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Die Erfindung betrifft eine Servolenkung, insbesondere eine Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug, mit einer, von einem elektrischen Servomotor über ein Zugmittelgetriebe angetriebenen Bewegungsschraube aus einer axial unverschieblich in einem Lenkgetriebegehäuse der Servolenkung gelagerten Mutter und einem axial verlagerbaren Bauteil, dessen Kugelgewinde mit einem Muttergewinde der Mutter in Eingriff ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
DE 103 10 492 A1 beschreibt eine elektrische Servolenkung wobei ein Servomotor ein axial verlagerbares Bauteil antreibt, das mit seinem Kugelgewinde in Eingriff mit einem Muttergewinde einer axial unverschieblich in einem Lenkgetriebegehäuse oder Gestell gelagerten Mutter ist. Die Mutter ist mit einer Riemenscheibe eines Zugmittelgetriebes zwischen dem Servomotor und der so gebildeten Bewegungsschraube drehfest verbunden. Die Mutter ist über ein Radial-Festlager an dem Lenkgetriebegehäuse oder Gestell abgestützt und gelagert. Das Radiallager ist häufig als Vierpunktlager gebildet, da insbesondere auch Axialkräfte aufzunehmen sind.
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Solche Servolenkungen werden in Personenkraftwagen als Hilfskraftlenkung eingebaut. Durch den Betrieb des Kraftwagens werden wechselnde Radreaktionskräfte über Radlenkhebel und Spurstangen auf das meist als Zahnstange gebildete, axial verlagerbare Bauteil aufgebracht. Die entweder von der Servolenkung selbst erzeugten oder eingeleiteten Lenkkräfte und die Radreaktionskräfte werden an dem Radial-Festlager abgestützt. Das Radial-Festlager ist häufig als Wälzlager gebildet. Wird die Servolenkung und insbesondere ihr Lenkgetriebegehäuse von außen erwärmt, so erwärmt sich ein Aussenring des Wälzlagers schneller als ein Innenring. Dadurch erhöht sich das Lagerspiel in dem Wälzlager. Durch dieses erhöhte Lagerspiel entstehen Klappergeräusche jeweils beim Wechseln der Anlageseite in dem Wälzlager.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Betriebsgeräusch einer elektrischen Servolenkung der gattungsgemäßen Art, hervorgerufen durch ungleichmäßige Erwärmung des Außen- und Innenrings des Wälzlagers einer Mutter einer Bewegungsschraube, zu verhindern.
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Die Aufgabe wird mit einer Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Dadurch daß an dem Lenkgetriebegehäuse ein wärmeübertragender Abschnitt vorgesehen ist, durch den direkt an dem Innenring des Wälzlagers Wärme übertragen wird oder indirekt über ein dazwischengeschaltetes Element Wärme übertragen wird, ist eine ungleichförmige Erwärmung des Wälzlagers vermieden. Das Lenkgetriebegehäuse ist somit in der Lage Wärme von außen gleichzeitig auf den Außenring und den Innenring des Wälzlagers zu übertragen. Ein erhöhtes Betriebsspiel des Wälzlagers ist dadurch in jeder Phase des Betriebes vermieden. Ebenso sind spielbedingte Klappergeräusche der Servolenkung dadurch vermieden.
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Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Wärme wird von dem wärmeübertragenden Abschnitt des Lenkgetriebegehäuses durch Strahlung und Konvektion übertragen. Zu diesem Zweck untergreift der wärmeübertragende Abschnitt des Lenkgetriebegehäuses ein an der Mutter festgelegtes Riemenrad. Das Riemenrad des Zugmittelgetriebes nimmt Wärme auf und überträgt diese an den Innenring. Zu diesem Zweck ist der wärmeübertragende Abschnitt des Lenkgetriebegehäuses an einer Innenumfangsfläche des Riemenrades mit geringstem Abstand angeordnet und das Riemenrad wiederum vorzugsweise an eine Stirnfläche des Innenringes anliegend, mit dem es in gleicher Winkelgeschwindigkeit mitdreht. Die Mutter kann hingegen Abschnitte aufweisen, die in Relation zu dem Riemenrad verhindern, daß Wärme von dem Riemenrad auf die Mutter direkt übertragen wird und möglichst viel Wärme an den Innenring geleitet wird.
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Das Riemenrad ist zumindest teilweise aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann das Riemenrad vorzugsweise auf seiner Innenumfangsfläche mit einer Schicht aus hochwärmeleitfähigem Material beschichtet sein. Das Material kann durch ein galvanisches Verfahren aufgebracht werden. Es kann auch zweckmäßig sein, anstelle der Schicht aus einem galvanisch aufgebrachten hochwärmeleitfähigen Material ein Einlegeformteil aus einem hochwärmeleitfähigen Material auf der Innenumfangsfläche der Riemenscheibe und bis zu dem Innenring des Wälzlager anzuordnen. Das Einlegeformteil kann einen Formschluß mit dem Riemenrad bilden. Zwischen dem Riemenrad und dem Einlegeformteil kann eine Isolierschicht angeordnet sein oder das Einlegeformteil mit Abstand zu der Innenumfangsfläche des Riemenrades angeordnet sein.
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Das Einlegeformteil kann auch mit zungenartigen Vorsprüngen eine der Stirnseite des Innenringes benachbarten Stirnseite des Riemenrades durchgreifen. Die zungenartigen Vorsprünge können auch bei der Montage des Riemenrades umgebogen werden und so mit einer größeren Kontaktfläche an einer Stirnseite des Innenringes des Wälzlagers zu liegen kommen.
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Unterstützend zur Verbesserung der Wärmeleitung von dem Lenkgetriebegehäuse-Abschnitt können Elemente zur Wärmeleitung in das Riemenrad eingebracht sein. Diese Elemente leiten bevorzugt Wärme von der Schicht hochwärmeleitfähigen Materials an den Innenring des Wälzlagers. Die Elemente können als Stifte oder Einschlagstifte gebildet sein und insbesondere zur Verbesserung des Kontaktes zu dem Innenring bei der Montage der Riemenscheibe an dem Innenring gestaucht sein. Die galvanisch aufgebrachte, hochwärmeleitfähige Schicht oder das Einlegeteil oder die Stifte können vorzugsweise aus Kupfer gebildet sein.
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Um eine konvektive Wärmeübertragung von dem wärmeübertragenden Abschnitt des Lenkgetriebegehäuses auf die Innenumfangsfläche des Riemenrades zu verbessern, kann der Abschnitt in Form von Lamellen gebildet sein, die zwischen sich eine Konvektion ermöglichen. Danach läßt sich der wärmeübertragende Abschnitt des Lenkgetriebegehäuses einstückig mit dem Lenkgetriebegehäuse bilden. Die erfindungsgemäße elektrische Servolenkung ist vorzugsweise als Hilfskraftlenkung gebildet, wobei das axial verlagerbare Bauteil als Zahnstange ausgeführt ist. Die Zahnstange weist einen Verzahnungsabschnitt mit einer Verzahnung auf, und einen Spindelabschnitt zur Bildung der Bewegungsschraube auf. Der Verzahnungsabschnitt dient zum Eingriff eines Lenkritzels, welches in an sich bekannter Weise mit einer Lenkhandhabe wirkverbunden ist.
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Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 einen teilweisen schematischen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße elektrische Servolenkung,
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2 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Lenkgetriebegehäuses mit einem wärmeübertragenden Abschnitt,
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3 einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Riemenscheibe,
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4 einen weiteren schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Riemenscheibe,
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5 einen weiteren, schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Riemenschiebe,
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6 einen Längsschnitt durch ein wärmeleitendes Einlegeformteil für die Riemenschiebe in 5,
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7 ein Detail V in 5.
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In 1 ist in einem teilweisen, schematischen Längsschnitt eine elektrische Servolenkung 1 gezeigt, die ein zylinderförmiges Lenkgetriebegehäuse 5 aufweist. Das Lenkgetriebegehäuse 5 ist dabei in einem Verschneidungsbereich zu einem Gehäusedeckel 25 gezeigt, in dem ein Zugmittelgetriebe 3 untergebracht ist. Ein elektrischer Servomotor 2 dient dabei zur Bereitstellung einer Lenkhilfskraft auf einen Spindelabschnitt 24 einer Zahnstange 23. Die Zahnstange 23 stellt ein an sich bekanntes axial verlagerbares Bauelement 7 dar, an deren nicht gezeigten Enden Spurstangen gelenkig angeordnet sind. Die Spurstangen sind mit je einem Radlenkhebel eines gelenkten Rades verbunden.
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An einem Radialflansch des Lenkgetriebegehäuses 5 ist der elektrische Servomotor 2 formschlüssig lösbar festgelegt. Die Zahnstange 23 durchgreift mit ihrem Spindelabschnitt 24 eine als Kugelumlaufmutter gebildete Mutter 6. Das Kugelgewinde des Spindelabschnitts 24 bildet mit dem Muttergewinde 9 eine Bewegungsschraube 4, wobei die Mutter 6 drehbar, aber axial unverschieblich in dem Lenkgetriebegehäuse 5 über ein Wälzlager 10 gelagert ist. Das Wälzlager 10 ist als Rillenkugellager gebildet und in dem Gehäusedeckel 25 festgelegt. Die Mutter 5 wird von dem Zugmittelgetriebe 3, bestehend aus einem Riemenrad 13 an der Mutter 6 und einem Riemenrad 26 auf einer Motorwelle 27 des elektrischen Servomotors 2, auf denen ein Zahnriemen 28 abläuft, angetrieben.
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Die Riemenscheibe 13 ist formschlüssig drehfest an einem, dem Servomotor 2 zugewandten axialen Endbereich der Mutter 6 angeordnet. Die Riemenscheibe 13 weist einen Anschlag für einen Innenring 12 des Wälzlagers 10 auf, während auf der gegenüberliegenden Seite des Innenrings 12 ein Sprengring 29 als Anschlag für den Innenring 12 dient, der in die Außenumfangsfläche der Mutter 6 eingelassen ist.
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Auf die Zahnstange 23 werden im Betrieb der Servolenkung 1 Spurstangenkräfte, die abhängig von der Einfederung und weiterer geometrischer und fahrdynamischer Einflüsse und Kräfte an gelenkten Rädern des Personenkraftwagens sind, sowie Biegemomente und Querkräfte eingeleitet. Zudem werden von dem elektrischen Servomotor 2 selbst Axialkräfte in den Spindelabschnitt 24 eingeleitet. Zu Betriebsbeginn der Servolenkung 1 kann es vorkommen, daß ein Außenring 30 des Wälzlagers 10 sich zunächst erwärmt – durch Wärmeeinleitung aus dem Gehäusedeckel 25 etwa. Der Innenring 12 würde verzögert erwärmt, was ein unkontrolliertes oft zu hohes Betriebsspiel in der Anlaufphase der Servolenkung 1 zur Folge hätte, verbunden mit z. B. Klappergeräuschen. Um dies zu verhindern, weist das Lenkgetriebegehäuse 5 einen Abschnitt 11 zur Wärmeübertragung von dem Lenkgetriebegehäuse 5 auf den Innenring 12 auf.
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In dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieser wärmeübertragende Abschnitt 11 als in seiner Gesamtgestalt ringförmige Ausstülpung in dem Flanschbereich des Lenkgetriebegehäuses 5 gebildet. Der Querschnitt des einstückig mit dem Lenkgetriebegehäuse 5 gebildeten wärmeübertragenden Abschnitts 11 ist halbkegelfömrig mit einer geraden, parallel zu einer Längsachse 31 des Lenkgetriebegehäuses 5 ausgeführten Flanke 32 und einer konisch sich zu der Mutter 6 hin verjüngenden Flanke 33. Der Abschnitt 11 durchgreift axial fast völlig das Riemenrad 13 an der Mutter 6 und verläuft mit seiner geraden Flanke 32 mit geringst möglichem radialem Abstand zu einer Innenumfangsfläche 14 des Riemenrades 13. Die Flanke 32 ist damit in der Lage Strahlungswärme von dem Lenkgetriebegehäuse 5 auf das Riemenrad 13 abzugeben, das wiederum die Wärme an den Innenring 12 weiterleitet. Zu diesem Zweck ist eine Stirnseite 19 des Riemenrades 13 in Anlage an eine Stirnseite 18 des Innenringes 12. Nicht nur der Innenring 12, sondern auch die Mutter 6 wird dadurch auf gleiche Betriebstemperatur gebracht, wie der Aussenring 30 des Wälzlagers 10. Eine unterschiedliche Wärmedehnung der Komponenten der Bewegungsschraube wird dadurch sicher verhindert.
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Wie 2 zeigt, kann der wärmeübertragende Abschnitt 11 nicht nur als vollflächiger Formkörper, sonder auch lamelliert sein. Zu diesem Zweck sind streifenförmige Zwischenräume in dem Abschnitt 11 angeordnet, die von Luft durchzogen werden können und so einen konvektiven Wärmeaustausch mit dem Wälzlager 10 ermöglichen.
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Der Abschnitt 11 bildet einen wärmeabgebenden, durch Gehäuselamellen 22 verrippten Körper. Zur besseren Wärmeleitung von dem Riemenrad 13 zu dem Innenring 12 sind bei den in den 3 und 4 gezeigten Riemenrädern 13 zusätzliche Maßnahmen gezeigt. So ist auf der gesamten Innenumfangsfläche 14 des Riemenrades 13 eine Schicht 15 hochwärmeleitfähigen Materials aufgalvanisiert, wobei in der 3 und 4 Kupfer angewandt ist.
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In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel reicht die Schicht 15 von einem Riemenradrand zu dem anderen Riemenradrand und über die Stirnseite 19 des Riemenrades 13, sodaß die Schicht 15 im montierten Zustand des Riemenrades 13 an der Stirnseite 18 des Innenringes 12 anliegt und Wärme ableiten kann.
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In 4 ist eine Schicht 15 auf der Innenumfangsfläche 14 des Riemenrades 13 angeordnet, die nicht über den gesamten Innenumfang des Riemenrades 13 reicht. Vielmehr übernehmen um den Umfang des Riemenrades 13 durch dessen Flanschseite 3 die zu der Mutter 6 hin geformt ist, durchragende Elemente 20 zur Wärmeleitung die Wärmeübertragung von der Schicht 15 zu dem Innenring 12.
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Die Elemente 20 zur Wärmeleitung sind als zylindrische Stifte 21 gebildet, die aus Kupfer bestehen. Bei dem Zusammenbau des Riemenrades 13 mit dem Wälzlager 10 und der Mutter 6 werden die Stifte 21 an ihrem geringfügig aus der Stirnseite 19 hervorragenden Ende an der Stirnseite 18 des Innenringes 12 umgeformt, sodaß eine innige Anlage an dem Innenring 12 erfolgt.
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Die 5 bis 7 zeigen weitere geeignete konstruktive Maßnahmen zur Wärmeleitung von dem Riemenrad 13 zu dem Innenring 12. 6 zeigt in einem Längsschnitt ein Einlegeformteil 16 aus Kupfer das als Blech-Umformteil gebildet ist. Es ist als stufenzylindrische Hülse gebildet, die einen ersten größeren zylindrischen Abschnitt 35 aufweist, der mit seinem Außenumfang dem des Innenumfangs des Riemenrades 13 entspricht und darin, wie 5 zeigt, eingepreßt werden kann. Ein zweiter, axialer Abschnitt 36 der einen geringfügig kleinere Außendurchmesser aufweist, ist mit zungenförmigen Vorsprüngen 17 gebildet, die aus rechteckförmigen Blechstreifen gebildet werden. Die Blechstreifen durchragen jeweils eine Öffnung 37 mit radialem Abstand zu dieser in der Flanschseite 34 des Riemenrades und sind, wie 7 zeigt, 90° umgebogen in eine radial von der jeweiligen Öffnung 37 zu der Längsachse 31 ragenden Aussparung 38 eingebördelt. Mit ihrer Aussenseite können die Blechstreifen oder zungenförmigen Vorsprünge 17 in Kontakt mit der Stirnseite 18 des Innenringes 12 gelangen. Die Aussparungen 38 weisen eine etwas geringere Tiefe als die Dicke des Blechstreifen auf, sodaß bei der Montage des Riemenrades 13 und des Wälzlagers 10 auf der Mutter 6 die in den Aussparungen 38 eingebördelten Blechstreifen an den Innenring 12 gestaucht werden. Ein sehr guter wärmeleitender Kontakt ergibt sich somit zwischen dem Einlegeformteil 16 und dem Innenring 12.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Servolenkung
- 2
- Servomotor, elektrisch
- 3
- Zugmittelgetriebe
- 4
- Bewegungsschraube
- 5
- Lenkgetriebegehäuse
- 6
- Mutter
- 7
- Bauteil, axial verlagerbar
- 8
- Kugelgewinde
- 9
- Muttergewinde
- 10
- Wälzlager
- 11
- Abschnitt, wärmeübertragend
- 12
- Innenring
- 13
- Riemenrad
- 14
- Innenumfangsfläche
- 15
- Schicht
- 16
- Einlegeformteil
- 17
- Vorsprung
- 18
- Stirnseite, v. 12
- 19
- Stirnseite, v. 13
- 20
- Element zur Wärmeleitung
- 21
- Stift
- 22
- Gehäuselamelle
- 23
- Zahnstange
- 24
- Spindelabschnitt
- 25
- Gehäusedeckel
- 26
- Riemenrad
- 27
- Motorwelle
- 28
- Zahnriemen
- 29
- Sprengring
- 30
- Außenring
- 31
- Längsachse
- 32
- Flanke, gerade
- 33
- Flanke, konisch
- 34
- Flanschseite, v. 13
- 35
- Abschnitt
- 36
- Abschnitt
- 37
- Öffnung
- 38
- Aussparung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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