DE102006006332A1

DE102006006332A1 - Lenk-Hilfsantrieb, Wellenverschiebeeinrichtung für den Lenk-Hilfsantrieb sowie Montageverfahren

Info

Publication number: DE102006006332A1
Application number: DE200610006332
Authority: DE
Inventors: Wilfried Leutner
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2006-02-11
Filing date: 2006-02-11
Publication date: 2007-08-16
Also published as: FR2897916A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lenk-Hilfsantrieb (1) für eine Lenkung in einem Kraftfahrzeug und mit drei über einen Riementrieb miteinander verbundenen Wellen. Der Lenk-Hilfsantrieb (1) ist wellenverschiebeeinrichtungsfrei ausgebildet. Ferner betrifft die Erfindung eine als eigenständiges Werkzeug ausgebildete Wellenverschiebungseinrichtung (18) und ein Montageverfahren zur Montage eines Lenk-Hilfsantriebs (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Lenk-Hilfsantrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Wellenverschiebeeinrichtung für einen Lenk-Hilfsantrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 und ein Montageverfahren für einen Lenk-Hilfsantrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 20.

In der DE 103 04 189 A1 sind verschiedene Lenk-Hilfsantriebe mit jeweils einem einstufigen Riementrieb beschrieben. Mittels des Riemens wird das Drehmoment eines Elektromotors zur Lenkkraftunterstützung auf eine Welle eines Kugelmuttergetriebes übertragen, das die Drehbewegung der Welle in eine translatorische Bewegung einer Zahnstange umwandelt. Zur Spannung des Riemens zwischen der Motorwelle und der Welle ist es bekannt, den Radialabstand zwischen der Motorwelle und der Welle des einstufigen Riementriebs zu verändern. Dabei wird die Vorspannung auf den Riemen in der Regel mittels einer Wegverschiebeeinrichtung aufgebracht, die auf die Welle oder die Motorwelle wirkt und diese in radialer Richtung verschiebt. Um eine gewünschte Vorspannkraft auf den Riemen aufzubringen, ist es notwendig, die Wegverschiebeeinrichtung schrittweise zu betätigen und nach jeder Betätigung die anliegende Riemenspannung zu messen. Dabei sind in der Regel eine Vielzahl von Verstell- und Messvorgängen notwendig, bis die gewünschte Vorspannkraft am Riemen anliegt.

Dieses Vorgehen ist zeit- und damit kostenintensiv. Ebenso ist es möglich, während des Wegverstellvorgangs die Riemenspannung zu messen und die Weggerstelleinrichtung in Abhängigkeit der sich ändernden Riemenspannung zu regeln oder zu steuern. Nachteilig bei den bekannten Lenk-Hilfsantrieben ist es, dass zwingend ein Zugang zu den Riemen vorhanden sein muss, um dem oder die Messfühler anlegen zu können. Dieser Zugang muss nach dem Einstellvorgang wieder verschlossen werden. Weiterhin ist es von Nachteil, dass das Trum eine Mindestlänge aufweisen muss, um den oder die Messfühler ansetzen zu können.

Aus der DE 103 04 189 A1 ist es weiterhin bekannt, die Motorwelle mittels einer definierten Federkraft in radialer Richtung zu beaufschlagen. Bei dieser Ausführungsform entfällt zwar das schrittweise Annähern an die optimale Vorspannkraft, jedoch ist die Motorwelle in radialer Richtung nicht fixiert, wodurch sich die Motorwelle bei großen Lasten der Abtriebswelle in radialer Richtung annähern kann, was im Extremfall ein Durchrutschen des Riemens zur Folge haben kann. Den Anforderungen an die Zuverlässigkeit eines Lenk-Hilfsantriebs genügt die bekannte Anordnung nicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen zuverlässigen und gleichzeitig einfach aufgebauten, kostengünstigen Lenk-Hilfsantrieb sowie eine Wellenverschiebeeinrichtung und ein Montageverfahren für einen derartigen Lenk-Hilfsantrieb vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird mit einem Lenk-Hilfsantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einer Wellenverschiebeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und mit einem Montageverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt der Gedankte zugrunde, zusätzlich zur Motorwelle und zur Abtriebswelle eine parallele Zwischenwelle vorzusehen. Die Zwischenwelle wird von der Motorwelle über einen ersten Riemen angetrieben und treibt ihrerseits über einen zweiten Riemen die Abtriebswelle an. Bei der Abtriebswelle handelt es sich bevorzugt um eine Lenksäule der Lenkung oder um die Eingangswelle eines Lenkgetriebes. Nach Lösen der Fixierung ist die Zwischenwelle relativ zu der Abtriebswelle und damit auch relativ zu der Motorwelle, welche bevorzugt beide ortsfest angeordnet sind, verstellbar. Hierdurch ist es möglich, sowohl den ersten Riemen als auch den zweiten Riemen gemeinsam durch radiales Verschieben nur eines Elements, hier der Zwischenwelle, mittels eines externen Wellenverschiebewerkzeugs, insbesondere durch Aufbringen einer definierten Verstellkraft in eine definierte Kraftrichtung, zu spannen. Gemäß der Erfindung ist der Lenk-Hilfsantrieb ohne eine Wellenverschiebeeinrichtung, d.h. wellenverschiebeeinrichtungsfrei, ausgebildet. Es sind ausschließlich Fixiermittel vorgesehen, um die Zwischenwelle mit gewünschtem Radialabstand zu der Motorwelle und zu der Abtriebswelle unverschiebbar zu sichern. Eine Abstützung in radialer Richtung durch eine Wellenverschiebeeinrichtung ist gemäß der Erfindung nicht vorgesehen. Die Wellenverschiebeeinrichtung ist nicht mehr Teil des Lenk-Hilfsantriebs, sondern ist als separates Werkzeug ausgebildet, das lediglich zur Montage des Lenk-Hilfsantriebs benötigt wird. Durch das erfindungsgemäße Herauslösen der Wellenverschiebeeinrichtung aus dem Lenk-Hilfsantrieb können erhebliche Kosten eingespart werden. Da die Wellenverschiebeeinrichtung als eigenständiges Bauteil ausgebildet ist, muss diese nicht mehr wie bisher möglichst kostengünstig ausgebildet werden, sondern kann im Hinblick auf die Erzielung einer exakten Wellenposition und einer daraus re sultierenden exakten Vorspannung optimiert werden. Beispielsweise können eine Vielzahl von Messfühlern zur Bestimmung der Verstellkraft und/oder der gewünschten Kraftrichtung vorgesehen werden. Durch die eigenständige Ausbildung steht hierzu auch genügend Raum zur Verfügung. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass während des Verstellvorgangs nicht mehr die Riemenspannung an den Riemen gemessen werden muss, da mittels der Wellenverschiebeeinrichtung eine definierte Verstellkraft in eine vorgegebene Kraftrichtung auf die Zwischenwelle aufgebracht wird. Hieraus resultieren automatisch die gewünschten Riemenspannkräfte. Demnach ist es nicht notwenig, einen Zugang zu den Riemen vorzusehen, der nach dem Einstellvorgang wieder verschlossen werden muss. Ferner kann das Trum extrem kurz ausgebildet werden, da keine Messfühler mehr an diesem angelegt werden müssen.

Es ist möglich, die in die exakte Position verbrachte Zwischenwelle beispielsweise durch Verschweißen, Umbiegen von Blechteilen, Verklemmen oder Verschrauben in der gewünschten Position zu fixieren. Bevorzugt erfolgt die Fixierung der Zwischenwelle jedoch ausschließlich durch axiales Verspannen mit mindestens einem Bauteil, insbesondere einem Bauteil des Lenk-Hilfsantriebs, vorzugsweise mit einem Gehäuse. Auf eine unmittelbare Abstützung in radialer Richtung kann mit Vorteil verzichtet werden. Dabei ist die Zwischenwelle bzw. das die Zwischenwelle tragende Bauteil bevorzugt mit vollumfänglichem Radialspiel in einer Aufnahmeöffnung aufgenommen bzw. durch diese hindurch geführt.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Zwischenwelle rotierbar zu lagern. Gemäß einer ersten Alternative ist vorgesehen, dass die Zwischenwelle rotierbar auf einer Achse gelagert ist. Insbesondere ist diese Achse mittels der Fixiermittel axial gegen ein Bauteil verspannt. Dabei ist die Achse bevorzugt durch min destens eine Öffnung mit vollumfänglichem Radialspiel geführt, so dass die Achse und damit die Zwischenwelle bei gelöster Axialverspannung in radialer Richtung in den durch den Öffnungsrand vorgegebenen Grenzen verschiebbar ist. Es ist möglich die Achse lediglich einseitig oder auf beiden Seiten mit einem Bauteil zu verspannen.

Gemäß einer zweiten Alternative ist die Zwischenwelle radial innerhalb eines Wellenlagers aufgenommen. Das Wellenlager wiederum ist in axialer Richtung mit einem Bauteil oder mit mehreren Bauteilen verspannbar. Dabei ist bevorzugt rund um das Wellenlager ein Radialspiel vorgesehen, um die Zwischenwelle mit Wellenlager bei gelösten Fixiermitteln in einer Radialebene verstellen und damit zumindest einen Riemen vorspannen zu können.

Da die als separates Bauteil ausgeführte Wellenverschiebeeinrichtung eine Verstellkraft auf die zu verstellende Welle aufbringen muss und daher folglich Kontakt zu der Welle und/oder zu der die Welle tragenden Achse und/oder zu dem Wellenlager haben muss, ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mindestens ein Anlageabschnitt, vorzugsweise zwei in axialer Richtung beabstandete Anlageabschnitte, für die Wellenverschiebevorrichtung vorgesehen sind. Durch das Vorsehen von zwei in axialer Richtung beabstandeten Anlageabschnitten kann ein etwaiges aus in unterschiedliche Richtungen wirkende Riemenkräfte resultierendes Drehmoment verbessert abgefangen werden.

Erfindungsgemäß ist die Wellenverschiebeeinrichtung zum Verschieben der Zwischenwelle als separates, eigenständiges Werkzeug ausgebildet, welches nicht Teil der Lenkung, insbesondere nicht Teil des Lenk-Hilfsantriebs ist und daher für die Montage einer Vielzahl von Lenk-Hilfsantrieben nutzbar ist. Die erfindungsgemäße Wellenverschiebeeinrichtung ist derart ausgebildet, dass die Einstellung der Riemenspannung nicht durch Verstellen eines vorgegebenen Weges, sondern durch Aufbringen einer definierten Verstellkraft erfolgt. Wird die zu verstellende Welle mit einer definierten Verstellkraft beaufschlagt, resultiert hieraus eine definierte Vorspannkraft des oder der mit der Welle verbundenen Riemen. Ein Messen der Riemenspannung während und nach der Justage erübrigt sich somit. Ein Herantasten an die optimale Riemenspannung durch mehrfache Wegverstellung sowie mehrfache Riemenspannungsmessung wird mit Vorteil vermieden. Bevorzugt wird lediglich die anliegende Verstellkraft gemessen.

Eine definierte Verstellkraft kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mittels eines Elektromotors mit Steuergerät erzeugt werden, wobei über einen Sensor die anliegende bzw. aufgebrachte Verstellkraft oder ein aufgebrachtes Drehmoment gemessen werden. Das Steuergerät steuert den Motor derart an, dass der Motor ein Drehmoment erzeugt, aus welchem die gewünschte Verstellkraft resultiert.

Weiterhin ist es möglich, eine definierte Verstellkraft mittels eines Federmechanismus zu erzeugen. Auch kann die Gewichtskraft eines definierten Gewichts als Verstellkraft ausgenutzt werden.

Um die definierte Verstellkraft durch Druck und/oder Zug auf die zu verschiebende Welle aufzubringen, ist erfindungsgemäß mindestens ein Beaufschlagungselement vorgesehen. Dieses drückt und/oder zieht mit der definierten Verstellkraft an der zu verstellenden Welle oder an fest mit der Welle verbundenen Bauteilen. Die Wellenverschiebeeinrichtung mit Beaufschlagungselement muss dabei derart ausgebildet sein, dass sie beim Verschieben der Welle auftretende Drehmomente aufgrund unterschiedlich großer und/oder in unterschiedliche Richtung wirkende Riemenkräfte aufnehmen kann. Das Beaufschlagungselement weist zwei Bewe gungsfreiheitsgrade auf, ist also in der Radialebene verstellbar. Das Beaufschlagungselement lässt sich in Verstellkraftbeaufschlagungsrichtung sowie in senkrechter Richtung dazu verstellen. Dabei wird die Verstellkraft von dem Beaufschlagungselement in Verstellkraftbeaufschlagungsrichtung auf die zu verschiebende Welle aufgebracht.

Zur Realisierung der zwei Freiheitsgrade bestehen mehrere Möglichkeiten. In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Beaufschlagungselement als entlang einer Achse verschieblich gelagerter Anlageschlitten ausgebildet ist.

Gemäß einer ersten Alternative ist der Anlageschlitten Teil eines Kreuzschlittens, wobei der Anlageschlitten auf einem Verstellschlitten verschieblich gelagert ist, wobei der Verstellschlitten senkrecht zur Verschiebeachse des Anlageschlittens verschieblich gelagert ist.

Gemäß einer zweiten Alternative ist der Anlageschlitten entlang einer Schwinge verschieblich gelagert. Die Schwinge ist um ein Schwenkgelenk mit einer zur Radialebene senkrechten Schwenkachse verschwenkbar. Bevorzugt wird die Verstellkraft mittels eines Elektromotors auf die Schwinge bzw. auf die Schwenkachse der Schwinge aufgebracht, wodurch diese um das Schwenkgelenk in Verstellkraftbeaufschlagungsrichtung verschwenkt wird.

Eine dritte Alternative sieht vor, das Beaufschlagungselement fest mit einer ersten Schwinge zu verbinden, welche über ein Drehgelenk mit einer, bevorzugt in derselben Ebene liegenden, zweiten Schwinge gelenkig verbunden ist. Diese zweite Schwinge ist wiederum um ein Schwenkgelenk verschwenkbar, dessen Schwenkachse senkrecht zur Radialebene verläuft. Ein Drehmoment zur Erzeugung der Verstellkraft zum Verstellen der Welle kann mittels eines Motors in die zweite Schwinge bzw. in die Schwenkachse der zweiten Schwinge eingeleitet werden.

Gemäß einer vierten Alternative erfolgt das Einbringen einer Kraft zum Verschieben der Welle über eine Längenänderung einer Schwinge mit einer vorgegebenen Kraft. Dabei ist das Beaufschlagungselement an dem freien Ende der um ein Schwenkgelenk mit senkrecht zur Radialebene verlaufenden Schwenkachse verschwenkbar.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Verschiebung der zu verstellenden Welle mit einer definierten, vorher bestimmten Verstellkraft, die in eine bestimmte Kraftrichtung weist. Um eine Gegenkraft zur Verstellkraft zu erzeugen, muss vor dem Verstellvorgang zunächst der erste Riemen auf die Motorwelle und die Zwischenwelle sowie der zweite Riemen auf die Abtriebswelle und die Zwischenwelle montiert werden. Ferner müssen Lenk-Hilfsvorrichtung und Wellenverschiebeeinrichtung zueinander ausgerichtet werden, so dass die gewünschte Verstellkraft in der gewünschten Kraftrichtung von der Wellenverschiebeeinrichtung auf die zu verstellende Zwischenwelle aufbringbar ist. Hierdurch wird eine definierte Verstellung der Zwischenwelle mit einer daraus resultierenden definierten Vorspannkraft des Riemens erreicht. Nach Erreichen dieser optimalen Position wird die Zwischenwelle insbesondere durch axiales Verspannen fixiert.

Zunächst wird die gewünschte Verstellkraft sowie die gewünschte Kraftrichtung ermittelt. Die Kraftrichtung liegt auf der Wirkungslinie der resultierenden Kraft aus beiden Sollriemenspannungen. Die Betrag der resultierenden Kraft, also der Betrag der Verstellkraft kann beispielsweise graphisch mittels eines Kräfteparallelogramms bestimmt werden. Durch Aufbringen der Verstellkraft in Kraftrichtung stellen sich automatisch die ge wünschten Vorspannkräfte an den beiden Riemen ein. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens können beide Riemenspannungen durch Verstellung nur eines Elementes, hier der Zwischenwelle, eingestellt werden. Es muss nicht zunächst die Vorspannung des Riemens zwischen Zwischenwelle und Motorwelle eingestellt werden und daraufhin die Zwischenwelle auf dem daraus resultierenden Radius um die Motorwelle verstellt werden, bis auch die Riemenspannung des Riemens zwischen Zwischenwelle und Abtriebswelle ihrem Sollwert entspricht.

Ein ständiges Messen der Riemenspannungen beim Einstellvorgang kann unterbleiben, da mittels der Wellenverschiebeeinrichtung eine definierte Verstellkraft aufgebracht wird. Selbstverständlich können Kontrollmessungen durchgeführt werden. Diese müssen jedoch nur an einem Riemen vorgenommen werden – die Vorspannkraft des anderen Riemens stimmt dann automatisch.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsformen beispielhaft veranschaulicht sind. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenk-Hilfsantriebs mit rotierbar auf einer Achse gelagerten Zwischenwelle, wobei die Achse einseitig axial gegen ein Gehäuseteil verspannt ist,
2 eine alternative Ausführungsform eines Lenk-Hilfsantriebs, bei der die die Welle tragende Achse beidseitig axial gegen je ein Gehäuseteil verspannt ist,
3 eine weitere alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenk-Hilfsantriebs mit axial verspanntem Wellenlager,
4 eine Darstellung eines Kräfteparallelogramms zur Bestimmung der Verstellkraft und der Kraftrichtung,
5 eine Darstellung der in Kraftkomponenten zerlegten, auf die Zwischenwelle wirkenden Riemenkräfte,
6 eine Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wellenverschiebeeinrichtung mit auf einer Schwinge längsverschieblich angeordnetem Anlageschlitten,
7 eine alternative Ausführungsform einer Wellenverschiebeeinrichtung mit einer schwenkbar an einer zweiten Schwinge gelagerten ersten Schwinge mit Beaufschlagungselement,
8 eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Wellenverschiebeeinrichtung mit längenverstellbarer Schwinge und
9 eine weitere Ausführungsform einer Wellenverschiebeeinrichtung gemäß der Erfindung.
In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist ein Lenk-Hilfsantrieb 1 für eine nicht näher dargestellte Lenkung in einem Kraftfahrzeug gezeigt. Mithilfe des Lenk-Hilfsantriebs 1 kann die vom Fahrer aufgebrachte Lenkkraft unterstützt werden. Hierzu wird das von einem Motor bereitge stellte Drehmoment über einen zweistufigen Riementrieb auf eine Lenkungswelle, insbesondere die Lenksäule übertragen.
Der Lenk-Hilfsantrieb umfasst eine Zwischenwelle 2 mit zwei Riemenscheiben 3, 4 unterschiedlichen Durchmessers für einen ersten Riemen 5, welcher die Zwischenwelle mit einer in 1 nicht gezeigten Motorwelle verbindet und einem zweiten Riemen 6, der die Zwischenwelle 2 mit einer Abtriebswelle, insbesondere der Lenksäule, verbindet.
Die im Wesentlichen aus den beiden Riemenscheiben 3, 4 bestehende Welle 2 ist mittels zweier beabstandeter Wälzlager 7, 8 drehbar und in axialer Richtung unverschiebbar auf einer Achse 9 gelagert. Die Achse 9 ist mit vollumfänglichem Radialspiel durch eine erste Aufnahmeöffnung 10 innerhalb eines ersten Gehäuseteils 11 des Lenk-Hilfsantriebs 1 geführt. Parallel zu dem ersten Gehäuseteil 11 ist ein zweites Gehäuseteil 12 angeordnet, wobei die auf der Achse 9 gelagerte Zwischenwelle 2 mit zwischen den Gehäuseteilen 11, 12 angeordnet ist.
Zur Fixierung der Zwischenwelle sind Fixiermittel 13 vorgesehen. Im vorliegenden Fall bestehen diese aus einer Unterlegscheibe 14 und einer Fixiermutter 15. Die Unterlegscheibe 14 ist auf die Achse 9 aufgeschoben. Die Fixiermutter 15 ist auf eine Außengewinde der Achse 9 aufgeschraubt. Mithilfe der Fixiermutter 15 ist die Einheit bestehend aus Achse 9 und Zwischenwelle 2 in axialer Richtung gegen das erste Gehäuseteil 11 verspannt. Auf der Innenseite des ersten Gehäuseteils 11 liegt die Achse 9 mit einer von einer Stirnseite eines verbreiterten Abschnitts 16 gebildeten Anlagefläche 17 in axialer Richtung an dem ersten Gehäuseteil 11 an. Mithilfe der Fixiermutter 15 ist die Zwischenwelle 2 ausschließlich durch axiale Verspannung fixiert. Alternativ kann die Achse 9 auch durch Schweißen oder Umformen von Blechteilen in optimal ausgerichteter Position fixiert werden.
Nach dem Lösen der Fixiermutter 15 kann die Achse 9 mit Zwischenwelle 2 in den durch die Umfangswand der ersten Aufnahmeöffnung 10 definierten Grenzen in einer Radialebene verstellt werden. Durch das Verschieben der Achse 9 mit Zwischenwelle 2 wird der Abstand zu der nicht dargestellten Motorwelle und der nicht dargestellten Abtriebswelle verändert, wodurch die beiden Riemen 5, 6 definiert vorgespannt werden. Nicht Teil des Lenk-Hilfsantriebs 1 ist die in 1 schematisch angedeutete Wellenverschiebeeinrichtung 18. Diese greift mit zwei beabstandeten Beaufschlagungselementen 19, 20 an der Achse 9 an. Über die Beauschlagungselemente 19, 20 wird in einer vorgegebenen Kraftrichtung eine definierte Verstellkraft in radialer Richtung auf die Achse 9 aufgebracht, wodurch die Riemen 5, 6 gespannt werden. Das auf die Achse 9 wirkende Drehmoment wird von den Beaufschlagungselementen 19, 20 der Wellenverschiebeeinrichtung 18 aufgenommen. Hierzu ist die Achse 9 zusätzlich mittels seitlichen Anlageflächen 21 umgriffen. Nach Verstellen der Achse 9 mit Zwischenwelle 2 wird die Achse 9 mittels der Fixiermutter 15 wieder axial gegen das erste Gehäuseteil 11 verspannt.
Für den Verstell- bzw. Verschiebevorgang ist es notwendig, dass der Lenk-Hilfsantrieb 1 exakt zu der Wellenverschiebeeinrichtung 18 positioniert wird. Hierzu sind an den Lenk-Hilfsantrieb, vorzugsweise an den Gehäuseteilen 11, 12, nicht dargestellte Zentrierungsmittel, insbesondere Zentrierungsbohrungen vorgesehen, die eine exakte Positionierung des Lenk-Hilfsantriebs relativ zu der Wellenverschiebeeinrichtung ermöglichen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die Achse 9 beidseitig mittels zwei Fixiermuttern 15 in axialer Richtung gegen beide Gehäuseteile 11, 12 verspannt. Die Achse 9 ist mit voll-umfänglichem Radialspiel durch die erste Aufnahmeöffnung 10 in dem ersten Gehäuseteil 11 und durch eine exakt gegenüber liegende im zweiten Gehäuseteil 12 eingebrachte zweite Aufnahmeöffnung 22 geführt. Die Achse 9 ragt in axialer Richtung über die auf die Achse 9 aufgeschraubten Fixiermuttern 15 hinaus. Diese seitlich überstehenden Abschnitte bilden Anlageabschnitte für die Beaufschlagungselemente 19, 20 der Wellenverschiebeeinrichtung 18. Zu erkennen ist, dass beide Beauschlagungselemente 19 mit seitlichen Anlageflächen 21 versehen sind, um bei dem Verschieben der Achse 9 mit Zwischenwelle 2 auftretende Drehmomente abfangen zu können.
Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 ist die Zwischenwelle in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 nicht auf einer Achse, sondern in zwei beabstandeten Wellenlagern 23, 24 drehbar gelagert. Die Wellenlager 23, 24 sind mit vollumfänglichem Radialspiel in zwei gegenüber liegenden Aufnahmeöffnungen 10, 22 in voneinander beabstandeten Gehäuseteilen 11, 12 aufgenommen. Auf der Außenseite beider Wellenlager 23, 24 befindet sich ein Außengewinde, wobei auf jedes Wellenlager 23, 24 eine Fixiermutter 15 aufgeschraubt ist, mit der die Wellenlager 23, 24 axial gegen die Gehäuseteile 11, 12 verspannt sind. Auch der in 3 gezeigte Lenk-Hilfsantrieb ist wellenverschiebeeinrichtungsfrei ausgebildet.
In 4 ist ein Lenk-Hilfsantrieb 1 in einer Draufsicht gezeigt. Zu erkennen ist die Zwischenwelle 2 mit erster Riemenscheibe 3 und zweiter Riemenscheibe 4. Mit Abstand zu der Zwischenwelle 2 sind unverschiebbar eine Motorwelle 25 und eine Abtriebswelle 26 angeordnet. Die Abtriebswelle 26 trägt eine Riemenscheibe 27. Die Motorwelle 25 ist Träger einer weiteren Riemenscheibe 28. Zwischen der Zwischenwelle 2 und der Abtriebswelle 26 ist der zweite Riemen 6 und zwischen der Motor welle 25 und der Zwischenwelle 2 der erste Riemen 5 aufgespannt. Die gewünschte Vorspannkraft für den ersten Riemen ist mit F_V1 bezeichnet. Die gewünschte Vorspannkraft für den zweiten Riemen 6 ist mit F_V2 gekennzeichnet. Mittels eines Kräfteparallelogramms ist eine resultierende Vorspannkraft F_R ermittelt. Die von der Wellenverschiebeeinrichtung aufzubringende Verstellkraft entspricht vom Betrag her der resultierenden Vorspannkraft FR und ist dieser entgegen gerichtet, liegt also auf derselben Wirklinie.
In 5 sind die auf die Zwischenwelle 2 wirkenden Vorspannkräfte F_V1 und F_V2 in Kraftkomponenten zerlegt. Die beiden Kraftkomponenten F_K1a und F_K2a weisen entgegen der Kraftrichtung bzw. in Richtung resultierender Vorspannkraft und müssen in Summe durch die Wellenverschiebeeinrichtung aufgenommen werden. Die beiden weiteren Kraftkomponenten F_K1b und F_K2b verlaufen senkrecht zur Kraftrichtung in entgegengesetzte Richtungen und bewirken ein auf die Zwischenwelle 2 wirkendes Drehmoment. Die Zwischenwelle muss daher gegen Drehmomente steif sein. Das Drehmoment muss bei dem Verstellvorgang von der Wellenverschiebeeinrichtung aufgenommen werden, um ein Schieflage der Zwischenwelle 2 zu verhindern.
In den 6 bis 8 sind unterschiedliche Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Wellenverschiebeeinrichtungen 18 dargestellt. Der ebenfalls in den 6 bis 8 dargestellte Lenk-Hilfsantrieb 1 entspricht dem in 4 dargestellten Lenk-Hilfsantrieb 1, so dass zur näheren Erläuterung auf die Beschreibung zu 4 verwiesen wird.
In 6 ist eine eigenständige Wellenverschiebeeinrichtung 18 dargestellt. Diese weist einen Anlageschlitten auf, der beide Beaufschlagungselemente 19 und 20 trägt. Der Anlageschlitten umgreift die Zwischenwelle 2 von drei um 90° zueinander ver setzten Richtungen her. Die Beaufschlagungselemente sind längsverschieblich auf einer Schwinge 29 angeordnet, welche wiederum um ein Schwenkgelenk 30 mit zu der Welle 2 paralleler Schwenkachse verschwenkbar ist. Der Anlageschlitten weist demnach zwei Bewegungsfreiheitsgrade auf. Zu Beginn des Spannvorgangs zur Spannung des ersten Riemens 5 und des zweiten Riemens 6 wird der Lenk-Hilfsantrieb 1 exakt zu der Schwenkachse des Schwenkgelenks 30 der Wellenverschiebeeinrichtung 18 ausgerichtet. Hierzu sind nicht dargestellte Zentriermittel an dem Lenkhilfsantrieb 1 und/oder der Wellenverschiebeeinrichtung 18 vorgesehen. Lenk-Hilfsantrieb 1 und Wellenverschiebeeinrichtung 18 werden derart zueinander ausgerichtet, dass die Schwinge 29 zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung der Verstellkraft F_Verstell verläuft. Bei ausreichender Länge der Schwinge von beispielsweise etwa 0,5 m ist die Winkel-Abweichung der sich einstellenden Kraftrichtung zu der Richtung der zuvor bestimmten Kraftrichtung vernachlässigbar gering, da die Welle nur um wenige Millimeter bis maximal wenige Zentimeter radial verschoben wird. Der Fehler wird mit zunehmender Schwingenlänge kleiner.
Die Verstellkraft F_Verstell resultiert aus einem von einem Motor 31 in die Schwinge 29 eingeleiteten Drehmoment, mit dem die Schwinge 29 um das Schwenkgelenk 30 verschwenkend beaufschlagt wird. Dem Motor 31 ist ein Steuergerät 32 zugeordnet, mit dem das aufgebrachte Motordrehmoment auf einen vorbestimmten Wert begrenzt wird. Zur Bestimmung des Ist-Motordrehmomentes ist ein nicht eingezeichneter Drehmomentsensor vorhanden. Es ist auch denkbar den Motor 31 in Abhängigkeit der tatsächlich aufgebrachten Verstellkraft F_Verstell anzusteuern, die mittels eines nicht dargestellten Sensors gemessen wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist das Beaufschlagungselement 19 nicht als Schlitten ausgebildet, sondern fest mit einer ersten, parallel zur Radialebene verlaufenden Schwinge 33 verbunden. Diese ist um ein Zwischenschwenkgelenk 34 mit senkrecht zur Radialebene verlaufender Schwenkachse verschwenkbar gelagert. Das Zwischenschwenkgelenk 34 ist wiederum fest mit einer zweiten Schwinge 35 verbunden. Diese zweite Schwinge 35 ist in derselben Ebene angeordnet wie die erste Schwinge 33 und spannt mit der ersten Schwinge 33 in etwa einen Winkel von 90° auf. Die zweite Schwinge 35 ist um ein Schwenkgelenk 30 mit zu der Schwenkachse des Zwischenschwenkgelenks parallelen Schwenkachse verschwenkbar. Zum Verdrehen der Schwinge 35 um das Schwenkgelenk 30 ist ein Motor 31 mit Steuergerät 32 vorgesehen. Bei der Ausrichtung des Lenk-Hilfsantriebs 1 zu der Wellenverschiebeeinrichtung 18 muss darauf geachtet werden, dass die erste Schwinge 33 mit der Richtung der Verstellkraft F_Verstell fluchtet. Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist der durch das Verschwenken der Schwingen 33, 35 auftretende Winkelfehler aufgrund des nur geringen Verstellwegs der Welle vernachlässigbar gering.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 ist das Beaufschlagungselement 19 und das davon beabstandete, nicht dargestellte Beaufschlagungselement 20 wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 fest mit einer Schwinge 29 verbunden. Die Schwinge 29 ist um ein Schwenkgelenk 30 mit senkrecht zur Radialebene angeordneter Schwenkachse verschwenkbar. Die wirksame Länge der Schwinge 29 ist durch einen Längenänderungsmechanismus 36, beispielsweise einer Kolben-Zylinder-Einheit, oder wie in diesem Fall einem Spineltrieb mit Motor 31 und Steuergerät 32 veränderbar. Über den Motor 31 wird eine definierte Verstellkraft F_Verstell auf die Welle 2 aufgebracht. Beim Ausrichten des Lenk-Hilfsantriebs 1 mit der Wellenverschiebeeinrichtung 18 muss darauf geachtet werden, dass die Schwinge 29 mit der Richtung der aufzubringenden Verstellkraft F_Verstell fluchtet.
In 9 ist ein Lenk-Hilfsantrieb 1 gezeigt, der seinem grundsätzlichem Aufbau nach dem Lenk-Hilfsantrieb 1 gemäß 2 entspricht. Es wird daher auf die diesbezügliche Beschreibung verwiesen. Im Unterschied zu dem Lenk-Hilfsantrieb 1 gemäß 2 weist die Achse 9 keine seitlich überstehenden Abschnitte auf. Die Wellenverschiebeeinrichtung 18 greift seitlich axial in Zentrierbohrungen der Achse 9 ein. Hierzu weist die Wellenverschiebeeinrichtung 18 zwei unabhängig voneinander verstellbare Beaufschlagungselemente 19, 20 mit entgegengesetzt weisenden konischen Spitzen auf. Jedem Beaufschlagungselement 19, 20 sind nicht dargestellte Messfühler zu Messung der jeweiligen Verstellkraft zugeordnet. Die Verstellkräfte werden vor der Verstellung auf Basis der Soll-Riemenkräfte und der entstehenden Drehmomente bestimmt. Die Messfühler sind möglichst unmittelbar benachbart zur Achse 9 platziert. Die Wellenverschiebeeinrichtung 18, bzw. die Beaufschlagungselemente 19, 20 werden nun so verstellt, bis die vorher ermittelten Verstellkräfte bzw. die Riemenkräfte an den Beaufschlagungselementen 19, 20 anliegen. Die Achse 9 wird dabei auf Bahnen bewegt, die eine möglichst unabhängige Einstellung der gewünschten Kräfte erlaubt – also in Bahnen, die radial zur Motorwelle oder zur Abtriebswelle und tangential zu der jeweils anderen ortsfesten Welle (Abtriebswelle, Motorwelle) verlaufen. Das Ausführungsbeispiel gemäß 9 hat den Vorteil, dass die Ausrichtung des Lenk-Hilfsantriebs zu der Wellenverschiebeeinrichtung 18 nicht genau exakt erfolgen muss und etwaige Fehler aufgrund von Reibung vermieden werden, da die Messfühler im Bereich der Zwischenwelle 2 angeordnet sind und daher nur noch die Reibung in der Lenk-Hilfseinrichtung 1 und nicht die Reibung in der Wellenverschiebeeinrichtung verfälschend wirken kann.

1: Lenk-Hilfsantrieb
2: Zwischenwelle
3: Riemenscheibe
4: Riemenscheibe
5: erster Riemen
6: zweiter Riemen
7: Wälzlager
8: Wälzlager
9: Achse
10: erste Aufnahmeöffnung
11: erstes Gehäuseteil
12: zweites Gehäuseteil
13: Fixiermittel
14: Unterlegscheibe
15: Fixiermutter
16: verbreiterter Abschnitt
17: Anlagefläche
18: Wellenverschiebeeinrichtung
19: Beaufschlagungselement
20: Beaufschlagungselement
21: Anlagefläche
22: zweite Aufnahmeöffnung
23: Wellenlager
24: Wellenlager
25: Motorwelle
26: Abtriebswelle
27: Riemenscheibe
28: Riemenscheibe
29: Schwinge
30: Schwenkgelenk
31: Motor
32: Steuergerät
33: erste Schwinge
34: Zwischenschwenkgelenk
35: zweite Schwinge
36: Längenänderungseinheit
F_V1: Vorspannkraft des ersten Riemens
F_V2: Vorspannkraft des zweiten Riemens
F_R: resultierende Vorspannkraft
F_Verstell: Verstellkraft
F_K1a: Kraftkomponente
F_K2a: Kraftkomponente
F_K1b: Kraftkomponente
F_K2b: Kraftkomponente

Claims

Lenk-Hilfsantrieb für eine Lenkung in einem Kraftfahrzeug, mit einem eine Motorwelle (25) antreibenden Motor (31) und mit einer parallel zur Motorwelle (25) angeordneten Abtriebswelle, wobei die Motorwelle (25) mittels eines Riementriebes mit der Abtriebswelle antreibend gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Motorwelle (25) und zur Abtriebswelle (26) parallele Zwischenwelle (2) vorgesehen ist, die mittels eines ersten Riemens (5) von der Motorwelle (25) angetrieben ist und die ihrerseits antreibend über einen zweiten Riemen (6) mit der Abtriebswelle (26) gekoppelt ist, und dass die Zwischenwelle in einer Radialebene relativ zu der Motorwelle (25) und der Abtriebswelle (2b) mittels einer externen Wellenverschiebeeinrichtung, insbesondere durch Beaufschlagen mit einer definierten Verstellkraft F_(Verstell) in eine definierte Kraftrichtung, verschiebbar ist, und dass Fixiermittel zur Fixierung der Zwischenwelle (2) im gewünschten Radialabstand zu der Motorwelle (25) und zu der Abtriebswelle (26) vorgesehen sind.
Lenk-Hilfsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die Zwischenwelle (2) in einer Radialebene relativ zu der Motorwelle (25) und der Abtriebswelle (26) verschiebbar ist.
Lenk-Hilfsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Zwischenwelle (2) mittels der Fixiermittel (14, 15) ausschließlich aufgrund axialer Verspannung gegen mindestens ein Bauteil (11, 12) fixiert ist.
Lenk-Hilfsantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle die Lenksäule der Lenkung oder die Eingangswelle eines Lenkgetriebes ist.
Lenk-Hilfsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (2) rotierbar auf mindestens einer Achse (9) oder in mindestens einem Wellenlager (23, 24) gelagert ist, und dass die Achse (9) oder das Wellenlager (23, 24) an mindestens einem Bauteil (11, 12) fixiert ist.
Lenk-Hilfsantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (9) oder das Wellenlager (23, 24) im fixiertem Zustand mit vollumfänglichem Radialspiel in mindestens einer Aufnahmeöffnung (10, 22) in dem mindestens einen Bauteil (11, 12) aufgenommen ist.
Lenk-Hilfsantrieb nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (9) mittels der Fixiermittel (14, 15) einseitig oder zweiseitig fixiert ist.
Lenk-Hilfsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass an der Achse (9) und/oder an der Zwischenwelle (2) und/oder an dem Wellenlager (23, 24) mindestens ein Anlageabschnitt, vorzugsweise zwei in axialer Richtung beabstandete Anlageabschnitte, für eine eigenständige Wellenverschiebeeinrichtung (18) vorgesehen sind.
Wellenverschiebeeinrichtung zum Verschieben einer Welle (2) in einer Radialebene relativ zu einer Motorwelle (25) und/oder relativ zu einer Abtriebswelle (26) eines Lenk-Hilfsantriebs, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenverschiebeeinrichtung (18) die zu verstellende Welle (2) mit einer definierten Verstellkraft (F_Verstell) beaufschlagend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenverschiebeeinrichtung (18) als eigenständige Werkzeug ausgebildet ist.
Wellenverschiebeeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenverschiebeeinrichtung (18) zur Beaufschlagung der zu verstellenden Welle (2) mit der definierten Verstellkraft (F_Verstell) einen Motor (31) mit einem Steuergerät (32) aufweist.
Wellenverschiebeeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Verstellkraft (F_Verstell) mittels eines Federmechanismus und/oder mittels eines definierten Gewichtes erzeugbar ist.
Wellenverschiebeeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Beaufschlagungselement (19, 20) zur unmittelbaren Anlage an der zu verschiebenden Welle (2) und zur Be aufschlagung der Welle (2) mit der Verstellkraft (F_Verstell) sowie zur Aufnahme von bei der Verschiebung der Welle (2) auftretenden Drehmomenten vorgesehen ist, und dass das Beaufschlagungselement (19, 20) zwei Bewegungsfreiheitsgrade aufweist und in der Radialebene der Welle (2) in Verstellkraftbeaufschlagungsrichtung sowie senkrecht dazu verstellbar ist.
Wellenverschiebeeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Beaufschlagungselement (19, 20) als entlang einer Verschiebeachse verschieblich gelagerter Anlageschlitten ausgebildet ist.
Wellenverschiebeeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlageschlitten (19, 20) auf einem Verstellschlitten verschiebbar gelagert ist, der senkrecht zur Verschiebeachse des Anlageschlittens (19, 20) verschieblich gelagert ist.
Wellenverschiebeeinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bewegungsfreiheitsgrad mittels eines Schwenklagers realisiert ist.
Wellenverschiebeeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlageschlitten (19, 20) auf einer parallel zur Radialebene verlaufenden Schwinge (29) gelagert ist, die um ein Schwenkgelenk (30) mit einer zur Radialebene senkrechten Schwenkachse verschwenkbar ist.
Wellenverschiebeeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Beaufschlagungselement (19, 20) fest mit einer ersten, parallel zur Radialebene verlaufenden Schwinge (33) verbunden ist, die um ein Zwischenschwenkgelenk (34) mit senkrecht zur Radialebene verlaufender Zwischenschwenkachse verschwenkbar ist, und dass das Zwischenschwenkgelenk (34) fest mit einer zweiten, parallel zur Radialebene verlaufenden Schwinge (35) verbunden ist, die um ein Schwenkgelenk (30) mit senkrecht zur Radialebene verlaufender Schwenkachse verschwenkbar ist.
Wellenverschiebeeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Beaufschlagungselement (19, 20) fest mit einer parallel zur Radialebene verlaufenden Schwinge (29) verbunden ist, die um ein Schwenkgelenk (30) mit senkrecht zur Radialebene verlaufender Schwenkachse verschwenkbar ist, und dass die wirksame Länge der Schwinge (29) in Richtung sowie mit der gewünschten Verstellkraft (F_Verstell) verstellbar ist.
Wellenverschiebeeinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in axialer Richtung voneinander beabstandete Beaufschlagungselemente vorgesehen sind, die unabhängig voneinander verstellbar sind.
Montageverfahren für einen Lenk-Hilfsantrieb (1), insbesondere mit den Merkmalen einer der Ansprüche 1 bis 8, mit mindestens einer Motorwelle (25), einer Abtriebswelle (26) und einer dazu parallelen Zwischenwelle (2), die mittels eines ersten Riemens (5) von der Motorwelle (25) angetrieben ist und die ihrerseits antreibend über einen zweiten Riemen (6) mit der Abtriebswelle (26) gekoppelt ist, und unter Zuhilfenahme einer eigenständigen Wellenverschiebeeinrichtung (18), insbesondere mit den Merkmalen einer der Ansprüche 9 bis 19, mit folgenden Verfahrensschritten, • Bestimmen des Betrags und der Richtung der gewünschten Verstellkraft (F_Verstell) auf Basis der Soll-Riemenspannkräfte (F_V1, F_V2), • Koppeln von Motorwelle (25) und Zwischenwelle (2) mittels des ersten Riemens (5), • Koppeln von Abtriebswelle (26) und Zwischenwelle (2) mittels des zweiten Riemens (6), • Ausrichten der Lenk-Hilfsvorrichtung (1) und der Wellenverschiebeeinrichtung (18) zueinander, • Beaufschlagen der Zwischenwelle (2) mit der gewünschten Verstellkraft (F_Verstell) in der gewünschten Kraftrichtung mittels der Wellenverschiebeeinrichtung (18) entgegen der Riemenspannkräfte, • Fixieren der Zwischenwelle (2) in der resultierenden Position, insbesondere ausschließlich durch axiales Verspannen.