DE102008000648A1

DE102008000648A1 - Lenksystem in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102008000648A1
Application number: DE102008000648A
Authority: DE
Inventors: Helmut Bareis; Michael Hauck; Pascal Goulay; Philippe Daniel
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2009-09-17

Abstract

Ein Lenksystem in einem Fahrzeug weist eine Lenkwelle auf, über die ein vom Fahrer vorgegebener Lenkwinkel übertragbar ist, sowie ein Lenkgestänge zur Einstellung eines Radlenkwinkels an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs. An der Stirnseite ist einstückig mit der Lenkwelle ein Gelenkteil ausgebildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiges Lenksystem wird in der US 2007/0193819 A1 beschrieben. Das Lenksystem umfasst eine Lenkwelle, über die ein vom Fahrer vorgegebener Lenkwinkel auf ein Lenkgestänge zur Einstellung eines gewünschten Radlenkwinkels an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs übertragbar ist. Zur Lenkkraftunterstützung ist ein elektrischer Servomotor über ein Schneckengetriebe mit der Lenkwelle kinematisch gekoppelt, der Servomotor erzeugt ein die Lenkbewegung unterstützendes Moment.
Die Lenkwelle ist auf ihrer Abtriebsseite über eine Zwischenwelle mit einem das Lenkgestänge antreibenden Ritzel verbunden, wobei die Zwischenwelle über ein erstes Gelenk mit der Abtriebsseite der Lenkwelle und über ein zweites Gelenk mit der Welle des Ritzels verbunden ist. Das Gelenk auf der Seite der Lenkwelle muss mithilfe einer geeigneten Verbindungstechnik mit der Stirnseite der Lenkwelle verbunden werden, wodurch ein in Achsrichtung der Lenkwelle verhältnismäßig lang bauendes Lenksystem entsteht. Als sicherheitsrelevantes Bauteil muss für eine sichere Verbindung des betreffenden Gelenkteiles mit der Stirnseite der Lenkwelle Sorge getragen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompakt bauendes Lenksystem anzugeben, das hohen Sicherheitsanforderungen genügt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Bei dem erfindungsgemäßen Lenksystem ist auf der Abtriebsseite der Lenkwelle im Übertragungsweg zwischen Lenkwelle und Lenkgestänge ein Gelenk angeordnet, bestehend aus zumindest zwei Gelenkteilen, die miteinander gekoppelt sind, um die Drehbewegung der Lenkwelle auf das Lenkgestänge zu übertragen. Das an der Stirnseite angeordnete erste Gelenkteil des Gelenks ist einstückig mit der Lenkwelle ausgebildet. Die einstückige Ausführung hat den Vorteil, dass insbesondere in Achsrichtung der Lenkwelle eine verhältnismäßig kurz bauende und damit kompakte Ausführung erreicht wird, da Verbindungseinrichtungen entfallen können, um dieses Gelenkteil mit der Lenkwelle zu verbinden. Zugleich ist auch die Sicherheit verbessert, da aufgrund der einstückigen Ausführung hohe Torsionskräfte übertragbar sind. Ein weiterer Vorteil liegt in der vereinfachten Montage, da durch den Wegfall der Verbindungseinrichtung zwischen dem Gelenkteil und der Lenkwelle die Anzahl der zu montierenden Bauteile reduziert ist.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung wird das unterstützende Moment einer Lenkkraftunterstützungseinrichtung, welche bevorzugt als elektrischer Servomotor ausgebildet ist, unmittelbar über ein dem ersten Gelenkteil vorgelagertes Schneckenrad in die Lenkwelle eingeleitet. Dieses mit der Lenkwelle verbundene Schneckenrad ist zweckmäßigerweise axial von zwei Lagern eingerahmt, in denen die Lenkwelle drehbar aufgenommen ist. Die Lager befinden sich vorzugsweise in einem Lenkgehäuse, in welchem die Getriebebauteile für die kinematische Kopplung zwischen Lenkwelle und der Lenkkraftunterstützungseinrichtung aufgenommen sind. Das erste Gelenkteil an der Stirnseite der Lenkwelle ragt über das Lenkgehäuse hinaus, wobei aufgrund der einstückigen Ausführung der axiale Überstand des ersten Gelenkteiles auf ein Minimum reduziert werden kann. Gegebenenfalls befindet sich das Gelenkteil an der Lenkwelle zumindest teilweise auch innerhalb des Lenkgehäuses.
Das Lenkgehäuse ist zweckmäßigerweise mit dem Motorgehäuse der Lenkkraftunterstützungseinrichtung verbunden, wobei gemäß vorteilhafter Ausführung das Gelenkteil an der Stirnseite der Lenkwelle seitlich zumindest teilweise von dem Motorgehäuse begrenzt ist. Das Motorgehäuse steht in dieser Ausführung axial über das Lenkgehäuse über und erstreckt sich axial bis in Höhe des Gelenkteils.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass der Durchmesser der Lenkwelle in Richtung des an der Stirnseite angeordneten ersten Gelenkteiles zunimmt. An der freien Stirnseite weist die Lenkwelle den größten Durchmesser auf, womit dem verhältnismäßig großen Durchmesser des daran angeordneten Gelenkteiles Rechnung getragen wird. Hierbei kann es zweckmäßig sein, den Durchmesser an der Stirnseite der Lenkwelle auf den Durchmesser des Gelenkteiles anzupassen, wodurch eine besonders stabile Verbindung zwischen Lenkwelle und Gelenkteil hergestellt wird. Außerdem ergeben sich hierdurch Montagevorteile, da die Lenkwelle bei der Montage mit ihrer dem Gelenkteil gegenüberliegenden Stirnseite in das Lenkgehäuse eingeführt werden kann.
Des Weiteren ist, gemäß zweckmäßiger Ausführung, ein Drehmomentsensor zur Messung des Lenkmomentes vorgesehen, der im Lenkgehäuse aufgenommen ist und vorteilhafterweise von einem Sensordeckel überdeckt ist, der mit dem Lenkgehäuse verbunden ist. Der Drehmomentsensor befindet sich vorzugsweise auf der dem Gelenkteil gegenüberliegenden axialen Seite des Schneckenrades, über das die Antriebsverbindung mit der Lenkkraftunterstützungseinrichtung herzustellen ist. Diese Positionierung des Drehmomentsensors trägt ebenfalls zur Ausbildung eines in Achsrichtung kompakten Lenksystems bei.
Die Lenkwelle sowie das einstückig mit der Lenkwelle ausgebildete, erste Gelenkteil werden vorteilhafterweise im Wege des Kaltumformens hergestellt. Grundsätzlich kommen aber auch andere Herstellungsverfahren in Betracht, beispielsweise eine Ausbildung als Gussteil.
Weitere Ausführungen und zweckmäßige Weiterbildungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 ein Lenksystem in einem Fahrzeug in schematischer Darstellung mit einem elektrischen Servomotor zur Lenkkraftunterstützung,
2 einen Schnitt durch die Lenkwelle des Lenksystems im Bereich des über ein elektrisches Lenkgetriebe angeflanschten elektrischen Servomotors,
3 eine perspektivische Ansicht von elektrischem Lenkgetriebe und Servomotor,
4 eine Draufsicht.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie der schematischen Darstellung gemäß 1 zu entnehmen, umfasst das Lenksystem 1 ein Lenkrad 2, über das der Fahrer einen Lenkwinkel δ_L vorgibt, der über eine Lenkwelle 3 auf ein Lenkgestänge 7 übertragen wird, woraufhin sich in den lenkbaren Vorderrädern 8 ein Radlenkwinkel δ_V einstellt. Zur Lenkkraftunterstützung ist ein elektrischer Servomotor 4 vorgesehen, der über ein elektrisches Lenkgetriebe 5 kinematisch mit der Lenkwelle 3 gekoppelt ist und in diese ein unterstützendes Moment einleitet. Die Lenkbewegung δ_L der Lenkwelle 3 wird über ein mechanisches Lenkgetriebe 6 in eine Stellbewegung des Lenkgestänges 7 umgesetzt.
Wie 2 zu entnehmen, ist die Lenkwelle 3 zweigeteilt und umfasst eine Eingangswelle 9, über die die Lenkbewegung übertragen wird, welche vom Fahrer über das Lenkrad vorgegeben wird, und eine koaxial angeordnete, mit der Eingangswelle 9 in bekannter Weise über einen Drehstab 9a verbundene Abtriebswelle 10, über die die Lenkbewegung auf das Lenkgestänge weitergeleitet wird. An der freien Stirnseite der Abtriebswelle 10 ist eine Gelenkgabel 11 angeordnet, die einstückig mit der Abtriebswelle 10 ausgebildet ist. Die Gelenkgabel 11 ist Teil eines Gelenkes, dem ein zweites Gelenkteil 12 zugeordnet ist, welches insbesondere als Kreuzgelenk ausgebildet ist. Über das Gelenk mit den Gelenkteilen 11 und 12 wird die Drehbewegung der Abtriebswelle 10 über eine Zwischenwelle auf das mechanische Lenkgetriebe 6 übertragen.
Die Abtriebswelle 10 ist in einem Lenkgehäuse 13 drehbar aufgenommen, in welchem auch das elektrische Lenkgetriebe 5 aufgenommen ist. Die drehbare Lagerung der Abtriebswelle 10 erfolgt über zwei Lager 14 und 15, die im Lenkgehäuse 13 aufgenommen sind und sich axial diesseits und jenseits eines Schneckenrades 16 befinden, das mit einer Schnecke 17 des elektrischen Servomotors 4 kämmt. Über das Schneckenrad 16 und die Schnecke 17 wird die kinematische Kopplung zwischen dem elektrischen Servomotor 4 und der Lenkwelle 3 hergestellt.
Der Durchmesser der Abtriebswelle 10 nimmt in Stufen zur Gelenkgabel 11 hin zu, so dass die Abtriebswelle benachbart zur Gelenkgabel 11 den größten Durchmesser aufweist. Im Bereich der Anbindung der Gelenkgabel 11 an die Abtriebswelle 10 ist der Durchmesser der Abtriebswelle so bemessen, dass die im Betrieb auftretenden Torsionskräfte ohne Weiteres von der Verbindung übertragen werden können.
Die Gelenkgabel 11 steht axial über das Lenkgehäuse 13 über. Das Motorgehäuse 18 des elektrischen Servomotors 4 erstreckt sich mit seitlichem Versatz axial bis in Höhe der Gelenkgabel 11, allerdings erreicht das Motorgehäuse 18 nicht die freie Stirnseite der Gelenkgabel.
Wie 2 weiter zu entnehmen, befindet sich im Lenkgehäuse 13 ein Drehmomentsensor 19, über den das auf die Lenkwelle aufgebrachte Lenkmoment zu messen ist. Der Drehmomentsensor 19 befindet sich axial an der Abtriebswelle 10 auf der der Antriebswelle 9 zugewandten Seite. Der Drehmomentsensor 19 ist von einem Sensordeckel 20 überdeckt.
Wie den 3 und 4 zu entnehmen, bilden das Lenkgehäuse 13, das Motorgehäuse 18 sowie der Sensordeckel 20 eine bauliche Einheit. Das Motorgehäuse 18 ist an das Lenkgehäuse 13 angeflanscht und mit diesem verbunden. Ebenso ist der Sensordeckel 20 mit dem Lenkgehäuse 13 verbunden, insbesondere angeschraubt.

1: Lenksystem
2: Lenkrad
3: Lenkwelle
4: elektrischer Servomotor
5: elektrisches Lenkgetriebe
6: mechanisches Lenkgetriebe
7: Lenkgestänge
8: Vorderrad
9: Eingangswelle
9a: Drehstab
10: Abtriebswelle
11: Gelenkgabel
12: zweites Gelenkteil
13: Lenkgehäuse
14: Lager
15: Lager
16: Schneckenrad
17: Schnecke
18: Motorgehäuse
19: Drehmomentsensor
20: Sensordeckel

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

- US 2007/0193819 A1 [0002]

Claims

Lenksystem in einem Fahrzeug, mit einer Lenkwelle (3), über die ein vom Fahrer vorgegebener Lenkwinkel übertragbar ist, und einem Lenkgestänge (7) zur Einstellung eines Radlenkwinkels an den lenkbaren Rädern (8) des Fahrzeugs, wobei auf der Abtriebsseite (10) der Lenkwelle (3) im Übertragungsweg zwischen der Lenkwelle (3) und einem mechanischen Lenkgetriebe (6) erste und zweite Gelenkteile (11, 12) angeordnet sind, die miteinander gekoppelt sind und über die die Drehbewegung der Lenkwelle (3) auf das Lenkgetriebe (6) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Stirnseite angeordnete erste Gelenkteil (11) einstückig mit der Lenkwelle (3) ausgebildet ist.
Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass axial dem ersten Gelenkteil (11) vorgelagert ein Schneckenrad (16) mit der Lenkwelle (3) verbunden ist, das mit einer Lenkkraftunterstützungseinrichtung (4) zur Einleitung eines unterstützenden Moments in die Lenkwelle (3) kinematisch gekoppelt ist.
Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gelenkteil (11) sich unmittelbar an ein Lenkgehäuse (13) anschließt, in welchem die Getriebebauteile für die kinematische Kopplung zwischen Lenkwelle (3) und Lenkkraftunterstützungseinrichtung (4) aufgenommen sind.
Lenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (3) im Lenkgehäuse (13) drehbar gelagert ist.
Lenksystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Lenkgehäuse (13) ein Drehmomentsensor (19) aufgenommen ist.
Lenksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (19) von einem mit dem Lenkgehäuse (13) verbundenen Sensordeckel (20) überdeckt ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgehäuse (13) mit einem Motorgehäuse (18) der Lenkkraftunterstützungseinrichtung (4) verbunden ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gelenkteil als Gelenkgabel (11) und das zweite Gelenkteil (12) als Kreuzgelenk ausgeführt ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Lenkwelle (3) in Richtung des ersten Gelenkteils (11) zunimmt.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkkraftunterstützungseinrichtung als elektrischer Servomotor (4) ausgeführt ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (3) und das erste Gelenkteil (11) im Wege des Kaltumformens hergestellt werden.