DE102008009107B4

DE102008009107B4 - Mechanisches Untersetzungsgetriebe mit Schnecke und Schneckenrad

Info

Publication number: DE102008009107B4
Application number: DE102008009107A
Authority: DE
Inventors: Hervé Martin
Original assignee: JTEKT Europe SAS
Current assignee: JTEKT Europe SAS
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2028-02-15
Also published as: DE102008009107A1

Abstract

Mechanisches Untersetzungsgetriebe mit Schnecke (2) und Schneckenrad (3), das in einem Gehäuse (1) eine Schnecke (2) aufweist, die drehfest mit einem motorischen Antriebsorgan (4) koppelbar ist und drehbar in Führungslagern (5, 7) gelagert ist, welche in Aufnahmen (6, 8) mit einer im allgemeinen zylindrischen Form gelagert sind, die in dem Gehäuse (1) auf beiden Seiten der Schnecke (2) vorgesehen sind, wobei ein elastischer Dämpfungsring (9) um einen Außenring von einem (7) der Führungslager herum montiert ist, das sich gegenüber dem Antriebsorgan (4) befindet,
wobei der elastische Dämpfungsring (9) eine Halteeinrichtung (12) zum Halten einer elastischen Einrichtung (10) zur Spielbeseitigung zwischen der Wand der Aufnahme (8) des gegenüber dem Antriebsorgan (4) befindlichen Führungslagers (7) und dem Außenring des Lagers (7) aufweist,
wobei die elastische Einrichtung (10) zur Spielbeseitigung dazu vorgesehen ist, an einer vorgegebenen Stelle der Wand der Aufnahme (8) des Führungslagers (7) angeordnet zu werden, so daß sie...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mechanisches Untersetzungsgetriebe mit Schnecke und Schneckenrad, das insbesondere als Teil einer elektrischen Servolenkung für ein Kraftfahrzeug geeignet ist, wobei das mechanische Untersetzungsgetriebe bei dieser Anwendung zwischen den elektrischen Servomotor und ein bewegliches Element der Lenkungsanlage geschaltet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein mechanisches Untersetzungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In elektrischen Servolenkungen sind die von dem Ritzel geforderten Drehmomente hoch und die geforderten Drehzahlen niedrig, so daß der elektrische Servomotor zumeist mit einem Übertragungsmechanismus zum Reduzieren der Drehzahl und somit zum Erhöhen des Drehmomentes kombiniert ist. Man bevorzugt hierbei die Verwendung eines Untersetzungsgetriebes von dem Typ mit Schnecke und Schneckenrad, das wegen seines hohen Untersetzungsverhältnisses gewählt wird.
Die Schnecke kann koaxial mit der Welle des elektrischen Servomotors gelagert und drehfest mit dieser Welle verbunden sein, während das mit der Schnecke in Eingriff stehende Schneckenrad beispielsweise drehfest mit der Lenksäule des betreffenden Fahrzeugs gekoppelt ist, um den Drehantrieb dieser Lenksäule oder des Lenkungsritzels zu unterstützen.
Wie alle anderen Zahnradgetriebetypen unterliegt auch ein Untersetzungsgetriebe mit Schnecke und Schneckenrad dem Einfluß eines Eingriffsspiels der Verzahnungen, das die Ursache von Stoßbelastungen zwischen dem Schneckenrad und der Schnecke darstellt und dadurch in der Lenkung unterwünschte Erschütterungen und Geräusche hervorruft. Wenn sich nämlich die auf das Schneckenrad des Untersetzungsgetriebes aufgebrachte Beanspruchung aufgrund einer Betätigung durch den Fahrer des Fahrzeugs oder der Einwirkung des Straßenprofils auf das Fahrwerk umkehrt, tritt ein ”Wippen” der Schnecke in Bezug auf das Rad auf.
Nach einer Drehung des Schneckenrades, die dem Wert seines Winkel-Eingriffsspiels entspricht, und wenn die Umkehrung der Beanspruchung genügend schnell erfolgt, ereignet sich beim Wiedereintritt des Kontaktes der jeweiligen Verzahnungen von Schneckenrad und Schnecke eine Stoßbelastung, die ein Klappergeräusch hervorruft.
Um dieses Geräusch zu verringern, das die Folge des Spiels im Untersetzungsgetriebe ist, sind bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, um dieses Spiel zu mindern und unter Kontrolle zu bringen.
Hierbei handelt es sich im allgemeinen darum, eine Feder vorzusehen, die eine Rückstellkraft auf ein Lager aufbringt, welches die Schnecke führt, und es somit ermöglicht, die Schnecke und das Schneckenrad unter unterschiedlichen Fahrbedingungen in Kontakt miteinander zu halten, was jedoch einen metallischen Kontakt zwischen dem Außenring des Lagers und der Feder impliziert, der ebenfalls Geräusche erzeugen kann.
Aus der EP 1 731 404 A1 ist ein mechanisches Untersetzungsgetriebe mit Schnecke und Schneckenrad bekannt, das in einem Gehäuse eine Schnecke aufweist, die drehfest mit einem motorischen Antriebsorgan koppelbar ist und drehbar in Führungslagern gelagert ist, welche in Aufnahmen mit einer im allgemeinen zylindrischen Form gelagert sind, die in dem Gehäuse auf beiden Seiten der Schnecke vorgesehen sind, wobei ein elastischer Dämpfungsring um einen Außenring von einem der Führungslager herum montiert ist, das sich gegenüber dem Antriebsorgan befindet; wobei der elastische Dämpfungsring eine Halteeinrichtung zum Halten einer elastischen Einrichtung zur Spielbeseitigung zwischen der Wand der Aufnahme des gegenüber dem Antriebsorgan befindlichen Führungslagers und dem Außenring des Lagers aufweist; wobei die elastische Einrichtung zur Spielbeseitigung dazu vorgesehen ist, an einer vorgegebenen Stelle der Wand der Aufnahme des Führungslagers angeordnet zu werden, so daß sie über den Ring eine Kraft aufbringt, welche das Führungslager in der Richtung einer Verringerung eines Achsenabstands zwischen der Achse der Schnecke und der Achse des Schneckenrades drückt.
Dieses mechanische Untersetzungsgetriebe ist im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 berücksichtigt. Bei der herkömmlichen Bauform ist zu diesem Zweck ein kreisringförmiges Element mit wellenförmigem Profil in seinem Hauptbereich vorgesehen, wobei an dem einen Ende des Hauptbereichs eine U-förmige elastische Zunge vorgesehen ist, die die elastische Einrichtung zur Spielbeseitigung bildet. Diese elastische Einrichtung sitzt in radialer Richtung nach außen versetzt in einer Aussparung in einem Außenring eines Lagers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges mechanisches Untersetzungsgetriebe weiterzubilden, so daß mit einfachen Mitteln eine besonders wirkungsvolle Spielbeseitigung in dem Untersetzungsgetriebe erreicht wird.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, ein mechanisches Untersetzungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß die elastische Einrichtung zur Spielbeseitigung eine Blattfeder ist, die derart gebogen ist, daß sie ein im wesentlichen ebenes Fußplattenteil sowie ein dem Fußplattenteil gegenüber konkaves Abstützteil bildet, und daß der elastische Dämpfungsring einen in seiner Breite vorgesehenen Halteschlitz aufweist, der dazu bestimmt ist, das Fußplattenteil der Feder zur Spielbeseitigung aufzunehmen, wobei deren Abstützteil dazu dient, sich elastisch gegen die Wand der Aufnahme des Lagers in dem Gehäuse anzulegen.
In Weiterbildung des Untersetzungsgetriebes ist vorgesehen, daß die Außenwand des Dämpfungsringes mindestens zwei vorspringende Verdickungen zum Begrenzen eines Radialspiels aufweist, die auf beiden Seiten der Haltereinrichtung der elastischen Einrichtung zur Spielbeseitigung verteilt angeordnet sind.
In Weiterbildung des Untersetzungsgetriebes ist vorgesehen, daß die Innenwand des Dämpfungsringes eine Vielzahl von vorspringenden und symmetrisch verteilten Verdickungen zur Einstellung aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine elektrische Servolenkungsanlage für ein Kraftfahrzeug, welche ein mechanisches Untersetzungsgetriebe der vorstehend beschriebenen Art aufweist, das zwischen einen elektrischen Servomotor und ein bewegliches Element der Lenkungsanlage geschaltet ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
1 eine Querschnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mechanischen Untersetzungsgetriebes;
2 eine Ansicht eines Details D gemäß 1 im vergrößerten Maßstab;
3 eine perspektivische Ansicht eines Bauteils, das in den 1 und 2 dargestellt ist;
4 eine Querschnittansicht einer Schnecke des Untersetzungsgetriebes;
5 eine perspektivische Ansicht einer Variante des Bauteils gemäß 3;
6 eine perspektivische Ansicht einer anderen Variante des Bauteils gemäß
3;
7 eine Querschnittansicht einer weiteren Variante des Bauteils gemäß
3;
8 eine Schnittansicht entlang der Linie U-U in 7;
9 eine Teilansicht im Schnitt entlang der Linie H-H in 8; und
10 eine Kurve, welche die Entwicklung einer Kraft, die von einer elastischen Spielverringerungseinrichtung auf ein Führungslager einer Schnecke des Untersetzungsgetriebes aufgebracht wird, in Abhängigkeit von einer Verlagerungsstrecke des Lagers zeigt.
1 zeigt ein mechanisches Untersetzungsgetriebe mit Schnecke 2 und Schneckenrad 3, das einen Teil einer elektrischen Servolenkung eines Kraftfahrzeugs darstellt.
Die Schnecke 2 ist koaxial zur Welle eines elektrischen Servomotors (nicht gezeigt) in einem Gehäuse 1 des Untersetzungsgetriebes montiert und drehfest mit dieser Welle 4 verbunden.
Das mit der Schnecke 2 in Eingriff stehende Schneckenrad 3 ist drehfest mit der Lenksäule (nicht dargestellt) oder dem Lenkungsritzel des Fahrzeugs verbunden, um den Drehantrieb der Lenksäule bzw. des Lenkungsritzels zu unterstützen.
Die Schnecke 2 ist drehbar in Führungslagern 5 und 7 gelagert, die in Aufnahmen bzw. Sitzen 6 und 8 mit einer im allgemeinen zylindrischen Form gelagert sind, welche in dem Gehäuse 1 auf beiden Seiten der Schnecke 2 vorgesehen sind.
Gemäß der Darstellung in 2 ist ein elastischer Dämpfungsring 9, der vorliegend aus einem gehärteten Acetalharz gebildet ist, das unter der Marke Delrin^® 500T NC010 erhältlich ist, um einen Außenring des Führungslagers 7 herum montiert, das der Welle 4 des Servomotors gegenüberliegend angeordnet ist.
Auf diesem elastischen Dämpfungsring 9 ist eine Feder 10 zur Spielbeseitigung zwischen der Wand der Aufnahme 8 des Lagers 7 und dem Außenring des Lagers 7 montiert.
Die Feder 10 zur Spielbeseitigung ist dazu vorgesehen, im oberen Bereich gemäß der Zeichnung, an einer vorgegebenen Stelle der Wand der Aufnahme 8 des Lagers 7 so angeordnet zu werden, damit sie das Lager 7 in der Richtung F zur Verringerung eines Abstands zwischen der Achse der Schnecke 2 und der Achse des Schneckenrades 3 drückt.
Hierbei ist die Feder zur Spielbeseitigung eine Blattfeder 10, die so gebogen ist, daß sie ein im wesentlichen ebenes Fußplattenteil 16 und ein dem Fußplattenteil 16 gegenüberliegendes konkaves Abstützteil 17 bildet.
Der elastische Dämpfungsring 9 weist einen Halteschlitz 12 auf (vgl. insbesondere 3), der in seiner Breite vorgesehen und dazu bestimmt ist, das Fußplattenteil 16 der Feder 10 zur Spielbeseitigung aufzunehmen, wobei deren Abstützteil 17 elastisch gegen die Wand der Aufnahme 8 des Lagers 7 im Gehäuse 1 anliegt.
Der Ring 9 ermöglicht es, die Feder 10 zur Spielbeseitigung so am Führungslager 7 anzubringen und zu halten, daß ein Kontakt zwischen der Feder 10 und dem Lager 7 oder zwischen dem Lager 7 und dem Gehäuse 1 vermieden wird.
Die Feder 10 bringt über den Ring 9 eine Kraft auf das Lager 7 auf, so daß unter allen Umständen ein Kontakt am Eingriffspunkt zwischen der Schnecke 2 und dem Schneckenrad 3 aufrechterhalten wird.
Die Außenwand des Dämpfungsrings 9 weist mindestens zwei Rippen 15 zum Begrenzen eines Radialspiels J1 auf, die sich in der Breite des Dämpfungsrings 9 auf beiden Seiten des Halteschlitzes 12 erstrecken und gegenüber diesem jeweils um etwa 90° versetzt angeordnet sind (vgl. 4).
Eine Vielzahl von Einstellrippen 18, die sich ebenfalls in der Breite des Dämpfungsrings 9 erstrecken, sind derart über die Innenwand des Dämpfungsrings 9 verteilt, daß sie diesen in Bezug auf den Außenring des Lagers 7 führen.
Auf der Außenwand des Dämpfungsrings 9 vorgesehene Rippen 20 bilden Endanschläge für den Ring (bzw. die Lagerbuchse) 9.
Weitere Rippen 19 zum Begrenzen von Verlagerungen in einer anderen Richtung können durch das Aufformen von Elastomermaterial auf den Ring 9 hergestellt werden, wobei sie es dann ermöglichen, eine Dämpfungswirkung zu erzielen.
Der elastische Dämpfungsring 9 ermöglicht es somit, insbesondere mit Hilfe der Rippen 15, Verlagerungen der Schnecke 2 entlang verschiedener Achsen zu begrenzen, insbesondere in der seitlichen Richtung L und entlang der anderen Achsen als derjenigen, in der ein Aufbringen der Kraft (F) der Feder 10 zur Spielbeseitigung erfolgt.
5 zeigt eine andere Variante des Dämpfungsringes, wobei die Feder zur Spielbeseitigung eine Wendelfeder oder Schraubenfeder 110 ist, die auf einer Haltefläche 113 montiert ist, welche an der Außenwand des elastischen Dämpfungsrings 109 vorgesehen ist.
6 zeigt eine weitere Variante des Dämpfungsringes, wobei die Feder zur Spielbeseitigung ein aus Elastomermaterial gefertigter Block 210 ist, der auf einer an der Außenwand des Dämpfungsrings 209 vorgesehenen Haltefläche 213 montiert ist.
Die 7 bis 10 zeigen eine weitere Variante, bei der die Verringerung des Spiels mit einem torusförmigen Ring oder O-Ring 310 mit einem konstanten Querschnitt erfolgt, der in einer ringförmigen, in der Außenwand des Dämpfungsrings 309 umfangsmäßig ausgebildeten Haltenut 314 montiert ist.
Die Tiefe und die Breite der Haltenut 314 sind variabel, so daß der O-Ring 310 im oberen Teil deutlich aus der Nut 314 vorsteht und durch seine elastische Verformung die Verlagerungen des Lagers 7 in seiner Aufnahme 8 dampft.
Der Umstand, daß der O-Ring 310 in den Zonen U und H einen verschiedenen Überstand aufweist, ermöglicht es, ein Dämpfungssystem mit einer Steifigkeit zu erhalten, die gemäß den übertragenen Momenten und somit den Verlagerungen variabel ist.
Der Überstand dH ist nämlich derart ausgebildet, daß zwischen dem O-Ring 310 und der Bohrung 308 des Gehäuses 301 ein Spiel J3 auftritt. Wenn die übertragenen Momente dazu führen, daß die Verlagerungen der Lagerbuchse 309 dem Spiel J3 zumindest äquivalent sind, arbeitet das System daher mit einer Steifigkeit K2, und zwar über eine Verlagerungsstrecke C4 (siehe 7 und 10), an deren Ende eine Berührung zwischen den Rippen 320 stattfindet, welche die Endanschläge der Lagerbuchse 309 in der Bohrung 308 des Gehäuses 301 darstellen.

Claims

Mechanisches Untersetzungsgetriebe mit Schnecke (2) und Schneckenrad (3), das in einem Gehäuse (1) eine Schnecke (2) aufweist, die drehfest mit einem motorischen Antriebsorgan (4) koppelbar ist und drehbar in Führungslagern (5, 7) gelagert ist, welche in Aufnahmen (6, 8) mit einer im allgemeinen zylindrischen Form gelagert sind, die in dem Gehäuse (1) auf beiden Seiten der Schnecke (2) vorgesehen sind, wobei ein elastischer Dämpfungsring (9) um einen Außenring von einem (7) der Führungslager herum montiert ist, das sich gegenüber dem Antriebsorgan (4) befindet, wobei der elastische Dämpfungsring (9) eine Halteeinrichtung (12) zum Halten einer elastischen Einrichtung (10) zur Spielbeseitigung zwischen der Wand der Aufnahme (8) des gegenüber dem Antriebsorgan (4) befindlichen Führungslagers (7) und dem Außenring des Lagers (7) aufweist, wobei die elastische Einrichtung (10) zur Spielbeseitigung dazu vorgesehen ist, an einer vorgegebenen Stelle der Wand der Aufnahme (8) des Führungslagers (7) angeordnet zu werden, so daß sie über den Ring (9) eine Kraft (F) aufbringt, welche das Führungslager (7) in der Richtung (F) einer Verringerung eines Achsenabstands zwischen der Achse der Schnecke (2) und der Achse des Schneckenrades (3) drückt, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Einrichtung zur Spielbeseitigung eine Blattfeder (10) ist, die derart gebogen ist, daß sie ein im wesentlichen ebenes Fußplattenteil (16) sowie ein dem Fußplattenteil (16) gegenüber konkaves Abstützteil (17) bildet, und daß der elastische Dämpfungsring (9) einen in seiner Breite vorgesehenen Halteschlitz (12) aufweist, der dazu bestimmt ist, das Fußplattenteil (16) der Feder (10) zur Spielbeseitigung aufzunehmen, wobei deren Abstützteil (17) dazu dient, sich elastisch gegen die Wand der Aufnahme (8) des Lagers (7) in dem Gehäuse (1) anzulegen.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand des Dämpfungsrings (9) mindestens zwei vorspringende Verdickungen (15) zum Begrenzen eines Radialspiels (J1) aufweist, die auf beiden Seiten der Halteeinrichtung (12) der elastischen Einrichtung (10) zur Spielbeseitigung verteilt angeordnet sind.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Dämpfungsrings (9) eine Vielzahl von vorspringenden und symmetrisch verteilten Verdickungen (18) zur Einstellung aufweist.
Elektrische Servolenkungsanlage für ein Kraftfahrzeug, welche ein Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 aufweist, das zwischen einen elektrischen Servomotor und ein bewegliches Element der Lenkungsanlage geschaltet ist.