DE102007015338B4

DE102007015338B4 - Elektromechanische Lenkung

Info

Publication number: DE102007015338B4
Application number: DE102007015338.6A
Authority: DE
Inventors: Heiko Schumann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2019-11-28
Anticipated expiration: 2027-03-31
Also published as: DE102007015338A1

Abstract

Elektromechanische Lenkung, umfassend:- ein Lenkgetriebegehäuse (2),- eine sich durch das Lenkgetriebegehäuse (2) erstreckende, axial bewegbare Lenkstange (3), die an einem Ende ein Spurstangengelenk (5) aufweist,- einen Elektromotor (7),- eine Kugelgewindemutter (8), die mit der Lenkstange (3) in Eingriff steht, um ein Antriebsmoment des Elektromotors (7) in eine Axialkraft an der Lenkstange (3) zu übersetzen, wobei die Kugelgewindemutter (8) über ein Hauptlager (14) gehäuseseitig drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dassdie Kugelgewindemutter (8) eine Laufbahn (18) für Wälzkörper (17) des Hauptlagers (14) aufweist, unddas Hauptlager (14) der Kugelgewindemutter (8) um eine Ausnehmung (19) herum angeordnet ist, in welche in einer axialen Anschlagposition der Lenkung das Spurstangengelenk (5) derart hineinragt, dass dieses (5) von dem Hauptlager (14) radial umgeben ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung, umfassend ein Lenkgetriebegehäuse, eine sich durch das Lenkgetriebegehäuse erstreckende, axial bewegbare Lenkstange, die an einem Ende ein Spurstangengelenk aufweist, einen Elektromotor und eine Kugelgewindemutter, die mit der Lenkstange in Eingriff steht, um ein Antriebsmoment des Elektromotors in eine Axialkraft an der Lenkstange zu übersetzen, wobei die Kugelgewindemutter über ein Hauptlager gehäuseseitig drehbar gelagert ist.
Bei einer derartigen Lenkung wird das Antriebsmoment des Elektromotors über einen Kugelgewindetrieb an der Lenkstange zur Wirkung gebracht. Die Lenkstange ist über Spurstangen mit den Fahrzeugrädern gekoppelt, um den Fahrer eines Kraftfahrzeugs beim Lenken zu unterstützen, aktive Lenkungseingriffe vorzunehmen oder im Fall einer fehlenden mechanischen Kopplung zwischen einem Lenkrad und der Lenkstange vom Fahrer vorgegebene Lenkbefehle in entsprechende Axialbewegungen der Lenkstange umzusetzen. Eine Lenkung dieser Bauart ist beispielsweise aus der DE 103 36 856 A1 bekannt.
Weiterhin ist eine Lenkung der eingangs genannten Art aus der gattungsbildenden WO 03/016122 A1 bekannt. Bei dieser ist die Kugelgewindemutter mit einem Rotor des Elektromotors radial beweglich verbunden, um Durchbiegungen der Lenkstange zu begegnen. Der Rotor ist über zwei Wälzlager im Lenkgetriebegehäuse gelagert. Eines dieser beiden Wälzlager, welches dazu in der Lage ist, Axialkräfte abzustützen, ist radial um einen Raum angeordnet, in welchen ein Spurstangengelenk im Betrieb zeitweilig gelangen kann.
Eine weitere Lenkung, bei welcher das Spurstangengelenk nicht in einen solchen Bereich verlagerbar ist, ist aus US 6,173,802 B1 bekannt. Das Lenkgetriebe weist an seiner Außenseite vielmehr einen Axialanschlag für ein solches auf,
Im Hinblick auf in das in modernen Kraftfahrzeugen zur Verfügung stehende, knappe Platzangebot zielt die Erfindung darauf ab, eine elektromechanische Lenkung zu schaffen, welche sich unter Beibehaltung der vollen Leistungsfähigkeit durch eine kompaktere Bauweise auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch eine elektromechanische Lenkung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenkung umfasst ein Lenkgetriebegehäuse, eine sich durch das Lenkgetriebegehäuse erstreckende, axial bewegbare Lenkstange, die an einem Ende ein Spurstangengelenk aufweist, einen Elektromotor, und eine Kugelgewindemutter, die mit der Lenkstange in Eingriff steht, um ein Antriebsmoment des Elektromotors in eine Axialkraft an der Lenkstange zu übersetzen, wobei die Kugelgewindemutter über ein Hauptlager gehäuseseitig drehbar gelagert ist. Die erfindungsgemäße Lenkung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kugelgewindemutter eine Laufbahn für Wälzkörper des Hauptlagers aufweist, und ferner das Hauptlager der Kugelgewindemutter um eine Ausnehmung herum angeordnet ist, in welche in einer axialen Anschlagposition der Lenkung das Spurstangengelenk derart hineinragt, dass dieses von dem Hauptlager radial umgeben ist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann das Spurstangengelenk im Fall eines maximalen Lenkeinschlags sehr weit in das Lenkgetriebegehäuse eingefahren werden, da hierfür nunmehr zusätzlich die Breite des Hauptlagers der Kugelgewindemutter als Bewegungsweg zur Verfügung steht. Dies ermöglicht ferner eine außermittige Positionierung weiterer Komponenten der Lenkung. Insbesondere kann bei einer koaxialen Anordnung des Elektromotors zur Lenkstange der Elektromotor sowie der diesem zugeordnete Kugelgewindetrieb unmittelbar neben der Position des Spurstangengelenks bei maximalem Lenkeinschlag angeordnet werden.
Die erfindungsgemäße Bauweise ermöglicht darüber hinaus eine Verminderung der auf die Kugelgewindemutter einwirkenden Kräfte, da sich durch die Anordnung nahe des Spurstangengelenks günstige Hebelverhältnisse ergeben.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
So kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung die Funktion eines Axialanschlags zur Begrenzung des maximalen Lenkeinschlags vom Ende des Lenkgetriebegehäuses weg in das Innere desselben verlagert werden. Hierzu kann beispielsweise an der Lenkstange ein radialer Vorsprung vorgesehen werden, der mit einer im Lenkgetriebegehäuse ausgebildeten Schulter zusammenwirkt. Hierdurch kann ein unmittelbares Anschlagen des Spurstangengelenks am Lenkgetriebegehäuse oder Deckel desselben vermieden werden. Dies wiederum ermöglicht eine gewichts- und kostengünstige Herstellung des Deckels, der keine Anschlagfunktion besitzt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer elektromechanischen Lenkung nach der Erfindung, und in
2 eine Längsschnittansicht des Ausführungsbeispiels.

Das in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine elektromechanische Fahrzeuglenkung 1, die hier beispielhaft als Zahnstangenlenkung mit Hilfsantrieb für ein Personkraftfahrzeug ausgebildet ist.
Die Fahrzeuglenkung 1 umfasst ein Lenkgetriebegehäuse 2, durch das sich eine Lenkstange 3 erstreckt. An den Enden der Lenkstange 3 ist jeweils eine zu einem lenkbaren Fahrzeugrad führende Spurstange 4 über ein Spurstangengelenk 5 angeschlossen.
In das Lenkgetriebegehäuse 2 leitet eine Lenksäule 6, die mit einem Lenkrad verbunden ist. Im Lenkgetriebegehäuse 2 ist ein Ritzel angeordnet, das mit einer Verzahnung der Lenkstange 3 kämmt, um einen fahrerseitig an dem Lenkrad eingebrachten Lenkbefehl in eine Axialbewegung der Lenkstange 3 umzusetzen.
Weiterhin umfasst die Fahrzeuglenkung einen Elektromotor 7, der in dem Lenkgetriebegehäuse 2 angeordnet oder von außen an dieses angesetzt ist. Über den Elektromotor 7 kann an der Lenkstange 3 eine Hilfskraft bereitgestellt werden, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen. Bei einem Ausfall der elektrischen Lenkkraftunterstützung kann das Fahrzeug weiterhin manuell gelenkt werden. In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist es jedoch auch möglich, einen fahrerseitigen Lenkbefehl bzw. die Stellung des Lenkrads allein sensorisch zu erfassen und die erfassten Stellungsinformationen, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Regeleinrichtung, zur Ansteuerung des Elektromotors 7 zu verwenden.
Zur Umsetzung des Antriebsmoments des Elektromotors 7 in eine Axialkraft an der Lenkstange 3 dient ein Kugelgewindetrieb, der eine Kugelgewindemutter 8 aufweist. Diese ist an ihrem Innenumfang mit einem Kugelgewindeabschnitt 9 versehen, welcher über Kugeln (nicht dargestellt) mit einem Kugelgewindeabschnitt 10 der Lenkstange 3 kämmt. Bei einer Rotation der gehäuseseitig axial festgelegten Kugelgewindemutter 8 wird folglich die Lenkstange 3 axial zum Lenkgetriebegehäuse 2 verschoben. Anstelle einer Kugelgewindemutter 8 kann alternativ eine Rollengewindemutter vorgesehen werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 7 koaxial zu der Lenkstange 3 angeordnet. Er umfasst einen im Lenkgetriebegehäuse 2 festgelegten Stator 11 sowie einen als Hohlwelle ausgeführten Rotor 12, der unter Zwischenschaltung einer länglichen, zur Lenkstange 3 koaxialen Hülse 13 mit der Kugelgewindemutter 8 gekoppelt ist, um das Antriebsmoment des Elektromotors 7 an die Kugelgewindemutter 8 zu übertragen. Die Hülse 13 stützt sich an ihrem der Kugelgewindemutter gegenüberliegenden Ende über ein Radialwälzlager 22 am Lenkgetriebegehäuse 2 ab.
Es ist jedoch auch möglich, den Rotor unmittelbar an der Kugelgewindemutter vorzusehen. Bei einer nicht-koaxialen Anordnung des Elektromotors wird zwischen einer Ausgangswelle desselben und der Kugelgewindemutter ein Getriebe angeordnet. Beispielsweise kann hierzu einen Riementrieb verwendet werden, wie er aus der DE 103 36 867 A1 bekannt ist.
Die Kugelgewindemutter 8 ist über ein Hauptlager 14 gehäuseseitig drehbar gelagert. Wie 2 zeigt, befindet sich dieses Hauptlager 14 zwischen einem Deckel 15 des Lenkgetriebegehäuses 2 und einem axialen Endabschnitt der Kugelgewindemutter 8. Der Deckel 15 verschließt einen Hauptabschnitt 16 des Lenkgetriebegehäuses 2 und weist eine Öffnung zur Durchführung der Lenkstange 3 auf.
Das Hauptlager 14, welches hier das einzige Lager darstellt, über das sich die Kugelgewindemutter 8 gehäuseseitig abstützt, ist als Wälzlager platzsparend in den Deckel 15 und in die Kugelgewindemutter 8 integriert. Dabei bildet der Gehäusedeckel 15 eine Laufbahn 16 für die Wälzkörper 17 des Hauptlagers 14 aus. In gleicher Weise ist am Außenumfang der Kugelgewindemutter 8 eine Laufbahn 18 für die Wälzkörper 17 integral ausgebildet. Das Wälzlager 15 ist hier als einreihiges Kugellager dargestellt, wobei die Laufbahnen 16, 18 entsprechend umlaufende Kugellaufrillen sind. Anstelle des dargestellten Lagers können auch andere Wälzlagertypen zum Einsatz kommen.
Weiterhin ist die Laufbahn 18 am Außenumfang der Kugelgewindemutter 8 axial außerhalb des Kugelgewindeabschnitts 9 am Innenumfang der Kugelgewindemutter 8 angeordnet, so dass sich diese Bereiche bei etwaigen Verformungen im Betrieb gegenseitig nicht beeinflussen.
Das Hauptlager 14 der Kugelgewindemutter 8 erstreckt sich um eine Ausnehmung 19 herum, in welche in einer axialen Anschlagposition der Lenkung das Spurstangengelenk 5 in axialer Richtung zumindest teilweise hineinragt. Diese Ausnehmung 19 wird an der Kugelgewindemutter 8 durch eine zur Lenkstange 3 koaxiale Vertiefung gebildet. In 2 ist die Position P des Spurstangengelenks 5 bei maximalem Lenkeinschlag durch eine unterbrochene Linie angedeutet. In der Anschlagposition ist somit das Spurstangengelenk 5 in axialer Richtung gesehen teilweise radial von dem Hauptlager 14 umgeben. Durch diese Verlegung des Hauptlagers 14 radial nach außen kann das Spurstangengelenks 5 tiefer in das Lenkgetriebegehäuse 2 eingeschoben bzw. die Axiallänge desselben verkürzt werden. Die hieraus resultierende, kompaktere Bauweise ermöglicht eine flexiblere Anordnung der Lenkung bei beengten Platzverhältnissen. Aufgrund der hierdurch verkürzten Hebelarme ergeben sich an dem Kugelgewindetrieb geringere Kräfte.
Bei elektromechanischen Lenkungen ist in der Regel vorgesehen, dass die Spurstangengelenke bei maximalem Lenkeinschlag gegen Außenflächen des Lenkgetriebegehäuses bzw. des Deckels anlaufen, um den Lenkeinschlag zu begrenzen. Im Unterschied hierzu ist bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Funktion des Axialanschlags von dem Deckel 15 weg in das Innere des Lenkgetriebegehäuses 2 verlegt. Dies gestattet es, den Deckel 15 mit geringem Gewicht kostengünstig herzustellen. Der Deckel 15 wird vorzugsweise als einfaches Drehteil mit im Wesentlichen rotationssymmetrischer Bauform ausgelegt.
Für eine Begrenzung der Axialbewegung der Lenkstange kann beispielsweise an der Lenkstange 3 ein radialer Vorsprung 20 vorgesehen werden, der mit einer entsprechenden Gegenfläche am Lenkgetriebegehäuse 2, beispielsweise einer an dieser integral ausgebildeten Schulter 21 zusammenwirkt. Der radiale Vorsprung 20 wird vorzugsweise durch einen an der Lenkstange 3 befestigten Ring gebildet, wodurch der Bearbeitungsaufwand an der Lenkstange 3 gering bleibt.
In der axialen Anschlagposition der Lenkung bleibt das Spurstangengelenk 5 somit von der Kugelgewindemutter 8 zumindest um einen Spalt beabstandet und läuft auch nicht gegen das Lenkgetriebegehäuse 2 bzw. dessen Deckel 15 an.
Bezugszeichenliste

1: elektromechanische Fahrzeuglenkung
2: Lenkgetriebegehäuse
3: Lenkstange
4: Spurstange
5: Spurstangengelenk
6: Lenksäule
7: Elektromotor
8: Kugelgewindemutter
9: Kugelgewindeabschnitt
10: Kugelgewindeabschnitt
11: Stator
12: Rotor
13: Hülse
14: Hauptlager
15: Gehäusedeckel
16: Laufbahn
17: Wälzkörper
18: Laufbahn
19: Ausnehmung
20: radialer Vorsprung
21: Schulter
22: Radialwälzlager
P: Position des Spurstangengelenk bei maximalem Lenkeinschlag

Claims

Elektromechanische Lenkung, umfassend: - ein Lenkgetriebegehäuse (2), - eine sich durch das Lenkgetriebegehäuse (2) erstreckende, axial bewegbare Lenkstange (3), die an einem Ende ein Spurstangengelenk (5) aufweist, - einen Elektromotor (7), - eine Kugelgewindemutter (8), die mit der Lenkstange (3) in Eingriff steht, um ein Antriebsmoment des Elektromotors (7) in eine Axialkraft an der Lenkstange (3) zu übersetzen, wobei die Kugelgewindemutter (8) über ein Hauptlager (14) gehäuseseitig drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelgewindemutter (8) eine Laufbahn (18) für Wälzkörper (17) des Hauptlagers (14) aufweist, und das Hauptlager (14) der Kugelgewindemutter (8) um eine Ausnehmung (19) herum angeordnet ist, in welche in einer axialen Anschlagposition der Lenkung das Spurstangengelenk (5) derart hineinragt, dass dieses (5) von dem Hauptlager (14) radial umgeben ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lenkstange (3) und dem Lenkgetriebegehäuse (2) ein Axialanschlag vorgesehen ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialanschlag innerhalb des Lenkgetriebegehäuses (2) angeordnet ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialanschlag durch einen an der Lenkstange angeordneten radialen Vorsprung (20) und eine am Lenkgetriebegehäuse (2) ausgebildete Schulter (21) gebildet wird.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spurstangengelenk (5) in der axialen Anschlagposition der Lenkung von der Kugelgewindemutter (8) zumindest um einen Spalt beabstandet ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (19) an der Kugelgewindemutter (8) ausgebildet ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebegehäuse (2) einen Deckel (15) aufweist, durch den sich die Lenkstange (3) hindurcherstreckt, und dass der Deckel (15) eine Laufbahn (16) für die Wälzkörper (17) des Hauptlagers (14) der Kugelgewindemutter (8) aufweist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelgewindemutter (8) an ihrem Innenumfang einen Gewindeabschnitt (9) aufweist und die Laufbahn (18) für die Wälzkörper (17) des Hauptlagers (14) am Außenumfang axial außerhalb des Gewindeabschnitts (9) angeordnet ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelgewindemutter (8) über ein einziges Wälzlager drehgelagert ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (7) koaxial zur Lenkstange (3) angeordnet ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (7) koaxial zu der Lenkstange (3) angeordnet ist und einen im Lenkgetriebegehäuse (2) festgelegten Stator 11 sowie einen als Hohlwelle ausgeführten Rotor (12) aufweist, wobei der Rotor (12) unter Zwischenschaltung einer länglichen, zur Lenkstange (3) koaxialen Hülse (13) mit der Kugelgewindemutter (8) gekoppelt ist, um das Antriebsmoment des Elektromotors (7) an die Kugelgewindemutter (8) zu übertragen, und wobei die Hülse (13) sich an ihrem der Kugelgewindemutter gegenüberliegenden Ende über ein Radialwälzlager (22) am Lenkgetriebegehäuse (2) abstützt.