DE102007049114B4

DE102007049114B4 - Zahnriemenrad einer elektromechanischen Lenkung mit Kugelgewindemutter

Info

Publication number: DE102007049114B4
Application number: DE102007049114.1A
Authority: DE
Inventors: André Huk; Heiko Schumann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2018-02-15
Anticipated expiration: 2027-10-13
Also published as: DE102007049114A1

Abstract

Zahnriemenrad (1) einer elektro-mechanischen Lenkung mit Kugelgewindemutter (2), wobei zwischen einem Außenumfang (7) der Kugelgewindemutter (2) und dem Zahnriemenrad (1) mindestens eine in Umfangsrichtung wirkende formschlüssige Mitnahmeeinrichtung (10) vorgesehen ist, das Zahnriemenrad (1) Innenwandabschnitte (6) zur radialen Anlage gegen Außenumfangsabschnitte (9) der Kugelgewindemutter (2) aufweist, das Zahnriemenrad (1) innenseitig mindestens eine Ausnehmung (14) zur Aufnahme eines oder mehrerer vorspringender Kugelumlenkungsgehäuse (15) an der Kugelgewindemutter (2) aufweist und die Innenwandabschnitte (6) zur radialen Anlage gegen Außenumfangsabschnitte (9) der Kugelgewindemutter (2) neben der bzw. den Ausnehmungen (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Kugelumlenkungsgehäuse (15) an der Kugelgewindemutter (2) in Radialrichtung durch das Zahnriemenrad (1) gehalten ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektro-mechanischen Lenkungen und insbesondere auf ein Zahnriemenrad einer elektro-mechanischen Lenkung mit Kugelgewindemutter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
An Zahnriemenräder von elektro-mechanischen Kraftfahrzeuglenkungen werden hohe Ansprüche in Bezug auf die Verzahnungsgenauigkeit gestellt. In der Praxis kommen daher vor allem gesinterte Zahnriemenräder zum Einsatz. Diese lassen sich mit einer hohen Genauigkeit herstellen. Ein Beispiel für ein derartiges Zahnriemenrad ist aus der DE 10 2005 018 581 A1 bekannt.
Gesinterte Zahnriemenräder weisen jedoch eine hohe Masse auf. Aus der Massenverteilung am Zahnriemenrad resultiert ein hohes Trägheitsmoment. Bei einer instationären Betriebsweise des Zahnriementriebs werden durch das hohe Trägheitsmoment des Zahnriemenrads hohe Betriebslasten an der zugehörigen Achse und deren Lagerung verursacht.
Zudem muss eine Bordscheibe, die ein seitliches Verrutschen eines Zahnriemens auf der Verzahnung unterbinden soll, an einem gesinterten Rad in der Regel separat befestigt werden.
Zur Verringerung des Trägheitsmoments ist aus der DE 10 2006 059 946 A1 bekannt, das Zahnriemenrad mit einem Nabengrundkörper auszuführen, auf dessen Außenumfang eine Verzahnung und eine Bordscheibe aus einem Duroplast aufgebracht wird. Zur Befestigung an einer Kugelgewindemutter bildet der Nabengrundkörper einen Flansch aus, der an einen Flansch der Kugelgewindemutter angeschraubt ist. Die Art und Weise der Befestigung des Zahnriemenrads an der Kugelgewindemutter ist jedoch umständlich.
Ein Zahnriemenrad nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist aus DE 10 2004 058 963 A1 bekannt. Das Zahnriemenrad weist einen Armierungskörper aus Blech auf, der mittels Radialnieten oder eines elastischen Federrings auf dem Außenumfang einer Kugelgewindemutter befestigt wird.
Ferner ist aus DE 103 52 256 A1 bekannt, ein Zahnriemenrad aus Kunststoff an eine Kugelgewindemutter anzuspritzen. Zur Verbesserung der Haftung ist die Kugelgewindemutter im Verbindungsbereich mit einem Rändel versehen.
Weiterhin ist aus WO 2007/ 024 884 A2 bekannt, zwischen einem Zahnriemenrad und einer Kugelgewindemutter einer elektromechanischen Lenkung eine Keilwellenverbindung vorzusehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anbindung eines Zahnriemenrads an eine Kugelgewindemutter einer elektro-mechanischen Lenkung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Zahnriemenrad einer elektromechanischen Lenkung mit Kugelgewindemutter mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist zwischen einem Außenumfang der Kugelgewindemutter und dem Zahnriemenrad mindestens eine in Umfangsrichtung wirkende formschlüssige Mitnahmeeinrichtung vorgesehen. Ferner weist das Zahnriemenrad Innenwandabschnitte zur radialen Anlage gegen Außenumfangsabschnitte der Kugelgewindemutter auf.
Hierdurch lässt sich das Zahnriemenrad mit geringem Aufwand an der Kugelgewindemutter montieren. Über die radiale Anlage wird eine Zentrierung des Zahnriemenrads an der Kugelgewindemutter sichergestellt, während die Mitnahmeeinrichtung für die Übertragung eines Drehmoments sorgt. Durch den Fortfall eines radialen Flansches an der Kugelgewindemutter wird deren Herstellung erheblich vereinfacht.
Ferner werden Kugelumlenkungsgehäuse der Kugelgewindemutter radial durch das Zahnriemenrad gehalten, so dass für das bzw. die Kugelumlenkungsgehäuse keine zusätzlichen Halteklammern oder sonstigen Befestigungsmittel mehr erforderlich sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden das Zahnriemenrad und die Kugelgewindemutter miteinander verklebt. Über die Klebermasse kann dabei ein Toleranzausgleich vorgenommen werden. Zudem ermöglicht die Verklebung eine einfache und kostengünstige Axialsicherung.
Alternativ oder ergänzend können das Zahnriemenrad und die Kugelgewindemutter in Axialrichtung miteinander verrastet werden.
Zur Gewährleistung geringer Massenträgheiten wird das Zahnriemenrad vorzugsweise vollständig aus Kunststoff gefertigt. Gegenüber gesinterten Zahnriemenrädern ergibt sich eine Verringerung des Trägheitsmoments auf etwa ein Drittel. Die Auswirkungen bei einer instationären Betriebsweise der Lenkung werden somit erheblich verringert.
Gegenüber gesinterten Zahnriemenrädern bieten aus Kunststoff gefertigte Zahnriemenräder weiterhin die Möglichkeit einer einfacheren Verzahnungserzeugung sowie den Vorteil einer verbesserten Laufruhe durch Materialdämpfung. Durch Ausnutzung von Selbstschmierungseigenschaften kann zudem der Verschleiß am Zahnriemen verringert werden.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung wird die Bordscheibe einseitig mit aus Kunststoff hergestellt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine räumliche Ansicht eines Zahnriemenrads im Montagezustand an einer Kugelgewindemutter einer nicht näher dargestellten elektromechanischen Lenkung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Detailansicht einer Abwandlung der Mitnahmevorrichtung zwischen dem Zahnriemenrad und der Kugelgewindemutter,
3 eine räumliche Ansicht des Zahnriemenrads aus 1 von der Rückseite,
4 eine räumliche Ansicht der Kugelgewindemutter mit angesetzten Kugelumlenkungsgehäusen, und in
5 einen Längsschnitt durch das Zahnriemenrad und die Kugelgewindemutter im Bereich einer Ausnehmung für ein Kugelumlenkungsgehäuse.
Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein Zahnriemenrad 1, das in einer elektro-mechanischen Lenkung dazu eingesetzt wird, um das Antriebsmoment eines elektrischen Antriebsmotors auf eine Kugelgewindemutter 2 zu übertragen.
Wie insbesondere die 1 und 3 zeigen zeigt, weist in das Zahnriemenrad 1 einen trommelförmigen Abschnitt 3 auf, dessen Außenumfang mit einer Verzahnung 4 ausgebildet ist. An den trommelförmigen Abschnitt 3 schließt eine Bordscheibe 5 an, welche einen nicht näher dargestellten Zahnriemen am axialen Verrutschen hindert.
Innerhalb des trommelförmigen Abschnitts 3 befinden sich Innenwandabschnitte 6 zur radialen Anlage an einen Außenumfang 7 der Kugelgewindemutter 2. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Innenwandabschnitte 6 über Speichen 8 integral mit dem Innenumfang des trommelförmigen Abschnitts 3 verbunden. Jedoch ist hier auch eine andere Ausgestaltung möglich. Über die Innenwandabschnitte 6 wird das Zahnriemenrad 1 an der Kugelgewindemutter 2 zentriert.
Vorzugsweise sind mindestens zwei Innenwandabschnitte 6 vorgesehen, die einander gegenüberliegen und jeweils einen Teilabschnitt eines Innenzylindermantels darstellen. Der Außenumfang 7 der Kugelgewindemutter 2 weist korrespondierende Außenumfangsabschnitte 9 auf, die ebenfalls Teilabschnitte eines Zylindermantels darstellen.
Weiterhin ist zwischen dem Außenumfang 7 der Kugelgewindemutter 2 und dem Zahnriemenrad 1 mindestens eine in Umfangsrichtung wirkende formschlüssige Mitnahmeeinrichtung 10 vorgesehen. Diese kann prinzipiell unabhängig von den zentrierenden Wandabschnitten, nämlich dem Innenwandabschnitt 6 und dem Außenumfangsabschnitt 9 angeordnet sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die Mitnahmeeinrichtung 10 jedoch zwischen diesen.
Wie 1 zeigt, kann die Mitnahmeeinrichtung 10 durch einen Innenvorsprung 11 am Zahnriemenrad 1 und eine Längsnut 12 am Außenumfang 7 der Kugelgewindemutter 2 gebildet werden. Es ist jedoch in gleicher Weise möglich, am Außenumfang 7 einen Vorsprung anzuordnen, der in eine Nut oder Ausnehmung am Zahnriemenrad 1 greift. Die Mitnahmeeinrichtung 10 ist vorzugsweise axial montierbar und in Umfangsrichtung spielfrei.
2 zeigt eine Ausführungsvariante der Mitnahmeeinrichtung 10', die durch einen im Montagezustand vorgespannten Formschluss gebildet wird. Der Innenvorsprung 11' weist in diesem Fall eine Längsnut auf, so dass sich zwei einander gegenüberliegende Flanken 11a und 11b ergeben, die im Einbauzustand etwas zusammengedrückt sind und so das Zahnriemenrad 1 in Umfangsrichtung formschlüssig und spielfrei an der Kugelgewindemutter 2 sichern.
Eine axiale Festlegung des Zahnriemenrads 1 an der Kugelgewindemutter 2 erfolgt bevorzugt durch Verkleben im Bereich der einander gegenüberliegenden Wandabschnitte 6 und 9. Die hierbei verwendete Klebermasse kann zudem dazu genutzt werden, etwaige Maßtoleranzen auszugleichen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Zahnriemenrad 1 und die Kugelgewindemutter 2 zusätzlich miteinander verrastet. Hierzu können, wie in 1 dargestellt, an Teilbereichen der Innenwandabschnitte 6 Rasthaken 13 ausgebildet sein, die mit entsprechenden Hinterschnittsflächen an der Kugelgewindemutter 2 verrasten. Es ist jedoch auch möglich, eine Verrastung anstelle einer Verklebung vorzusehen. In jedem Fall entfällt ein radialer Flansch an der Kugelgewindemutter 2, wodurch deren Herstellung vereinfacht und der Materialeinsatz verringert wird. Die Kugelgewindemutter 2 weist außenseitig im Wesentlichen die Form einer zylindrischen Hülse auf, die, wie in 5 gezeigt, mit einer Innenlaufbahn eines Wälzlagers versehen sein kann. Ein Wälzlageraußenring ist in 5 mit dem Bezugszeichen 17 gekennzeichnet.
Wie 5 weiter zeigt, weist das Zahnriemenrad 1 innenseitig mindestens eine Ausnehmung 14 zur Aufnahme eines oder mehrerer vorspringender Kugelumlenkungsgehäuse 15 an der Kugelgewindemutter 2 auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich die Ausnehmungen 14 zwischen benachbarten Speichen 8, welche im Bereich der Ausnehmung 14 nicht durch einen Innenwandabschnitt 6 verbunden sind.
Die Kugelumlenkungsgehäuse 15 sind radial in Ausnehmungen der Kugelgewindemutter 2 gesteckt und stehen über deren Außenumfang 7 radial vor. Im Montagezustand drückt das Zahnriemenrad 1 radial auf die Kugelumlenkungsgehäuse 15, so dass diese durch das Zahnriemenrad 1 an der Kugelgewindemutter 2 gehalten werden.
Hierzu können in den Ausnehmungen 14 des Zahnriemenrads 1 Laschen 16 angeordnet sein, welche durch Anlage an ein Kugelumlenkungsgehäuse 15 in Radialrichtung federelastisch verformt werden und so das jeweilige Kugelumlenkungsgehäuse 15 in die zugehörige Öffnung der Kugelgewindemutter 2 drücken. Eine separate Festlegung der Kugelumlenkungsgehäuse 15 ist damit nicht mehr erforderlich.
Zur Gewährleistung eines geringen Massenträgheitsmoments wird das Zahnriemenrad 1 aus Kunststoff, beispielsweise Vyncolyt, gefertigt. Die Bordscheibe 5 und die Verzahnung 4 sind hierbei einstückig ausgeführt. Prinzipiell ist es möglich, für das Zahnriemenrad eine Zweikomponentenkonfiguration wie in der DE 10 2006 059 946 A1 vorzusehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch das gesamte Zahnriemenrad 1 in einem Stück hergestellt. Vorzugsweise weist dieses einen annähernd gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Kugelgewindemutter 2 auf.
Bei der Montage werden zunächst die miteinander zu verklebenden Wandflächen mit Klebermasse versehen und die Kugelumlenkungsgehäuse 15 in die Kugelgewindemutter 2 gesteckt. Anschließend werden das Zahnriemenrad 1 und die Kugelgewindemutter 2 axial zusammengeschoben, wobei die Komponenten der Mitnahmeeinrichtung 10 miteinander in Eingriff gelangen, und die Klebermasse in ausgerichteter Position ausgehärtet. Sofern vorhanden, werden vor einem Aushärten zusätzlich die Rasthaken 13 eingerastet.
Das vorstehend erläuterte Zahnriemenrad 1 vereinigt eine kostengünstige Herstellung mit einer schnellen und einfachen Montage. Dabei kann das Zahnriemenrad 1 gleichzeitig die Funktion der radialen Lagefixierung der Kugelumlenkungsgehäuse 15 übernehmen. Bei einer Ausführung in Kunststoff ergibt sich ein erheblicher Vorteil in Bezug auf das Trägheitsmoment, so dass die Gefahr einer Beschädigung der Systemlagerung vermindert wird.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Zahnriemenrad
2: Kugelgewindemutter
3: trommelförmiger Abschnitt
4: Verzahnung
5: Bordscheibe
6: Innenwandabschnitt
7: Außenumfang der Kugelgewindemutter
8: Speiche
9: Außenumfangsabschnitt der Kugelgewindemutter
10: Mitnahmeeinrichtung
11: Vorsprung
12: Nut
13: Rasthaken
14: Ausnehmung
15: Kugelumlenkungsgehäuse
16: federelastische Lasche
17: Wälzlageraußenring

Claims

Zahnriemenrad (1) einer elektro-mechanischen Lenkung mit Kugelgewindemutter (2), wobei zwischen einem Außenumfang (7) der Kugelgewindemutter (2) und dem Zahnriemenrad (1) mindestens eine in Umfangsrichtung wirkende formschlüssige Mitnahmeeinrichtung (10) vorgesehen ist, das Zahnriemenrad (1) Innenwandabschnitte (6) zur radialen Anlage gegen Außenumfangsabschnitte (9) der Kugelgewindemutter (2) aufweist, das Zahnriemenrad (1) innenseitig mindestens eine Ausnehmung (14) zur Aufnahme eines oder mehrerer vorspringender Kugelumlenkungsgehäuse (15) an der Kugelgewindemutter (2) aufweist und die Innenwandabschnitte (6) zur radialen Anlage gegen Außenumfangsabschnitte (9) der Kugelgewindemutter (2) neben der bzw. den Ausnehmungen (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Kugelumlenkungsgehäuse (15) an der Kugelgewindemutter (2) in Radialrichtung durch das Zahnriemenrad (1) gehalten ist.
Zahnriemenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ausnehmung (14) des Zahnriemenrads (1) eine Lasche (16) angeordnet ist, welche durch Anlage an ein Kugelumlenkungsgehäuse (15) in Radialrichtung federelastisch verformbar ist.
Zahnriemenrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmeeinrichtung (10) einen Innenvorsprung (11) am Zahnriemenrad (1) und eine Längsnut (12) am Außenumfang der Kugelgewindemutter (2) aufweist.
Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmeeinrichtung (10) durch einen im Montagezustand vorgespannten Formschluss gebildet wird.
Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangsabschnitte (9) der Kugelgewindemutter (2) Teilabschnitte eines Zylindermantels darstellen.
Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandabschnitte (6) an dem Zahnriemenrad (1) Teilabschnitte eines Innenzylindermantels darstellen.
Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnriemenrad (1) mit der Kugelgewindemutter (2) verklebt ist.
Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnriemenrad (1) an der Kugelgewindemutter (2) zentriert ist, wobei ein Toleranzausgleich über eine Klebermasse zwischen dem Zahnriemenrad (1) und der Kugelgewindemutter (2) vorgenommen ist.
Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnriemenrad (1) und die Kugelgewindemutter (2) zur Axialsicherung miteinander verrastet sind.
Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnriemenrad (1) aus Kunststoff gefertigt ist.
Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnriemenrad (1) eine mit diesem integral ausgebildete Bordscheibe (5) aufweist.
Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnriemenrad (1) einstückig ist.
Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnriemenrad (1) axial auf die mit einem oder mehreren Kugelumlenkungsgehäusen (15) bestückte Kugelgewindemutter (2) aufschiebbar ist.