DE102009016212A1

DE102009016212A1 - Elektromechanische Lenkung mit koaxialem Motor

Info

Publication number: DE102009016212A1
Application number: DE102009016212A
Authority: DE
Inventors: Christian Schillak; Marian Dylla
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-04-04
Also published as: DE102009016212B4

Abstract

Eine elektromechanische Lenkung umfasst ein Lenkgetriebegehäuse (2), eine Lenkstange (3), die sich durch das Lenkgetriebegehäuse (2) erstreckt, eine Antriebseinheit (8) mit einer Kugelgewindemutter (9), die mit der Lenkstange (3) in Eingriff steht, und einen koaxial zu der Lenkstange (3) angeordneten Elektromotor (7) mit einem Stator (13) und einem Rotor (14). Der Rotor (14) ist an der Antriebseinheit (8) und der Stator (13) an dem Lenkgetriebegehäuse (2) angeordnet. Die Antriebseinheit (8) ist axial in das Lenkgetriebegehäuse (9) einschiebbar. An einem Endabschnitt (15) der Antriebseinheit (8) ist ein Stützring (19) angeordnet, dessen Außendntspricht. Dies ermöglicht eine sichere Zusammenführung der am Lenkgetriebegehäuse und der Antriebseinheit bereits vormontierten Komponenten des Elektromotors. Die erfindungsgemäße Lösung ist kostengünstig und prozesssicher. Sie beeinträchtigt das Gesamtgewicht der Lenkung minimal und stört das Betriebsverhalten nicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung, umfassend ein Lenkgetriebegehäuse, eine Lenkstange, die sich durch das Lenkgetriebegehäuse erstreckt, eine Antriebseinheit mit einer Kugelgewindemutter, die mit der Lenkstange in Eingriff steht, und einen koaxial zu der Lenkstange angeordneten Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator. Dabei sind der Rotor an der Antriebseinheit und der Stator an dem Lenkgetriebegehäuse angeordnet. Zudem ist die Antriebseinheit axial in das Lenkgetriebegehäuse einschiebbar.
Lenkungen dieser Bauart sind unter anderem aus der EP 0 963 900 A1 , der DE 102 23 863 A1 und der DE 103 36 856 A1 bekannt. Bei derartigen Lenkungen wird das Antriebsmoment des Elektromotors über einen Kugelgewindetrieb an der Lenkstange zur Wirkung gebracht, welche über Spurstangen mit den Fahrzeugrädern gekoppelt ist, um den Fahrer eines Kraftfahrzeugs beim Lenken zu unterstützen, aktive Lenkungseingriffe vorzunehmen oder im Fall einer fehlenden mechanischen Kopplung zwischen einem Lenkrad und der Lenkstange vom Fahrer vorgegebene Lenkbefehle in entsprechende Axialbewegungen der Lenkstange umzusetzen.
Bei der Montage von Lenkungen mit koaxialem Motor, bei denen Rotor und Stator des Elektromotors separat voneinander am Lenkgetriebegehäuse sowie einer in dieses einzuschiebenden Einheit montiert werden, besteht das Problem der Beschädigung von Rotor und Stator. Aufgrund der engen Toleranzen der Baugruppen „Lenkgetriebegehäuse” und „Antriebseinheit” und der hohen Kräfte infolge des Magnetfelds kann ein Anschlagen der Rotorblechpakete am Stator nicht ausgeschlossen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, montagebedingte Beschädigung von Rotor und Stator zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch eine elektromechanische Lenkung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenkung zeichnet sich dadurch aus, dass an einem Endabschnitt der Antriebseinheit ein Stützring angeordnet ist, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Stators, jedoch größer als der Außendurchmesser des Rotors ist.
Dies ermöglicht auf überraschend einfache Art und Weise eine sichere Zusammenführung der am Lenkgetriebegehäuse und der Antriebseinheit bereits vormontierten Komponenten des Elektromotors.
Die erfindungsgemäße Lösung beeinträchtigt das Gesamtgewicht der Lenkung minimal. Zudem ist der Stützring im zusammengebauten Zustand der Lenkung ohne Wirkung. Er stört das Betriebsverhalten der Lenkung nicht.
Die erfindungsgemäße Lösung ist zudem kostengünstig und prozesssicher.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer elektromechanischen Lenkung nach der Erfindung,
2 eine Längsschnitt der Lenkung im betriebsfertigen Zustand,
3 eine Längsschnitt der Lenkung während des Zusammenführens der Antriebseinheit mit dem Lenkgetriebegehäuse, und in
4 eine Schnittansicht eines Stützrings.
Das Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 zeigt eine elektromechanische Fahrzeuglenkung 1, die hier beispielhaft als Zahnstangenlenkung mit Hilfsantrieb für ein Personkraftfahrzeug ausgebildet ist.
Die Fahrzeuglenkung 1 umfasst ein Lenkgetriebegehäuse 2, durch das sich eine Lenkstange 3 erstreckt. An den Enden der Lenkstange 3 ist jeweils eine zu einem lenkbaren Fahrzeugrad führende Spurstange 4 über ein Spurstangengelenk 5 angeschlossen.
In das Lenkgetriebegehäuse 2 leitet eine Lenksäule 6, die mit einem Lenkrad verbunden ist. Die Lenksäule 6 weist ein Ritzel auf, das innerhalb des Lenkgetriebegehäuses 2 mit einem verzahnten Abschnitt der Lenkstange 3 kämmt, um einen vom Fahrer am Lenkrad aufgebrachten Lenkbefehl in eine Axialbewegung der Lenkstange 3 umzusetzen.
Weiterhin ist ein Elektromotor 7 vorgesehen, der koaxial um die Lenkstange 3 angeordnet ist. Der Elektromotor 7 ist in dem Lenkgetriebegehäuse 2 aufgenommen und an diesem abgestützt. Über den Elektromotor 7 kann an der Lenkstange 3 eine Hilfskraft bereitgestellt werden, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen. Bei einem Ausfall der elektrischen Lenkkraftunterstützung kann das Fahrzeug weiterhin manuell gelenkt werden. In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist es möglich, einen fahrerseitigen Lenkbefehl bzw. die Stellung des Lenkrads ausschließlich mittels Sensoren zu erfassen und die erfassten Stellungsinformationen, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Steuereinrichtung, zur Ansteuerung des Elektromotors 7 zu verwenden.
Die Fahrzeuglenkung umfasst weiterhin eine Antriebseinheit 8 mit einer Kugelgewindemutter 9, die mit der Lenkstange 3 in Eingriff steht. Über die Kugelgewindemutter 9 wird ein Antriebsmoment des Elektromotors 7 in eine Axialkraft an der Lenkstange 3 übersetzt. Die Kugelgewindemutter 9 ist an ihrem Innenumfang mit einem Kugelgewindeabschnitt 10 versehen, welcher über nicht näher dargestellte Kugeln mit einem Kugelgewindeabschnitt 11 der Lenkstange 3 kämmt. Bei einer Rotation der Kugelgewindemutter 9 wird folglich die Lenkstange 3 axial verschoben. Anstelle einer Kugelgewindemutter 9 kann alternativ auch eine Rollengewindemutter vorgesehen sein.
Der Elektromotor 7 weist einen an einer Hohlwelle 12 der Antriebseinheit 8 angeordneten Rotor 14 sowie einen um diesen angeordneten Stator 13 auf. Während der Stator 13 im Lenkgetriebegehäuse 2 axial und drehfest abgestützt ist, weist der Rotor 14 einen Drehfreiheitsgrad auf. Hierzu ist die Hohlwelle 12 an zwei axial voneinander beabstandeten Endabschnitten 15 und 16, die beidseits axial aus dem Stator 13 hinausragen, über jeweils ein Lager 17 bzw. 18 im Lenkgetriebegehäuse 2 drehbar gelagert. Wie 2 zeigt, sind die Lager 17 und 18, die vorzugsweise als Wälzlager ausgeführt sind, axial zu beiden Seiten des Elektromotors 7 bzw. Stators 13 angeordnet.
Bei der Montage bildet das Lenkgetriebegehäuse 2 mit dem Stator 13 und dem Lager 17 eine Baueinheit, in die die Antriebseinheit 8, welche unter anderem die Kugelgewindemutter 9, die mit dieser lösbar verbundene Hohlwelle 12 sowie den Rotor 14 des Elektromotors 7 und das einschubseitige Lager 18 umfasst, axial eingeschoben wird.
An dem zuerst einzuschiebenden Endabschnitt 15 der Antriebseinheit 8 ist ein fester bzw. harter Stützring 19 angeordnet, der in 4 näher dargestellt ist. Der Außendurchmesser des Stützrings 19 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Stators 13, so dass beim Zusammenführen des Lenkgetriebegehäuses 2 mit der Antriebseinheit 8 letztere über den Stützring 19 im Stator 13 des Elektromotors 7 geleitet wird und somit nicht Verkanten kann. Die Antriebseinheit 8 bzw. der Deckel 20 werden beim Zusammenführen koaxial zum Lenkgetriebegehäuse 2 geführt. Hierdurch wird eine versehentliche Beschädigung des Elektromotors 7 während der Montage verhindert.
Wie 4 zeigt, wird zur Ermöglichung eines sauberen Zusammenführens der Stützring 19 an seinem Außenumfang mit einer ringförmigen Erhebung 20 sowie an diese angrenzenden Fasen 20 ausgebildet. Vorzugsweise ist der Stützring 19 aus einem Kunststoff, insbesondere Hartkunststoff, gefertigt, der sich durch eine ausreichende Abriebfestigkeit auszeichnet.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stützring 19 auf den zuerst einzuschiebenden Endabschnitt 15 der Antriebseinheit 8 aufgepresst. Er grenzt axial unmittelbar an den Rotor 14 an. Zudem ist der Stützring 19 derart positioniert, dass sich dieser im zusammengebauten Zustand der Lenkung 1 außer Eingriff mit dem Stator 13 des Elektromotors 7 befindet.
Der Endabschnitt 15 kann soweit über den Stützring 19 verlängert sein, dass dieser bei der Montage mit dem Innenring des inneren Lagers 17 in Eingriff gelangt, bevor der Stützring 19 den Stator 13 verlässt.
Das einschubseitige Lager 18 weist einen Außenring 22 auf, der gleichzeitig als Gehäusedeckel des Lenkgetriebegehäuses 2 dient, um eine axiale Öffnung 23 desselben zu verschließen. Alternativ kann der Außenring auch an einem Gehäusedeckel festgelegt sein. Der Gehäusedeckel und das Lenkgetriebegehäuse 2 sind abschnittsweise aneinander axial geführt. Wie 4 zeigt, kann hierzu an dem Gehäusedeckel bzw. dem Außenring 23 ein Zentrierabsatz 24 ausgebildet sein, der in die Öffnung 23 eingreift.
Analog können der Innenring 25 des Wälzlagers 18 und die Kugelgewindemutter 9 in einem Stück hergestellt sein.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen.

1: elektromechanische Fahrzeuglenkung
2: Lenkgetriebegehäuse
3: Lenkstange
4: Spurstange
5: Spurstangengelenk
6: Lenksäule
7: Elektromotor
8: Antriebseinheit
9: Kugelgewindemutter
10: Kugelgewindeabschnitt
11: Kugelgewindeabschnitt
12: Hohlwelle
13: Statur
14: Rotor
15: erster axialer Endabschnitt
16: zweiter axialer Endabschnitt
17: inneres Lager
18: einschubseitiges Lager
19: Stützring
20: Erhebung
21: Fase
22: Außenring
23: axiale Öffnung
24: Zentrierabsatz
25: Innenring

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

- EP 0963900 A1 [0002]
- DE 10223863 A1 [0002]
- DE 10336856 A1 [0002]

Claims

Elektromechanische Lenkung, umfassend: ein Lenkgetriebegehäuse (2), eine Lenkstange (3), die sich durch das Lenkgetriebegehäuse (2) erstreckt, eine Antriebseinheit (8) mit einer Kugelgewindemutter (9), die mit der Lenkstange (3) in Eingriff steht, und einen koaxial zu der Lenkstange (3) angeordneten Elektromotor (7) mit einem Statur (13) und einem Rotor (14), wobei der Rotor (14) an der Antriebseinheit (8) und der Statur (13) an dem Lenkgetriebegehäuse (2) angeordnet ist, und die Antriebseinheit (8) axial in das Lenkgetriebegehäuse (9) einschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Endabschnitt (15) der Antriebseinheit (8) ein Stützring (19) angeordnet ist, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Stators (13), jedoch größer als der Außendurchmesser des Rotors (14) ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (19) aus einem Kunststoff gefertigt ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (19) auf den Endabschnitt (15) der Antriebseinheit (8) aufgepresst ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (19) unmittelbar an den Rotor (14) des Elektromotors angrenzt.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) und der Stützring (19) an einer Hohlwelle (12) befestigt sind.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (19) an seinem Außenumfang eine ringförmige Erhebung (20) mit Fasen (21) ausbildet.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (19) derart positioniert ist, dass dieser im zusammengebauten Zustand der Lenkung außer Eingriff mit dem Stator (13) des Elektromotors (7) ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (8) ein Wälzlager (18) aufweist, dessen Außenring (22) an einem Gehäusedeckel festgelegt oder als Gehäusedeckel ausgebildet ist, der Gehäusedeckel eine axiale Öffnung (23) des Lenkgetriebegehäuses (2) verschließt und der Gehäusedeckel und das Lenkgetriebegehäuse (2) abschnittsweise aneinander axial geführt sind.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (25) des Wälzlagers (18) und die Kugelgewindemutter (9) in einem Stück hergestellt sind.