DE102008001878A1

DE102008001878A1 - Schraubradgetriebe mit schwenkbar gelagertem Schraubritzel und damit ausgestattete elektrische Hilfskraftlenkung

Info

Publication number: DE102008001878A1
Application number: DE200810001878
Authority: DE
Inventors: Dennis FÜCHSEL
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2009-11-26

Abstract

Bei einem Schraubrad- bzw. Schneckengetriebe (100) wird vorgeschlagen, ein Lager des Schraubritzels bzw. der Schnecke (103), bevorzugt das Festlager (106), kardanisch in einem Schwenkring (107) im Getriebegehäuse (102) zu lagern, so dass sich dieses Lager (106) dann um eine definierte Achse leicht drehen kann, wobei diese Drehachse orthogonal auf der Längsachse des Schraubritzels bzw. der Schnecke (103) steht. Das zweite Lager des Schraubritzels bzw. der Schnecke (103), bevorzugt das Loslager (109), wird im Getriebegehäuse (102) so gelagert, dass es radial freigängig um die Drehachse des kardanisch aufgehängten Schwenkringes (107) rotieren kann. Dies ermöglicht eine leichte Schwenkbarkeit des Schraubritzels bzw. der Schnecke (103) in Richtung (Y) Schneckenrad. Die Lagerung (110) des Schwenkringes (107) im Getriebegehäuse (102) kann mit Gleitlagern, mit Wälzlagern oder mit Gummi-Metall-Lagern realisiert werden. Die beschriebene Konstruktion benötigt keinen Einsatz von teuren Sonderlagern und erzielt eine deutliche Geräuschreduktion, insbesondere dann, wenn die Schnecke (103) durch ein Elastomer- oder sonstiges Kunststoff-Gleitlager (110) vom Getriebegehäuse (102) entkoppelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schraubradgetriebe, insbesondere ein Schneckengetriebe, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine damit ausgestattete elektrische Hilfskraftlenkung, gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs.
Aus der DE 101 61 715 A1 ist ein gattungsgemäßes Schraubradgetriebe in der Ausgestaltung eines Schneckengetriebes für den Einsatz in einer elektrischen Hilfskraftlenkung bekannt. Die 1 zeigt das bekannte Schraubradgetriebe 1, das in einem Gehäuse 2 angeordnet ist und eine Schnecke 3 sowie ein Schneckenrad 4 aufweist, wobei die Schnecke 3 mittels einer Kupplung 8 mit der in einem Lager 11 gelagerten Antriebswelle 9 eines elektrischen Antriebsmotors 10 verbunden ist. Bei der gezeigten Konstruktion ist die Schnecke 3 senkrecht zur Drehachse schwenkbar und in einem Schwenk- bzw. Pendellager 5 gelagert, wodurch erreicht werden kann, das Verzahnungsspiel während der gesamten Lebensdauer des Getriebes konstant zu halten. Hierzu wird die Schnecke 3 radial mit einer Vorspannkraft beaufschlagt und permanent gegen die Verzahnung des Schneckenrades 4 bzw. Schraubrades gedrückt. In der gezeigten Konstruktion ist hierfür eine Vorspanneinrichtung vorgesehen, die eine Vorspannfeder 13 sowie eine Druckeinrichtung 12 aufweist, um einen spielfreien Eingriff zwischen der Schnecke 3 und dem Schneckenrad 4 sowie eine Kompensation der auftretenden Betriebskräfte zu bewirken. Die Druckeinrichtung 12 kann z. B. mit einer Hydraulikeinrichtung 14 und einem davon betätigtem Druckstück 15 versehen sein, das auf das dortige Lager 16 bzw. die Schnecke 3 selbst wirkt. Damit kann der sich über die Lebenszeit einstellende Verschleiß selbständig kompensiert werden, so dass das Zahnflankenspiel sich möglichst nicht vergrößert und Vibrationsgeräusche vermieden werden. Jedoch hat es sich bei einer solchen bekannten Konstruktion gezeigt, dass auch an dem schwenkbaren Lager 5 Geräusche auftreten können, die hier nur bedingt durch den Einsatz eines teuren Sonderlagers eliminiert werden können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die schwenkbare Bewegung des Schraubritzels bzw. der Schnecke senkrecht zur Drehachse und in Richtung des Schraub- bzw. Schneckenrades unter Überwindung der oben genannten Nachteile konstruktiv zu ermöglichen.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Schraubradgetriebe, insbesondere Schneckengetriebe, mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Demnach wird ein Schraubrad- bzw. Schneckengetriebe für eine elektrische Hilfskraftlenkung vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, dass das Schraubritzel mittels eines in dem Getriebegehäuse kardanisch, insbesondere halbkardanisch, gelagerten Lagerrings schwenkbar gelagert ist, wobei der Lagerring als Schwenkring ausgebildet ist, der eine orthogonal zur Drehachse des Schraubritzels und orthogonal zur radialen Wirkrichtung der Vorspannkraft verlaufende Schwenkachse aufweist.
Durch ein derart gestaltetes Schraubrad- bzw. Schneckengetriebe kann insbesondere der Einsatz eines speziellen und aufwendig konstruierten Schwenklagers bzw. Pendellagers für eine Lagerung des Schraubritzels bzw. der Schnecke entfallen. Die schwenkbare Lagerung kann relativ einfach und kostengünstig durch eine halbkardanische Konstruktion realisiert werden. Insgesamt ergibt sich eine in der Herstellung kostengünstige und in der Montage einfach zu handhabende Konstruktion eines geräuscharmen Schraubrad- bzw. Schneckengetriebes.
Erfindungsgemäß wird auch eine damit ausgestattete elektrische Hilfskraftlenkung vorgeschlagen.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen, wobei:
2a eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Schraubradgetriebes in einer ersten Ausführungsform zeigt;
2b, c Detailansichten bzw. Schnittbilder dazu zeigen;
3a eine Querschnittsansicht zu einer zweiten Ausführungsform zeigt;
3b, c Detailansichten bzw. Schnittbilder dazu zeigen;
4a eine Querschnittsansicht zu einer dritten Ausführungsform zeigt;
4b, c Detailansichten bzw. Schnittbilder dazu zeigen; und
5a, b verschiedene Ausführungen von Schwenkringen zeigen.
Die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen zeigen beispielhaft mehrere bevorzugte Konstruktionsvarianten von erfindungsgemäß ausgebildeten Schneckengetrieben. Die Erfindung ist aber nicht auf Schneckengetriebe im speziellen beschränkt, sondern kann allgemein auf jede Art von Schraubradgetrieben angewendet werden.
Die 2a–c zeigen in einer ersten Ausführungsform ein als Schneckengetriebe gestaltetes Schraubradgetriebe 100, das eine mit einer Antriebswelle eines elektrischen Antriebsmotors verbindbare Schnecke 103 aufweist, die in einem Getriebegehäuse 102 angeordnet ist und mit einem Schneckenrad 104 in Eingriff steht. Zur Verbesserung des Eingriffs ist eine (nicht dargestellte) Vorspanneinrichtung vorgesehen, welche die Schnecke 103 radial mit einer Vorspannkraft beaufschlagt und diese in Y-Richtung gegen das Schneckenrad 104 drückt. Die hier nicht näher dargestellte Vorspannvorrichtung ist an einem Wellenende, z. B. im Bereich des Lagers 109 angeordnet, um auf das dortige Wellenende der Schnecke 103 zu wirken.
Erfindungsgemäß ist an dem anderen Wellenende bzw. am Wellenanfang der Schnecke 103 ein kardanisch bzw. halbkardanisch gelagerter Lagerring 107 vorgesehen, der in dem Gehäuse 102 um die Z-Achse schwenkbar gelagert ist. Der Lagerring ist also als Schwenkring 107 ausgebildet, der eine orthogonal zur Drehachse (X-Achse) der Schnecke 103 und orthogonal zur radialen Wirkrichtung (Y-Achse) der Vorspannkraft verlaufende Schwenkachse (Z-Achse) aufweist. Die Schnecke 103 ist an einem ihrem dortigen Ende drehbar in einem ersten Lager 106 gelagert, das in dem Schwenkring 107 aufgenommen ist. An dem anderen Ende ist die Schnecke drehbar in einem zweiten Lager, dem oben genannten Lager 109, gelagert, welches radial und axial verschiebbar in einer Lagerbuchse 113 gelagert ist und somit als Loslager ausgebildet ist.
Durch diese Maßnahmen wird für die Schnecke 103 bezüglich des Eingriffs mit dem Schneckenrad 104 eine besonders geräuscharme elastische Lagerung geschaffen, wobei das erste Lager 106 als schwenkbares Festlager wirkt, das in dem kardanisch gelagerten Schwenkring 107 aufgenommen wird, und wobei das zweite Lager 109 als Loslager wirkt. Der Schwenkring 107 sorgt dabei für eine Flexibilität, so dass die Schnecke 103 auch in Richtung Schneckenrad 104 bzw. Schraubrad schwenken kann. Da die (nicht dargestellte) Vorspannvorrichtung bzw. Nachstellvorrichtung mit ihrer Federkraft direkt auf das Wellenende der Schnecke 103 wirkt, ist sicher gestellt, dass die Schnecke 103 immer in Richtung Schneckenrad 104 bzw. Schraubrad gedrückt wird.
Zusammenfassend wird hier vorgeschlagen, ein Lager des Schraubritzels bzw. der Schnecke 103, bevorzugt das Festlager 106, kardanisch in einem Schwenkring 107 im Getriebegehäuse 102 zu lagern, so dass sich dieses Lager 106 dann um eine definierte Achse leicht drehen kann, wobei diese Drehachse orthogonal auf der Längsachse des Schraubritzels bzw. der Schnecke steht. Das zweite Lager des Schraubritzels bzw. der Schnecke 103, bevorzugt das Loslager 109, wird im Getriebegehäuse 102 so gelagert, dass es in dem definierten Schwenkbereich radial freigängig um die Drehachse des kardanisch aufgehängten Schwenkringes 107 rotieren kann. Dies ermöglicht eine leichte Schwenkbarkeit des Schraubritzels bzw. der Schnecke 103 in Richtung Schneckenrad 104. Die Lagerung 110 des Schwenkringes 107 im Getriebegehäuse 102 kann mit Gleitlagern, mit Wälzlagern oder mit Gummi-Metall-Buchsen (Elastomerlager) realisiert werden. Werden Wälzlager verwendet, so sollten diese axial vorgespannt werden, um die Kräfte in Richtung der Drehachse des Schwenkringes 107 spielfrei übertragen zu können. Bei der Verwendung von Gleitlagern zur Lagerung 110 der Schnecke 103 werden für die Übertragung der oben genannten Kräfte zusätzlich elastische Elemente 111 vorgesehen.
Die beschriebene Konstruktion benötigt keinen Einsatz von teueren Sonderlagern, so wie es im Stand der Technik der Fall ist. Es wird u. a. eine deutliche Geräuschreduktion erzielt, insbesondere dann wenn die Schnecke durch ein Elastomer- oder sonstiges Kunststoff-Gleitlager vom Getriebegehäuse entkoppelt wird.
In den 3a–c ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Schraubradgetriebe bzw. Schneckengetriebe 200 dargestellt, bei dem nun zur Lagerung des Schwenkringes 207 selbst in dem Getriebegehäuse 202 mindestens eine Lagerbuchse 212 vorgesehen ist. Somit wird für jeden Lagerzapfen eine optimale Lagerung im Gehäuse geschaffen. Vorzugsweise ist die jeweilige Lagerbuchse 212 mit mindestens einem elastischen Element 211, insbesondere mit einer Feder oder einem Elastomer, versehen.
In den 4a–c ist ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Schneckengetriebe 300 dargestellt, bei dem nicht (wie in 2 und 3 dargestellt) Lagerbolzen an dem Schwenkring vorgesehen sind, sondern Ausnehmungen 307A oder Lagerbuchsen an dem Schwenkring 307 vorgesehen sind, in die jeweils ein Lagerbolzen 308 oder Lagerzapfen aufgenommen ist, der in dem Gehäuse 302 angeordnet ist. Der jeweilige Lagerbolzen 308 kann ein Gewinde aufweisen und in das Gehäuse 302 einschraubbar sein, um somit eine verstellbare Lagerung 310 des Schwenkringes 307 zu schaffen.
Wie die 4b zeigt, ist zudem zur Verbesserung des Eingriffs der Schnecke 303 in das Schneckenrad 304 eine verstellbare Vorspanneinrichtung 305 vorgesehen, die auf das freie Wellenende der Schnecke 303 bzw. das dortige Lager 309 einwirkt und mittels einer Schraube eine einstellbare radiale Vorspannkraft erzeugt.
Auch hier können die jeweiligen Lager 306 bzw. 309 der Schnecke 303 vorzugsweise durch Elastomer- bzw. Kunststoff-Gleitlager vom Getriebegehäuse 302 entkoppelt werden, um eine weitere Geräuschreduktion zu erreichen.
Die 5a und b zeigen jeweils eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwenkringes. In der 5a ist der Schwenkring 107 mit zwei nach Außen diametral abstehenden Lagerzapfen 107A versehen, die in entsprechend geformte Aufnahmen bzw. Lagerbuchsen im Gehäuse gelagert sind (s. auch 2a und 2c). In dem Schwenkring 107 selbst ist das Lager für die Schneckenwelle eingebracht. Die 5b zeigt als alternative Ausgestaltung einen Schwenkring 307, der zwei Aufnahmen 307A aufweist, in die jeweils ein Lagerbolzen eingreift (s. auch 4a und c).
Durch die hier beschriebenen Konstruktionen lassen sich nicht nur Klapper- und Vibrationsgeräusche vermeiden, sondern kann auch ein Verspannen oder Verklemmen des Schneckengetriebes durch eine zu große Ausdehnung bestimmter Materialien zuverlässig vermieden werden. Es wird in vorteilhafter Weise ein spielfreier Verzahnungseingriff des Schneckenradgetriebes erreicht.
Auch wenn die Erfindung beispielhaft an einem erfindungsgemäß ausgebildeten Schneckengetriebe beschrieben worden ist, so ist die Erfindung nicht auf Schneckengetriebe im speziellen beschränkt, sondern kann allgemein auf jede Art von Schraubradgetrieben angewendet werden.
Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind besonders für den Einsatz in einer elektrischen Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge geeignet.

1: herkömmliches Schraubradgetriebe in Gestalt eines Schneckengetriebes u. a. mit: 2 Gehäuse, 3 Schnecke, 4 Schneckenrad und 5 Schwenklager
100: erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schraubradgetriebes u. a. mit: 102 Gehäuse, 103 Schraubritzel bzw. Schnecke, 104 Schraubrad bzw. Schneckenrad, 106 erstes Lager für Schnecke, 107 Schwenkring (kardanisch gelagerter Lagerring), 109 zweites Lager für Schnecke, 110 Lagerung für Schwenkring, 111 elastisches Element, 113 Lagerbuchse für zweites Lager (Loslagerbuchse)
200: zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schraubradgetriebes u. a. mit: 202 Gehäuse, 203 Schraubritzel bzw. Schnecke, 204 Schraubrad bzw. Schneckenrad, 206 erstes Lager für Schnecke, 207 Schwenkring (kardanisch gelagert), 107A Lagerzapfen, 209 zweites Lager für Schnecke, 210 Lagerung für Schwenkring, 211 elastisches Element, 212 Lagerbuchse, 213 Loslagerbuchse
300: dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schraubradgetriebe u. a. mit: 302 Gehäuse, 303 Schraubritzel bzw. Schnecke, 304 Schraubrad bzw. Schneckenrad, 305 Druck- bzw. Vorspanneinrichtung, 306 erstes Lager für Schnecke, 307 Schwenkring (kardanisch gelagert), 307A Aufnahme, 308 Lagerbolzen, 309 zweites Lager für Schnecke, 310 Lagerung für Schwenkring, 311 elastisches Element, 313 Loslagerbuchse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10161715 A1 [0002]

Claims

Schraubradgetriebe (100) für eine elektrische Hilfskraftlenkung, wobei das Schraubradgetriebe ein mit einer Antriebswelle eines elektrischen Antriebsmotors verbindbares Schraubritzel (103) aufweist, das in einem Getriebegehäuse (102) angeordnet ist und mit einem Schraubrad (104) in Eingriff steht, wobei zur Verbesserung des Eingriffs das Schraubritzel (103) schwenkbar gelagert ist und eine Vorspanneinrichtung vorgesehen ist, um das Schraubritzel (103) radial mit einer Vorspannkraft zu beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubritzel (103) mittels eines in dem Getriebegehäuse (102) kardanisch gelagerten Lagerrings (107) schwenkbar gelagert ist, wobei der Lagerring als Schwenkring (107) ausgebildet ist, der eine orthogonal zur Drehachse (x) des Schraubritzels (103) und orthogonal zur radialen Wirkrichtung (y) der Vorspannkraft verlaufende Schwenkachse (z) aufweist.
Schraubradgetriebe (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubritzel (103) an einem seiner Enden drehbar in einem ersten Lager (106) und an dem anderen seiner Enden drehbar in einem zweiten Lager (109) gelagert ist, wobei das erste Lager (106) schwenkbar in dem Schwenkring (107) gelagert ist und das zweite Lager (109) radial und axial verschiebbar in einer Lagerbuchse (113) gelagert ist.
Schraubradgetriebe (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Getriebegehäuse (102) zur Lagerung des Schwenkringes (107) mindestens ein Gleitlager (110) vorgesehen ist, das mit mindestens einem elastischen Element (111), insbesondere einer Feder oder einem Elastomer, versehen ist.
Schraubradgetriebe (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Getriebegehäuse (102) zur Lagerung des Schwenkringes (107) mindestens ein Wälzlager vorgesehen ist, das axial vorgespannt ist.
Schraubradgetriebe (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Getriebegehäuse (102) zur Lagerung des Schwenkringes (107) mindestens ein Gummi-Metall-Lager vorgesehen ist.
Schraubradgetriebe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubradgetriebe als Schneckengetriebe (100) ausgebildet ist, wobei das Schraubrad als Schneckenrad (104) ausgebildet ist und das Schraubritzel als Schnecke (103) ausgebildet ist, die mit dem Schneckenrad (104) in Eingriff steht.
Schraubradgetriebe (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung des Schwenkringes (207) in dem Getriebegehäuse (202) mindestens eine Lagerbuchse (212) vorgesehen ist, die einen an dem Schwenkring (207) vorgesehenen Lagerzapfen (107A) aufnimmt.
Schraubradgetriebe (200) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lagerbuchse (212) mit mindestens einem elastischen Element (211), insbesondere einer Feder oder einem Elastomer, versehen ist.
Schraubradgetriebe (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung des Schwenkringes (307) in dem Getriebegehäuse (302) mindestens ein Lagerbolzen (308) vorgesehen ist, dessen Ende eine an dem Schwenkring (307) vorgesehene Ausnehmung (307A) oder Lagerbuchse aufnimmt.
Schraubradgetriebe (100; 200; 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung des Eingriffs eine, insbesondere mittels einer Schraube, verstellbare Vorspanneinrichtung (305) vorgesehen ist, die das Schraubritzel (303) radial mit einer verstellbaren Vorspannkraft beaufschlagt.
Elektrische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit einem Schraubradgetriebe, insbesondere Schneckenradgetriebe (100), das ein mit einer Antriebswelle eines elektrischen Antriebsmotors verbindbares Schraubritzel, insbesondere eine Schnecke (103), aufweist, die in einem Getriebegehäuse (102) angeordnet ist und mit einem Schraubrad, insbesondere Schneckenrad (104), in Eingriff steht, wobei zur Verbesserung des Eingriffs eine Vorspanneinrichtung vorgesehen ist, um das Schraubritzel bzw. die Schnecke (103) radial mit einer Vorspannkraft zu beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubritzel (103) mittels eines in dem Getriebegehäuse (102) kardanisch gelagerten Lagerrings (107) schwenkbar gelagert ist, wobei der Lagerring als Schwenkring (107) ausgebildet ist, der eine orthogonal zur Drehachse (x) des Schraubritzels (103) und orthogonal zur radialen Wirkrichtung (y) der Vorspannkraft verlaufende Schwenkachse (z) aufweist.