DE10050909B4

DE10050909B4 - Kraftfahrzeugservolenkung mit elektrischem Servomotor und Rädergetriebe

Info

Publication number: DE10050909B4
Application number: DE2000150909
Authority: DE
Inventors: Alexander Kiforiuk; Mark Kocher; Klaus Pressburger; Roger Kollmeier
Original assignee: ThyssenKrupp Presta Steertec GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Presta Muelheim GmbH
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2020-10-14
Also published as: DE10050909A1

Abstract

Servolenkung für ein Kraftfahrzeug, mit einem von einem Fahrer zu betätigenden Lenkrad, mit einem Lenkgetriebe, das durch Verlagerung eines über eine Getriebeeinrichtung (8) anzutreibenden beweglichen Bauelements eine Verschwenkung von lenkbaren Fahrzeugrädern bewirkt, mit einem elektrischen Servomotor, der mit einer ein Ritzel (2) tragenden Motorwelle (1) über ein Zwischenrad (5) mit einem Eingangsrad (7) der Getriebeeinrichtung (8) und mit dem Bauelement antriebsmäßig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenrad (5) und das Ritzel (2) kegelige Stirnräder sind, von denen wenigstens eines im Betrieb mit einer in Richtung des kleineren Durchmessers wirkenden Kraft (F) beaufschlagt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servolenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Derartige Servolenkungen sind aus der EP 01579 B1 bekannt, bei der ein elektrischer Servomotor über einen Kugelumlauf auf eine Zahnstange wirkt. Der Elektromotor, der Kugelumlauf und die Zahnstange sind dabei koaxial angeordnet. Der Elektromotor umgreift den Kugelumlauf an seiner Außenseite.
Weiter ist aus der EP 0133003 B1 eine entsprechende Servolenkung bekannt, bei der ein Elektromotor ebenfalls über einen Kugelumlauf auf eine Zahnstange wirkt. Hierbei ist der erforderliche Bauraum für die Verwendung am Kraftfahrzeug günstiger aufgeteilt, indem der Elektromotor von dem Kugelumlauf in Axialrichtung beabstandet ist.
Das in beiden Dokumenten dargestellte Kugelumlaufgetriebe zur Umsetzung der Drehbewegung des Elektromotors in eine Axialbewegung der Zahnstange erfordert in der Praxis entweder einen relativ großen, langsam laufenden Elektromotor ( EP 0101579 B1 ) oder aber ein Reduziergetriebe zwischen dem Elektromotor und dem Kugelumlauf ( EP 0133003 B1 ), um den Drehmomentbereich und den Drehzahlbereich des jeweiligen Elektromotors an das Übersetzungsverhältnis des Kugelumlaufs anzupassen.
In der EP 0133003 B1 kämmt das Motorritzel mit einem Stirnrad mit großem Radius, welches koaxial zum Kugelumlauf angeordnet ist. Die Summe der Radien der beiden Stirnräder entspricht dabei dem Achsabstand von Motor zu Kugelumlauf. Nachteilig ist hier der große Durchmesser, der auch auf der dem Motor abgewandten Seite des Kugelumlaufs zu einem großen Platzbedarf der Vorrichtung führt.
Zur Verkleinerung des Bauraums ist in der WO 98/38072 A1 ein Zwischenrad zwischen dem Motorritzel und dem Stirnrad des auf die Zahnstange wirkenden Reduziergetriebes vorgesehen. Hier ergibt sich das Problem, dass dieses Zwischenrad in der Praxis nicht spielfrei ist. Bei Lastrichtungswechseln kann dieses Spiel, das sich auch temperaturabhängig ändern kann, zu Geräuschen und zu undefinierten Zuständen der Regelung führen.
Die gattungsbildende Entgegenhaltung US 4 784 234 A zeigt eine Servolenkung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In der Druckschrift wird vorgeschlagen, das Zwischenrad mit einer Kraft zu beaufschlagen, um Schläge durch ruckartig ineinandergreifende Zähne bei Lastwechseln abzudämpfen. Das Zwischenrad und das Ritzel sind hierbei nicht kegelig ausgebildet.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Servolenkung der bekannten Art dahingehend zu verbessern, dass das Getriebe zur Verbindung des Servomotors mit dem Lenkgetriebe spielfrei ist.
Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weil das Zwischenrad und das Ritzel kegelige Stirnräder sind, von denen wenigstens eines im Betrieb mit einer in Richtung des kleineren Durchmessers wirkenden Kraft beaufschlagt ist, wird der Eingriff der Verzahnung stets spielfrei gehalten.
Der Eingriff wird auch auf der Seite des Lenkgetriebes spielfrei, wenn auch das Eingangsrad der Getriebeeinrichtung ein kegeliges Stirnrad ist.
Vorteilhafte Eingriffsverhältnisse sind dabei zu erzielen, wenn zwei der kegeligen Stirnräder in Richtung des kleineren Durchmessers mit einer Axialkraft beaufschlagt sind, insbesondere das Ritzel und das Eingangsrad, während das Zwischenrad axial fixiert sein kann.
Eine bevorzugte Form der Verzahnung sieht vor, dass die kegeligen Stirnräder eine sich über ihre Breite verändernde Profilverschiebung aufweisen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die kegeligen Stirnräder einen sich über ihre Breite verändernden Wälzkreisdurchmesser aufweisen.
Der Kegelwinkel ist vorzugsweise kleiner als 10°, insbesondere etwa 6°, wodurch ein verschleißarmer Eingriff gewährleistet ist. Die Achsen der Motorwelle, des Zwischenrades und des Eingangsrades sind dabei bevorzugt parallel zueinander angeordnet, wodurch sich eine kompakte Bauweise ergibt.
Besonders einfach wird der Aufbau, wenn das Zwischenrad von seinem Rückenkegel her beispielsweise mittels einer Schraubenfeder federbelastet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Kraft eine Axialkraft ist, die von der Motorwelle bei Bestromung des Servomotors auf das Ritzel ausgeübt wird.
Ein komplett lieferbares und einfach montierbares System ergibt sich, wenn die Getriebeeinrichtung und der Servomotor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, das mit einem Lenkgehäuse der Servolenkung vorzugsweise einstückig ist.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand einer Zahnstangenlenkung beschrieben. Es zeigt:
1: die Getriebeglieder einer Zahnstangenlenkung mit elektrischem Servoantrieb für ein Kraftfahrzeug in einem Querschnitt entlang der Längsachse der Zahnstange.
Die 1 zeigt schematisch die Getriebeglieder einer erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkung in einem Querschnitt entlang der Längsachse der Zahnstange.
Eine Motorwelle 1 trägt bei diesem Ausführungsbeispiel ein Ritzel 2, das umfangsseitig mit einer Verzahnung 3 versehen ist. Die Motorwelle 1 dreht sich im Betrieb um eine Längsachse 4.
Ein Zwischenrad 5 kämmt über eine zu dem Ritzel 2 passende Verzahnung umfangsseitig mit dem Ritzel 2 und ist um eine Achse 6 drehbar gelagert. Das Zwischenrad 5 wiederum kämmt mit einem Eingangsrad 7 einer Getriebeanordnung 8, die beispielsweise einen Kugelumlauf zur Übertragung der Drehbewegung in eine Stellbewegung einer Zahnstange oder dergleichen zu übersetzen. Das Eingangsrad 7 ist dabei um eine Achse 9 drehbar gelagert, die parallel zu den Achsen 4 und 6 angeordnet ist.
Die Verzahnung des Ritzels 2 ist ebenso wie die Verzahnung des Zwischenrades 5 und des Eingangsrades 7 kegelig ausgeführt, was durch die verlängerten Mantellinien 10 des Ritzels 2, 11 des Zwischenrades 5 sowie 12 des Eingangsrades 7 veranschaulicht ist. Dabei beträgt ein Winkel α zwischen einer zu den Achsen 4, 6 und 9 parallelen Linie 13 und der Mantellinie 10 bei diesem Ausführungsbeispiel weniger als 1°. Dabei sind die miteinander kämmenden Räder so angeordnet, dass die Kegelspitzen zweier benachbarter Räder voneinander weg weisen. Jeweils ein äußerer Teilkegel (Rückenkegel) eines Rades liegt dabei im wesentlichen in einer Ebene mit einem inneren Teilkegel des benachbarten Rades. Die Mantellinien 10 und 11 einerseits sowie 11 und 12 andererseits im Bereich des Eingriffs der jeweiligen Räder verlaufen dort folglich parallel.
Die für die konkrete Ausführung der insoweit beschriebenen Kraftübertragung von der Motorwelle 1 auf die Getriebeeinrichtung 8 erforderlichen sonstigen Bauteile wie Lager, Gehäuse und Führungen sind aus dem eingangs erwähnten Stand der Technik bekannt und sollen hier nicht weiter beschrieben werden.
Die angestrebte Spielfreiheit der Kraftübertragung von der Motorwelle 1 auf die Getriebeeinrichtung 8 wird durch eine Anfederung wenigstens eines der Räder 2, 5 und 7 erreicht. Zu diesem Zweck ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 das Zwischenrad 5 mittels einer Schraubenfeder 14, die sich an einem Widerlager 15 abstützt, in Axialrichtung (in der 1 nach links) vorgespannt. Die Vorspannung wird durch den neben dem Widerlager 15 angedeuteten Richtungspfeil F veranschaulicht. Das Zwischenrad 5 wird also von der Schraubenfeder 14 so vorbelastet, dass bei einem auftretenden Spiel zwischen dem Ritzel 2 und dem Eingangsrad 7 es mit seinem Bereich größeren Durchmessers, der von dem Rückenkegel repräsentiert wird, zwischen die erstgenannten Räder gedrängt wird. Ein eventuelles Spiel wird hierdurch ausgeglichen.
In ähnlicher Weise können das Motorritzel 2 und das Eingangsrad 7 mit einer neben der jeweiligen Achse veranschaulichten Kraft F nach rechts beaufschlagt sein, so dass bei auftretendem Spiel diese Räder gegenüber dem Zwischenrad 5 nach rechts gedrängt werden und der jeweilige Eingriff wiederum spielfrei wird.
Neben der Anfederung mittels Schraubenfedern, wie dies beim Zwischenrad 5 durch die Schraubenfeder 14 veranschaulicht ist, kann das Ritzel 2 auch über eine schräg orientierte Wicklung des nicht dargestellten Antriebsmotors angefedert werden, die eine Axialkraft in Richtung der Kraft F auf das Ritzel 2 ausübt. Das Eingangsrad 7 wird vorteilhaft durch eine ähnliche Schraubenfeder wie das Zwischenrad 5 vorgespannt.
Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform werden das Ritzel 2 und das Eingangsrad 7 angefedert, während das Zwischenrad in seiner Axialposition fixiert ist. Hierdurch wird die Spielfreiheit jedes einzelnen Eingriffs zwischen dem Ritzel und dem Zwischenrad einerseits und zwischen dem Eingangsrad und dem Zwischenrad andererseits unabhängig voneinander und ohne gegenseitige Beeinflussung erzielt.

Claims

Servolenkung für ein Kraftfahrzeug, mit einem von einem Fahrer zu betätigenden Lenkrad, mit einem Lenkgetriebe, das durch Verlagerung eines über eine Getriebeeinrichtung (8) anzutreibenden beweglichen Bauelements eine Verschwenkung von lenkbaren Fahrzeugrädern bewirkt, mit einem elektrischen Servomotor, der mit einer ein Ritzel (2) tragenden Motorwelle (1) über ein Zwischenrad (5) mit einem Eingangsrad (7) der Getriebeeinrichtung (8) und mit dem Bauelement antriebsmäßig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenrad (5) und das Ritzel (2) kegelige Stirnräder sind, von denen wenigstens eines im Betrieb mit einer in Richtung des kleineren Durchmessers wirkenden Kraft (F) beaufschlagt ist.
Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch das Eingangsrad (7) der Getriebeeinrichtung (8) ein kegeliges Stirnrad ist.
Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der kegeligen Stirnräder (2, 5, 7) in Richtung des kleineren Durchmessers mit einer Axialkraft (F) beaufschlagt sind, insbesondere das Ritzel (2) und das Eingangsrad (7).
Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kegeligen Stirnräder (2, 5, 7) eine sich über ihre Breite verändernde Profilverschiebung aufweisen.
Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelwinkel (α) kleiner als 10° ist, insbesondere etwa 6° beträgt.
Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen (4, 6, 9) der Motorwelle (1), des Zwischenrades (5) und des Eingangsrades (7) parallel zueinander angeordnet sind.
Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenrad (5) von seinem Rückenkegel her federbelastet ist.
Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft (F) auf das Ritzel (2) eine Axialkraft ist, die die Motorwelle (1) bei Bestromung des Servomotors auf das Ritzel (2) ausübt.
Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung (8) und der Servomotor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, das mit einem Lenkgehäuse der Servolenkung vorzugsweise einstückig ist.