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Die
Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit einem Axialgetriebe
zum Lenken der Räder
eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Aus
der
DE 37 35 517 C2 ist
eine Antriebseinheit zum Lenken der beiden Hinterräder eines
vier lenkbare Räder
aufweisenden Fahrzeugs bekannt. Diese Einheit 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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Aus
der
GB 2 275 901 A ist
bereits eine Antriebseinheit mit einem Axialgetriebe zum Lenken
der Räder
eines Fahrzeugs bekannt, 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. Der Rotor weist auf seiner dem Kugelumlauftrieb
zugewandten Seite einen Flansch auf. Die Kugelumlaufmutter ist mit
dem Flansch des Rotors fest 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.
Durch die Ausbildung des Flansches des Rotors auf seiner radialen
Innenseite mit einer Stufe derart, dass zwischen der Kugelumlaufmutter,
dem Flansch der Kugelumlaufmutter und dem Flansch des Rotors ein Freiraum
gebildet ist, wird in vorteilhafter Weise Raum für die Rückführung der Kugel des Kugelumlauftriebs
geschaffen.
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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 Verbin dung 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 des Anspruchs 4 wird in vorteilhafter Weise weiterer
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 Stator-Wicklung 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.
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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.