-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkung mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
-
Eine
solche Servolenkung ist aus der
DE 10052275 A1 bekannt. Bei dieser Servolenkung
wird eine Lenkunterstützungskraft von einem elektrischen Servomotor
erbracht und über eine Riemenscheibe, einen Zahnriemen
und ein Untersetzungsgetriebe auf die Zahnstange übertragen.
Es ist dabei nicht zuletzt wegen der gewünschten Geräuscharmut
erforderlich, das Spiel des Riemenantriebs so gering wie möglich
zu machen und insbesondere eine konstante Riemenspannung in beiden
Laufrichtungen des Antriebs zu gewährleisten.
-
Bei
der bekannten Servolenkung wird die Vorspannung über eine
an der Rückseite des Zahnriemens anliegende Spannrolle
bewirkt, die fest eingestellt wird.
-
Eine
weitere Möglichkeit, ein umlaufendes Antriebsmittel in
beide Laufrichtungen des Antriebs zu spannen, ist aus der britischen
Patentschrift
GB 1,117,863 bekannt.
Bei dieser Vorrichtung wird ein Kettenantrieb mit einer festen und
einer verschieblich gelagerten Welle dadurch gespannt, dass der
verschiebliche Lagerbock über einen federvorgespannten
Keil von der fest gelagerten Welle weg gedrängt wird.
-
Schließlich
sind bei anderen elektromechanischen Servolenkungen noch zwei andere
Arten der Einstellung der Riemenspannung bekannt. Zum einen kann
die Riemenspannung über eine Exzenterscheibe eingestellt
werden, zum anderen werden Zugvorrichtungen eingesetzt, die das
Motorgehäuse von dem Gehäuse des Lenkgetriebes
wegziehen und so den Riemen spannen. Diese Lösungen sind
aufwendig und dementsprechend teuer.
-
Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Servolenkung
der anfangs genannten Art derart zu verbessern, dass eine feste
Einstellung der Riemenspannung bei der Montage vorgenommen werden
kann, ohne dass zusätzliche Bauelemente wie beispielsweise
eine Spannrolle an dem Riemen anliegen, um so einen zusätzlichen
Verschleiß des Riemens durch ein Spannelement auszuschließen.
Dabei sollen auch zusätzliche aufwendige Einstellelemente
vermieden werden, die den Einstellvorgang kompliziert gestalten.
-
Diese
Aufgabe wird von einer Servolenkung mit der Merkmalen des Anspruchs
1 und von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
-
Weil
bei einer elektrischen Servolenkung für ein Kraftfahrzeug
mit einer in einem Lenkungsgehäuse axial verschieblich
gelagerten Zahnstange, die von einem in einem Motorgehäuse
angeordneten elektrischen Servomotor über einen Riemen
und ein Getriebe zur Lenkunterstützung antreibbar ist,
zwischen dem Motorgehäuse und dem Lenkungsgehäuse
ein Einschubkeil vorgesehen ist, der das Motorgehäuse von
dem Lenkungsgehäuse zur Spannung des Riemens weg drängt,
kann die Spannung bereits bei der Montage einfach und zuverlässig
eingestellt werden. Ein Nachlassen der Spannvorrichtung über die
Betriebsdauer des Produkts ist nicht zu erwarten. Der Einschubkeil
ist dabei ein sehr preiswertes Bauelement, wodurch sich auch ein
wirtschaftlicher Vorteil ergibt.
-
Vorteilhaft
ist insbesondere, wenn der Riemen ein Zahnriemen ist. Weiter kann
das Getriebe ein Kugelgewindetrieb sein.
-
Das
Motorgehäuse ist mit wenigstens zwei Befestigungsmitteln
in Form von Schrauben oder Stehbolzen an dem Lenkungsgehäuse
befestigt. Dabei sind die Durchgangsbohrungen des zu befestigenden
Gehäuses als Langlöcher oder mit Übermaß ausgeführt,
so dass das Motorgehäuse relativ zu dem Lenkungsgehäuse
vor dem endgültigen Anziehen der Befestigungsmittel verschiebbar
ist. Vorteilhaft ist eines der Befestigungsmittel als Schwenklager
zur Riemenspannung durch Verschwenken des Motorgehäuses
ausgebildet.
-
Ein
versehentliches Lösen der Riemenspannung während
des Befestigungsvorgangs wird zuverlässig verhindert, wenn
der Einschubkeil auf wenigstens einer Keilfläche eine Verzahnung,
insbesondere mit Sägezahnprofil aufweist.
-
Definierte
Montagepositionen ergeben sich, wenn das Lenkungsgehäuse
und/oder das Motorgehäuse Anlageflächen für
den Einschubkeil aufweist. Dabei kann eine stufenweise rastende
Einstellung erzielt werden, wenn wenigstens eine der Anlageflächen
eine zu der Verzahnung des Einschubkeils komplementäre
Verzahnung aufweist.
-
Als
besonders vorteilhaft ist dabei die einteilige Lösung anzusehen,
da das Bauteil in einfachster Weise, z. B. in einem Spritzgussverfahren
hergestellt werden kann und eine einfache Montage am Lenkgehäuse
durch das Aufstecken des Führungsschuhes möglich
ist.
-
Durch
die einstückige Verbindung des Führungsschuhes
mit dem Keil über eine angegossene Schlaufe oder eine unverlierbar
gestaltete zweiteilige Ausführungsform kann direkt nach
der Montage der Getriebeeinheit die Zahnriemenspannung über
den Keil eingestellt werden, indem der Keil, der sich am anderen
Ende der Schlaufe befindet, in den Führungsschuh eingeführt
wird.
-
Bei
einem Verfahren zur Riemenspannung bei einer wie oben aufgebauten
elektrischen Kraftfahrzeugservolenkung sind folgende Schritte vorgesehen:
- – Vormontieren des Motorgehäuses
mit dem Servoantrieb an dem bereits die Zahnstange und das Getriebe
sowie den Riemen tragenden Lenkungsgehäuse mit Befestigungsmitteln
derart, dass das Motorgehäuse um eines der Befestigungsmittel parallel
zu einem Flansch schwenkbar ist;
- – Einsetzen eines Einschubkeils zwischen das Lenkungsgehäuse
und das Motorgehäuse zur Spannung des Riemens bis zu einem
bestimmten Wert der Riemenspannung;
- – Anziehen der Befestigungsmittel zur dauerhaften Fixierung
des Motorgehäuses in der erreichten Position.
-
Wenn
vor dem Anziehen der Befestigungsmittel der Servoantrieb über
wenigstens eine Umdrehung gedreht wird, wobei die Riemenspannung
ständig gemessen wird, und dass bei Unterschreiten eines
Mindestwertes der Riemenspannung in einer Position der Einschubkeil
weiter zwischen das Lenkungsgehäuse und das Motorgehäuse
eingeschoben wird, ist sichergestellt, dass die minimal erforderliche Riemenspannung
nicht unterschritten wird.
-
Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
-
1:
eine elektrische Servolenkung mit einem achsparallel zur Zahnstange
angeordneten Servomotor in einer perspektivischen Darstellung;
-
2:
den Servoantrieb der Lenkung aus 1 in einer
Explosionsdarstellung;
-
3:
die Lenkung gem. 1 und 2 in einem
Radialschnitt entlang der Linie III-III aus 1; sowie
-
4:
einen Einschubkeil 21 in einer vormontierten Ausführungsform.
-
Die 1 zeigt
eine elektrische Servolenkung mit einem Lenkungsgehäuse 1,
das eine im Inneren verschieblich gelagerte Zahnstange umgibt. Die
Zahnstange trägt endseitig jeweils ein Kugelgelenk, das
von einem Faltenbalg 2 umgeben ist. Die Kugelgelenke wiederum
tragen jeweils eine Spurstange 3. Ein Ritzelgehäuse 4 umgibt
das Lenkritzel, welches mit der Zahnstange kämmt. Das Lenkritzel wiederum
ist zur Verbindung mit einer Lenksäule und mit einem Lenkrad
eingerichtet. Es trägt weiter einen Drehmomentsensor für
die Steuerung der Lenkung, der in einem Sensorgehäuse 5 angeordnet
ist.
-
An
dem gegenüber liegenden Ende des Lenkungsgehäuses 1 ist
in einem lösbaren Gehäuseteil 6 ein Reduziergetriebe
zum Antrieb der Zahnstange angeordnet. Das Gehäuseteil 6 umfasst
weiter ein Motorgehäuse 7, das in einem Abstand
parallel zu dem Lenkungsgehäuse 1 angeordnet ist.
Das Motorgehäuse 7 trägt wiederum eine
Steuerelektronik 8 zur Ansteuerung des im Motorgehäuse 7 angeordneten Servomotors.
-
Die
Baugruppe des Servoantriebs ist in der 2 näher
dargestellt. Der Gehäuseteil 6 trägt
an seiner sichtbaren Flachseite einen Flansch 10 zur Befestigung
an dem nicht sichtbaren Lenkungsgehäuse 1. Eine
Zahnstange 11 ragt in ihrer Längs- oder Axialrichtung
durch den Gehäuseteil 6 hindurch. Die Zahnstange 11 trägt
einen Kugelgewindetrieb 12, der mit seinen Kugeln spielfrei
in ein entsprechendes Gewinde der Zahnstange 11 eingreift.
Der Kugelgewindetrieb 12 ist im Inneren des Gehäuseteils 6 drehbar
gelagert. Umfangsseitig weist der Kugelgewindetrieb 12 eine
Verzahnung 13 für einen Zahnriemen 14 auf.
Der Zahnriemen 14 wiederum läuft innerhalb des Gehäuseteils 6 von
dem Kugelgewindetrieb 12 zu einem entsprechend ausgebildeten
Ritzel 15 des Servomotors 16, der in dem Motorgehäuse 7 angeordnet ist.
-
Das
weitere Zusammenwirken der insoweit beschriebenen Komponenten ist
aus dem Stand der Technik bekannt und muss hier nicht näher
beschrieben werden. Gleiches gilt für die Steue rung und
den Betrieb der Servolenkung.
-
Bei
der Montage der Baugruppe gem. 2 ist es
jedoch erforderlich, den Zahnriemen 14 definiert vorzuspannen,
um Antriebsspiel insbesondere bei einem Wechsel der Drehrichtung
des Servomotors 16 möglichst weitgehend auszuschließen.
Die Einrichtung und das Verfahren hierzu wird nachfolgend anhand
der 3 näher beschrieben.
-
Die 3 zeigt
einen Querschnitt durch die Servolenkung gem. 1 etwa
entlang der Linie III-III aus 1. Die in
der Zeichnung dargestellte Ansicht stellt einen Querschnitt in Radialrichtung
der Zahnstange 11 und einer Motorwelle 20 dar.
-
Die
Zahnstange 11 ist in nicht dargestellten Gleitlagern in
Axialrichtung verschieblich, aber in Radialrichtung spielfrei geführt.
Ihre Position in Radialrichtung ist entsprechend genau fixiert.
Ebenso ist die Motorwelle 20 in Lagern des Servomotors 16 präzise gelagert.
Der Kugelgewindetrieb 12, der ebenso spielfrei auf der
Zahnstange 11 angeordnet ist, nimmt eine genau definierte
Position in dem Gehäuseteil 6 ein. Der Zahnriemen 14 liegt
bei fertig montierter Lenkung einerseits auf dem Kugelgewindetrieb 12,
dort auf der Verzahnung 13, und andererseits auf dem Ritzel 15 des
Servomotors 16 auf. Eine Spannung des Zahnriemens 14 kann
deshalb über die Einstellung des Abstandes der Motorwelle 20 von
der Zahnstange 11 erfolgen. Dies wird im Stand der Technik, wie
bereits oben erwähnt, über Spannrollen, Exzenterscheiben
oder Zugvorrichtungen bewirkt. Die vorliegende Erfindung löst
dieses Problem durch Verwendung eines Einschubkeils 21,
der zwischen das Lenkungsgehäuse, genauer gesagt den Gehäuseteil 6 und
das Motorgehäuse 7 eingeschoben wird. Der Einschubkeil 21 drängt
das Motorgehäuse 7 weg von dem Gehäuseteil 6 und
damit die Motorwelle 20 mit dem Ritzel 15 weg
von dem Kugelgewindetrieb 12 mit der Verzahnung 13.
Der Zahnriemen 14, der beide Baugruppen umspannt, wird
dadurch gespannt.
-
Im
Einzelnen wird dies dadurch bewirkt, dass eine Befestigungsschraube 22 als
Schwenklager für das Motorgehäuse 7 gegenüber
dem Gehäuseteil 6 ausgebildet ist, beispielsweise
durch Einsetzen einer Hülse in eine in beiden Gehäuseteilen
fluchtend angebrachte Bohrung. Die drei übrigen Befestigungsschrauben 23 sitzen
einerseits in Gewindebohrungen, durchgreifen aber andererseits Gehäusebohrungen
des dem Schraubenkopf zugewandten Gehäuseteils, die gegenüber
dem Normmaß vergrößert sind. Die Gehäusebohrungen
können auch als Langlöcher ausgeführt
sein, um eine Verschwenkung des Motorgehäuses 7 gegenüber
dem Gehäuseteil 6 zu ermöglichen. Auf
diese Weise kann der Zahnriemen 14 gespannt werden. Je
nach Einbaulage kann aber auch jede der Schrauben 23 das
Schwenklager bilden.
-
In
der Praxis wird der Vorgang des Riemenspannens so ausgeführt
werden, dass die Montage zunächst mit einem lockeren Einsetzen
der Befestigungsschrauben 22 und 23 erfolgt, beispielsweise mit
einem ersten, geringen Drehmoment, welches eine Verschwenkung des
Motorgehäuses 7 noch erlaubt. Der Einschubkeil 21 wird
dann in die gezeichnete Position in 3 zwischen
den Gehäuseteil 6 und das Motorgehäuse 7 eingesetzt.
Dabei trägt der Einschubkeil 21 an seinen beiden
Keilflächen Verzahnungen, die ein Herausrutschen des Einschubkeils 21 aus
der erreichten Position verhindern. Der Einschubkeil 21 wird
dann soweit zwischen die beiden Gehäuseteile gedrängt,
bis die gewünschte Spannung des Zahnriemens 14 erreicht
ist. Dabei wird das Motorgehäuse 7 um die Gewindeschraube 22 verschwenkt.
Die Riemenspannung wird dabei über eine Kraft-Weg-Messeinrichtung
kontrolliert. Nach Erreichen eines Vorgabewerts der Riemenspannung
wird diese über eine gesamte Umdrehung der Vorrichtung
kontrolliert. Sollte die minimale Riemenspannung an einer Stelle
unterschritten werden, so kann der Einschubkeil 21 weiter
in den Spalt zwischen den beiden Gehäuseteilen gedrückt
werden. Sodann werden die Befestigungsschrauben 22 und 23 mit
einem festgelegten Drehmoment angezogen. Der Einschubkeil 21 verbleibt
in der erreichten Position, um über die ge samte Betriebsdauer
der Lenkung das Absinken des Servomotors sicher zu verhindern.
-
Eine
besonders präzise Einstellung wird ermöglicht,
wenn sowohl der Einschubkeil 21 als auch die an den Gehäuseteilen
ausgebildeten Laufflächen für den Einschubkeil 21 ein
Sägezahnprofil aufweisen. Dann kann der Einschubkeil 21 nach
Bedarf jeweils um einen Zahn weiter eingeschoben werden, wodurch
eine schrittweise Erhöhung der Riemenspannung möglich
wird.
-
Die
Befestigungsvorrichtungen für das Motorgehäuse 7 können
auch Stehbolzen sein, wobei dann bei 22 die Mantelfläche
des Stehbolzens zusammen mit einer entsprechenden Bohrung in dem umgebenden
Gehäuse das Schwenklager für das Motorgehäuse 7 bilden
kann. Für eine besonders präzise Einstellung der
Riemenspannung ist ein Voranzugsmoment für die Befestigungsschrauben 22 und 23 festzulegen,
das vor der Positionierung des Einschubkeils 21 bereits
ein Wackeln des Motorgehäuses 7 gegenüber
dem Gehäuseteil 6 ausschließt.
-
Die 4 zeigt
einen Einschubkeil 21 in einer vormontierten Ausführungsform.
Der Einschubkeil 21 wird hier im Verbund mit einer Führung 30 hergestellt,
so dass die Schnittstelle zwischen Führung 30 und
Einschubkeil 21 die Verzahnung aufweist, welche die Rastfunktion
der Spannvorrichtung sicherstellt.
-
Dieser
Verbund ist auch in besonders einfacher Weise an dem Lenkgehäuse 1 zu
befestigten. Der Keil-Führungs-Verbund kann wahlweise als
einteilige- oder mehrteilige Lösung erfolgen. Die Verbindung
ist der Gestalt, dass die Komponenten unverlierbar miteinander verbunden
sind. Dies kann über eine Halteschlaufe (einteilig) als
auch über Formschluss z. B. einer Führungsnut
mit konischer Form oder mittels einer Schwalbenschwanzführung
(zweiteilig) erfolgen.
-
Der
Keil-Führungs-Verbund wird über die Führung
mittels geeigneter Befestigungsmöglichkeiten (Clipslösung)
am Lenkgehäuse angebracht. Hierzu sind an der Führung 30 bei
diesem Ausführungsbeispiel zwei Zapfen 31 vorgesehen,
die in entsprechende Bohrungen des Lenkungsgehäuses 1 oder des
Motorgehäuses 7 einsetzbar sind.
-
- 1
- Lenkungsgehäuse
- 2
- Faltenbalg
- 3
- Spurstange
- 4
- Lenkritzelgehäuse
- 5
- Sensorgehäuse
- 6
- Gehäuseteil
- 7
- Motorgehäuse
- 8
- Steuerelektronik
- 10
- Flansch
- 11
- Zahnstange
- 12
- Kugelgewindetrieb
- 13
- Verzahnung
- 14
- Zahnriemen
- 15
- Ritzel
- 16
- Servomotor
- 20
- Motorwelle
- 21
- Einschubkeil
- 22
- Befestigungsschraube
- 23
- Befestigungsschraube
- 30
- Führung
- 31
- Zapfen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10052275
A1 [0002]
- - GB 1117863 [0004]