DE102010002569A1

DE102010002569A1 - Lenkgetriebe und damit ausgestattete Servolenkung

Info

Publication number: DE102010002569A1
Application number: DE102010002569A
Authority: DE
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2010-09-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für eine Servolenkung (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Lenkgetriebe ein Lenkgetriebegehäuse (10), einen Elektromotor (7) und eine Zahnstange (23) zur Auslenkung der Fahrzeugräder aufweist, wobei in dem Lenkgetriebegehäuse (10) eine Getriebevorrichtung vorgesehen ist, in die mehrere drehbewegliche Getriebeelemente für eine Kraftübertragung von dem Elektromotor (7) auf die Zahnstange (23) integriert sind. Die drehbeweglichen Getriebeelemente sind eine Schnecke (13) und ein mit einer Eingangswelle (2) gekoppeltes Schneckenrad (14), wobei die Eingangswelle (2) in einer drehbeweglichen Exzenterbuchse (15) gelagert ist und die Eingangswelle (2) an ihrem Ende ein Ritzel (24) zum Zahnstangeneingriff aufweist. Die Exzenterbuchse (15) weist ein radialbewegliches Vorspannmittel (19) zum Vorspannen des Schneckenrades (14) Richtung Schnecke (13) und/oder des Ritzels (24) Richtung Verzahnung der Zahnstange (23) auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für eine Servolenkung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine damit ausgestatte Servolenkung gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruches.
Ein gattungsgemäßes Lenkgetriebe sowie eine damit ausgestattet Servolenkung für Kraftfahrzeuge ist aus der EP 1 225 116 B1 bekannt.
Die gattungsgemäße Schrift zeigt eine elektrische Hilfskraftlenkung mit einer Lenkwelle, die mit einem Lenkhandrad in Wirkverbindung steht, ein Ritzel, das gemeinsam mit einer Zahnstange zur Übertragung eines für das Lenken von zu lenkenden Rädern erforderlichen Drehmoments dient. Die Lenkunterstützung wird durch einen elektrischen Motor erzeugt. Dabei wird die Drehung der Motorausgangswelle über einen Untersetzungsgetriebemechanismus, der einen Schneckenmechanismus für die Lenkunterstützung aufweist, auf ein Lenkwellenende übertragen, welches das Ritzel trägt.
Der Untersetzungsgetriebemechanismus beinhaltet eine auf einer Schneckenwelle integrierte Schnecke und ein Schneckenrad, die miteinander im Eingriff stehen. Das eine Ende der Schneckenwelle ist schwenkbar gelagert. Das zweite Ende der Schneckenwelle weist ein Vorspannmittel zum Vorspannen der Schnecke in radialer Richtung hin zum Schneckenrad auf.
In der EP 1 537 346 B1 wird eine Anpresseinrichtung beschrieben, die einerseits zum Andrücken der Schneckenwelle in Richtung hin zum Schneckenrad und andererseits, angeordnet im Eingriffsbereich des Ritzels in die Verzahnung der Zahnstange, zum spielfreien Verzahnungseingriff des Ritzel- und Zahnstangenverzahnung, dient.
Um einen geräuschfreien und funktionssicheren Betrieb der elektrischen Hilfskraftlenkung im Bereich des Schneckenmechanismus und der Andrückeinrichtung für das Ritzel sicher zu stellen ist ein hoher technischer Aufwand, wie z. B. die Schwenklagerung der Schneckenwelle und mehrere technisch aufwändige, aus einer Vielzahl von Bauteilen bestehende Andrückeinrichtungen notwendig, die in ihrem Bauraum nicht minimiert werden können.
Eine Vorrichtung zur Änderung des Achsabstandes zwischen Schnecke und Schneckenrad zum Ausgleich von Herstellungstoleranzen ist in der DE 22 41 221 C2 beschrieben. Bei dieser Lösung wird eine Welle, auf deren Ende ein Schneckenrad gelagert ist, über eine Exzenterhülse im Gehäuse gelagert. Durch Drehen der Hülse kann die Achse der Schneckenradwelle um einen bestimmten Betrag parallel zu der Achse der Schnecke verlagert werden. Nach der Einstellung des optimalen Funktionsabstandes wird der Achsabstand arretiert.
Diese Vorrichtung ist nur zur Voreinstellung einer Antriebseinheit aus Schnecke und Schneckenrad geeignet und kann nicht, wie für einen Lenkgetriebemechanismus notwendig, an die unterschiedlichen Belastungen angepasst werden und stellt sich nicht über die Lebensdauer des Lenkgetriebes gesehen automatisch nach.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenkgetriebe vorzuschlagen, das die genannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll ein Lenkgetriebe und eine damit ausgestattete Servolenkung bereitgestellt werden, die mit einfachen konstruktiven Mitteln über die Lebensdauer gesehen geräuschfrei und funktionssicher arbeitet.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Demnach weist das Lenkgetriebe ein Lenkgetriebegehäuse, einen Elektromotor und eine Zahnstange zur Auslenkung der Fahrzeugräder auf, wobei in dem Lenkgetriebegehäuse eine Getriebevorrichtung vorgesehen ist, in die mehrere drehbewegliche Getriebeelemente für eine Kraftübertragung von dem Elektromotor auf die Zahnstange integriert sind. Die drehbeweglichen Getriebeelemente sind eine Schnecke und ein mit einer Eingangswelle gekoppeltes Schneckenrad, wobei die Eingangswelle in einer drehbeweglichen Exzenterbuchse gelagert ist und die Eingangswelle an ihrem Ende ein Ritzet zum Zahnstangeneingriff aufweist. Die Exzenterbuchse weist ein radialbewegliches Vorspannmittel zum Vorspannen des Schneckenrades Richtung Schnecke und/oder des Ritzels Richtung Verzahnung der Zahnstange auf.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demnach ist es vorteilhaft, wenn das Vorspannen der Exzenterbuchse durch eine Drehfeder erfolgt, die in unmittelbarer Nähe zu der Exzenterbuchse auf der Eingangswelle angeordnet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen:
1 den Aufbau einer elektrischen Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge in schematischer Darstellung,
2 den Längsschnitt durch den Elektromotor aus 1,
3 ein Schnitt entlang der Linie II-II der 2,
4 einen Eingangswellenabschnitt mit angeordneter Drehfeder,
5 einen Schnitt durch eine Drehfeder mit Gummimasse,
6 ein Zahnstangengehäuseabschnitt
Die elektrische Servolenkung (1) für Kraftfahrzeuge enthält in dem Ausführungsbeispiel nach 1 ein Lenkgetriebe einer Zahnstangenlenkung. Eine solche Zahnstangenlenkung ist allgemein bekannt und wird deshalb hier nicht näher erläutert. Eine Eingangswelle 2, die beispielsweise über eine mit Kreuzgelenken versehene Lenksäule 3 mit einem Lenkhandrad 4 in Wirkverbindung steht, trägt ein Antriebsritzel 24 der Zahnstangenlenkung. Eine Zahnstange 23 der Zahnstangenlenkung bildet zusammen mit zwei Lenkschubstangen 5 und 6 ein Ausgangsglied, das mit nicht dargestellten, zu lenkenden Rädern in Wirkverbindung steht. Die Zahnstange (23) bildet außerdem das Antriebsteil der Lenkung.
Mit einer solchen Servolenkung 1 kann ein Lenkdrehmoment von dem Lenkhandrad 4 zu den zu lenkenden Rädern übertragen werden.
Durch einen Elektromotor 7 kann ein unterstützendes Moment auf die Eingangswelle 2 ausgeübt werden. In dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist der Elektromotor 7 derart angeordnet, dass seine Achse senkrecht zu der Achse. der Eingangswelle 2 und damit des Antriebsritzels steht. Seine Achse kann aber auch unter einem anderen Winkel zur Achse der Eingangswelle 2 stehen.
Mit gleicher oder ähnlicher Wirkung kann der Elektromotor 7 derart angeordnet sein, dass seine Achse parallel zu der Achse der Eingangswelle 2 und damit auch des Antriebsritzels 24 oder eines anderen Teils der Lenksäule 3 angeordnet ist.
In den beiden bisher beschriebenen Anordnungsarten des Elektromotors 7 wirkt dieser auf die Eingangswelle 2 mit dem Antriebsritzel 24 der Zahnstangenlenkung.
Vorteilhafterweise ist der Elektromotor 7 als Asynchronmotor ausgebildet. Der Asynchronmotor besteht im Wesentlichen aus einem drehbaren Rotor 8 und einer feststehenden Wicklung 9. Die Drehmomenterzeugung erfolgt durch ein von außen über Steuer- und Schaltelemente vorgegebenes Drehfeld. Der Rotor 8 ist zweckmäßigerweise als Käfigläufer oder als Kurzschlussläufer ausgeführt. Da ein solcher Elektromotor 7 keine Permanentmagnete benötigt, wird bei einer Störung im elektrischen bzw. elektronischen Teil der Lenkvorrichtung beim Drehen des Rotors 8 kein Magnetfeld erzeugt, welches die Drehbewegung des Rotors 8 beeinflussen bzw. hemmen würde. Dadurch wird gewährleistet, dass der Kraftfluss vom Lenkhandrad 4 zu den gelenkten Rädern bei einem Störfall nicht beeinträchtigt wird.
In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wicklung 9 des Elektromotors 7 platzsparend direkt in einem Gehäuse 10 integriert und durch einen Anschlag 11 und einen axial vorgespannten Deckel 12 gegen axiale und radiale Bewegung gesichert. Das von dem Elektromotor 7 erzeugte Drehmoment wird über ein Schneckengetriebe, bestehend aus Schnecke 13 und Schneckenrad 14, auf die. Eingangswelle 2 übertragen.
Das Schneckenrad 14 ist, wie aus 3 ersichtlich, fest auf der Eingangswelle 2 angebracht, die sich in einer Buchse 15 dreht, die in einem vorspringenden Bereich des Gehäuses 10 integriert ist.
Um einen Achsabstand a zwischen der Achse der Schnecke 13 und der Achse des Schneckenrades 14 einstellen zu können, ist die Buchse 15, die die Eingangswelle 2 aufnimmt, exzentrisch ausgebildet. Die Innenbohrung oder die Zylinderfläche der Buchse 15 (Exzenterbuchse) sind dabei exzentrisch in Bezug auf die Außenwand der Buchse 15 angeordnet.
Wird die drehbeweglich angeordnete Exzenterbuchse 15 durch eine Drehfeder 19 vorgespannt, so dass sie ständig angehalten ist eine Drehbewegung auszuführen und so den Abstand a zu verkleinern, wird in vorteilhafter Weise eine ständige Anlage zwischen den Getriebegliedern, wie z. B. Schneckenrad 14 und Schnecke 13 erreicht.
Auf der Eingangswelle 2 ist in einem Ausführungsbeispiel nach 4 eine Schraubendrehfeder 19 in axialer Verlängerung zur Exzenterbuchse 15 auf der Eingangswelle 2 angeordnet. Die Feder 19 weist eine Mehrzahl von nebeneinander liegenden Federwindungen 22 auf, die den gleichen Windungsdurchmesser haben. Die Federenden 20, 21 sind zum Einspannen der vorgespannten Drehfeder 19 zwischen der Exzenterbuchse 15 und dem Gehäuse 10, gegen welches die Exzenterbuchse 15 verdreht werden soll. Gehäuse 10 und Exzenterbuchse 15 weisen nicht dargestellte Befestigungselemente zur Aufnahme der Federenden 20; 21 auf.
In einem anderen Ausführungsbeispiel, wie aus der 5 ersichtlich, besteht die Drehfeder 19 aus zwei konzentrisch angeordneten Hülsen 16; 17, zwischen die eine Gummimasse 18 angeordnet ist, die fest mit den Hülsen 16; 17 verbunden ist. Werden die Hülsen 16; 17 gegeneinander verdreht und dann vorgespannt eingebaut, wird die Exzenterbuchse 15 in radialer Richtung federnd vorgespannt.
Um zu vermeiden, dass die Exzenterbuchse 15 durch die Eingangswelle 2 mitgedreht wird, kann die Zylinderinnenfläche mit Schmiernuten ausgestattet sein, um eine optimale Schmierung zu erreichen. Eine gute Schmierung kann man auch durch eine Ausführung der Exzenterbuchse aus Sintermaterial erreichen in dessen Poren das Schmiermittel aufgenommen ist, um es über die Lebensdauer gesehen wieder abzugeben. Ein Aufschrumpfen der Exzenterbuchse 15 kann man vermeiden, wenn sie geschlitzt ausgeführt wird.
Um die Reibung zwischen Exzenterbuchse 15 und Eingangswelle 2 und/oder Gehäuse 10 und Exzenterbuchse 15 zu verringern wird die Exzenterbuchse 15 durch nicht dargestellte Nadellager gelagert.
Da die Eingangswelle 2, auf die das unterstützende Lenkmoment des Elektromotors durch die Schnecke-Schneckenradverbindung wirkt, an seinem distalen Ende das Ritzel 24 trägt, über welches das Lenkmoment auf die Zahnstange 23 übertragen wird, kann in vorteilhafter Weise die Exzenterbuchse 15 ebenfalls das Ritzel 24 federnd Richtung Verzahnung der Zahnstange 23 drücken. Voraussetzung ist, dass durch eine vorbestimmte Anordnung des Ritzels die gleiche Andrückrichtung A für die Anfederung erreicht wird, die durch die Andrückrichtung A zwischen Schnecke 13 und Schneckenrad 14 vorgegeben wird (6).
Ist eine entsprechende räumliche Anordnung nicht möglich erfolgt das Andrücken weiterhin, wie bekannt, durch ein separates Druckstück.

1: Servolenkung
2: Eingangswelle
3: Lenksäule
4: Lenkhandrad
5: Lenkschubstange
6: Lenkschubstange
7: Elektromotor
8: Rotor
9: Wicklung
10: Gehäuse
11: Anschlag
12: Deckel
13: Schnecke
14: Schneckenrad
15: Exzenterbuchse
16: Außenhülse
17: Innenhülse
18: Gummimasse
19: Drehfeder
20: Federende
21: Federende
22: Federwindung
23: Zahnstange
24: Ritzel
A: Andrückrichtung
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

- EP 1225116 B1 [0002]
- EP 1537346 B1 [0005]
- DE 2241221 C2 [0007]

Claims

Lenkgetriebe für eine Servolenkung (1) mit einem Lenkgetriebegehäuse (10), einem Elektromotor (7) und einer Zahnstange (23) zur Auslenkung der Fahrzeugräder, wobei in dem Lenkgetriebegehäuse (10) eine Getriebevorrichtung vorgesehen ist, die mehrere drehbewegliche Getriebeelemente für eine Kraftübertragung von dem Elektromotor (7) auf die Zahnstange (23) aufweist, wobei die drehbeweglichen Getriebeelemente aus folgenden Merkmalen bestehen: • einem Schneckengetriebe (13; 14), das aus einer Schnecke (13) und einer mit einer Eingangswelle (2) gekoppelten Schneckenrad (14) besteht, • die Eingangswelle (2) in einer drehbeweglichen Exzenterbuchse (15) gelagert ist, • die Eingangswelle (2) an ihrem Ende ein Ritzet (24) zum Zahnstangeneingriff aufweist, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: • die Exzenterbuchse (15) weist ein radialbewegliches Vorspannmittel (19) zum Vorspannen des Schneckenrades (14) Richtung Schnecke (13) und/oder des Ritzels (24) Richtung Verzahnung der Zahnstange (23) auf.
Lenkgetriebe für eine Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannmittel (19) eine zwischen Exzenterbuchse (15) und Gehäuse (10) vorgespannte Drehfeder (19) ist.
Lenkgetriebe für eine Servolenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehfeder (19) eine Schraubendrehfeder ist, die in axialer Verlängerung der Exzenterbuchse (15) auf der Eingangswelle (2) angeordnet ist.
Lenkgetriebe für eine Servolenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehfeder (19) aus zwei koaxial ineinander angeordneten rohrförmigen Hülsen (16; 17) besteht, die zueinander einen hohlzylinderförmigen Zwischenraum bilden, in dem eine gummielastische Masse (18) angeordnet ist, die kraftschlüssig mit der Innenfläche der äußeren Hülse (16) und der Außenfläche der inneren Hülse (17) verbunden ist, und dass die beiden Hülsen (16; 17) gegeneinander drehelastisch vorgespannt sind.
Lenkgetriebe für eine Servolenkung einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterbuchse (15) an der Zylinder-Innenfläche Schmiernuten aufweist.
Lenkgetriebe für eine Servolenkung einem der Ansprüche 1 bis 4, dass die Exzenterbuchse (15) aus Sintermaterial besteht.
Lenkgetriebe für eine Servolenkung einem der Ansprüche 1 bis 4, dass die Exzenterbuchse (15) geschlitzt ausgeführt ist.
Lenkgetriebe für eine Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Eingangswelle (2) und Exzenterbuchse (15) und/oder Gehäuse (10) und Exzenterbuchse (15) Wälzlager integriert sind.
Lenkgetriebe für eine Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückrichtung (A) des Ritzels (24) an die Zahnstange (23) mit der Andrückrichtung (A) des Schneckenrades (14) an die Schnecke (13) übereinstimmt
Servolenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkgetriebegehäuse (10), einem Elektromotor (7) und einer Zahnstange (23) zur Auslenkung der Fahrzeugräder, wobei in dem Lenkgetriebegehäuse (10) eine Getriebevorrichtung vorgesehen ist, die mehrere drehbewegliche Getriebeelemente für eine Kraftübertragung von dem Elektromotor (7) auf die Zahnstange (23) aufweist, wobei die drehbeweglichen Getriebeelemente aus folgenden Merkmalen bestehen: • einem Schneckengetriebe (13; 14), das aus einer Schnecke (13) und einer mit einer Eingangswelle (2) gekoppelten Schneckenrad (14) besteht, • die Eingangswelle (2) in einer drehbeweglichen Exzenterbuchse (15) gelagert ist, • die Eingangswelle (2) an ihrem Ende ein Ritzel (24) zum Zahnstangeneingriff aufweist, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: • die Exzenterbuchse (15) weist ein radialbewegliches Vorspannmittel (19) zum Vorspannen des Schneckenrades (14) Richtung Schnecke (13) und/oder des Ritzels (24) Richtung Verzahnung der Zahnstange (23) auf.