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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.
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Aus
der
DE 103 29 292
A1 ist eine Lenkeinrichtung bekannt, die ein Lenkungsgehäuse, einen Elektromotor
und eine Schubstange zur Auslenkung von Fahrzeugrädern aufweist,
wobei in dem Lenkungsgehäuse
eine Getriebevorrichtung vorgesehen ist, die mehrere drehbewegliche
Getriebeelemente für
eine Kraftübertragung
von dem Elektromotor auf die Schubstange aufweist. Dort ist die
Getriebevorrichtung als ein von dem Elektromotor angetriebener Riementrieb
ausgebildet, wobei Elektromotor und Riementrieb an der Lenksäule montiert
sind und somit ein Drehmoment an die von der Lenkhandhabe zu betätigende
Welle bzw. Lenkspindel abgeben. Um die Lenkspindel in ihren Umdrehungsbereich
zu begrenzen ist dort ein Endanschlag vorgesehen. Dazu ist die Lenkspindel
mit einem Außengewinde
versehen, auf dem eine Mutter angeordnet ist, die wiederum in einer
Längsführung verschiebbar
aufgenommen ist. Die Mutter bewegt sich bei Drehung der Lenkspindel
linear entlang der Führung,
bis sie gegen einen Endanschlag stößt. Somit wird dort ein Längsanschlag
beschrieben, der an der Lenkspindel angeordnet ist und somit im
Abtriebsbereich der dortigen Getriebeanordnung wirkt. Diese Konstruktion erfordert
einen gewissen Bauraum.
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In
der
DE 1 030 385 A wird
ein Drehanschlag in einer Drehhandhabe zur Betätigung von Beleuchtungselementen,
Klimaanlagen, Heizung oder ähnlichen
Funktionselementen beschrieben. Der Drehanschlag ist an einer zu
dem jeweiligen Funktionselement führenden Welle, also ebenfalls
im Abtriebsbereich, angeordnet. Dieser Drehanschlag ist an sich kompakter
ausführbar
als ein Längsanschlag.
Ein Vorschlag zum Einsatz in einer Lenkeinrichtung wird jedoch dort
nicht beschrieben.
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Eine
weitere Lenkeinrichtung der eingangs genannten Art 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 das 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Daher
ist es Ausgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkeinrichtung
der eingangs genannten Art mit einer Begrenzung der Auslenkung vorzuschlagen,
die obige Probleme vorteilhaft überwindet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Lenkeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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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, wobei die Getriebeelemente eine Ausgangswelle des Elektromotors
und Riemenscheiben umfassen, wobei die Ausgangswelle und die Schubstange
jeweils mit einer der Riemenscheiben versehen ist, so dass die Riemenscheibe
der Ausgangswelle mit der Riemenscheibe der Schubstange mittels
eines Riemens antriebsmäßig verbunden
ist, wobei der Drehanschlag an der Ausgangswelle des Elektromotors
oder an einer der Riemenscheiben angeordnet ist.
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Durch
die hier vorgeschlagene Anordnung eines Drehanschlags im Antriebsbereich
der Getriebevorrichtung wird eine sehr wirksame und baulich kompakte
sowie kostengünstig
realisierbare Lösung ermöglicht.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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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.
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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.
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Je
nach den konkreten Anforderungen wird der Drehanschlag vorzugsweise
als Scheibenanschlag, als Schieberanschlag oder als Stirnradanschlag
ausgeführt.
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Die
Erfindung wird nun im Detail anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezugnahme
auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
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Die
Figur, welche die einzige Zeichnung darstellt, zeigt den Querschnitt
durch einen Teil einer Getriebevorrichtung der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 vorgebbare Umdrehungsanzahl eingehalten
werden. Der Einsatz eines Drehanschlags 30 stellt eine
sehr exakt und kompakt realisierbare Lösung dar und kann z. B. auch
als Mutteranschlag, Schieberanschlag oder Stirnradanschlag ausgeführt sein.
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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.
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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 24 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.
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Die
erfindungsgemäße Lösung eignet
sich in besonderem Maße
für Servolenkungen,
die ein Kugelumlaufgetriebe 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 Wälzgetrieben sowie bei Planeten-Wälzgetrieben
vorstellbar.
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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.
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- 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