DE102006025895A1

DE102006025895A1 - Hilfskraftlenkung

Info

Publication number: DE102006025895A1
Application number: DE200610025895
Authority: DE
Inventors: Martin Budaker; Helmut Ködler
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2007-12-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkung (1) für ein Fahrzeug mit einer axialverschieblich in einem Gestell (2) gelagerten Zahnstange (3), die einen ersten Zahnstangenabschnitt (4) mit einer Verzahnung (5) aufweist, welche mit einem, mit einer Lenkhandhabe (6) wirkverbundenen Ritzel (7) kämmt, und mit einem zweiten Zahnstangenabschnitt (8), der ein Außengewinde (9) trägt, welches mit einem Innengewinde (10) axial unverschiebbar an dem Gestell (2) gehaltenen Mutter (11) in Eingriff ist und von einem Servomotor (12) angetrieben ist. Um eine Hilfskraftlenkung zu schaffen, die bauraum- und kostenoptimiert ist, ist vorgesehen, dass der zweite Zahnstangenabschnitt (8) relativ mit dem ersten Zahnstangenabschnitt (4) drehbar, aber axial unverschieblich verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 10 2005 012 974 A1 beschreibt eine elektrische Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug mit einer in einem Lenkgetriebegehäuse axial verschiebbar gelagerten Zahnstange. Die Zahnstange ist in einen ersten Zahnstangenabschnitt, der eine Verzahnung aufweist, welche mit einem mit einer Lenkhandhabe wirkverbundenen Ritzel kämmt und in einen zweiten Zahnstangenabschnitt unterteilt, welcher als Spindelwelle gebildet ist. Die Spindelwelle durchragt eine Kugelmutter, die von einem Servomotor angetrieben ist und um die Spindelwelle rotiert. Die Kugelmutter ist axial unverschieblich in dem Lenkgetriebegehäuse gelagert, sodass bei deren Rotation die Spindelwelle axial verschoben wird. Der Servomotor stellt ein Drehmoment in Abhängigkeit von einem Lenkmoment an der Lenkhandhabe bereit.
Die Längsachse des Servomotors ist parallel mit Abstand zu der Längsachse der Zahnstange angeordnet, da eine getriebliche Verbindung zwischen einer Servomotorwelle und der Kugelmutter vorgegeben ist, sodass sich ein großer Bauraumbedarf der Hilfskraftlenkung ergibt.
Die EP 0857 639 A2 zeigt und beschreibt eine konstruktive Lösung eine elektrische Hilfskraftlenkung mit einer in eine in gleicher Weise in einen ersten Zahnstangenabschnitt und einen zweiten Zahnstangenabschnitt aufgeteilten Zahnstange kompakter zu bauen.
Die elektrische Hilfskraftlenkung weist zu diesem Zweck einen als Hohlwellenmotor gebildeten elektrischen Servomotor auf, dessen Läufermagnete auf einer mit einer Kugelmutter drehfest verbundenen Hohlwelle angeordnet sind. Die rotierende Hohlwelle treibt die axial in einem Lenkgetriebegehäuse unverschieblich gehaltene Kugelmutter an, wodurch eine axial gerichtete Lenkhilfskraft in dem zweiten Zahnstangenabschnitt resultiert.
Die offenbarte Hilfskraftlenkung ist insbesondere in ihrer radialen Ausdehnung nicht minimiert. Zudem sind die bekannten elektrischen Hilfskraftlenkungen aufwändig und nicht kostenoptimiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hilfskraftlenkung zu schaffen die bauraum- und kostenoptimiert ist.
Die Erfindung wird mit einer Hilfskraftlenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch dass bei der erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkung die Zahnstange in einen ersten Zahnstangenabschnitt, der eine Verzahnung, die mit einem mit der Lenkhandhabe verbundenen Ritzel kämmt, aufweist und in einen zweiten Zahnstangenabschnitt, der relativ zu dem ersten Zahnstangenabschnitt drehbar aber axial unverschiebbar ist, aufgeteilt ist, kann der zweite Zahnstangenabschnitt direkt als Rotor für einen Servomotor angewandt werden, wodurch beispielsweise eine aufwändige Bauweise als Hohlwellenmotor oder gar als Servomotor mit einer getrieblichen Verbindung zu der Zahnstange vermieden ist.
Die Hilfskraftlenkung ist daher in Bezug auf ihre Bauteilezahl und ihren radialen und axialen Bauraumbedarf optimiert.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäß aufgebaute Zahnstange ist grundsätzlich mit ihrem zweiten Zahnstangenabschnitt mit Servomotoren verschiedener Bauart, wie etwa mit hydraulischen oder elektrischen Servomotoren rotatorisch verbindbar, wodurch bei Rotation des zweiten Zahnstangenabschnitts in der gestellfesten Mutter eine axiale Komponente einer Lenkhilfskraft in der Zahnstange erzeugbar ist.
Zur Minimierung des Bauraumbedarfs ist es besonders zweckmäßig den zweiten Zahnstangenabschnitt als Läufer für einen elektrischen Servomotor heranzuziehen, wobei der zweite Zahnstangenabschnitt als Träger von Dauermagneten einen Läufer einer etwa dauermagneterregten Synchronmaschine (AC-Servomotor) bilden kann.
Die Läufermagnete an dem zweiten Zahnstangenabschnitt sind bevorzugt vollständig in die Umfangskontur des zweiten Zahnstangenabschnitts eingelassen um in radialer Richtung den Bauraumbedarf des elektrischen Servomotors zu verringern.
In axialer Richtung des zweiten Zahnstangenabschnitts sind die Magnete vorzugsweise so bemessen, dass sie unter Berücksichtigung der jeweiligen Maximalverschiebung der Zahnstange vollständig im axialen Erstreckungsbereich eines Stators des elektrischen Servomotors bleiben. Die Läufermagnete sind somit wesentlich länger als der Stator und der elektrische Servomotor. Es kann auch zweckmäßig sein, den Stator des elektrischen Servomotors wesentlich länger zu gestalten als die Magnete, so dass die Magnete unter Berücksichtigung der jeweiligen Maximalverschiebung der Zahnstange im axialen Erstreckungsbereich des Stators bleiben.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Hilfskraftlenkung greift der erste Zahnstangenabschnitt axial in eine Ausnehmung oder Sackbohrung des zweiten Zahnstangenabschnitts ein. Die Zahnstangenabschnitte sind in der Ausnehmung bevorzugt durch Wälzlager, die axiale und radiale Kräfte in Kombination aufnehmen können, gegeneinander drehbar aber axial gegeneinander unverschiebbar gelagert. Hierzu eignet sich beispielsweise die Anwendung von Axial-Rillenkugellagern, Axial-Pendelrollenlager oder Schrägkugellager oder Nadel-Axiallager, die einen minimierten radialen Bauraumbedarf haben. In der Ausnehmung sind radial zwischen dem ersten und zweiten Zahnstangenabschnitt mehrere, bevorzugt beabstandet zueinander angeordnete Radiallager angeordnet.
Zur Aufnahme der Axialkräfte in beiden Richtungen der Zahnstange ist es zweckmäßig an dem ersten Zahnstangenabschnitt einen Bund auszubilden, der von seinem, zu dem zweiten Zahnstangenabschnitt gerichteten Ende mit Abstand aus dessen Umfangskontur ragt. Der Bund dient als Teil eines Festlagers zwischen dem ersten und zweiten Zahnstangenabschnitt und als Anlage von je einem Axiallager zu beiden Seiten des Bunds, wobei das zwischen dem Bund und einer axialen Stirnfläche des zweiten Zahnstangenabschnitts angeordnete Lager als kombiniertes Nadel-Axialkugellager gebildet sein kann. Ein Lagerring, der fest an dem zweiten Zahnstangenabschnitt angeordnet ist, überkragt radial und axial den Bund und presst ein Axiallager mit einem an ihm festgelegten Deckel oder mit ihm verbundenen Bund axial an den Bund.
Der Stator des elektrischen Servomotors und die vorzugsweise als Kugelmutter gebildete Mutter, mit welcher der zweite Zahnstangenabschnitt in Wirkverbindung ist, sind bevorzugt in einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse angeordnet, welches auch zur Lagerung der Zahnstange dient.
Um Herstellungskosten zu minimieren ist es zweckmäßig den zweiten Zahnstangenabschnitt aus einem Rohrmaterial zu fertigen.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hilfskraftlenkung.
In 1 ist in einem schematischen Längsschnitt eine elektrische Hilfskraftlenkung 1 für einen Personenkraftwagen gezeigt. In einem als geschlossenes, mehrteiliges Gehäuse 26 gebildeten Gestell 2 ist eine Zahnstange 3 axial verschiebbar gehalten. Zu beiden Enden der Zahnstange 3 sind über Kugelköpfe 27 Spurstangen 28 drehbar aber axial relativ zu der Zahnstange 3 unverschiebbar festgelegt. Die Spurstangen 28 sind über Radlenkhebel in an sich bekannter Weise mit lenkbaren Rädern des Personenkraftwagens verbunden. Die Zahnstange 3 ist in einen ersten Zahnstangenabschnitt 4 und in einen etwa gleichlangen, zweiten Zahnstangenabschnitt 8 unterteilt, wobei die Zahnstangenabschnitte 4, 8 axial unverschiebbar aber drehbar gegeneinander verbunden sind.
Der erste Zahnstangenabschnitt 4 weist eine Verzahnung 5 auf, in die ein Ritzel 7 eingreift. Das Ritzel 7 bildet einen Endteil einer Lenkwelle 29, welche es mit einer Lenkhandhabe 6 drehfest verbindet. In die Lenkwelle 29 ist in an sich bekannter Weise ein Drehmomentsensor 30 mit einem Torsionsstab eingebunden, wobei der Drehmomentsensor 30 mit einer Regel- und/oder Steuerungseinrichtung die Bestromung eines als elektrischer Servomotor 14 gebildeten Servomotor 12 steuert. Der elektrische Servomotor 14 ist im Axialbereich des zweiten Zahnstangenabschnitts 8 in dem Gehäuse 26 angeordnet und ist als dauermagneterregter Synchronmotor gebildet, dessen Läufer 13 durch den zweiten Zahnstangenabschnitt 8, in dem Ferritmagnete 15 eingelassen sind, gebildet wird. Der Läufer 13 dreht sich durch Wirkung des von einem Frequenzumrichter gesteuerten Drehfeldes des Stators 16. Die Magnete 15 weisen eine wesentlich größere axiale Erstreckung a als der Stator 16 auf, wodurch bei maximaler Axialverschiebung der Zahnstange 3 die Magnete 15 vollständig im Statorbereich bleiben.
Ein Kugelumlaufmechanismus ist zur Wandlung der Rotation des zweiten Zahnstangenabschnitts 8 in eine Axialbewegung der Zahnstange 3 vorgesehen und besteht aus einer gehäusefesten Mutter 11 mit Innengewinde 10, die von dem zweiten Zahnstangenabschnitt 8 durchragt wird und dessen Außengewinde 9 unter Zwischenlage von Kugeln 31 in die Mutter 11 eingreift.
Der erste Zahnstangenabschnitt 4 ragt mit seinem axialen Ende 21 in eine Ausnehmung 17 in dem zweiten Zahnstangenabschnitt 8 bzw. in dem als Rohr gebildeten zweiten Zahnstangenabschnitt 8 und weist als Anschlag einen Bund 20 auf.
Zwischen dem Bund 20 und einer axialen Stirnfläche 25 an dem zweiten Zahnstangenabschnitt 8 ist ein Axial-Rillenkugellager als ein erstes Axiallager 22 angeordnet. Auf der diesem gegenüberliegenden Seite des Bunds 20 ist ein zweites Axiallager 23 angeordnet und von einem Lagerring 24, der an dem zweiten Zahnstangenabschnitt 8 festgelegt ist, gegen den Bund 20 gepresst. Dadurch ergibt sich eine spielfreie, drehbare Verbindung der beiden Zahnstangenabschnitte 4 und 8. Zwei als Nadellager 32 mit oder ohne Innenring gebildete Radiallager 19 sind zwischen dem ersten und zweiten Zahnstangenabschnitt angeordnet und dienen zur Darstellung eines Loslagers zwischen den Zahnstangenabschnitten 4, 8.
BEZUGSZEICHENLISTE EM Nr.060407

Claims

Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug, mit einer axialverschieblich in einem Gestell (2) gelagerten Zahnstange (3), die einen ersten Zahnstangenabschnitt (4) mit einer Verzahnung (5) aufweist, welche mit einem, mit einer Lenkhandhabe (6) wirkverbundenen Ritzel (7) kämmt, und mit einem zweiten Zahnstangenabschnitt (8), der ein Außengewinde (9) trägt, welches mit einem Innengewinde (10) einer axial unverschieblich an dem Gestell (2) gehaltenen Mutter (11) in Eingriff ist und von einem Servomotor (12) angetrieben ist, dadurch gekennzeiehnet, dass der zweite Zahnstangenabschnitt (8) relativ mit dem ersten Zahnstangenabschnitt (4) drehbar aber axial unverschieblich verbunden ist.
Hilfskraftlenkungnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zahnstangenabschnitt (8) mit einem Läufer (13) eines elektrischen Servomotors (14) rotatorisch wirkverbunden ist.
Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zahnstangenabschnitt (8) zumindest teilweise einen Läufer (13) eines elektrischen Servomotors (14) bildet.
Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Servomotor (14) ein dauermagneterregter Synchronmotor ist.
Hilfskraftlenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zahnstangenabschnitt (8) den elektrischen Servomotor (14) durchragt und Magnete (15) trägt, die eine größere axiale Erstreckung (a) aufweisen, wie ein Stator (16) des elektrischen Servomotors (14).
Hilfskraftlenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zahnstangenabschnitt (8) den elektrischen Servomotor (14) durchragt und Magnete (15) trägt, die eine kleinere axiale Erstreckung (a) aufweisen, wie ein Stator (16) des elektrischen Servomotors (14).
Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (15) in der Umfangskontur des zweiten Zahnstangenabschnitts (8) eingelassen sind.
Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zahnstangenabschnitt (4) und der zweite Zahnstangenabschnitt (8) axial in einer Ausnehmung (17) ineinandergreifen.
Hilfskraftlenkung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zahnstangenabschnitt (4) in die Ausnehmung (17) des zweiten Zahnstangenabschnitts (8) axial eingreift und über Wälzlager (18) die axiale und/oder radiale Kräfte aufnehmen, mit dem zweiten Zahnstangenabschnitt (8) verbunden ist.
Hilfskraftlenkung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerung des ersten Zahnstangenabschnitts (4) an dem zweiten Zahnstangenabschnitt (8) durch Axial-Rillenkugellager oder Axial-Pendelrollenlager oder durch Schrägkugellager oder durch Nadel-Axialkugellager erfolgt.
Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zahnstangenabschnitt (4) in der Ausnehmung (17) des zweiten Zahnstangenabschnitts (8) durch mehrere voneinander beabstandete Radiallager (19) gelagert ist.
Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zahnstangenabschnitt (4) einen Bund (20) aufweist, der von seinem, in die Ausnehmung (17) in dem zweiten Zahnstangenabschnitt (8) ragendenden axialen Ende (21) mit Abstand (b) angeordnet ist und zur beidseitigen Anlage von je einem Axiallager (22, 23) dient, die sich an einem Lagerring (24) und an einer axialen Stirnfläche (25) des zweiten Zahnstangenabschnitts (8) beidseitig des Bunds (20) abstützen.
Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (16) und die Mutter (11) gemeinsam in dem als Gehäuse (26) gebildeten Gestell (2) angeordnet sind.
Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zahnstangenabschnitt (8) als Rohr ausgebildet ist und die Mutter (11) als Kugelmutter ausgebildet ist.