DE102007039733A1 - Lenkeinrichtung mit Anschlagbegrenzung - Google Patents

Abstract

In eine Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkungsgehäuse (1), einem Elektromotor (2) und einer Schubstange (3) zur Auslenkung von Fahrzeugrädern, wobei in dem Lenkungsgehäuse (1) eine Getriebevorrichtung (5) vorgesehen ist, die mehrere drehbewegliche Getriebeelemente (6, 15, 10, 8) für eine Kraftübertragung von dem Elektromotor (2) auf die Schubstange (6) aufweist, soll eine Begrenzung für die Auslenkung vorgesehen werden, die eine möglichst kompakte Konstruktion ermöglicht, insbesondere dann, wenn die Lenkeinrichtung in achsparalleler Bauweise realisiert werden soll. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zur Begrenzung der Auslenkung ein Drehanschlag (30) vorgesehen ist, der die Anzahl von Umdrehungen mindestens eines der drehbeweglichen Getriebeelemente (6) begrenzt. Die Anordnung des Drehanschlags (30) erfolgt vorzugsweise auf einer der Antriebs- oder Abtriebswellen der Getriebevorrichtung (5), z. B. eingangsseitig eines Riementriebes auf der Rotorwelle (6) des Elektromotors (2) , und kann bevorzugt als Scheibenanschlag (30) ausgeführt sein, der sehr kompakt realisierbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge, mit einem Lenkungsgehäuse, einem Elektromotor und einer Schubstange zur Auslenkung von Fahrzeugrädern gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Eine solche Lenkeinrichtung ist z. B. aus der DE 103 10 492 A1 bekannt. Dort wird eine Servolenkung in sog. achsparalleler Bauart beschrieben, bei der das von dem Elektromotor erzeugte Moment über einen Riementrieb auf die Lenk- bzw. Kugelmutter übertragen wird, die in eine Kugelspindel eingreift, welche wiederum Teil einer Schubstange bzw. Lenkstange ist. Somit wird ein elektromotorisch erzeugtes Moment in eine auf die Schubstange wirkende Servokraft umgesetzt. Dabei bilden die Lenkmutter und die Kugelspindel der Schubstange zusammen ein sog. Kugelumlaufgetriebe, welches die rotatorische Bewegung der Ausgangswelle des Elektromotors in eine translatorische Bewegung der Schubstange und der damit verbundenen Spurstangen überführt. Dabei wirkt die Ausgangswelle bzw. Rotorwelle des Elektromotors nicht direkt auf Kugelumlaufgetriebe, sondern über einen Riementrieb, der achsparallel dazu angeordnet ist, wobei die Rotorwelle wie auch die Schubstange jeweils mit einer Riemenscheibe versehen sind. Beide Riemenscheiben sind mittels eines Riemens, z. B. mittels eines Zahnriemens, miteinander verbunden. Der Riementrieb dient als Untersetzungsgetriebe und weist aufgrund der Elastizität des Riemens gewisse Dämpfungseigenschaften auf. Zusammen mit dem Lenkgetriebe ergibt sich eine wirkungsvolle Getriebevorrichtung, die mehrere drehbewegliche Getriebeelemente aufweist und die insbesondere zum Aufbau von Lenkeinrichtungen geeignet ist, welche in einer kompakten, vorzugsweise achsparallelen Bausweise, realisiert werden können.
• Eine weitere Lenkeinrichtung von ähnlicher Bauart wird z. B. in der DE 103 29 292 A1 beschrieben. Auch dort handelt sich um eine Lenkeinrichtung mit einer Getriebevorrichtung in achsparalleler Bauweise.
• Diesen bekannten Lenkeinrichtungen ist gemein, dass sie ein Lenkungsgehäuse sowie einen Elektromotor und eine Schubstange zum Auslenken von Fahrzeugrädern aufweisen, wobei in dem Lenkungsgehäuse eine Getriebevorrichtung vorgesehen ist, die mehrere drehbewegliche Getriebeelemente für eine Kraftübertragung von dem Elektromotor auf die Schubstange aufweist.
• Bei Lenkeinrichtungen ist es im Allgemeinen erforderlich, eine Begrenzung der Auslenkung der Spurstangen bzw. der Fahrzeugräder vorzusehen. Bei einfacheren Lösungen erfolgt diese Begrenzung durch Vorsehen eines direkten mechanischen Anschlags für den Radträger (Achsschenkel) an dem Lenker. Bei komfortableren Lösungen erfolgt die Lenkbegrenzung bzw. Anschlagbegrenzung bevorzugt im Bereich des Lenkgetriebes oder der Schub- bzw. Zahnstange. Dennoch ergibt sich im praktischen Betrieb das Problem, dass diese bekannten Begrenzungssysteme störende Anschlaggeräusche verursachen können.
• Als Lösung hierfür schlägt die DE 10 2005 050 798 A1 vor, an der Lenk- bzw. Schubstange Anschlagelemente mit elastisch nachgiebigen Teilen zu befestigen, welche die Axialbewegung gegenüber dem Gehäuse begrenzen, wobei ein Stabilisierungselement eingebracht wird, welches das Anschlagselement in zwei voneinander getrennte Dämpfungsbereich unterteilt.
• Auch wenn diese Lösung eine sehr gute Dämpfung des mechanischen Anschlags bewirkt, so beansprucht diese Lösung jedoch relativ viel Bauraum. Dies aber läuft dem Bestreben nach möglichst kompakten Konstruktionen zuwider und ist insbesondere für Lenkeinrichtungen in achsparalleler Bauweise kaum geeignet.
• Daher ist es Ausgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkeinrichtung der eingangs genannten Art mit einer Begrenzung der Auslenkung vorzuschlagen, die obige Probleme vorteilhaft überwindet.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lenkeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Demnach wird eine Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkungsgehäuse, einem Elektromotor und einer Schubstange zur Auslenkung von Fahrzeugrädern vorgeschlagen, bei der in dem Lenkungsgehäuse eine Getriebevorrichtung vorgesehen ist, die mehrere drehbewegliche Getriebeelemente für eine Kraftübertragung von dem Elektromotor auf die Schubstange aufweist, wobei zur Begrenzung der Auslenkung ein Drehanschlag vorgesehen ist, der die Anzahl von Umdrehungen mindestens eines der drehbeweglichen Getriebeelemente begrenzt.
• Durch bevorzugte Anordnung eines Drehanschlags auf z. B. einer der Antriebs- oder Abtriebswellen der Getriebevorrichtung wird eine sehr wirksame und baulich kompakt sowie kostengünstige realisierbare Lösung ermöglicht.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Wenn z. B. die Getriebevorrichtung Elemente eines achsparallelen Riementriebs enthält, so wird der Drehanschlag vorzugsweise zwischen einem Getriebeelement des Riementriebs und einem feststehenden Teil, insbesondere einem mit dem Lenkungsgehäuse verbundenen Teil, angeordnet.
• Insbesondere wenn die Ausgangswelle des Elektromotors und die Schubstange jeweils mit einer der Riemenscheiben versehen sind, so dass die Riemenscheibe der Ausgangswelle mit der Riemenscheibe der Schubstange mittels eines Riemens antriebsmäßig verbunden ist, wird der Drehanschlag vorzugsweise an der Ausgangswelle des Elektromotors oder an einer der Riemenscheiben angeordnet.
• Wenn die Getriebeelemente auch eine Lenkmutter umfassen, die in eine Kugelspindel bzw. ein Kugelgewinde eingreift, das an oder in der Schubstange ausgebildet ist, dann wird der Drehanschlag vorzugsweise an der Lenkmutter angeordnet oder in der Lenkmutter ausgebildet. Insbesondere in diesem Zusammenhang wird der Drehanschlag vorzugsweise als Mutteranschlag ausgeführt.
• Je nach den konkreten Anforderungen wird der Drehanschlag vorzugsweise als Scheibenanschlag, als Schieberanschlag oder als Stirnradanschlag ausgeführt.
• Die Erfindung wird nun im Detail anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
• Die Figur, welche die einzige Zeichnung darstellt, zeigt den Querschnitt durch einen Teil einer Getriebevorrichtung der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung.
• Die Fig. zeigt den zur Ausführung der Erfindung wesentlichen Teil bzw. Bereich einer Lenkeinrichtung, nämlich ein Lenkungsgehäuse 1, einen Elektromotor 2 und eine Schubstange 3 zur Auslenkung von (nicht dargestellten) Spurstangen bzw. Fahrzeugrädern. In dem Lenkungsgehäuse 1 ist eine Getriebevorrichtung 5 vorgesehen, die mehrere drehbewegliche Getriebeelemente 6, 15, 10 und 8 für eine Kraftübertragung von dem Elektromotor 2 auf die Schubstange 6 aufweist.
• Ausgehend von dem Elektromotor 2 wird ein dort erzeugtes Drehmoment über das erste Getriebeelement, nämlich über eine Ausgangswelle bzw. Rotorwelle 6 zunächst auf einen Riementrieb übertragen. Der Riementrieb ist Teil der Getriebevorrichtung 5 und umfasst weitere Getriebeelemente, nämlich: eine erste Riemenscheibe 15, die auf der Rotorwelle 6 angebracht ist, eine zweite Riemenscheibe 10, die auf einer Lenkmutter 8 angebracht ist, und einen Riemen 16. Der Riemen 16 dient zur Verbindung der beiden Riemenscheiben 10, 15 und kann als Zahnriemen, Keilriemen oder dergleichen ausgeführt sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Riemen 16 als Vielrippenriemen (Poly-V) ausgebildet.
• Mit Hilfe des Riementriebs wird somit das erzeugte Motordrehmoment auf die Lenkmutter 8 übertragen. Die Lenkmutter 8 ist Teil eines Kugelumlaufgetriebes, das wiederum Teil der Getriebevorrichtung 5 ist. Die Lenkmutter 8 steht im Eingriff mit einem auf der Schubstange 3 angebrachten Kugelgewinde 11, das ein weiteres Getriebeelement darstellt. Die Schubstange 3 selbst ist z. B. mittels eines Exzenterringes in dem Lenkungsgehäuse 1 gelagert und bildet Teil einer vormontierten Kugelspindel, die das besagte Kugelgewinde 11 aufweist.
• Dadurch wird schließlich das von dem Elektromotor 2 erzeugte Drehmoment über den Riementrieb, der untersetzend wirkt, auf das Kugelumlaufgetriebe geführt und dort in eine die Schubstange auslenkende Linearkraft umgesetzt. Je nach Rotationsrichtung der Ausgangswelle 3 wirkt dann eine Servokraft, die die Schubstange 3 nach rechts oder links bewegt bzw. auslenkt.
• Zur Begrenzung der Auslenkung ist erfindungsgemäß in der Getriebevorrichtung 5 an mindestens einem der drehbeweglichen Getriebeelemente 6, 15, 10 und/oder 8 ein Drehanschlag 30 vorgesehen, der hier z. B. an der Rotorwelle 6 montiert ist, und somit die Anzahl von Umdrehungen der Rotorwelle 6 definiert begrenzt.
• In dem gezeigten Beispiel ist der Drehanschlag 30 als Scheibenanschlag ausgebildet, bei dem mehrere lose Scheiben 32 bzw. Scheibensegmente auf der Rotorwelle 6 aneinanderliegend angeordnet sind, wobei jede Scheibe eine Nase aufweist, so dass nach jeweils einem bestimmten Drehwinkel, eine Scheibe die nächste mitnimmt, bis die letzte Scheibe durch einen Anschlagstift 31 am Weiterdrehen gehindert wird. Damit kann eine genau vorgebare Umdrehungsanzahl eingehalten werden. Der Einsatz eines Drehanschlag 30 stellt eine sehr exakt und kompakt realisierbare Lösung dar und kann z. B. auch als Mutteranschlag, Schieberanschlag Stirnradanschlag ausgeführt sein.
• Zwecks leichterer Montage weist das Lenkungsgehäuse 1 eine vorzugsweise kreisrunde Gehäuseöffnung 19 auf, die koaxial zu der einzubringenden Ausgangswelle 6 des Elektromotors 2 angeordnet ist. Die Getriebevorrichtung 5 lässt sich dadurch in einfacher Weise serienmäßig montieren.
• Da der Riemen 16 in der Regel einen kreisrunden Querschnitt hat, legt sich dieser an den Innenkreis sowie die Innenwandung des Lenkungsgehäuses 1 an. Dadurch ergibt sich ein Innendurchmesser des Riemens 16, der größer ist als der Außendurchmesser der Riemenscheibe 10. Wie sich aus der Fig. ergibt, ist nun zwischen der Riemenscheibe 10 und einer stirnseitig zu der Riemenscheibe 10 verlaufenden Innenwandung des Lenkungsgehäuses 1 ein kleiner Spalt vorhanden. Die Breite des Spaltes ist dabei geringer als die Breite einer Rippe des Riemens 16. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, eine falsche Montage des Riemens 16 insbesondere in einer Ausgestaltung als Vielrippenriemen auszuschließen, da der Riemen 16 nur in der vorgesehenen definierte Position montiert werden kann.
• Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich in besonderem Maße für Servolenkungen, die ein Kugelumlaufgewinde aufweisen, ist aber nicht auf den Einsatz von Schubstangen 3, die als Teil eines Kugelgewindes 11 ausgebildet sind, beschränkt. Ein Einsatz ist beispielsweise auch bei Walzgetrieben sowie bei Planeten-Wälzgetrieben vorstellbar.
• Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich auch für Zahnstangen- bzw. Schubstangenlenkungen mit redundantem elektrischen Antrieb, z. B. für steer-by-wire-Lenkungen, die einen zweiten Elektromotor sowie eine zweite Getriebevorrichtung aufweisen.

1

Lenkungsgehäuse

2

Elektromotor

3

Schubstange

5

Getriebevorrichtung mit Riementrieb und Kugelumlaufgetriebe

6

Rotorwelle bzw. Ausgangswelle des Elektromotors

8

Lenkmutter

10

Riemenscheibe auf Lenkmutter 8

11

Kugelgewinde bzw. -spindel

15

Riemenscheibe auf Rotorwelle 6

16

Riemen (Poly-V)

19

Gehäuseöffnung im Bereich des Elektromotors 2

24

Innenwandung des Lenkgehäuses 1

30

Drehanschlag (als Scheibenanschlag ausgeführt) auf Rotorwelle 6

31

Gehäuseteil mit Anschlagstift

32

lose Scheiben mit Anschlagnasen

• 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 10310492 A1 [0002]
• - DE 10329292 A1 [0003]
• - DE 102005050798 A1 [0006]

Claims (8)

1. Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkungsgehäuse (1), einem Elektromotor (2) und einer Schubstange (3) zur Auslenkung von Fahrzeugrädern, wobei in dem Lenkungsgehäuse (1) eine Getriebevorrichtung (5) vorgesehen ist, die mehrere drehbewegliche Getriebeelemente (6, 15, 10, 8) für eine Kraftübertragung von dem Elektromotor (2) auf die Schubstange (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung der Auslenkung ein Drehanschlag (30) vorgesehen ist, der die Anzahl von Umdrehungen mindestens eines der drehbeweglichen Getriebeelemente (6, 15, 10, 8) begrenzt.
2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeelemente (6, 15, 10, 8) Elemente eines achsparallelen Riementriebs sind, wobei der Drehanschlag (30) zwischen einem Getriebeelement (6) des Riementriebs und einem feststehenden Teil, insbesondere einem mit dem Lenkungsgehäuse (1) verbundenen Teil (31), angeordnet ist.
3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeelemente eine Ausgangswelle (6) des Elektromotors (2) und Riemenscheiben (15, 10) umfassen, wobei die Ausgangswelle (6) und die Schubstange (3) jeweils mit einer der Riemenscheiben (15; 10) versehen ist, so dass die Riemenscheibe (15) der Ausgangswelle (6) mit der Riemenscheibe (10) der Schubstange (3) mittels eines Riemens (16) antriebsmäßig verbunden ist, wobei der Drehanschlag (30) an der Ausgangswelle (6) des Elektromotors (2) oder an einer der Riemenscheiben (15, 10) angeordnet ist.
4. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeelemente eine Lenkmutter (8) umfassen, die in ein Kugelgewinde (11) eingreift, das an der Schubstange (3) ausgebildet ist, wobei der Drehanschlag an der Lenkmutter (8) angeordnet oder in der Lenkmutter (8) ausgebildet ist.
5. Lenkeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehanschlag als Mutteranschlag ausgeführt ist.
6. Lenkeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehanschlag als Scheibenanschlag (30) ausgeführt ist.
7. Lenkeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehanschlag als Schieberanschlag ausgeführt ist.
8. Lenkeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehanschlag als Stirnradanschlag ausgeführt ist.