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Die
Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit einem Axialgetriebe
zum Lenken der Räder eines Fahrzeugs, welche eine Lenkstange,
einen mit der Lenkstange in Wirkverbindung stehenden Kugelumlauftrieb,
welcher eine Kugelumlaufmutter aufweist, und einen einen Stator
und einen Rotor aufweisenden Elektromotor, welcher in Koaxialrichtung
der Lenkstange neben dem Kugelumlauftrieb angeordnet ist, aufweist.
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Eine
derartige Antriebseinheit ist aus der
DE 37 35 517 C2 bekannt. Diese bekannte Einheit
ist zum Lenken der beiden Hinterräder eines vier lenkbare
Räder aufweisenden Fahrzeugs vorgesehen. Sie weist eine
an Spurhebeln der beiden Hinterräder angelenkte Spurstange
und einen Elektromotor auf. Der Elektromotor hat eine parallel zur
Spurstange verlaufende und an die Spurstange zu deren Längsverschiebung über
ein Axialgetriebe angreifende Ausgangswelle. Bei dieser Ausgangswelle
handelt es sich um eine die Spurstange umschließende Hohlwelle.
Das Axialgetriebe weist eine von der Hohlwelle anzutreibende und
in einem Gehäuse gegen eine Axialverschiebung gesicherte
Spindelmutter auf. Diese ist an einen Spindelabschnitt der Spurstange
gekoppelt. Auf die Spindelmutter wirkt wenigstens ein unter Vorspannung
stehendes, elastisch nachgiebiges Glied ein. Jedes Ende der Spindelmutter
ist über ein Kugellager und ein elastisch nachgiebiges
Glied mit zum Mittelbereich der Spindelmutter gerichteter Kraftkomponente
an einem Gehäuse abgestützt. Die Spindelmutter
ist über Kugeln an den Spindelabschnitt der Spurstange
gekoppelt. Gemäß einer ersten Ausführungsform
ist zwischen der Spindelmutter und dem Rotor des Elektromotors ein
Untersetzungsgetriebe vorgesehen. Gemäß einer
anderen Ausführungsform ist die Spindelmutter direkt auf
den Spindelabschnitt der Spurstange geschraubt und des Weiteren über
eine Keilnutenverzahnung mit dem Rotor des Motors verbunden.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebseinheit mit einem
Axialgetriebe zum Lenken der Räder eines Fahrzeugs anzugeben,
deren Aufbau vereinfacht ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Antriebseinheit mit den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die
Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass durch die
feste Verbindung der Kugelumlaufmutter mit einem Flansch des Rotors
die im Betrieb notwendige feste Kopplung des Kugelumlauftriebs mit
dem Rotor sichergestellt ist. Weiterhin kann aufgrund der festen
Verbindung der Kugelumlaufmutter mit dem Flansch des Rotors ein
gemeinsames Lager für den Kugelumlauftrieb und den Rotor verwendet
werden, so dass kein gesondertes Lager für den Kugelumlauftrieb
benötigt wird. Dies erhöht die Kompaktheit der
Antriebseinheit und reduziert die Anzahl der Bauteile der Antriebseinheit.
Diese Einsparung von Bauteilen führt auch zu Kostenvorteilen im
Vergleich zu bekannten Antriebseinheiten.
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Eine
Antriebseinheit mit den Merkmalen der Ansprüche 2 bzw.
3 hat den Vorteil, dass bei der Endmontage der Antriebseinheit im
Werk keine Demontage des Rotors notwendig ist. Üblicherweise
werden die einzelnen Baugruppen der Antriebseinheit, d. h. das Gehäuse,
der Elektromotor und der Kugelumlauftrieb mit der Lenkstange und
der Kugelumlaufmutter von verschiedenen Herstellern geliefert. Diese Baugruppen
müssen im Endmontagewerk zu einer kompletten Antriebseinheit
zusammengebaut werden. Bei dieser Endmontage ist bei bekannten Antriebseinheiten
eine Demontage des Rotors notwendig, um eine Verbindung zum Kugelumlauftrieb
zu schaffen. Bei dieser Demontage des Rotors ist eine Abstützung
des Rotors notwendig. Dies ist zeit- und kostenaufwendig. Des Weiteren
bestehen bei einer Demontage des Rotors erhebliche Risiken. Im Falle einer
unzureichenden Abstützung können die Magnete des
Rotors oder der Stator wegen der hohen, in Radialrichtung wirkenden
magnetischen Kräfte beschädigt werden. Weiterhin
kann es zu einem magnetischen Anziehen von eisenhaltigen Gegenständen
kommen, beispielsweise von eisenhaltigem Staub, eisenhaltigen Spänen
oder Werkzeug. Ferner können sich die Kennwerte des vom
Motorhersteller gelieferten und dort elektrisch geprüften
Motors ändern. Schließlich ergeben sich auch Probleme
im Zusammenhang mit Haftungsfragen, wenn eine fertiggestellte Antriebseinheit
aufgrund eines fehlerhaften Motors nicht ordnungsgemäß arbeitet
oder gar Schäden beim Anwender verursacht. Alle diese Risiken treten
bei einer Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 2 bzw.
3 nicht auf.
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Bei
einer Antriebseinheit mit den erfindungsgemäßen
Merkmalen kann der Elektromotor vollständig in das Gehäuse
der Antriebseinheit eingesetzt werden. Im eingesetzten Zustand ist
der Elektromotor bzw. dessen Rotor durch zwei Lager mit dem Gehäuse
verbunden. Eines dieser Lager ist zwischen dem Flansch des Rotors
und einer Seitenwand des Gehäuses positioniert.
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Nach
dem Einsetzen des Elektromotors in das Gehäuse wird der
Kugelumlauftrieb mit der Lenkstange und der Kugelumlaufmutter in
das Gehäuse eingesetzt und der Kugelumlauftrieb unter Verwendung
von Schrauben, die vorzugsweise durch einen in Radialrichtung abstehenden
Flansch der Kugelumlaufmutter geführt sind, am Flansch
des Rotors befestigt. Das zwischen dem Flansch des Rotors und einer
Seitenwand des Gehäuses positionierte Lager, bei dem es
sich vorzugsweise um ein Vierpunktlager handelt, dient wegen der
festen Verbindung des Kugelumlauftriebes mit dem Flansch des Rotors
auch als Abstützung für den Kugelumlauftrieb gegenüber dem
Gehäuse. Ein weiteres Lager für den Kugelumlauftrieb
ist folglich nicht notwendig.
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Durch
die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 wird in vorteilhafter
Weise Raum für die Rückführung der Kugeln
des Kugelumlauftriebs geschaffen.
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Weitere
vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren
beispielhafter Erläuterung anhand der Figur. Diese zeigt
eine Längsschnittdarstellung einer Antriebseinheit gemäß der
Erfindung.
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Die
dargestellte Antriebseinheit weist eine durch ein Gehäuse
geführte und auf beiden Seiten wieder aus dem Gehäuse
herausgeführte Lenkstange 1 auf. Diese ist zum
Lenken der Räder eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei an den
beiden Enden der Lenkstange jeweils Lenkhebel eines Rades angekoppelt
sind.
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Die
Lenkstange weist in bekannter Weise einen Spindelabschnitt auf,
in welchem sie über Kugeln mit einer Kugelumlaufmutter 2 zusammenwirkt.
Die Kugelumlaufmutter 2 weist in ihrem axial mittleren Bereich
einen in Radialrichtung nach außen abstehenden Flansch 2a auf.
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Weiterhin
weist die in der Figur dargestellte Antriebseinheit einen Elektromotor
auf, zu welchem ein mit einer Statorwicklung 3a versehener
Stator 3 und ein mit einem Rotorkörper 4 und
mit Permanentmagneten 4b versehener Rotor gehören.
Die radiale Außenseite des Stators 3 ist an der
Innenwand des Gehäuses 6 befestigt. Die Wicklungsenden
der Statorwicklungen 3a sind in einer Statorkontakteinheit 3b zusammengeführt
und stehen über diese Statorkontakteinheit in Verbindung
mit einer in der Figur nicht dargestellten elektronischen Steuereinheit.
Der Rotor, welcher in Axialrichtung neben dem Kugelumlauftrieb mit
der Kugelumlaufmutter 2 positioniert ist, weist in seinem
der Kugelumlaufmutter 2 zugewandten Endbereich am Rotorkörper 4 einen
Flansch 4a auf.
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Dieser
Flansch 4a des Rotorkörpers 4 ist mit dem
Flansch 2a der Kugelumlaufmutter 2 fest verbunden,
wobei diese feste Verbindung mittels Schrauben 5 herbeigeführt
wurde. Der Flansch 4a ist in seinem radial inneren Bereich
mit einer Stufe 4c versehen. Aufgrund dieser Stufe 4c besteht
zwischen der Kugelumlaufmutter 2, dem Flansch 2a der Kugelumlaufmutter 2 und
dem Flansch 4a des Rotorkörpers 4 ein
Freiraum 10. Die ser wird im Betrieb der Antriebseinheit
zur Kugelrückführung genutzt.
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Des
Weiteren weist der Flansch 2a der Kugelumlaufmutter 2 axial
gerichtete Durchbrüche 2b auf, die ebenfalls Freiraum
für die Kugelrückführung gewähren.
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Alternativ
zu einer Verwendung von axial gerichteten Durchbrüchen
im Flansch der Kugelumlaufmutter kann auch eine Zweiteilung des
Kugelumlaufweges erfolgen derart, dass in der Figur links und rechts
des Flansches 2a der Kugelumlaufmutter jeweils ein eigener
Kugelrückführungsbereich vorgesehen ist.
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Ferner
ist der Flansch 4a des Rotorkörpers 4 auf
seiner radialen Außenseite mit einer Stufe 4d versehen,
in welche ein Festlager 7 aufgenommen ist. Bei diesem Festlager
handelt es sich um ein dem Rotor und dem Kugelumlauftrieb gemeinsames
Vierpunktlager, welches die genannten Baugruppen an der Innenwand
des Gehäuses 6 abstützt.
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Mit
der Bezugszahl 8 ist eine Nutmutter bezeichnet, mit der
Bezugszahl 12 ein Klemmring und mit der Bezugszahl 13 ein
Drehlagesensor, welcher beispielsweise ein Magnetrad, einen Resolverrotor oder
ein Zahnrad aufweist.
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Das
Gehäuse 6 der Antriebseinheit ist in der Figur
auf der rechten Seite durch einen Gehäusedeckel 6a verschlossen.
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Beim
Zusammenbau der in der Figur gezeigten Antriebseinheit wird zunächst
das Lager 9 in das Gehäuse 6 eingesetzt.
Bei diesem Lager 9, welches beispielsweise ein Kugellager
ist, handelt es sich um ein Loslager. Dieses hat Spiel zum Rotorkörper 4 und ist
deshalb dazu in der Lage, auf Temperaturunterschieden basierende
Materialausdehnungen von Bauteilen der Antriebseinheit auszugleichen.
Das Lager 9 wird mittels einer Federscheibe 14 axial
vorgespannt Nach dem Einbau des Lagers 9 erfolgt ein Einsetzen
der Statorbaugruppe in das Gehäuse 6. Zur Fixierung
der Statorbaugruppe an der gewünschten Position im Gehäuse 6 dient
der in der Figur dargestellte Klemmring 12, welcher in
Axialrichtung x auf den in das Gehäuse eingesetzten Stator
aufgeschoben wird.
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Im
nächsten Schritt erfolgt ein Einsetzen der Rotorbaugruppe,
zu welcher der Rotorkörper 4, der Flansch 4a,
die Magnete 4b, die Federscheibe 14, die Nutmutter 11 und
das Vierpunktlager 7 gehören. Die eingesetzte
Rotorbaugruppe wird im Gehäuse 6 durch die Nutmutter 8 axial
fixiert. Nach dieser Fixierung der Rotorbaugruppe im Gehäuse
ist der Elektromotor betriebsfähig und kann getestet werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform ist das Vierpunktlager 7 auf den
Flansch 4a aufgepresst. Eine andere Ausführungsform
besteht darin, die Außenseite des Flansches 4a derart
auszubilden, dass der Flansch 4a gleichzeitig als Innenring
des Vierpunktlagers 7 dient.
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Nach
dem Einsetzen des Elektromotors wird ebenfalls in Axialrichtung
x die Lenkstange 1 mit dem daran befestigten Kugelumlauftrieb,
welchem die Kugelumlaufmutter 2 angehört, in das
Gehäuse 6 eingesetzt. Dieses Einsetzen erfolgt
derart, dass der Flansch 2a der Kugelumlaufmutter 2 direkt
am Flansch 4a des Rotorkörpers 4 anliegt.
Im nächsten Schritt erfolgt eine Befestigung des Kugelumlauftriebes
am Flansch des Rotors mittels der Schrauben 5. Schließlich
wird der Gehäusedeckel 6a aufgesetzt und mit dem
Gehäuse 6 fest verbunden, beispielsweise durch
ein Verschrauben.
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Aufgrund
der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise ist der Elektromotor
nach seinem Einsetzen in das Gehäuse 6 durch die
Lager 9 und 7 gegenüber dem Gehäuse 6 abgestützt.
Ein nachfolgendes Einsetzen des Kugelumlauftriebes zusammen mit
der Lenkstange 1 in das Gehäuse 6 und
die erforderliche Befestigung des Kugelumlauftriebes am Rotor des
Elektromotors mit tels der Schrauben 5 kann ohne eine Zerlegung
des Elektromotors erfolgen. Dies vereinfacht den Aufbau der Antriebseinheit erheblich.
Des Weiteren dient das Lager 7 als gemeinsames Lager für
den Rotor des Elektromotors und den Kugelumlauftrieb. Ein gesondertes,
zusätzliches Lager für den Kugelumlauftrieb ist
nicht notwendig. Dies hat den Vorteil einer Einsparung eines zusätzlichen
Lagers für den Kugelumlauftrieb, wie es bei bekannten Antriebseinheiten
erforderlich ist. Die erfolgte Verschraubung des Kugelumlauftriebes
mit dem Rotor des Elektromotors hat den Vorteil einer festen Verbindung
zwischen den genannten Baugruppen, die auch den während
des Betriebes auftretenden Beanspruchungen standhält.
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Gemäß der
Erfindung wird nach alledem eine Antriebseinheit mit einem Axialgetriebe
zum Lenken der Räder eines Fahrzeugs bereitgestellt, welche
kompakt aufgebaut ist, weniger Bauteile benötigt als bekannte
Antriebseinheiten und bei welcher der Kugelumlauftrieb in demselben
axialen Bereich der Lenkstange positioniert ist, in dem sich auch das
gemeinsame Lager 7 befindet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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