird in Figur 5 später eingegangen. Die Nabenabflachung 22 der Nabe 21 ist radial gegenüber dem Klemmschlitz 23 angeordnet. Durch den Klemmschlitz 23 führt eine nicht dargestellte Ebene hindurch, zu der die Nabenabflachung 22 orthogonal ausgerichtet ist. Die

Nabenabflachung 22 kann auch an einer anderen Position an der Nabe 21 ausgebildet sein.

Die Gabel 20 umfasst des Weiteren eine Durchgangsbohrung 26. Die

Durchgangsbohrung 26 ist quer zur Längsachse der Nabe 21 im Grundkörper der Gabel 20 ausgebildet. Die Durchgangsbohrung 26 durchdringt dabei die Nabe 21 vollständig.

In Figur 4 ist ein Längsquerschnitt einer Gabel-Welle-Verbindung mit einer Welle 10 und einer Gabel 20 gemäß Figur 3 gezeigt. Die Welle 10 greift dabei mit dem Wellenende 11, insbesondere dem Wellenendabschnitt 110, in die Nabe 21 der Gabel 20 ein. Die Welle 10 und die Nabe 21 können dabei koaxial zueinander angeordnet sein. Die Welle 10 weist am Wellenende 11 eine Fase, insbesondere eine Einführfase auf, die ein Einführen der Welle 10 in die Nabe 21 erleichtert. Ebenso weist die Nabe 21 eine Fase zum erleichterten Einführen der Welle 10 auf. Die Welle 10 und die Nabe 21 können auch frei von einer Fase ausgebildet sein. Die Wellenabflachung 12 ist der Nabenabflachung 22 direkt gegenüber

angeordnet. Die Wellenabflachung 12 und die Nabenabflachung 22 bilden dabei einen Kontaktbereich 13. Die Wellenabflachung 12 steht dabei im Kontaktbereich 13 mit der Nabenabflachung 22 in Kontakt. Wie in Figur 4 gut ersichtlich, weist die Welle 10 hierbei genau eine Wellenabflachung 12 auf, die mit der

Nabenabflachung 22 der Nabe 21 im Kontaktbereich 13 in Kontakt steht. Die Wellenabflachung 12 kann mit der Nabenabflachung 22 in einem abschnittsweisen Flächenkontakt oder vollen Flächenkontakt stehen. Die Wellenabflachung 12 bildet mit der Nabenabflachung 22 zur Übertragung des Lenkmoments eine drehmomentschlüssige Verbindung. Die drehmomentschlüssige Verbindung ist dabei formschlüssig ausgebildet. Des Weiteren kann die drehmomentschlüssige Verbindung formschlüssig und/oder kraftschlüssig ausgebildet sein.

Ferner liegt die Welle 10 mit einer Wellenstufe 120, wie in Figur 3 vorstehend beschrieben, an einer Außenseite des Grundkörpers der Gabel 20 an. Die

Wellenstufe 120 bildet dabei einen axialen Anschlag. Es greift dabei lediglich die Welle 10 im Bereich der Wellenabflachung 11 in die Nabe 21 der Gabel 20 ein.

Wie in Figur 4 gut ersichtlich, ist die Nabe 21 als Durchgangsnabe ausgebildet. Die Nabe 21 ist daher in Längsrichtung der Gabel 20 axial beidseitig nach außen offen ausgebildet.

Die Welle 10 weist des Weiteren eine Nut 15 auf, die im Bereich des Wellenendes 11 im Wellenendabschnitt 110 quer zur Längsachse der Welle 10 ausgebildet ist. Die Nut 15 der Welle 10 ist dabei radial gegenüber der Wellenabflachung 12 angeordnet ist. Die Nut 15 der Welle 10 und die Durchgangsbohrung 26 der Nabe 21 bilden einen quer zur Längsachse der Welle 10 angeordneten Zwischenraum. Im Zwischenraum ist ein Klemmelement 24 angeordnet. Mit anderen Worten ist in der Durchgangsbohrung 26 und der Nut 15 das Klemmelement 24 angeordnet.

Die Welle 10 und die Gabel 20 sind durch das Klemmelement 24 formschlüssig und/oder kraftschlüssig zur Sicherung gegen eine Axialbewegung der Welle 10 miteinander verbunden. Das Klemmelement 24 kann durch einen Bolzen, insbesondere durch einen Schraubenbolzen gebildet sein. Das Klemmelement 24 kann auch durch eine Schraube gebildet sein. Ferner kann das Klemmelement 24 durch andere Bolzen, Stifte oder andere nicht dargestellte Befestigungselemente, Verriegelungselemente oder Arretierelemente gebildet sein.

Gemäß Figur 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Gabel-Welle-Verbindung nach Figur 4, wobei der Querschnitt entlang einer Schnittlinie A-A, wie in Figur 4 ersichtlich, verläuft. Die Welle 10 greift dabei mit dem Wellenendabschnitt 110 in die Nabe 21 der Gabel 20 ein. Die Welle 10 liegt mit der Umfangsfläche 14 an der Nabe 21 an. Die Umfangsfläche 14 der Welle 10 steht dabei mit der Nabe 21 in Flächenkontakt. Die Wellenabflachung 12 und die Nabenabflachung 22 sowie die drehmomentschlüssige Verbindung der Welle 10 mit der Gabel 20 bzw. der Nabe 21 entsprechen der in Figur 4 vorstehend beschriebenen Ausführung.

Wie in Figur 5 gut ersichtlich, weisen die Klemmschenkel 201, 202 der Nabe 21 eine gleiche, insbesondere identische, Schenkellänge auf. Die Klemmschenkel 201, 202 sind dabei symmetrisch an der Nabenabflachung 22 ausgebildet.

Vorteilhafterweise ermöglichen die längengleichen Klemmschenkel 201, 202 eine kraftsymmetrische Anpressung der Klemmschenkel 201, 202 an die

Umfangsfläche 14 des Wellenendes 11. Die Nabenabflachung 22 umfasst dabei eine konkave Ausnehmung 25, auf die in Figur 9 später näher eingegangen wird.

Die Durchgangsbohrung 26, wie in Figur 3 und Figur 4 vorstehend beschrieben, umfasst ein Innengewinde. Das Klemmelement 24 ist hierbei durch eine Schraube mit einem Außengewinde gebildet. Das Außengewinde der Schraube greift in das Innengewinde der Durchgangsbohrung 26 ein. Durch ein Anziehen der Schraube werden dabei die Klemmschenkel 201, 202 der Nabe 21 an die Umfangsfläche 14 der Welle 10 gepresst, wobei der Klemmschlitz 23 in seiner Breite verschmälert wird. Es entsteht dadurch eine Flächenpressung zwischen den Klemmschenkeln 201, 202 der Nabe 21 und der Umfangsfläche 14 der Welle 10. Die Welle 10 ist somit durch das Klemmelement 24 bzw. die Schraube mit der Gabel 20

kraftschlüssig verbunden. Die Durchgangsbohrung 26 umfasst zwei

Durchgangsbohrungsabschnitte, wobei einer der Durchgangsbohrungsabschnitte in dem einen Klemmschenkel 201 und der andere Durchgangsbohrungsabschnitt in dem anderen Klemmschenkel 202 ausgebildet ist, wobei beide

Durchgangsbohrungsabschnitte fluchtend zueinander ausgebildet sind, bevorzugt koaxial zueinander ausgebildet sind.

Die Durchgangsbohrung 26 kann auch gewindelos ausgebildet sein.

Beispielsweise ist das Klemmelement 24 hierbei durch einen Gewindebolzen, insbesondere eine Gewindestange gebildet. Dabei können die Klemmschenkel 201, 202 der Nabe 21 von beiden Seiten der Durchgangsbohrung 26 durch

Muttern oder andere Elemente verspannt sein. Es ist auch denkbar, dass die Klemmschenkel 201, 202 der Nabe 21 bspw. durch nicht dargestellte

Steckelemente oder andere nicht dargestellte Klemmelemente an die

Umfangsfläche 14 der Welle 10 gepresst sind.

Ferner ist das Klemmelement 24 bzw. die Schraube in der Nut 15 der Welle 10 angeordnet. Die Schraube ist dabei quer zur Längsachse 17 der Welle 10 angeordnet. Die Schraube bildet dabei einen axialen Anschlag, der die Welle 10 mit der Gabel 20 formschlüssig in axialer Richtung verbindet. Die Welle 10 ist durch das Klemmelement 24 bzw. die Schraube gegen ein axiales Herausziehen aus der Gabel 20 gesichert. Das Klemmelement 24 bzw. die Schraube bildet somit ein Arretierelement oder Verriegelungselement.

Figur 6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Gabel-Welle-Verbindung nach Figur 4, wobei der Querschnitt entlang einer Schnittlinie B-B, wie in Figur 4 ersichtlich, verläuft. Hierbei greift die Welle 10 mit ihrem Wellenendabschnitt 110, wie in Figur 5 beschrieben, in die Nabe 21 der Gabel 20 ein. Der Wellenendabschnitt 110 der Welle 10 ist von einem Hüllkreis HK umschrieben. Die Welle 10 liegt ebenso mit der Umfangsfläche 14 an der Nabe 21 an. Die Umfangsfläche 14 fällt mit zumindest einem Teil des Hüllkreis HK zusammen. Die Umfangsfläche 14 der Welle 10 steht dabei mit der Nabe 21 in Flächenkontakt. Die Wellenabflachung 12 und die Nabenabflachung 22 sowie die drehmomentschlüssige Verbindung der Welle 10 mit der Gabel 20 bzw. der Nabe 21 entsprechen der in Figur 4

vorstehend beschriebenen Ausführung.

Ferner umfasst der Klemmschlitz 23 gemäß Figur 6 Materialausnehmungen, die sich in Richtung der Längsachse der Nabe 21 erstrecken. Die

Materialausnehmungen sind dabei radial innenliegend an den jeweiligen

Klemmschenkeln 201, 202 der Nabe 21 angeordnet. Jeweils eine

Materialausnehmung ist gegenüberliegend an jeweils einem Klemmschenkel 201, 202 angeordnet. Die jeweilige Materialausnehmung bildet einen verlaufenden Übergang des Klemmschlitzes 23 zur Nabe 21. Die Materialausnehmungen verbessern eine Klemmwirkung beim Verklemmen der Welle 10 mit der Gabel 20, da keine Klemmschlitzkanten gegen die Welle 10 drücken und einer Klemmkraft des Klemmelements 24 entgegenwirken.

In Figur 7 ist eine Querschnittsansicht einer Welle 10 im Bereich des

Wellenendabschnitts 110 gemäß Figur 3 bis Figur 6 gezeigt, wobei der

Querschnitt des Wellenendabschnitts 110 von einem Hüllkreis HK umschrieben ist, wobei der Hüllkreis HK einen Durchmesser mit einem Wert d aufweist. Die

Wellenabflachung 12 ist dabei durch einen Abstandswert a definiert, der durch einen Abstand von der Umfangsfläche 14 rechtwinklig zur Wellenabflachung 12 gebildet ist. Der Abstandwert a entspricht ebenfalls dem Abstand zwischen einer Tangente des Hüllkreises HK, die parallel zur Wellenabflachung 12 ausgerichtet ist. Der Abstandswert a beträgt zwischen 60% und 95% des Wertes d. Der Abstandswert a kann auch zwischen 70% und 90% des Wertes d betragen.

Generell weist die Welle 10 die geometrischen Formen und Eigenschaften wie in den vorstehend beschriebenen Figur 3 bis Figur 6 auf.

Figur 8 zeigt eine Querschnittsansicht einer Gabel-Welle-Verbindung mit einer hohlzylindrischen Welle 10. Der gezeigte Querschnitt entspricht dem Querschnitt der Gabel-Welle-Verbindung gemäß Figur 6. Die Wellenabflachung 12 und die Nabenabflachung 22 sowie die drehmomentschlüssige Verbindung der Welle 10 mit der Gabel 20 bzw. der Nabe 21 entsprechen der in Figur 4 und Figur 5 vorstehend beschriebenen Ausführung. Die Gabel-Welle-Verbindung, wie in Figur 8 gezeigt, unterscheidet sich von der Gabel-Welle-Verbindung gemäß Figur 6 lediglich darin, dass die Welle 10 hohlzylindrisch ausgebildet ist. Gemäß Figur 9 ist ein Detailausschnitt einer Querschnittsansicht einer Gabel- Welle-Verbindung gemäß Figur 5, Figurö und Figur 8 gezeigt. Die

Nabenabflachung 22 der Nabe 21 und die Wellenabflachung 12 der Welle 10 liegen aneinander an. Die Nabenabflachung 22 und die Wellenabflachung 12 stehen in abschnittweisem Flächenkontakt. Der Kontaktbereich 13 zur

Übertragung des Lenkmoments ist dabei durch den abschnittsweisen

Flächenkontakt zwischen der Nabenabflachung 22 und der Wellenabflachung 12 gebildet. Die Nabenabflachung 22 weist eine konkave Ausnehmung 25 aus. Die konkave Ausnehmung 25 ist dabei zentral in der Nabenabflachung 22 ausgebildet und erstreckt sich entlang der Längsachse der Nabe 21. Die konkave Ausnehmung 25 kann sich über die gesamte Länge der Nabenabflachung 22 erstrecken. Die konkave Ausnehmung 25 kann auch abschnittsweise entlang der Längsachse der Nabe 21 in der Nabenabflachung 22 ausgebildet sein.

In Figur 10 ist im Gegensatz zu Figur 9 ein Detailausschnitt einer

Querschnittsansicht einer Gabel-Welle-Verbindung gemäß Figur 5 gezeigt, bei dem die Nabenabflachung 22 und die Wellenabflachung 12 in vollem

Flächenkontakt stehen. Die Nabenabflachung 22 ist hierbei frei von

Ausnehmungen ausgebildet. Der Kontaktbereich 13 zur Übertragung des

Lenkmoments ist dabei durch den vollen Flächenkontakt zwischen der

Nabenabflachung 22 und der Wellenabflachung 12 gebildet.