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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Lenkung für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Elektromechanische Lenkungen sind im Allgemeinen als Zahnstangenlenkgetriebe ausgeführt, bei denen eine in einem Lenkungsgehäuse in Längsrichtung verschiebliche Zahnstange mit Spurstangen zur Auslenkung von gelenkten Rädern verbunden ist. Die Zahnstange selbst weist wie bei hydraulischen Servolenkungen ein Zahnsegment auf, das mit einem Ritzel kämmt. Das Ritzel wiederum ist über eine Lenksäule mit einem vom Fahrer betätigbaren Lenkrad verbunden.
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Der elektrische Servoantrieb einer solchen Lenkung kann auf verschiedene Weise mit der Zahnstange oder dem Ritzel gekoppelt sein. Bei den hier behandelten Lenkungen weist die Zahnstange neben dem Zahnsegment ein weiteres Segment auf, das als Schraubengewinde ausgeführt ist und das über einen Kugelumlauf mit einem Elektromotor getriebemäßig in Verbindung steht. Solche Lenkungen, bei denen der Servoantrieb unmittelbar auf die Zahnstange wirkt, werden „rack-drive-Lenkungen” genannt.
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Während bei hydraulischen Zahnstangenlenkungen die Führung der Zahnstange wegen der Dichtungen der hydraulischen Arbeitsräume und wegen des einstückig mit der Zahnstange ausgebildeten Hydraulikkolbens sehr steif ist, ist die Führung bei elektromechanischen Servolenkungen weniger steif. In der Praxis kommt deshalb durch äußere Einflüsse, beispielsweise durch die Rückwirkung der Fahrbahneinflüsse über die Räder und die Spurstangen auf die Zahnstange zu Schwingungen und Durchbiegungen der Zahnstange. Diese Verformungen belasten die mit der Zahnstange kämmenden Getriebeelemente, insbesondere den Kugelumlauf des Servoantriebs.
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Es gibt zahlreiche Dokumente, in denen Dämpfungselemente oder Stützelemente zur Stützung von Zahnstangen in Lenkgetrieben beschrieben sind. So ist in der
EP 1884446 A1 ein Stützelement beschrieben, dass unmittelbar neben dem Verzahnungseingriff des Lenkritzels angeordnet ist und das ansonsten übliche Druckstück ersetzen soll. Die
JP 2006248465 A beschreibt eine geräuschdämmende Einlage an der Innenseite des Lenkungsgehäuses, die die durch Schwingungen der Zahnstange auftretende Geräuschentwicklung dämpfen soll.
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Der nächstkommende Stand der Technik ist in der
JP 2006248464 A zu sehen. Hier ist ein Lenkgetriebe elektromechanischer Bauart dargestellt, das auf einer Seite des Getriebegehäuses das Zahnsegment mit dem Lenkritzel aufweist, unmittelbar daneben den Kugelumlauf für den Servoantrieb und am axial gegenüberliegenden Ende des Lenkungsgehäuses ein Stützelement zur Abstützung des freien Endes der Zahnstange, welches gleichzeitig zur Absorption von Schwingungen ausgerüstet ist.
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Die letztgenannte Lösung ist für eine Anordnung vorteilhaft, bei der das Lenkritzel und der Servoantrieb unmittelbar benachbart angeordnet sind, da die Zahnstange dann an einer Seite in diesen Getriebeelementen geführt wird, während an der anderen Seite das Stütz- und Dämpfungselement die Führung übernimmt. Für Lenkgetriebe, bei denen der Ritzeleingriff an einem Ende des Getriebegehäuses angeordnet ist, während der Servoantrieb an dem anderen Ende des Lenkungsgehäuses vorgesehen ist, ist diese Lösung weniger geeignet, denn die beiden Getriebeelemente führen die Zahnstange an beiden Enden relativ starr. Ein zusätzliches Stütz- und Dämpfungselement an dieser Stelle würde die Reibung unerwünscht erhöhen. Problematisch ist jedoch bei den Lenkgetrieben, die jeweils einen Getriebeeingriff an einem Ende des Lenkungsgehäuses aufweisen, dass der dazwischen liegende Teil der Zahnstange, also der Teil zwischen der Ritzelverzahnung und dem Schraubengewinde des Kugelumlaufs, frei schwingen kann. Das Dämpfungselement nach der Druckschrift
JP 2006248464 A ist an dieser Stelle jedoch ungeeignet, das auch hier eine unerwünschte Erhöhung der Reibung zu verzeichnen wäre.
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Lenkgetriebe der Bauart, die einen Ritzeleingriff an einem Ende der Zahnstange und ein Schraubengewinde für einen Kugelumlauf an dem anderen Ende der Zahnstange sowie einen dazwischen liegenden freien Bereich aufweist, ein Mittel zur Abstützung von Schwingungen in dem mittleren freien Bereich zu schaffen, das unerwünschte Schwingungen unterdrückt, ohne im Normalbetrieb die Reibung zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird von einer Lenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Weil in dem Getriebegehäuse zwischen dem Lenkungsritzel und dem Kugelumlauf ein mit einem Luftspalt gegenüber der Zahnstange angeordnetes Gleitlager vorgesehen ist, kann im ungestörten Normalbetrieb die Zahnstange berührungsfrei und damit reibungsfrei an dem Stützlager vorbei arbeiten. Bei hohen Belastungen, die zu unerwünschten Auslenkungen der Zahnstange führen, kann sich die Zahnstange an dem Lager abstützen, wodurch unerwünscht hohe Amplituden der Zahnstange gerade in diesem mittigen Bereich, in dem die Schwingungsamplituden besonders groß sind, unterdrückt werden.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1: das Lenkungsgehäuse einer erfindungsgemäßen Servolenkung in einem Längsschnitt;
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2: den Bereich des Stützlagers in einer vergrößerten Darstellung; sowie
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3: eine alternative Ausführungsform.
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Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße elektromechanische Servolenkung in einem Längsschnitt. Die Lenkung weist ein Lenkgetriebegehäuse 1 auf, das im Wesentlichen langgestreckt rohrförmig ausgebildet ist. In dem Getriebegehäuse 1 ist eine Zahnstange 2 in Richtung einer Längsachse 3 verschieblich angeordnet. Die Zahnstange 2 wird an der rechten Seite des Lenkungsgehäuses 1 zwischen einem Ritzel 4 und einem Druckstück 5 geführt. Das Ritzel 4 kämmt mit seiner äußeren Verzahnung mit einem Zahnsegment 6, das an der Zahnstange 2 ausgebildet ist.
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An dem gegenüberliegenden Ende des Lenkungsgehäuses 1 ist das Lenkungsgehäuse 1 in an sich bekannter Weise zur Aufnahme einer Kugelumlaufvorrichtung 7 ausgebildet. Das Lenkungsgehäuse 1 ist hier geteilt in einen rechten Teil 8 und einen (in der 1) linken Teil 9, wobei der linke Teil 9 des Lenkungsgehäuses 1 den Kugelumlauf 7 nach Art eines Gehäusedeckels umgibt.
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Der Kugelumlauf 7 weist eine Kugelmutter 10 auf, die in einem Wälzlager 11 in dem Lenkungsgehäuse 1 drehbar gelagert ist. Die Kugelmutter 10 steht über einer Reihe von Kugeln 12 mit einem Schraubengewinde 13 in Eingriff, welches auf der äußeren Oberfläche der Zahnstange 2 ausgebildet ist. Durch die Lagerung der Kugelmutter 10 in dem Gehäuse 1, genauer gesagt in dem Gehäuseteil 9 des Lenkungsgehäuses 1 und den Eingriff der Kugelmutter über die Kugeln 12 in das Schraubengewinde 13 ist die Zahnstange 2 an diesem Ende des Lenkungsgehäuses ebenfalls fixiert.
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Das Lenkungsgehäuse weist weiter noch übliche Bauelemente auf, wie beispielsweise einen dem Kugelumlauf benachbarten Faltenbalganschluss 14 und einen zweiten, dem Lenkritzel 4 benachbarten Faltenbalganschluss 15. Die Zahnstange 2 selbst weist schließlich an beiden freien Enden noch Anschlussgewinde 16 auf, in denen Spurstangen befestigt werden können.
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Bei dieser Bauart von Servolenkungen ist ein relativ langer Bereich der Zahnstange zwischen der Kugelmutter 10 und dem Lenkritzel 4 frei und gegenüber dem Lenkungsgehäuse 1 nicht geführt und nicht abgestützt. Dieser Bereich kann in der Praxis durch Rückwirkungskräfte, die von den gelenkten Rädern über Spurstangen an den Anschlussgewinden 16 eingeleitet werden, zu Schwingungen angeregt werden. Dies ist zum einen eine Belastung der Lagerstellen in der Kugelmutter 10 sowie im Ritzel 4 und dem gegenüberliegenden Druckstück 5, zum anderen entstehen hierdurch auch Geräusche.
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Um diese negativen Einflüsse eines in der Mitte ungeführten Zahnstangensegments zu vermindern, ist bei der in 1 dargestellten Servolenkung in dem mittigen Bereich, der mit II bezeichnet ist, ein Stützlager 20 angeordnet. Das Stützlager 20 wird nachfolgend näher beschrieben.
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Die 2 zeigt den Bereich II aus 1 in einer vergrößerten Darstellung. Die Zahnstange 2 ist hier in dem Lenkungsgehäuse 1 mit der Längsachse 3 dargestellt. Das Lenkungsgehäuse 1 weist eine innere Oberfläche 21 auf. Die Zahnstange 2 weist eine äußere, zylindrische Oberfläche 22 auf. Zwischen den beiden Oberflächen 21 und 22 ist ein Luftspalt 23 vorgesehen. In einem Bereich 24, der etwa mittig bzgl. der Achse 3 zwischen der Kugelmutter 10 und dem Ritzel 4 angeordnet ist, ist die Innenwandung 21 des Lenkungsgehäuses 1 mit einem Lagersitz 25 versehen. Der Lagersitz 25 trägt das Stützlagers 20, das beispielsweise als Lagerbuchse aus Sintermetall gefertigt werden kann. Zur Vermeidung von Reibung ist das Stützlager 20 mit einem kleinen Luftspalt gegenüber der äußeren Oberfläche 22 der Zahnstange 2 ausgeführt. Der Luftspalt beträgt beispielsweise 0,1 mm. So ist gewährleistet, dass im Normalbetrieb, der nicht zu Schwingungen der Zahnstange führt, die Zahnstange 2 nicht an dem Stützlager 20 anliegt und deshalb auch keine zusätzliche Reibung entsteht. Andererseits wird der Luftspalt zwischen der äußeren Oberfläche 22 der Zahnstange 2 und dem Stützlager 20 so gewählt, dass bei Schwingungen der Zahnstange 2 aufgrund von äußeren Einflüssen die Oberflächen frühzeitig miteinander in Kontakt kommen und eine weitergehende Schwingneigung der Zahnstange 2 damit unterbunden wird. Größere Amplituden, die zu einer Beschädigung der Lagerstellen im Bereich der Kugelmutter 10 oder des Lenkritzels 4 führen würden, werden dadurch unterbunden. Das Stützlager 20 verhindert also, dass sich die Zahnstange 2 in diesen Lagerbereichen gegenüber der geometrischen Längsachse 3 in erheblichem Umfang verbiegt.
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Die 3 zeigt schließlich eine andere Ausführung, bei der ein Stützlager 30 an der Zahnstange festgelegt ist, die dazu einen Sitz 31 aufweist. Das Stützlager 30 ist auch hier so ausgebildet, dass es im Normalbetrieb der Lenkung nicht mit dem gegenüber liegenden Bauteil, hier dem Lenkungsgehäuse 1, in Kontakt kommt. Bei Überlast wird sich jedoch die Zahnstange 2 verbiegen und das Stützlager 30 wird einen Teil der auftretenden Last ableiten.
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In verschiedenen Varianten der Erfindung kann die Ausführung des Stützlagers gewählt werden. Es können neben der oben erwähnten Buchse aus Sintermaterial auch Buchsen aus Kunststoff eingesetzt werden. Es können auch Verbundwerkstoffe eingesetzt werden, bei denen der Lagerwerkstoff durch ein metallisches Trägerelement gehalten wird. Es kann auch in dem Lenkungsgehäuse 1 eine Stufe oder ein Absatz ausgebildet sein, der durch Beschichten als Lagerstelle ausgebildet wird.
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Die Befestigung des Stützlagers 20 kann ebenfalls auf verschiedene Weisen erfolgen. Wichtig ist, dass die Befestigung nicht den Kontakbereich zwischen der Zahnstange 2 und dem Stützlager 20 stört und dass sie den im Überlastfall auftretenden Kräften widersteht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1884446 A1 [0005]
- JP 2006248465 A [0005]
- JP 2006248464 A [0006, 0007]
