DE102008009293A1

DE102008009293A1 - Elektromechanische Lenkung

Info

Publication number: DE102008009293A1
Application number: DE200810009293
Authority: DE
Inventors: Marco Heine; Matthias Lakota
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-08-20

Abstract

Eine elektromechanische Lenkung umfasst ein Lenkgehäuse (1), eine Zahnstange (2), die sich durch das Lenkgehäuse erstreckt, einen Elektromotor (3) und ein Getriebe (4) zur Übersetzung eines Antriebsmoments des Elektromotors in eine Axialkraft an der Zahnstange. Das Getriebe (4) umfasst einen zweistufigen Zahnriementrieb, der eingangsseitig mit einer Ausgangswelle (5) des Elektromotors (3) und ausgangsseitig mit einer mit der Zahnstange (2) zusammenwirkenden Eingangswelle (6) des Lenkgehäuses (1) gekoppelt ist. Weiterhin wird ein Verfahren zum Zusammenbau der Lenkung angegeben. Die erfindungsgemäße Lenkung besitzt einen sehr einfachen, kompakten Aufbau und ermöglicht ein kostengünstiges elektrich unterstütztes Lenksystem mit Zahnriementrieb.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung, umfassend ein Lenkgehäuse, eine Zahnstange, die sich durch das Lenkgehäuse erstreckt, einen Elektromotor und ein Getriebe zur Übersetzung eines Antriebsmoments des Elektromotors in eine Axialkraft an der Zahnstange.
Derartige Lenkungen, bei denen mittels eines Elektromotors eine Lenkunterstützung erzeugt wird, sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Die Übertragung des Antriebsmoments des Elektromotors kann dabei mittels eines Zahnriemens erfolgen, wie dies aus der DE 103 53 161 A1 bekannt. Bei der bekannten Lenkung ist der Elektromotor achsparallel zur Zahnstange angeordnet. Der Zahnriemen koppelt eine Ausgangswelle des Elektromotors mit einer Kugelgewindemutter, welche mit einem an der Zahnstange ausgebildeten Gewindeabschnitt kämmt. Bei bisher gebräuchlichen elektrisch unterstützten Lenkungen mit Zahnriementrieb entstehen durch den Motor hohe Kosten, da dieser große Drehmomente aufbringen muss. Der Elektromotor weist zudem verhältnismäßig große Abmessungen auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, eine Lowcost-Lenkung zu schaffen, mit der ein ausreichendes Unterstützungsmoment bereitgestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine elektromechanische Lenkung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Lenkung umfasst das Getriebe zwischen dem Elektromotor und der Zahnstange einen zweistufigen Zahnriementrieb, der eingangsseitig mit einer Ausgangswelle des Elektromotors und ausgangsseitig mit einer mit der Zahnstange zusammenwirkenden Eingangswelle des Lenkgehäuses gekoppelt ist.
Hierdurch kann ein kleiner, kostengünstiger Elektromotor mit geringer Leistung eingesetzt werden. Das erforderliche Unterstützungsmoment wird über die doppelte Übersetzung erzeugt. Dies ermöglicht ein Lowcost-Konzept sowie eine verhältnismäßig kompakte Bauweise.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben. Ferner wird ein Verfahren zum Zusammenbau angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lenkung,
2 eine Ansicht von oben auf die Lenkung nach 1, wobei ein Deckel zur Abdeckung des Riementriebs nicht dargestellt ist,
3 eine Schnittansicht der Lagerung der Zwischenwelle der Lenkung, und in
4 eine Seitenansicht einer abgewandelten Bauform mit untenliegendem Riementrieb.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung für ein Kraftfahrzeug. Die Lenkung umfasst ein Lenkgehäuse 1, durch das sich eine Zahnstange 2 erstreckt. An der Zahnstange 2 greift ein hier nicht näher dargestelltes Lenkungsritzel an, um einen vom Fahrer aufgebrachten Lenkbefehl an die Fahrzeugräder zu übertragen.
Weiterhin umfasst die Lenkung einen Elektromotor 3 zur Erzeugung einer Lenkunterstützung. Das Antriebsmoment des Elektromotors 3 wird über ein nachfolgend näher erläutertes Getriebe 4 als axiale Hilfskraft an der Zahnstange 2 zur Wirkung gebracht. Der Elektromotor 3 weist eine Ausgangswelle 5 auf, die quer zur Längsachse A der Zahnstange 2 verläuft und gegenüber der Zahnstange 2 radial versetzt ist. Vorzugsweise ist der Elektromotor 3 im Lenkgehäuse 1 aufgenommen. Es ist jedoch auch möglich, den Elektromotor 3 an einer Außenseite des Lenkgehäuses 1 anzuflanschen.
Das Getriebe 4 der Lenkung umfasst einen zweistufigen Zahnriementrieb, der eingangsseitig mit der Ausgangswelle 5 des Elektromotors 3 und ausgangsseitig mit einer mit der Zahnstange 2 zusammenwirkenden Eingangswelle 6 des Lenkgehäuses 1 gekoppelt ist. Über die Eingangswelle 6 wird zudem das Handmoment des Fahrers an der Zahnstange 2 zur Wirkung gebracht.
Der Zahnriementrieb weist eine erste Getriebestufe mit einem ersten kleineren Zahnriemenrad 7 an der Ausgangswelle 5 des Motors 3 und einem ersten größeren Zahnriemenrad 8 an einer Zwischenwelle 9 auf, welche über einen ersten Zahnriemen 10 gekoppelt sind. Die Zwischenwelle 9 ist ihrerseits drehbar am Lenkgehäuse 1 gelagert. Weiterhin weist der Riementrieb eine zweite Getriebestufe mit einem zweiten kleineren Zahnriemenrad 11 an der Zwischenwelle 9 und einem zweiten größeren Zahnriemenrad 12 an der Eingangswelle 6 des Lenkgehäuses 1 auf, die über einen zweiten Zahnriemen 13 gekoppelt sind. Die Zahnriemenräder 8 und 11 der Zwischenwelle 9 sind dabei drehfest miteinander gekoppelt. Wegen der um die Eingangswelle 6 angeordneten Drehmomentmesseinheit 14 und der Anordnung des zweiten größeren Zahnriemenrads 11 an der Eingangswelle 6 ist die erste Getriebestufe bezogen auf die Radialrichtung der Zahnstange 2 zwischen der zweiten Getriebestufe und dem Lenkgehäuse 1 angeordnet. Aufgrund der zweistufigen Übersetzung kann mit einem verhältnismäßig kleinen Elektromotor 3 ein ausreichendes Unterstützungsmoment erzeugt werden.
3 zeigt die Lagerung der Zwischenwelle 9 des Riementriebs an dem Lenkgehäuse 1. Letzteres bildet eine Aufnahmeöffnung 15 zur stehenden Aufnahme eines Endabschnitts der Zwischenwelle 9 aus. Die Abstützung im Lenkgehäuse 1 erfolgt über zwei axial voneinander beabstandete Lager 16, während die Zahnriemenräder 8 und 11 in prinzipiell beliebiger Art und Weise am freien Endabschnitt fliegend angeordnet sind.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Zahnriemenräder 8 und 11 zu einem einstückigen Verbundbauteil zusammengefasst. Dabei ist zwischen der Zwischenwelle 9 und dem Verbundbauteil ein Zentriersitz 17 vorgesehen. Die Zwischenwelle 9 bildet einen Flanschabschnitt 18 aus, an dem eine Übergangsscheibe 19, welche die Zahnriemenräder 8 und 11 miteinander verbindet, befestigt ist. Das Verbundbauteil ist hier auf die Zwischenwelle 9 aufgesteckt und mit dem Flanschabschnitt 18 verschraubt. Jedoch können ein Verbundzahnriemenrad oder separate Zahnriemenräder 8 und 11 auch auf andere Art und Weise an der Zwischenwelle 9 befestigt werden.
Die Verzahnungsgeometrie ist an allen Zahnriemenrädern gleich. Bevorzugt wird eine Geradverzahnung eingesetzt, welche die Montage der Zahnriemen 10 und 13 begünstigt. Jedoch ist grundsätzlich auch eine Schrägverzahnung möglich.
Um ein Verrutschen der Zahnriemen 10 und 13 auszuschließen, sind zumindest einige der Zahnriemenräder mit Bordscheiben versehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das größere Zahnriemenrad 8 der ersten Getriebestufe an seiner zum Lenkgehäuse 1 weisenden Seite eine Bordscheibe 20 auf, die entweder integral mit dem Zahnriemenrad 8 ausgebildet oder an diesem befestigt ist. Weitere Bordscheiben 21 sind an den kleineren Zahnriemenrädern 7 und 11 befestigt. Damit die Zahnriemen 10 und 13 auf die bereits montierten Zahnriemenräder aufgeschoben werden können, sind die an der vom Lenkgehäuse 1 abgewandten Seite angeordneten Bordscheiben 21 als separate Elemente ausgeführt, welche nach der Montage der Riemen befestigt werden. Die Bordscheiben 21 können beispielsweise wie die in der DE 10 2005 018 581 A1 beschrieben ausgeführt sein.
Weiterhin können beide Getriebestufen mit gleichem Übersetzungsverhältnis und gleichem Achsabstand a ausgeführt werden, so dass beide mit gleichen Zahnriemen bestückt werden können.
Im Hinblick auf eine Lowcost-Gestaltung sind die Eingangswelle 6 des Lenkgehäuses 1, die Zwischenwelle 9 des Riementriebs und die Ausgangswelle 5 des Elektromotors 3 mit festen Achsabständen ausgeführt, das heißt frei von Einstellmitteln zur Variation des Achsabstands. Hierdurch wird eine besonders kompakte Bauweise erzielt. Durch das Prinzip der Auswahlpassung können gleichwohl enge Toleranzen für die Riemenkräfte eingehalten werden. Die Montage der Riemen 10 und 13 kann dabei wie in der Patentanmeldung der Anmelderin mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zur Montage eines Zahnriemens an einem Riementrieb" erfolgen.
Wie insbesondere 2 entnommen werden kann, liegen die Ausgangswelle 5 des Elektromotors 3, die Eingangswelle 6 des Lenkgehäuses 1 und die Zwischenwelle 9 des Riementriebs in einer Ebene E. Hierdurch heben sich die Trumkräfte F_Trum1 und F_Trum2 der einzelnen Getriebestufen des Riementriebs weitestgehend auf. Lediglich die unterschiedlichen Hebellängen, welche aus dem axialen Versatz der Zahnriemenrädern 8 und 11 an der Zwischenwelle 9 resultieren, erzeugen eine Querkraft. Diese ist jedoch verhältnismäßig gering. Deshalb kann die Zwischenwelle 9 sowie die zugehörige Lagerung entsprechend klein und günstig ausgeführt werden.
Der gesamte Riementrieb ist außerhalb des Lenkgehäuses 1 angeordnet und durch einen an dem Lenkgehäuse 1 befestigten Deckel 23 geschützt, welcher dicht gegen das Lenkgehäuse 1 abschließt. Die Anordnung der Unterstützungseinheit aus dem Elektromotor 3 und dem Riementrieb kann bezogen auf die Einbaulage der Lenkung prinzipiell beliebig zur Lage der Zahnstange 2 erfolgen. Vorzugsweise ist der Riementrieb in Einbaulage der Lenkung jedoch entweder über oder unter dem Lenkgehäuse 1 und dem Elektromotor 3 angeordnet. Ein für den Elektromotor 3 erforderliches Steuergerät 22 kann im Lenkgehäuse 1 untergebracht werden Dieses sitzt vorzugsweise auf der dem Riementrieb gegenüberliegenden Seite des Lenkgehäuses 1.
Die vorstehend erläuterte Lowcost-Lenkung mit Zahnriementrieb wird wie folgt zusammengebaut. Zunächst werden der Elektromotor 3, das Steuergerät 22 und die Zwischenwelle 9 am Lenkgehäuse 1 montiert. Dabei können die Zahnriemenräder 7, 8 und 11 bereits an der Ausgangswelle 5 und der Zwischenwelle 9 befestigt sein. Es ist jedoch auch möglich, die Zahnriemenräder erst nach der Montage der Wellen 5, 6 und 9 an diesen zu befestigen.
Anschließend werden die Achsabstände der Wellen 5, 6 und 9 exakt ermittelt und geeignete Zahnriemen ausgewählt, welche nach Toleranzklassen vorsortiert sind. Die ausgewählten Riemen werden dann nacheinander an der ersten und zweiten Getriebestufe montiert. Dies kann mittels einer Montagevorrichtung erfolgen, welche in ihrem Achsabstand verstellbare Montagescheiben aufweist. Der entsprechende Zahnriemen wird an den in ihrem Achsabstand verstellbaren Montagescheiben montiert. Die Montagescheiben mit dem aufgelegten Zahnriemen werden dann zu den Riemenscheiben der Getriebestufe ausgerichtet. Anschließend wird der Zahnriemen auf die Riemenscheiben des Riementriebs hinübergeschoben. Durch die Möglichkeit, den Achsabstand zwischen den werkzeugseitigen Montagescheiben zu verringern, lässt sich ein Zahnriemen schnell und problemlos auf diese auflegen. Der Zahnriemen kann dann an den Montagescheiben in eine der Einbausituation entsprechende Position gebracht und in dieser auf den Riementrieb überführt werden. Zur Erleichterung der Überführung des Riemens ist die Verzahnung der Montagescheiben mit einem geringfügigen Übermaß ausgeführt, so dass beim Hinüberschieben ein Verhaken des Riemens ausgeschlossen ist.
Nach erfolgter Montage der Riemen wird gegebenenfalls eine Kontrollmessung der Riementrumkraft vorgenommen, um eine korrekte Riemenspannung zu gewährleisten und bei einem etwaigen Auftreten von Abweichungen Gegenmaßnahmen zu treffen.
Wird die Riemenspannung für korrekt befunden, werden anschließend die Bordscheiben 21 montiert. Abschließend erfolgt die Montage des Deckels 23.
Die erfindungsgemäße Lenkung besitzt einen sehr einfachen, kompakten Aufbau und ermöglicht ein kostengünstiges elektrisch unterstütztes Lenksystem mit Zahnriementrieb.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen.

1: Lenkgehäuse
2: Zahnstange
3: Elektromotor
4: Getriebe
5: Ausgangswelle des Elektromotors
6: Eingangswelle des Lenkgehäuses
7: kleineres Zahnriemenrad der ersten Getriebestufe
8: größeres Zahnriemenrad der ersten Getriebestufe
9: Zwischenwelle
10: Zahnriemen der ersten Getriebestufe
11: kleineres Zahnriemenrad der zweiten Getriebestufe
12: größeres Zahnriemenrad der zweiten Getriebestufe
13: Zahnriemen der zweiten Getriebestufe
14: Drehmomentmesseinheit
15: Ausnehmung
16: Lager
17: Zentriersitz
18: Flanschabschnitt
19: Übergangsscheibe
20: Bordscheibe
21: Bordscheibe
22: Steuergerät
23: Deckel
A: Längsachse der Zahnstange
E: Ebene
a: Achsabstand

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 10353161 A1 [0002]
- DE 102005018581 A1 [0019]

Claims

Elektromechanische Lenkung, umfassend: ein Lenkgehäuse (1), eine Zahnstange (2), die sich durch das Lenkgehäuse erstreckt, einen Elektromotor (3), und ein Getriebe (4) zur Übersetzung eines Antriebsmoments des Elektromotors in eine Axialkraft an der Zahnstange, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe einen zweistufigen Zahnriementrieb umfasst, der eingangsseitig mit einer Ausgangswelle (5) des Elektromotors (3) und ausgangsseitig mit einer mit der Zahnstange (2) zusammenwirkenden Eingangswelle (6) des Lenkgehäuses (1) gekoppelt ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (5) des Elektromotors (3) quer zur Längsachse (A) der Zahnstange (2) verläuft.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (5) des Elektromotors (3), die Eingangswelle (6) des Lenkgehäuses (1) und eine Zwischenwelle (9) des Riementriebs in einer Ebene (E) liegen.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (9) des Riementriebs am Lenkgehäuse (1) gelagert ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Riementrieb außerhalb des Lenkgehäuses (1) angeordnet ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) in dem Lenkgehäuse (1) angeordnet ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Getriebestufen des Zahnriementriebs mit gleichen Zahnriemen (10, 13) bestückt sind.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein kleineres Zahnriemenrad (7) an der Ausgangswelle (5) des Motors (3) mit einem größeren Zahnriemenrad (8) an der Zwischenwelle (9) über einen ersten Zahnriemen (10) gekoppelt ist, und ein kleineres Zahnriemenrad (11) an der Zwischenwelle (9) mit einem größeren Zahnriemenrad (12) an der Eingangswelle (6) des Lenkgehäuses (1) über einen zweiten Zahnriemen (13) gekoppelt ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das kleinere Zahnriemenrad (11) und das größere Zahnriemenrad (8) der Zwischenwelle (9) ein einstückiges Verbundbauteil bilden.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbund-Zahnriemenrad an der Zwischenwelle (9) zentriert ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Lenkgehäuse (1) abgewandten Seite eines oder mehrere Zahnriemenräder (7, 8, 11) eine Bordscheibe (20, 21) befestigt ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (6) des Lenkgehäuses (1), die Zwischenwelle (9) des Riementriebs und die Ausgangswelle (5) des Elektromotors (3) feste Achsabstände aufweisen und frei von Einstellmitteln sind.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Riementrieb durch einen an dem Lenkgehäuse (1) befestigten Deckel (23) abgedeckt ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (6) des Lenkgehäuses (1) mit einer Lenksäule gekoppelt ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Riementrieb in Einbaulage der Lenkung über dem Lenkgehäuse (1) und dem Elektromotor (3) angeordnet ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Riementrieb in Einbaulage der Lenkung unter dem Lenkgehäuse (1) und dem Elektromotor (3) angeordnet ist.
Verfahren zum Zusammenbau einer elektromechanischen Lenkung mit einem Lenkgehäuse (1) und einer Zahnstange (2), die sich durch das Lenkgehäuse erstreckt, einem Elektromotor (3) und einem zweistufigen Zahnriementrieb, der eingangsseitig mit einer Ausgangswelle (5) des Elektromotors (3) und ausgangsseitig mit einer mit der Zahnstange (2) zusammenwirkenden Eingangswelle (6) des Lenkgehäuses (1) gekoppelt ist, umfassend folgende Schritte: Montieren des Elektromotors (3) und der Zwischenwelle (9) am Lenkgehäuse (1), Ermittlungen der Achsabstände zwischen den Wellen (5, 6, 9), Bereitstellung von Zahnriemen (10, 13) in Abhängigkeit der ermittelten Achsabstände und Montieren derselben an den beiden Stufen des Zahnriementriebs, und Montage von Bordscheiben (21) an allen oder ausgewählten Zahnriemenrädern (7, 11) an der vom Lenkgehäuse (1) wegweisenden Seite derselben.
Verfahren zum Zusammenbau einer elektromechanischen Lenkung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Montage der Bordscheiben (21) eine Kontrollmessungen der Riementrumkraft erfolgt.