DE102009038232A1

DE102009038232A1 - Servolenkung

Info

Publication number: DE102009038232A1
Application number: DE200910038232
Authority: DE
Inventors: Klaus Daut
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2011-02-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung (1) für ein Fahrzeug mit einer axial gegenüber einem feststehenden Lenkgehäuse verlagerbaren Schubstange (2) mit einem zwischen einer Lenkspindel und der Schubstange (2) wirksamen Lenkgetriebe (8) und einem zwischen einem Elektromotor und der Schubstange (2) wirksamen Kugelgewindetrieb (9) mit einer von dem Elektromotor angetriebenen Spindelmutter (11) und einem auf der Schubstange (2) aufgebrachten Spindelgewinde (7) sowie zwischen Spindelmutter (11) und Spindelgewinde (7) abwälzenden Wälzkörpern. Um Kosten für die Servolenkung zu senken und die Montage zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, das Lenkgetriebe (8) aus einem mit der Lenkspindel verbundenen und mit einem auf der Schubstange (2) angeordneten Lenkgewinde (6) kämmenden Schneckenritzel (10) auszubilden und die Schubstange (2) gegenüber dem Lenkgehäuse gegen Verdrehung zu sichern.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Servolenkung mit einer axial gegenüber einem feststehenden Lenkgehäuse verlagerbaren Schubstange mit einem zwischen einer Lenkspindel und der Schubstange wirksamen Lenkgetriebe und einem zwischen einem Elektromotor und der Schubstange wirksamen Kugelgewindetrieb nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, die insbesondere in Fahrzeugen wie Kraftfahrzeugen anwendbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Gattungsbildende Servolenkungen sind bekannt und unterstützen den Fahrer von Fahrzeugen bei der Lenkung des Fahrzeugs. Dabei wird eine Lenkabsicht des Fahrers mittels einer entsprechenden Sensorik erkannt und in einem Steuergerät zu einem Steuersignal zur Steuerung eines Elektromotors umgewandelt, der die Schubstange der Servolenkung, die über Radlenkhebel die lenkenden Räder mittels eines entsprechenden Lenkwinkels anlenkt, verstellt. Um das Fahrzeug auch bei nicht funktionsfähiger Servounterstützung lenken zu können, ist die mit dem Lenkrad verbundene Lenkspindel mittels eines Lenkgetriebes wirksam mit der Schubstange verbunden. Aus der DE 10 2007 047 827 A1 ist beispielsweise ein Lenkgetriebe bekannt, bei dem die Lenkspindel ein Lenkritzel aufweist, das mit einer an der Schubstange vorgesehenen Zahnstange kämmt. Derartige Schubstangen werden üblicherweise bei Servounterstützungen mittels eines Elektromotors durch einen Kugelgewindetrieb angetrieben, wie er beispielsweise aus der DE 103 10 492 A1 bekannt ist. Hierbei treibt eine von dem Elektromotor angetriebene Spindelmutter über in einem Innengewinde aufgenommene Wälzkörper, die zudem in einem Außengewinde wie Spindelgewinde der Schubstange abwälzen, die Schubstange an.
Infolgedessen weist die Schubstange einen Teil mit dem Spindelgewinde und einen Teil mit der Verzahnung für die Zahnstange auf. Die Fertigung einer derartigen Schubstange gestaltet sich daher aufwendig, da zum Einen das Spindelgetriebe und zum Anderen mittels separater Maschinen die Verzahnung, die gegebenenfalls zusätzlicher Härtungsschritte bedarf, hergestellt werden muss. Dieser Herstellungsprozess zeichnet sich durch eine lange Prozesskette und hohe Werkzeugkosten aus.
Aufgabe der Erfindung
Es ergibt sich daher die Aufgabe, eine Servolenkung vorzuschlagen, die bei gleicher Funktion einfacher und kostengünstiger hergestellt werden kann.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch eine Servolenkung für ein Fahrzeug mit einer axial gegenüber einem feststehenden Lenkgehäuse verlagerbaren Schubstange mit einem zwischen einer Lenkspindel und der Schubstange wirksamen Lenkgetriebe und einem zwischen einem Elektromotor und der Schubstange wirksamen Kugelgewindetrieb mit einer von dem Elektromotor angetriebenen Spindelmutter und einem auf der Schubstange aufgebrachten Spindelgewinde sowie zwischen Spindelmutter und Spindelgewinde abwälzenden Wälzkörpern gelöst, wobei das Lenkgetriebe aus einem mit der Lenkspindel verbundenen und mit einem auf der Schubstange angeordneten Lenkgewinde kämmenden Schneckenritzel gebildet ist und die Schubstange gegenüber dem Lenkgehäuse verdrehgesichert ist. Durch die Darstellung des Lenkgetriebes mit einem Lenkgewinde auf der Schubstange kann der Fertigungsprozess der Schubstange wesentlich vereinfacht werden, so dass die Herstellung der Verzahnung in Form einer Zahnstange entfallen kann. Hierdurch können entsprechende Produktionsmaschinen eingespart und damit Werkzeugkosten verringert werden. Weiterhin verkürzt sich der Produktionsprozess. Insbesondere können folgende Arbeitsfolgen der Verzahnung vermieden werden: Verzahnungsfräsen, Härten, Waschen, Richten.
Dabei kann die Verdrehsicherung zur Abstützung der Torsionsmomente von Lenk- und Spindelgetriebe mittels eines radial gegenüber der Schubstange erhabenen, in eine Längsführung des Lenkgehäuses eingreifenden Gleitsteins gebildet sein. Durch diesen wird die Schubstange gegenüber dem fest an der Fahrzeugkarosserie angeordneten Lenkgehäuse gegen Verdrehung gesichert, so dass die Lenk- und Servoantriebe praktisch spielfrei in eine Axialbewegung der Schubstange und damit die Lenkbewegung der Räder umgesetzt werden können. Dabei kann der Gleitstein nach der Herstellung des Lenkgewindes in die Schubstange eingebracht werden. Hierzu kann eine entsprechende Ausnehmung in der Schubstange vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Gleitstein ein in die Schubstange formschlüssig gefügter Passstift sein, der beispielsweise in ein Sackloch der Schubstange eingeschlagen wird. Alternativ kann der Gleitstein eine in die Schubstange formschlüssig gefügte Passfeder oder eine andere Verdrehsicherung sein.
Alternativ können als Verdrehsicherungen Formstücke zum Einsatz kommen, die in das Lenkgewinde selbsthemmend und radial in die Längsführung des Lenkgehäuses eingreifen. Durch die Hemmung einer Verdrehung zwischen Formstück und Lenkgewinde wird bei gleichzeitig verdrehgesichertem und axial verlagerbarem Eingriff in das Lenkgehäuse eine Hemmung der Verdrehung der Schubstange vermieden. Die Selbsthemmung des Formstücks kann beispielsweise durch Reib- und/oder Formschluss erzielt werden. Beispielsweise können entsprechende Profile des Formstücks zwischen den Windungen des Lenkgetriebes verklemmt werden oder in einer oder mehreren Windungen ein Radialprofil vorgesehen, in das ein Gegenprofil des Formstücks formschlüssig eingreift. Derart ausgebildete Formstücke können in vorteilhafter Weise werkzeugfallend mittels eines Spritzgussverfahrens aus Kunststoff, beispielsweise verstärktem Kunststoff, oder anderen Materialien wie beispielsweise Metall hergestellt werden.
Die Verdrehsicherung kann radial gegenüberliegend dem Schneckenritzel angeordnet und in einer Längsnut des Lenkgehäuses geführt sein.
Das Spindelgewinde und das Lenkgewinde können durch eine Übergangszone axial voneinander getrennt sein. Hierbei können von beiden axialen Enden der Schubstange her die beiden Gewinde hergestellt werden. Dabei kann die Ausführung von Lenk- und Spindelgewinde jeweils angepasst auf die vorliegenden Anforderungen unabhängig voneinander erfolgen, so dass diese unterschiedlich ausgeführt sein können. Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn Spindelgewinde und Lenkgewinde dieselbe Ausgestaltung der Gewindeparameter wie beispielsweise Steigung, Durchmesser, Profil und Teilung aufweisen. Dabei kann eine Übergangszone entfallen und beide Gewinde – Lenk- und Spindelgewinde – können aus einem einzigen Gewindezug gebildet sein.
Es hat sich nach dem erfinderischen Gedanken als vorteilhaft erwiesen, Spindelgewinde und/oder Lenkgewinde mittels eines Gewinderollierverfahrens herzustellen. Es versteht sich, dass abhängig von den Anforderungen an die Gewinde auch andere, bekannte Verfahren zur Herstellung von Gewinden zu Anwendung kommen können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Schubstange einer Servolenkung mit einem Lenkgewinde und einem Spindelgewinde und einer dazwischen liegenden Übergangszone und
2 eine Schubstange einer Servolenkung mit einem einzigen, Lenk- und Spindelgewinde bildenden Gewindezug.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungswesentlichen Bauteile einer an sich bekannten Servolenkung 1 in Ansicht. Die Servolenkung 1 enthält eine Schubstange 2, die an beiden freien Enden mit Spurstangen zur Verbindung mit den zu lenkenden Rädern verbunden ist. Die Schubstange 2 ist in einem nicht dargestellten Lenkgehäuse axial verlagerbar untergebracht, das im Kraftfahrzeug, beispielsweise an der Fahrzeugkarosserie oder am Fahrzeugrahmen, angeordnet ist. Die Schubstange 2 weist zwei durch eine Übergangszone 3 voneinander getrennte Gewindeabschnitte 4, 5 auf, die als Lenkgewinde 6 des Lenkgetriebes 8 und als Spindelgewinde 7 des Kugelgewindetriebs 9 wie Spindelgetriebes dienen. Mit dem Lenkgewinde 6 kämmt das Schneckenritzel 10, das drehfest mit der Lenkspindel wie Lenksäule mit dem Lenkrad des Fahrzeugs verbunden ist. Zur Stabilisierung des Lenkgetriebes 8 sind Schubstange 2 und Schneckenritzel 10 fest aufeinander gelagert, beispielsweise mittels des Lenkgehäuses.
Zwischen Lenkrad und Schneckenritzel 10 ist eine Sensorik zur Erfassung der Lenkbewegung des Fahrers, beispielsweise ein Drehmomentsensor integriert, deren Signale erfasst und von einer Steuereinheit wie Steuergerät ausgewertet und in ein Steuersignal für einen Elektromotor umgewandelt werden, der die Schubstange 2 mittels des Kugelgewindetriebs 9 antreibt. Hierzu ist die Spindelmutter 11 mit einem Innengewinde versehen, wobei zwischen dem Spindelgewinde 7 und dem Innengewinde eine Vielzahl von Wälzkörpern abwälzt, so dass die Spindelmutter 11 verdrehbar auf der Schubstange 2 gelagert ist. Die Spindelmutter 11 ist weiterhin axial fest und verdrehbar am Lenkgehäuse oder einem anderen Bauteil aufgenommen, so dass bei einem Drehantrieb der Spindelmutter 11 mittels des vorzugsweise koaxial oder achsparallel zur Schubstange 2 angeordneten Elektromotors die Schubstange 2 abhängig von dessen Drehrichtung axial nach rechts oder links verlagert wird. Zur Abstützung der Torsions- und Haltekräfte des Kugelgewindetriebs 9 und des Lenkgetriebes 8 ist zwischen dem Lenkgehäuse und der Schubstange eine Verdrehsicherung 12 vorgesehen, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch den Passstift 13 vorgesehen ist, der in ein Sackloch der Schubstange eingeschlagen ist und radial dem Schneckenritzel 10 gegenüberliegend angeordnet einen radial erhabenen Gleitstein 14 bildet, der in einen entlang der Verlagerungsbewegung der Schubstange 2 verlaufenden Führungsschlitz des Lenkgehäuses radial eingreift und axial verlagerbar angeordnet ist. Die beiden Gewindeabschnitte 4, 5 können unterschiedliche, auf die jeweiligen Anforderungen des Lenkgetriebes 8 und des Kugelgewindetriebs 9 angepasste Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann das Spindelgewinde 7 eine kleinere Steigung als das Lenkgewinde 6 aufweisen. Es kann jedoch insbesondere aus Fertigungsgründen vorteilhaft sein, die beiden Gewindeabschnitte 4, 5 mit denselben Gewindeparametern herzustellen. Um in vorteilhafter Weise einen Elektromotor mit geringen Ausmaßen einsetzen zu können und bei einem optimalen Wirkungsgrad betreiben zu können, kann dieser mit einem Untersetzungsgetriebe versehen werden, der dessen hohe Drehzahlen in einen geringen Axialschub der Schubstange mit hohem Axialmoment wandelt. Es versteht sich, dass der Kugelgewindetrieb 9 auch als gewöhnliches Spindelgetriebe oder mit anderen Wälzeinrichtungen als Wälzkörpern ausgebildet sein kann.
2 zeigt in Abwandlung zu der Servolenkung 1 der 1 eine abgewandelte Servolenkung 1a mit einer Schubstange 2a, bei der das Lenkgewinde 6a und das Spindelgewinde 7a aus einem einzigen, durchgängigen Gewindezug 4a hergestellt sind. Durch den einen Gewindezug 4a können das Lenkgewinde 6a und das Spindelgewinde 7a der Schubstange 2 in einem Arbeitsgang in die Schubstange 2a beispielsweise mittels eines Gewinderollierungsverfahrens eingebracht werden. Im Übrigen entspricht die Servolenkung 1a der Servolenkung 1 der 1.
Bezugszeichenliste

1: Servolenkung
1a: Servolenkung
2: Schubstange
2a: Schubstange
3: Übergangszone
4: Gewindeabschnitt
4a: Gewindezug
5: Gewindeabschnitt
6: Lenkgewinde
6a: Lenkgewinde
7: Spindelgewinde
7a: Spindelgewinde
8: Lenkgetriebe
9: Kugelgewindetrieb
10: Schneckenritzel
11: Spindelmutter
12: Verdrehsicherung
13: Passstift
14: Gleitstein

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 102007047827 A1 [0002]
- DE 10310492 A1 [0002]

Claims

Servolenkung (1, 1a) für ein Fahrzeug mit einer axial gegenüber einem feststehenden Lenkgehäuse verlagerbaren Schubstange (2, 2a) mit einem zwischen einer Lenkspindel und der Schubstange (2, 2a) wirksamen Lenkgetriebe (8) und einem zwischen einem Elektromotor und der Schubstange (2, 2a) wirksamen Kugelgewindetrieb (9) mit einer von dem Elektromotor angetriebenen Spindelmutter (11) und einem auf der Schubstange (2, 2a) aufgebrachten Spindelgewinde (7, 7a) sowie zwischen Spindelmutter (11) und Spindelgewinde (7, 7a) abwälzenden Wälzkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebe (8) aus einem mit der Lenkspindel verbundenen und mit einem auf der Schubstange (2, 2a) angeordneten Lenkgewinde (6, 6a) kämmenden Schneckenritzel (10) gebildet ist und die Schubstange (2, 2a) gegenüber dem Lenkgehäuse verdrehgesichert ist.
Servolenkung (1, 1a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (12) mittels eines radial gegenüber der Schubstange (2, 2a) erhabenen, in eine Längsführung des Lenkgehäuses eingreifenden Gleitsteins (14) gebildet ist.
Servolenkung (1, 1a) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitstein (14) ein in die Schubstange (2, 2a) formschlüssig gefügter Passstift (13) ist.
Servolenkung (1, 1a) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitstein (14) eine in die Schubstange (2, 2a) formschlüssig gefügte Passfeder ist.
Servolenkung (1, 1a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verliersicherung (12) durch ein in das Lenkgewinde (6) in selbsthemmend und in die Längsführung radial eingreifendes Formstück gebildet ist.
Servolenkung (1, 1a) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formstück aus Kunststoff hergestellt ist.
Servolenkung (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (12) dem Schneckenritzel (10) radial gegenüberliegend angeordnet ist.
Servolenkung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Spindelgewinde (7) und Lenkgewinde (6) durch eine Übergangszone (3) axial voneinander getrennt sind.
Servolenkung (1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Spindelgewinde (7a) und Lenkgewinde (6a) aus einem einzigen Gewindezug (4a) gebildet sind.
Servolenkung (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Spindelgewinde (7, 7a) und/oder Lenkgewinde (6, 6a) mittels eines Gewinderollierverfahrens hergestellt sind.