DE102007047369A1

DE102007047369A1 - Lenksystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102007047369A1
Application number: DE102007047369A
Authority: DE
Inventors: Stephan Groell; Jens Keller
Original assignee: Tedrive Holding BV
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2027-10-03
Also published as: DE102007047369B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schneckengetriebe (10) für ein Kraftfahrzeuglenksystem. Es umfasst eine Schneckenwelle (40), ein Schneckenrad (50), ein Getriebegehäuse (20) und ein beweglich gelagertes Druckstück (70), das eine Kraft auf die Schneckenwelle (40) in Richtung des Schneckenrades (50) ausübt, wobei die Schneckenwelle (40) an einem ersten Ende ein Festlager (80) und an einem zweiten Ende ein Loslager (90) aufweist, wobei das Festlager (80) eine Schwenkbewegung der Schneckenwelle (40) relativ zum Schneckenrad (50) zulässt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneckengetriebe für ein Kraftfahrzeuglenksystem, das eine Schneckenwelle, ein Schneckenrad, ein Getriebegehäuse und ein in Richtung der Schneckenwelle beweglich gelagertes Druckstück umfasst, das eine Kraft auf die Schneckenwelle in Richtung des Schneckenrades ausübt.
Traditionelle Fahrzeuglenksysteme umfassen ein Lenkrad, welches das Lenkdrehmoment über eine Lenksäule und ein Getriebe in eine Achse mit lenkbaren Rädern einleitet. Das Getriebe besteht aus einem Lenkritzel, welches mit der Lenksäule verbunden ist, und einer Zahnstange, welche die Ausrichtung der Achsen der beiden lenkbaren Räder steuert. Das Getriebe wandelt dabei die Drehbewegung des Lenkrades über das Lenkritzel und die Zahnstange in eine Linearbewegung um. Die im Eingriff stehenden Zähne der Zahnstange und des Lenkritzels dürfen dabei einerseits kein erhebliches Spiel aufweisen, müssen andererseits aber in der Lage sein, eventuell auftretende Stöße aufzunehmen, ohne dabei zu beschädigen.
Aus dem bisherigen Stand der Technik sind auch bereits Lenksysteme bekannt, bei denen die Getriebe als Schneckengetriebe ausgeführt sind. Zur Vermeidung von Spiel im Verzahnungseingriff werden zwischen den Festlagern und dem Getriebegehäuse Druckstücke eingebracht, wodurch im eingebauten Zustand eine Vorspannung auf die Schnecke in Richtung des Schneckenrades aufgebracht wird, welche die Schneckenwelle gegen die im Betrieb wirkenden Verzahnungs- Vorspannung auf die Schnecke in Richtung des Schneckenrades aufgebracht wird, welche die Schneckenwelle gegen die im Betrieb wirkenden Verzahnungskräfte auf das Schneckenrades drückt. Die Druckstücke sind in der Regel elastisch gelagert und mit einer Feder belastet, so dass herstellungsbedingte Höhentoleranzen in der Verzahnung von Ritzel und Schnecke ausgeglichen werden.
Bei starken Stößen übersteigen die Kräfte, die das Schneckenrad und die Schneckewelle auseinander treiben, die Kräfte des Federelementes, so dass ein Endanschlag vorgesehen ist, der üblicherweise durch die der Schneckenwelle abgewandten Seite des Druckstückes gebildet wird. In der Regel befindet sich auf dieser Seite auch das Federelement. Bei normaler Belastung wird das Druckstück über die Feder gegen eine ortsfeste Fläche gedrückt und bei einem Belastungswechsel wieder durch das Federelement zurückgedrängt. Bei sehr hohen und bei stoßartigen Belastungen wird die Federkraft überwunden und die Rückseite des Druckstückes schlägt unmittelbar gegen die gegenüberliegende Fläche. Eine weiterführende Bewegung des Druckstückes ist somit ausgeschlossen. Zwar ist die Bewegung des Druckstückes über die Federkraft und das Spaltmaß zur gegenüberliegenden Fläche einstellbar, allerdings erweist sich hierbei als problematisch, dass bei geringen Dicken des Druckstücks nur ein geringer Verstellweg der Schneckenwelle möglich und das bei größeren Dicken des Druckstückes die Schneckenwelle auch in ihrer Querrichtung bewegt werden kann. Ein Auseinanderbewegen von Schneckenwelle und Schneckenrad kann somit nicht effektiv verhindert werden. Je größer die Federkraft ist, desto höher ist auch die Reibung und damit der Verschleiß der Bauteile. Wohingegen eine zu geringe Federkraft dazu führt, dass das Druckstück schon bei geringer Belastung gegen die ortsfeste Fläche anschlägt.
Ein weiteres Problem stellt die Geräuschentwicklung bei besonders hoher Stoßbelastung dar. Diese ist grundsätzlich darauf zurückzuführen ist, dass zum einen die Lenkritzelzähne mit den Zahnstangenzähnen zusammenprallen und zum anderen das Druckstück auf die ortsfeste Fläche trifft. Dies ist insbesondere bei elektromechanisch verstärkten Lenksystemen, den EPAS-Systemen, der Fall. Bei diesen Systemen trägt das Lenkritzel die gesamte Last der Zahnstange, so dass auch bei geringen Zahnstangenkräften hohe Kräfte auf das Federelement wirken.
Ferner sind aus dem Stand der Technik Lenksysteme bekannt, die eine exzentri sche Aufnahme eines Schneckenlagers vorsehen. Durch Verdrehung des Excenters kann zwar die Schnecke in Richtung des Schneckenrades bewegt werden, allerdings ist eine Kompensation der Verschleißerscheinungen nicht möglich. Des Weiteren erweist sich hierbei als nachteilig, dass sich die Winkellage der Schnecke zum Schneckenrad ungewollt verändert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schneckengetriebe für Kraftfahrzeuglenksysteme zur Verfügung zu stellen, das die genannten Nachteile nicht aufweist und den spielfreien Eingriff über die Lebensdauer sicherstellt, sowie Bauteiltoleranzen in der Schneckenlagerung ausgleicht. Dabei soll das Lenksystem möglichst unkompliziert, einfach, verschleißfrei und kostengünstig herstellbar sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Schneckengetriebe für ein Kraftfahrzeuglenksystem gelöst, bei dem die Schneckewelle an einem ersten Ende ein Festlager und an einem zweiten Ende ein Loslager aufweist, wobei das Festlager eine Schwenkbewegung der Schneckenwelle relativ zum Schneckenrad zulässt. Dabei weist das Schneckengetriebe in einem Getriebegehäuse eine in ein Schneckenrad eingreifende Schneckenwelle auf.
Das Druckstück kann vorzugsweise das Loslager halbseitig umschließen und in Richtung des Schneckenrades beweglich im Schneckengehäuse gelagert sein. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass das Druckstück das Loslager voll umschließt. Das Druckstück wird beispielsweise über ein federndes Element gegen das Loslager der Schneckenwelle gedrückt, wobei sich das federnde Element in einer bevorzugten Ausführungsform an einem Deckel des Getriebegehäuses abstützt.
Die Spielfreiheit des Verzahnungseingriffs und ein Ausgleich der Bauteiltoleranzen in der Schneckenlagerung werden dadurch sichergestellt, dass zwischen der dem Druckstück gegenüberliegenden Seite des Loslagers und dem Schneckengehäuse ein Spiel vorhanden ist. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass entweder an dem Loslager selber oder an dem Schneckengehäuse an der gegenüberliegenden Seite des Loslagers ein Drucksensor angebracht ist, über den die Spiel- und Vorspannungseinstellungen auch während des Betriebes kontrolliert werden können. Dadurch wird gewährleistet, dass die auf tretenden Verschleißerscheinungen rechtzeitig bemerkt und durch entsprechendes Eingreifen minimiert werden können.
Anstelle eines Federelementes kann auch vorgesehen sein, dass das Druckstück als Elastomer ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Druckstück in Form eines Ringes ausgeführt, der vorteilhaft einen ovalen Querschnitt aufweist. Prinzipiell sind aber alle beliebigen Querschnitte möglich.
Erfindungsgemäß ist das Festlager an dem zweiten Ende der Schneckenwelle derart ausgeführt, dass es einen minimalen Winkelversatz der Schnecke zulässt. Auf diese Weise wird eine Bewegung der Schneckenwelle über das Loslager, das Druckstück und das federnde Element ermöglicht, so dass die Spielfreiheit des Verzahnungseingriffs zwischen Schneckenrad und Schneckenwelle auch bei Verschleißerscheinungen während des Betriebes gewährleistet ist.
Vorzugsweise kann der Deckel an dem Getriebegehäuse derart befestigt sein, dass er in Richtung der Schneckenwelle verstellbar ist, so dass verschiedene Spiel- und Vorspannungseinstellungen realisierbar sind. Auf diese Weise ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform die Spiel-, bzw. Vorspannungseinstellung der Feder, bzw. des Elastomers von außen, durch verstellen des Deckels, einstellbar. Dadurch wird die Wartung des erfindungsgemäßen Schneckengetriebes vereinfacht und ermöglicht, dass auch noch nach dem Einbau die Spiel- und Vorspannungseinstellung unkompliziert und schnell verändert werden kann. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist am Deckel oder am Gehäuse eine Skala gut sichtbar angebracht, über die der Monteur die Einstellung des Deckels und damit auch die Spiel- und Vorspannungseinstellung während des Einbaus und der Wartung kontrollieren kann.
Die Anordnung der vorliegenden Erfindung gleicht somit die vorhandenen Bauteiltoleranzen aus und bietet bei allen Betriebsbedingungen einen guten Verzahnungseingriff, wodurch die Betriebstemperatur reduziert und auftretende Verschleißerscheinungen der einzelnen Bauteile minimiert werden.
Ferner reicht nur ein Feder-Dämpflager-System aus, es ist nicht mehr notwendig, auch das Schneckenrad zusätzlich zu dämpfen.
Des Weiteren werden eine exakte Einstellung des Verzahnungseingriffs, sowie das Aufbringen einer definierten Vorspannung auf das Schneckengetriebe durch die Auswahl entsprechender Federelemente bzw. einer entsprechender Einstellung des Deckels gewährleistet, wodurch der Verschleiß an der Schneckenwelle und dem Schneckenrad während des Betriebes ausgeglichen werden kann und störende Geräusche im Bereich des Schneckengetriebes reduziert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt die einzige 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Schneckengetriebes für ein Kraftfahrzeuglenksystem.
Die Figur veranschaulicht in einem Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Schneckengetriebe 10 einer Kraftfahrzeuglenkung. Das Schneckengetriebe 10 umfasst eine in ein Schneckenrad 50 eingreifende Schneckenwelle 40, so dass die Drehung einer nicht dargestellten Lenksäule die Drehbewegung über das Schneckenrad 50 auf die Schneckenwelle 40 bzw. die Drehbewegung einer Ausgangswelle eines nicht dargestellten Motors über die Schneckenwelle 40 auf das Schneckenrad 40 übertragen wird.
Die Schneckenwelle 40 weist auf einer ersten Seite ein Festlager 80 und auf einer zweiten Seite ein Loslager 90 auf. Das Loslager 90 wird auf einer Seite halbseitig von einem beweglich gelagerten Druckstück 70 umschlossen. Zwischen dem Getriebegehäuse 20 und dem Druckstück 70 befindet sich ein federndes Element 100, das sich an einem Deckel 30 des Getriebegehäuses 20 abstützt. Auf der anderen Seite ist zwischen dem Loslager 90 und dem Getriebegehäuse 20 ein Spiel 60 vorhanden. Dadurch das auch das Festlager 80 so ausgeführt ist, dass es einen minimalen Winkelversatz der Schneckenwelle 40 zulässt, wird eine Bewegung der Schneckenwelle 40 über das Loslager 90, das Druckstück 70 und das federnde Element 100 ermöglicht und eine entsprechende Spielfreiheit des Verzahnungseingriffs zwischen Schneckenrad 50 und Schneckenwelle 40 auch bei Verschleißerscheinungen während des Betriebes gewährleistet.
Das Festlager 80 weist eine konkave äußere Lagerfläche auf, die mit einer konvexen innern Lagerfläche des Gehäuses zusammenwirkt. Die Lagerflächen sind um einem Mittelpunkt gekrümmt ausgeführt, der auf einer y-Achse liegt, die quer zu einer x-Achse der Schneckenwelle 40 verläuft.
Der Deckel 30 ist an dem Getriebegehäuse 20 angeordnet und in Richtung der Schneckenwelle 40 derart verstellbar, dass eine exakte Einstellung des Verzahnungseingriffs, bzw. das Aufbringen einer definierten Vorspannung auf das Schneckengetriebe 10 vor und während des Betriebes realisierbar ist.
Die Zeichnung offenbart und beschreibt eine exemplarische Ausführung der vorliegenden Erfindung, andere verbindende mechanische Anordnungen sind ebenfalls möglich. Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, es dient lediglich der Verdeutlichung der Erfindung.

Claims

Schneckengetriebe (10) für ein Kraftfahrzeuglenksystem, umfassend • eine Schneckenwelle (40), • ein Schneckenrad (50), • ein Getriebegehäuse (20) und • ein in Richtung der Schneckenwelle (40) beweglich gelagertes Druckstück (70), das eine Kraft auf die Schneckenwelle (40) in Richtung des Schneckenrades (50) ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckewelle (40) an einem ersten Ende ein Festlager (80) und an einem zweiten Ende ein Loslager (90) aufweist, wobei das Festlager (80) eine Schwenkbewegung der Schneckenwelle (40) relativ zum Schneckenrad (50) zulässt.
Schneckengetriebe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Getriebegehäuse (20) und dem Druckstück (70) ein federndes Element (100) befindet.
Schneckengetriebe (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das federnde Element (100) an einem Deckel (30) des Getriebegehäuse (20) abstützt. triebegehäuse (20) abstützt.
Schneckengetriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (70) das Loslager (90) halbseitig umschließt.
Schneckengetriebe (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (30) in Richtung der Schneckenwelle (40) bewegbar ist.
Schneckengetriebe (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) im Bereich des Deckels (30) eine Skala aufweist.
Schneckengetriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (70) ein Elastomer ist.
Schneckengetriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (70) in Form eines Ringes, der das Loslager umschließt, ausgeführt ist.
Schneckengetriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (70) einen ovalen Querschnitt hat.
Schneckengetriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlager (80) so ausgeführt ist, dass es eine konkave innere Lagerfläche aufweist, die mit einer inneren konvexen Lagerfläche des Lagergehäuses zusammenwirkt.
Schneckengetriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Loslager (90) und dem Schneckengehäuse ein Drucksensor angebracht ist.