DE102008001959A1

DE102008001959A1 - Verfahren zum Herstellen von elektrischen Servolenkungen

Info

Publication number: DE102008001959A1
Application number: DE102008001959A
Authority: DE
Inventors: Helmut KNÖDLER; Wilfried Leutner; Jörg Mayer; Wolfgang Runge; Michael Ochs
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2009-12-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von elektrischen Servolenkungen verschiedener Leistungsklassen. Dabei weisen die Servolenkungen jeweils eine Lenkstange mit wenigstens einem Spindelabschnitt als Teil eines Kugelmutter-Spindel-Getriebes auf. Ferner ist ein Elektromotor vorgesehen, welcher mittels eines Zugmittelgetriebes eine Kraft auf eine Kugelumlaufmutter des Kugelmutter-Spindel-Getriebes überträgt. Das Zugmittelgetriebe weist eine dem Elektromotor zugeordnete Antriebsscheibe und eine der Kugelumlaufmutter zugeordnete Abtriebsscheibe auf. Vorgesehen ist, dass, um die Leistungsklasse der elektrischen Servolenkung zu verändern, die Getriebeübersetzung des Zugmittelgetriebes dadurch verändert wird, dass Antriebsscheiben mit unterschiedlichen Durchmessern eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von elektrischen Servolenkungen verschiedener Leistungsklassen mit einer Lenkstange und einem Elektromotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Servolenkung, die nach diesem Verfahren hergestellt ist.
Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Servolenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Lenkstange, welche wenigstens einen Spindelabschnitt als Teil eines Kugelmutter-Spindel-Getriebes aufweist und mit einem Elektromotor, welcher mittels eines Zugmittelgetriebes eine Kraft auf eine Kugelumlaufmutter des Kugelmutter-Spindel-Getriebes überträgt.
Elektrische Servolenkungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bzw. hilfskraftunterstützte Lenkvorrichtungen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt. Eine gattungsgemäße elektrische Servolenkung ist in der DE 103 04 189 A1 offenbart.
Die gattungsgemäße elektrische Servolenkung weist eine Lenkstange mit wenigstens einem Spindelabschnitt als Teil eines Kugelmutter-Spindel-Getriebes auf. Achsparallel zu der Lenkstange ist ein Elektromotor angeordnet, welcher mittels eines Zugmittelgetriebes eine Kraft auf eine Kugelumlaufmutter des Kugelmutter-Spindel-Getriebes überträgt. Das Zugmittelgetriebe weist in bekannter Weise eine dem Elektromotor zugeordnete Antriebsscheibe und eine der Kugelumlaufmutter zugeordnete Abtriebsscheibe auf, welche über einen Riemen antriebsmäßig miteinander verbunden sind. Durch das Kugelmutter-Spindel-Getriebe wird die Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Axialbewegung der Lenkstange umgesetzt, wodurch die Lenkstange in Abhängigkeit der Drehrichtung des Elektromotors entsprechend axial in einem Lenkgehäuse verschoben wird. Durch die Axialverschiebung der Lenkstange werden ebenfalls in bekannter Weise Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeuges, welche mit der Lenkstange beispielsweise über Spurstangen verbunden sind, ausgelenkt.
Bedingt durch den vorgesehenen Einsatz müssen die elektrischen Servolenkungen verschiedene Leistungsklassen aufweisen. Dies gilt insbesondere, wenn die elektrischen Servolenkungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden sollen und demzufolge Lenkleistungsbereiche vom Kleinwagen bis zum Oberklassenfahrzeug abdecken müssen. Die bekannten elektrischen Servolenkungen weisen abhängig von ihrer Leistungsklasse einen unterschiedlichen Aufbau auf, insbesondere benötigen die elektrischen Servolenkungen einen unterschiedlichen Bauraum und entsprechend angepasste Lenkungsgehäuse. Ein weiterer Nachteil, der aus dem unterschiedlichen Aufbau der elektrischen Servolenkungen verschiedener Leistungsklassen resultiert, ist die Teilevielfalt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von elektrischen Servolenkungen zu schaffen, welches es ermöglicht, in einfacher Weise und mit geringem Aufwand elektrische Servolenkungen verschiedener Leistungsklassen bereit zu stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst.
Eine besonders bevorzugte elektrische Servolenkung ergibt sich aus Anspruch 9 sowie aus Anspruch 10.
Die Erfinder haben erkannt, dass sich die Leistungsklasse der elektrischen Servolenkung besonders vorteilhaft und mit geringem Aufwand verändern lässt, wenn bei dem Zugmittelgetriebe Antriebsscheiben mit unterschiedlichen Durchmessern eingesetzt werden.
Dadurch, dass erfindungsgemäß eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses erreicht wird, indem eine Antriebsscheibe mit einem geeigneten Durchmesser eingesetzt wird, ist es möglich, die Abtriebsscheibe, welche regelmäßig deutlich größer ist, unverändert zu lassen bzw. deren Durchmesser im wesentlichen nicht zu verändern.
Dies hat den Vorteil, dass zum Einen der Bauraum für die Abtriebsscheibe gleich bleibt, insbesondere nicht größer wird, und außerdem die Teilevielfalt reduziert wird.
Von Vorteil ist es, wenn der Durchmesser der Abtriebsscheibe unverändert bleibt bzw. für die elektrischen Servolenkungen verschiedener Leistungsklassen Antriebsscheiben mit identischen Durchmessern eingesetzt werden.
Ein Durchmesser der Abtriebsscheibe zwischen 70 mm und 83 mm hat sich für die erfindungsgemäß herzustellenden elektrischen Servolenkungen als besonders geeignet herausgestellt.
Zur Veränderung der Leistungsklasse der elektrischen Servolenkung werden bevorzugt Antriebsscheiben mit einem Durchmesser zwischen 25 mm und 30 mm eingesetzt. Diese Werte haben sich besonders dann als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Abtriebsscheibe einen Durchmesser von 70 mm bis 83 mm aufweist.
Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich Gesamtübersetzungsverhältnisse, insbesondere durch geeignete Kombinationen des Zugmittelgetriebes mit der Steigung des Kugelumlaufgetriebes, erzielen, die es ermöglichen, einen Lenkleistungsbereich vom Kleinwagen bis zum Oberklassefahrzeug abzudecken.
Von Vorteil ist es ferner, wenn die Getriebeübersetzungen der Zugmittelgetriebe der Servolenkungen verschiedener Leistungsklassen zwischen 2,49 und 2,85 betragen. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Gewindesteigungen der Spindelabschnitte der Lenkstangen der Servolenkungen verschiedene Leistungsklassen 7 mm, 8 mm, 9 mm oder 10 mm betragen.
Besonders vorteilhafte Gesamtübersetzungen ergeben sich, wenn Gewindesteigungen mit 7 mm, 8 mm, 9 mm oder 10 mm jeweils mit Zugmittelgetriebeübersetzungen von 2,49 oder 2,85 kombiniert werden. Hierbei sind auch Werte möglich, die zwischen den vorgenannten Werten der Zugmittelgetriebeübersetzungen liegen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig beschrieben.
Es zeigt:
1 eine Prinzipdarstellung einer elektrischen Servolenkung; und
2 einen Längsschnitt durch eine elektrische Servolenkung entlang der Lenkstangen- und Elektromotorachse.
Elektrische Servolenkungen bzw. elektromechanische Lenksysteme mit einem achsparallelen Antrieb und einem Elektromotor, welcher eine lenkunterstützende Kraft mittels eines Getriebes auf ein Kugelmutter-Spindel-Getriebe überträgt, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik, beispielsweise der DE 103 04 189 A1 , hinlänglich bekannt, weshalb nachfolgend nur auf die für die Erfindung wesentlichen Merkmale näher eingegangen wird.
1 zeigt eine elektrische Servolenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Lenkgetriebegehäuse 1, einem Getriebedeckel 2, einem Elektromotor 3, einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 4 und einer Lenkstange 5 zum Auslenken von nicht näher dargestellten Fahrzeugrädern. Die Lenkstange 5 ist dabei in bekannter Weise über Spurstangen mit den Fahrzeugrädern verbunden.
Die Lenkstange ist im Ausführungsbeispiel als Zahnstange 5 ausgebildet. Die Zahnstange 5 ist wenigstens in einem Teilbereich als Spindel ausgebildet.
Des weiteren weist die elektrische Servolenkung ein Ritzel 6 mit Drehmomentsensoren 7 sowie ein Zugmittelgetriebe 8 auf.
Zur Realisierung eines achsparallelen Antriebs ist, wie sich aus 1 und 2 ergibt, vorgesehen, dass der Elektromotor 3 zusammen mit der Steuer- und/oder Regeleinheit 4 achsparallel zu der Zahnstange 5 angeordnet ist.
Die Zahnstange 5 kämmt an einem nicht gezeigten Verzahnungsabschnitt mit einem nicht näher gezeigten Ritzel 6 einer Lenkwelle.
Wie sich aus 2 ergibt, weist die Zahnstange 5 ein Außengewinde an einem Spindelabschnitt 9 auf, welches über Kugeln 10 im Eingriff mit einer Kugelumlaufmutter 11 ist.
Der Spindelabschnitt 9, die Kugeln 10 und die Kugelumlaufmutter 11 sind Teile eines Kugelmutter-Spindel-Getriebes 12. Das Kugelmutter-Spindel-Getriebe 12 wird auch als Kugelumlaufgetriebe bezeichnet.
Die axial unbeweglich gelagerte Kugelumlaufmutter 11 und die Zahnstange 5 bilden eine Bewegungsschraube. Die Kugelumlaufmutter 11 ist drehfest mit einer Abtriebsscheibe 13 des Zugmittelgetriebes 8 verbunden und über ein Radiallager 14 in dem als Getriebedeckel 2 ausgebildeten Teil des Lenkgetriebegehäuses 1 gelagert. Auf eine Antriebswelle 15 des Elektromotors 3 ist eine Antriebsscheibe 16 festgelegt, die im Durchmesser kleiner ist als die Abtriebsscheibe 13. Ein als Riemen 17 ausgebildetes Zugmittel ist über die Scheiben 13, 16 gespannt und bildet mit diesen das Zugmittelgetriebe 8.
Die Antriebswelle 15 des Elektromotors 3 ist achsparallel zu der Zahnstange 5 angeordnet.
Um entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren mit dem Zugmittelgetriebe 8 verschiedene Getriebeübersetzungen zu realisieren, um elektrische Servolenkungen verschiedener Leistungsklassen darzustellen, wird die Antriebsscheibe 16 mit unterschiedlichen Durchmessern ausgeführt. Der Durchmesser der Abtriebsscheibe 13 bleibt dabei vorzugsweise jeweils gleich groß. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Abtriebsscheibe 13 bei einer Änderung der Getriebeübersetzung unverändert bleibt, d. h. dass elektrische Servolenksysteme verschiedener Leistungsklassen mit identischen Abtriebsscheiben 13 hergestellt werden und lediglich durch eine Veränderung des Durchmesser der Antriebsscheiben 16 die Getriebeübersetzung variiert wird.
Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Abtriebsscheibe 13 einen Durchmesser von 74 mm aufweist. Ferner ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Antriebsscheibe 16 einen Durchmesser zwischen 25 mm und 30 mm in Abhängigkeit der vorgesehenen Leistungsklasse der elektrischen Servolenkung bzw. der gewünschten Getriebeübersetzung aufweist. Konkret ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Abtriebsscheibe 16 entweder einen Durchmesser von 25,6 mm oder einen Durchmesser von 29,4 mm aufweist. Diese Werte haben sich in überraschender Weise als besonders geeignet herausgestellt.
Für das Gesamtübersetzungsverhältnis einer elektrischen Servolenkung ist außer der Zugmittelgetriebeübersetzung auch noch die Gewindesteigung h des Kugelmutter-Spindel-Getriebes 12 maßgebend. Besonders zu bevorzugende Gesamtübersetzungen ergeben sich, wenn die Gewindesteigung h 7 mm, 8 mm, 9 mm oder 10 mm beträgt. Besonders zu bevorzugen sind die vorgenannten Gewindesteigungen h jeweils, wenn diese mit einer Zugmittelgetriebeübersetzung von 2,49 bis 2,85 kombiniert werden. Hierbei hat sich in überraschender Weise herausgestellt, dass speziell die Endwerte, d. h. eine Zugmittelgetriebeübersetzung von 2,49 oder 2,85 besonders geeignet sind.
Wie sich aus 2 ergibt, ist das Zugmittelgetriebe 8 derart gestaltet, dass Antriebsscheiben 16 mit unterschiedlichem Durchmesser einsetzbar sind, um elektrische Servolenkungen mit unterschiedlichen Leistungsklassen bereit zu stellen. Die Gestaltung des Zugmittelgetriebes 8 ist dabei derart, dass vorzugsweise Antriebsscheiben 16 mit einem Durchmesser zwischen 25 mm und 30 mm, vorzugsweise 25,6 mm und 29,4 mm, eingesetzt werden können.

1: Lenkgetriebegehäuse
2: Getriebedeckel
3: Elektromotor
4: Steuer- und/oder Regeleinrichtung
5: Lenkstange
6: Ritzel
7: Drehmomentsensoren
8: Zugmittelgetriebe
9: Spindelabschnitt
10: Kugeln
11: Kugelumlaufmutter
12: Kugelmutter-Spindel-Getriebe
13: Abtriebsscheibe
14: Radiallager
15: Antriebswelle
16: Antriebsscheibe
17: Riemen

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

- DE 10304189 A1 [0004, 0023]

Claims

Verfahren zum Herstellen von elektrischen Servolenkungen verschiedener Leistungsklassen, mit einer Lenkstange, welche wenigstens einen Spindelabschnitt als Teil eines Kugelmutter-Spindel-Getriebes aufweist und mit einem Elektromotor, welcher mittels eines Zugmittelgetriebes eine Kraft auf eine Kugelumlaufmutter des Kugelmutter-Spindel-Getriebes überträgt, wonach das Zugmittelgetriebe eine dem Elektromotor zugeordnete Antriebsscheibe und eine der Kugelumlaufmutter zugeordnete Abtriebsscheibe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass um die Leistungsklasse der elektrischen Servolenkung zu verändern, die Getriebeübersetzung des Zugmittelgetriebes (8) dadurch verändert wird, dass Antriebsscheiben (16) mit unterschiedlichen Durchmessern eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die elektrischen Servolenkungen verschiedener Leistungsklassen Abtriebsscheiben (13) mit identischen Durchmessern eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der eingesetzten Abtriebsscheiben (13) 70 mm bis 83 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung der Leistungsklasse der elektrischen Servolenkung Antriebsscheiben (16) mit Durchmessern zwischen 25 mm und 30 mm eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeübersetzungen der Zugmittelgetriebe (8) der Servolenkungen verschiedener Leistungsklassen zwischen 2,49 und 2,85 betragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindesteigungen des Spindelabschnitts (9) der Lenkstange (5) der Servolenkungen verschiedener Leistungsklassen 7 mm, 8 mm, 9 mm oder 10 mm betragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebswelle (15) des Elektromotors (3), welche die Antriebsscheibe (16) antreibt, achsparallel zu der Lenkstange (5) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkstange (5) als Zahnstange ausgebildet wird.
Elektrische Servolenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Lenkstange, welche wenigstens einen Spindelabschnitt als Teil eines Kugelmutter-Spindel-Getriebes aufweist, und mit einem Elektromotor, welcher mittels eines Zugmittelgetriebes eine Kraft auf eine Kugelumlaufmutter des Kugelmutter-Spindel-Getriebes überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Servolenkung nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist.
Elektrische Servolenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Lenkstange, welches wenigstens einen Spindelabschnitt als Teil eines Kugelmutter-Spindel-Getriebes aufweist, und mit einem Elektromotor, welcher mittels eines Zugmittelgetriebes eine Kraft auf eine Kugelumlaufmutter des Kugelmutter-Spindel-Getriebes überträgt, wobei das Zugmittelgetriebe eine dem Elektromotor zugeordnete Antriebsscheibe und eine der Kugelumlaufmutter zugeordnete Abtriebsscheibe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittelgetriebe (8) derart gestaltet ist, dass Antriebsscheiben (16) mit unterschiedlichen Durchmessern einsetzbar sind, um Servolenkungen mit verschiedenen Leistungsklassen bereitzustellen.
Elektrische Servolenkung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einsetzbaren Antriebsscheiben (16) einen Durchmesser zwischen 25 mm und 30 mm aufweisen.
Elektrische Servolenkung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebsscheibe (13) einen Durchmesser von 70 mm bis 83 mm, vorzugsweise 74 mm, aufweist.
Elektrische Servolenkung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung des Zugmittelgetriebes (8) 2,49 bis 2,85 und die Gewindesteigung des Spindelabschnitts (9) der Lenkstange (5) 7 mm, 8 mm, 9 mm oder 10 mm beträgt.
Elektrische Servolenkung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebswelle des Elektromotors (3) achsparallel zu der Lenkstange (5) angeordnet ist.
Elektrische Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkstange (5) als Zahnstange ausgebildet ist, welche mit einem Ritzel (6) einer Lenkwelle kämmt.