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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
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Eine Lenkung umfassend ein Lenkungsgehäuse, eine Lenkstange, die sich durch das Lenkungsgehäuse erstreckt, einen Elektromotor mit einer Motorwelle, die achsparallel zur Lenkstange angeordnet ist, und ein Getriebe, über das eine Drehbewegung des Motors in eine Axialbewegung der Lenkstange übersetzt wird, wobei die Motorwelle die Eingangswelle des Getriebes bildet und lediglich durch ein erstes motorseitiges Lager und ein zweites getriebeseitiges Lager gelagert ist, ist aus
DE 10 2004 007 354 A1 bekannt. Hierbei sitzt das Getriebe unmittelbar neben dem Elektromotor, wodurch eine stabile Lagerung der Motorwelle gewährleistet werden kann, so dass sich Rotor und Stator des Elektromotors nicht berühren. Beide Lager der Motorwelle sind an einem Motorgehäuse zentriert.
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Muss das das Getriebe in größerem Abstand zu dem Elektromotor angeordnet werden, können beide Lager nicht mehr im Motorgehäuse untergebracht werden, da ansonsten die Biegekräfte, welche aus dem Angriff des Getriebes an der Motorwelle entstehen, nicht mehr vernünftig abgestützt werden können. Es muss daher ein Lager nahe dem Getriebe und außerhalb des Motors angeordnet werden. Dabei besteht jedoch die Gefahr, dass aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten sowie aufgrund etwaiger Durchbiegungen der Motorwelle beim Transport Rotor und Stator gegeneinander schlagen und beschädigt werden. Eine solche gattungsgemäße Lenkung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist aus
DE 689 03 095 T2 bekannt. Die Zentrierung erfolgt hier über mehrere Bauteile hinweg und ist dementsprechend ungenau.
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Dem ließe sich durch eine steifere Welle entgegenwirken, was jedoch zu einem höheren Bauteilgewicht und größeren Abmessungen führen würde.
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Ferner wäre es möglich, die Welle in beispielsweise zwei Teilwellen aufzuteilen, welche separat gelagert und durch eine Ausgleichskupplung miteinander verbunden werden. Eine solche Lösung ist jedoch fertigungs- und montagetechnisch aufwändig.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Lenkung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der trotz vergrößertem Abstand von Getriebe und Motor mit geringem Aufwand eine Beschädigung von Rotor und Stator vermieden werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lenkung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Hierdurch kann eine lange, einstückige Welle zum Einsatz kommen, welche einenends den Rotor des Motors darstellt und anderenends die Eingangswelle des Getriebes bildet. Eine Aufteilung in zwei separate Teilwellen sowie deren Kupplung durch eine Ausgleichskupplung ist in diesem Fall nicht erforderlich. Vielmehr wird durch die erfindungsgemäße Zentrierung über das Lenkungsgehäuse eine toleranzgünstige Konfiguration erzielt, welche nicht nur eine Berührung zwischen Rotor und Stator verhindert, sondern zusätzlich eine exakte Führung des Rotors zum Stator gewährleistet.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass eine Vorprüfung des Elektromotors bereits lieferantenseitig über eine Vorrichtung, welche das getriebeseitige Lager aufnimmt, erfolgen kann.
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Durch den Radialanschlag für die Motorwelle kann die Transportsicherheit im Hinblick auf ein Vermeiden eines Anschlages des Rotors gegen den Stator weiter verbessert werden. Der Radialanschlag ist dabei so angeordnet, dass ein Dauerkontakt unterbleibt, um Reibung zu vermeiden. Eine zu große Durchbiegung der Motorwelle, welche zu einem Anschlagen des Rotors gegen den Stator führen würde, wird jedoch zuverlässig unterbunden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
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Wird der Stator unmittelbar in das Lenkungsgehäuse eingebaut, erfolgte die Zentrierung des motorseitigen Lagers unmittelbar am Lenkungsgehäuse. Vorzugsweise ist der Elektromotor jedoch als Baueinheit ausgeführt, die eigens am Lenkungsgehäuse montiert wird. In diesem Fall ist es von Vorteil, die Zentrierung des motorseitigen Lagers am Lenkungsgehäuse über ein Motorgehäuse vorzunehmen, wobei das motorseitige Lager am Motorgehäuse und das Motorgehäuse am Lenkungsgehäuse zentriert sind.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das getriebeseitige Lager ein Loslager und das motorseitige Lager ein Festlager. Dies erleichtert die Montage am Lenkungsgehäuse insbesondere dann, wenn der Elektromotor einschließlich Motorwelle als Baueinheit zur Verfügung gestellt wird.
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Weiterhin können das getriebeseitige Lager und der Motor durch einen rohrförmigen Abschnitt des Lenkungsgehäuses, welcher gegenüber dem Querschnitt des Motors verjüngt ist, voneinander beabstandet sein. Insbesondere bei rechtsgelenken Fahrzeugen bietet sich eine solche Bauweise zur Bereitstellung eines Abstands zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe an.
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Der Radialanschlag kann beispielsweise sehr einfach durch einen Wandabschnitt des Motorgehäuses gebildet werden.
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Ferner ist es möglich, als Radialanschlag einen Stützring vorzusehen, der beispielsweise am Motorgehäuse oder am Lenkungsgehäuse festgelegt ist.
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Die Funktion des Radialanschlags bzw. Stützrings kann zum Beispiel auch durch einen Kunststoffring zwischen Rotor und Stator übernommen werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Radialanschlag zwischen dem getriebeseitigen Lager und dem motorseitigen Lager angeordnet, wodurch sich aufgrund des großen Abstands der Lager für die Führung der Motorwelle günstige Hebelverhältnis ergeben und gleichzeitig etwaigen Durchbiegungen der Motorwelle effizient begegnet wird.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Motorgehäuse ein Statorgehäuse mit einem an diesem befestigten Stator und einen Motorschild, welcher das Statorgehäuse axial verschließt. Vorzugsweise ist in diesem Fall das Statorgehäuse am Lenkungsgehäuse zentriert.
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Das Motorgehäuse kann beispielsweise mit dem Statorgehäuse in das Lenkungsgehäuse eingesteckt sein, wobei die Befestigung sehr einfach durch Warmfügen erfolgen kann. Der Motorschild steht dabei über das Lenkungsgehäuse hinaus. Er ist seinerseits zum Statorgehäuse zentriert.
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Bevorzugt sind der Radialanschlag am Statorgehäuse und das motorseitige Lager am Motorschild vorgesehen. Es ist doch auch möglich, den Radialanschlag am Motorschild und das motorseitige Lager am Statorgehäuse anzuordnen.
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Zur Herstellung eines konzentrischen Sitzes des Motors und des getriebeseitigen Lagers ist das Lenkungsgehäuse derart konfiguriert, dass der Motorsitz und die Lageraufnahme in einer Aufspannung am Lenkungsgehäuse herstellbar sind. Vorzugsweise sind Motorsitz und Lageraufnahme an einem einstückigen Bauteil des Lenkungsgehäuses ausgebildet, so dass Montagetoleranzen, welche die Ausrichtung von Motor und getriebeseitigem Lager beeinträchtigen könnten, ausgeschaltet sind.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine Längsschnittansicht durch eine elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei lediglich die Anordnung des Elektromotors und dessen Ankopplung an ein Getriebe näher dargestellt sind,
- 2 eine Längsschnittansicht durch eine elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, und in
- 3 eine Längsschnittansicht durch eine elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Die nachfolgend näher erläuterten Ausführungsbeispiele beziehen sich jeweils auf eine elektromechanische Fahrzeuglenkung 1, die hier beispielhaft als Zahnstangenlenkung für ein Personkraftfahrzeug ausgebildet ist. Die Fahrzeuglenkung 1 umfasst ein Lenkungsgehäuse 2, durch das sich eine Lenkstange 3 erstreckt. An den Enden der Lenkstange 3 ist jeweils eine zu einem lenkbaren Fahrzeugrad führende Spurstange über ein Spurstangengelenk angeschlossen. An der Lenkstange 3 greift ein nicht näher dargestelltes Lenkungsritzel an, um einen vom Fahrer aufgebrachten Lenkbefehl an die Fahrzeugräder zu übertragen. Weiterhin ist in dem Lenkungsgehäuse 2 achsparallel zu der Lenkstange 3 ein Elektromotor 4, im Folgenden auch Motor genannt, zur Erzeugung einer Lenkunterstützung angeordnet. Das Abtriebsmoment des Elektromotors 4 wird über ein Getriebe 5 als axiale Hilfskraft an der Lenkstange 3 zur Wirkung gebracht.
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Das Getriebe 5 ist hier beispielhaft als Riementrieb mit nachgeschaltetem Kugelgewindetrieb ausgebildet. Dabei sitzt eine erste Riemenscheibe 6 auf einer Motorwelle 7 des Elektromotors 4. Eine zweite Riemenscheibe ist an einer Kugelgewindemutter des Kugelgewindetriebs angeflanscht. Beide Riemenscheiben sind über einen Riemen antriebsmäßig miteinander gekoppelt. Die Kugelgewindemutter, welche axial im Lenkungsgehäuse 2 festgehalten ist und über Kugeln mit der Lenkstange 3 in Gewindeeingriff steht, dient dazu, ein rotatorisches Antriebsmoment des Elektromotors 4 in eine translatorische Bewegungskomponente an der Lenkstange 3 zu übersetzten, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen. Bei einem Ausfall der elektrischen Lenkkraftunterstützung kann das Fahrzeug weiterhin manuell gelenkt werden.
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Wie 1 zeigt, sind der Elektromotor 4 und das Getriebe 5 nicht unmittelbar nebeneinander angeordnet, so dass der Abstand zwischen dem Elektromotor 4 und dem Getriebe 5 überbrückt werden muss. Dies erfolgt vorliegend durch die Motorwelle 7, welche einstückig ausgeführt ist und einenends den Rotor 8 des Elektromotors 4 sowie anderenends die Eingangswelle des Getriebes 5 darstellt. An der Motorwelle 7 sind dementsprechend die Rotorwicklungen des Motors 4 angeordnet. Der Abstand zwischen dem Elektromotor 4 und dem Getriebe 5 liegt vorzugsweise in der Größenordnung der axialen Baulänge des Elektromotors 4 oder darüber. Er beträgt jedoch mindestens 10 cm, vorzugsweise mindestens 15 cm. Am Lenkungsgehäuse 2 ist hierzu ein rohrförmiger Abschnitt 9 ausgebildet, dessen Querschnitt gegenüber dem Querschnitt des Elektromotors 4 verjüngt ist. Der rohrförmige Abschnitt 9 verbindet einen topfförmigen Motorsitz 10 im Lenkungsgehäuse 2 mit der Getriebeseite desselben.
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Die Motorwelle 7 ist lediglich durch ein erstes motorseitiges Lager 11 und ein zweites getriebeseitiges Lager 12 gelagert, wobei beide Lager 11 und 12 der Motorwelle 7 über das Lenkungsgehäuse 2 zueinander zentriert sind. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 ist das getriebeseitige Lager 12 als Loslager ausgebildet und an einer getriebeseitigen Lageraufnahme 13 in dem rohrförmigen Abschnitt 9 angeordnet. Das motorseitige Lager 11, welches als Festlager ausgeführt ist, befindet sich an einem Motorgehäuse 14, das seinerseits am Lenkungsgehäuse 2, nämlich am Motorsitz 10 desselben zentriert ist. Da die Lageraufnahme 13 und der Motorsitz 10 am gleichen Bauteil des Lenkungsgehäuses 2 vorgesehen sind und in einer Aufspannung gefertigt werden können, lässt sich ein guter konzentrischer Sitz zwischen den Lagern 11 und 12 gewährleisten. Dies gestattet wiederum eine exakte Anordnung des Rotors 8 innerhalb des Stators 15 des Motors 4.
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Das Motorgehäuse 14 umfasst ein Statorgehäuse 16, an dem der Stator 15 festgelegt ist. Weiterhin umfasst das Motorgehäuse 14 einen Motorschild 17, der das Statorgehäuse 16 axial abschließt. Das Motorgehäuse 14 erstreckt sich mit dem Statorgehäuse 16 in den Motorsitz 10 des Lenkungsgehäuses 2. Die Befestigung erfolgt bevorzugt durch Warmfügen, kann jedoch auch auf andere Art und Weise bewerkstelligt werden. Über den Motorsitz 10 ist das Statorgehäuse 16 zum Lenkungsgehäuse 2 und damit zum getriebeseitigen Lager 11 zentriert. Der Motorschild 17 steht hingegen über das Lenkungsgehäuse 2 vor. Er nimmt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das motorseitige Lager 11 auf.
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Um einen sicheren Transport zu gewährleisten, insbesondere um ein Anschlagen des Rotors 8 am Stator 15 zu vermeiden, ist ein Radialanschlag 18 für die Motorwelle 7 vorgesehen. Wie 1 zeigt, kann dieser Radialanschlag 18 durch einen Wandabschnitt des Motorgehäuses 14 gebildet werden. Vorliegend ist hierzu an einer zu dem Getriebe 5 weisende Stirnwand des Statorgehäuses 16 ein Stützring 19 ausgeformt, der im Normalbetrieb zu der Motorwelle 7 einen Ringspalt bildet. Bei einem Durchbiegen der Motorwelle 7 gelangt diese in Anlage gegen den Radialanschlag 18 bzw. Stützring 19, so dass der Rotor 8 nicht in Kontakt mit dem Stator 15 gelangt.
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2 zeigt eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels, bei der der Radialanschlag 18 nicht durch einen Wandabschnitt des Motorgehäuses 14, sondern durch einen separaten, an diesem befestigten Stützring 20 gebildet wird, der ebenfalls einen Ringspalt zur Motorwelle 7 aufweist. An der zu dem Getriebe 5 weisenden Stirnwand des Statorgehäuses 16 ist hierzu eine ringförmige Stützringaufnahme 21 ausgebildet. Der separate Stützring 20 besteht bevorzugt aus Kunststoffmaterial, kann jedoch auch aus anderen Werkstoffen hergestellt sein. Die Geometrie des Stützrings 20 in Verbindung mit dem jeweiligen Material ist dabei stets so gewählt, dass die Dauerfestigkeit der Motorwelle 7 nach einem radialen Anschlag am Stützring 20 nicht durch Riefen, Kerben, Spanbildung, plastische Verformung, etc., vermindert wird.
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3 zeigt eine weitere Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels, bei der das motorseitige Lager 11 in Axialrichtung zwischen dem getriebeseitigen Lager 12 und dem Radialanschlag 18 angeordnet ist. Dies wird durch Ausbildung einer entsprechenden Lageraufnahme 22 an der getriebeseitigen Stirnwand des Statorgehäuses 16 erzielt. Der Radialanschlag 18 ist in diesem Fall zwischen dem Motorschild 17 und der Motorwelle 7 vorgesehen. Er kann wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel unmittelbar durch einen Wandabschnitt des Motorschilds 17 oder aber auch durch einen separaten Stützring, der am Motorschild befestigt ist, bereitgestellt werden.
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Die Funktion des Radialanschlags 18 kann auch durch einen Kunststoffring zwischen Rotor 8 und Stator 15 bereitgestellt werden, wobei der Kunststoffring entweder am Rotor 8 oder am Stator 15 festgelegt ist.
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Bei der Montage wird der Motor 4 einschließlich der Motorwelle 7 als Baueinheit in das Lenkungsgehäuse 2 montiert. Eine Vorprüfung des Motors 4 lässt sich sehr einfach mittels einer Vorrichtung vornehmen, welche das getriebeseitige Lager 12 aufnimmt. Die Montage erfolgt durch einfaches Warmfügen des Motors 4 in das Lenkungsgehäuse 2. Hierbei verhindert der Radialanschlag 18 einen Kontakt zwischen der Riemenscheibe 6 und dem Lenkungsgehäuse 2. Ein Klappern des als Loslager ausgeführten getriebeseitigen Lagers 12 kann ausgeschlossen werden, da über das Getriebe 5, beispielsweise einen Zahnriemen, ständig eine Vorspannung aufgebaut wird.
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Durch die Verwendung einer langen Motorwelle 7 in Verbindung mit einer toleranzgünstigen Konfiguration des Lenkungsgehäuses 2 wird eine konzentrische Anordnung zwischen Rotor 8 und Stator 15 des Elektromotors 4 gewährleistet und insbesondere eine Berührung zwischen Rotors 8 und Stator 15 vermieden.
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Die vorstehend erläuterten Lösungen kommen darüber hinaus mit einer geringen Anzahl von Bauteilen aus und ermöglichen eine einfache und sichere Montage.
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Die Erfindung eignet sich insbesondere für rechtsgelenkte Fahrzeuge, ist jedoch auch bei linksgelenkten Fahrzeugen einsetzbar.
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In Abwandlung der dargestellten Ausführungsbeispiele ist es ferner möglich, den Motor 4 ohne Motorgehäuse unmittelbar in das Lenkungsgehäuse 2 zu montieren, wobei dann der Stator 15 unmittelbar am Lenkungsgehäuse 2 festgelegt wird.
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Ferner ist es möglich, das motorseitige Lager 11 als Loslager und das getriebeseitige Lager 12 als Festlager auszubilden.
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Auch kann das Lenkungsgehäuse 2 mit anderer Geometrie als dargestellt hergestellt werden. Insbesondere kann der rohrförmige Abschnitt 9 entfallen, solange gewährleistet ist, dass der Motorsitz 10 und die Lageraufnahme für das getriebeseitige Lager 12 über das Lenkungsgehäuse 2 zueinander zentriert werden bzw. in einer Aufspannung zentriert zueinander herstellbar sind.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen und weiteren Abwandlungen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektromechanische Lenkung
- 2
- Lenkungsgehäuse
- 3
- Lenkstange
- 4
- Elektromotor
- 5
- Getriebe
- 6
- Riemenscheibe
- 7
- Motorwelle
- 8
- Rotor
- 9
- rohrförmiger Abschnitt des Lenkungsgehäuses
- 10
- Motorsitz
- 11
- motorseitiges Lager
- 12
- getriebeseitiges Lager
- 13
- Lageraufnahme des getriebeseitigen Lagers
- 14
- Motorgehäuse
- 15
- Stator
- 16
- Statorgehäuse
- 17
- Motorschild
- 18
- Radialanschlag
- 19
- Stützring
- 20
- separater Stützring
- 21
- Stützringaufnahme
- 22
- Lageraufnahme des motorseitigen Lagers am Statorgehäuse
