-
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum gesicherten Verriegeln einer Elektrolenkung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine mit der Anordnung ausgestattete Elektrolenkung nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs.
-
Zum Verriegeln einer Lenkung in einem Kraftfahrzeug sind schon lange sogenannte Lenkradschlösser bekannt, die am Lenkrad bzw. an der Lenksäule angeordnet sind und mittels eines Verriegelungs- bzw. Sperrelementes die Bewegung des Lenkrades bzw. der Lenksäule blockieren. Dazu greift das Verriegelungs-Element in einen Eingriffsabschnitt eines Einrastelementes ein. Bei modernen Lenkungen, insbesondere bei Elektrolenkungen, wird bevorzugt auf der Niedrigmomentenseite des Lenkgetriebes verriegelt. Beispielsweise wird die Antriebs- bzw. Motorwelle des Elektromotors mittels eines Verriegelungselementes in einer bestimmten Position arretiert.
-
Aus der
DE 10 2008 040 877 A1 ist eine Anordnung zum Verriegeln einer Lenkung, insbesondere einer Elektrolenkung, bekannt, bei der ein bewegliches Verriegelungs-Element auf der Niedrigmomentenseite des Lenkgetriebes bzw. der Elektrolenkung angeordnet ist und dort auf die Motorwelle, also auf ein Drehmoment-übertragendes Element, wirkt. Dazu greift das bewegliche Verriegelungs-Element (z. B. angefederter Sperrbolzen) in einen Eingriffsabschnitt eines Einrastelementes (z. B. Raststern) ein und blockiert somit die Motorwelle. Um nun die antriebsseitigen und getriebeseitigen Bauteile der Lenkung vor evtl. Überlastung zu schützen, wird dort vorgeschlagen, zwischen Motorwelle und Einrastelement (Raststern) ein Drehmomenten-begrenzendes Kupplungselement vorzusehen, das z. B. als Reibring ausgebildet sein kann. Dadurch wird eine kostengünstige und effektive Überlastkupplung im Niedermomentenbereich bereit gestellt.
-
Aus der
DE 602 01 242 T2 ist ebenfalls eine Anordnung zur Verriegelung einer Elektrolenkung bekannt, bei der an der Motorwelle eine Verriegelungseinrichtung mit einem Raststern vorgesehen ist, der über einen Drehmomenten-Begrenzer mit der Motorwelle verbunden ist.
-
Wie auch später anhand der 1 und 2 beschrieben wird, bestehen die bekannten Lösungen aus einem Einrastelement (z. B. Raststern) und einem Drehmomenten-Begrenzer (z. B. Reibring), d. h. aus Bauteilen, die separat gefertigt und aufeinander abgestimmt werden müssen. Zudem erschwert der Umgang mit mehreren Bauteilen die Montage. Wünschenswert wäre eine Lösung, die eine einfachere und kostengünstigere Fertigung sowie Montage ermöglicht.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art unter Überwindung der genannten Nachteile in vorteilhafter Weise zu verbessern. Insbesondere soll eine Anordnung zum Verriegeln einer Elektrolenkung vorgeschlagen werden, die im Niedrigmomentenbereich wirkt und eine einfachere und kostengünstigere Fertigung sowie Montage ermöglicht.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird eine Elektrolenkung mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs vorgeschlagen.
-
Demnach wird eine Anordnung zum Verriegeln einer Elektrolenkung vorgeschlagen, die eine Verriegelungseinheit auf der Niedrigmomentenseite der Elektrolenkung aufweist und dort auf ein Drehmoment-übertragendes Element, insbesondere auf eine Motorwelle, wirkt, wobei ein bewegliches Verriegelungs-Element in mindestens einen. Eingriffsabschnitt eines Einrastelementes eingreift. Das Einrastelement ist einstückig ausgebildet und hat einen äußeren Bereich, an dem der mindestens eine Eingriffsabschnitt zur Verriegelung der Lenkung ausgebildet ist. Im inneren Bereich des Einrastelementes ist ein Drehmomenten-begrenzender Kupplungsabschnitt zur Überlastsicherung der Lenkung ausgebildet. Somit sind sowohl die Verriegelungsfunktion wie auch die Überlastsicherungsfunktion in einem Bauteil, nämlich dem Einrastelement integriert bzw. realisiert. Die Erfindung kann in allen Elektrolenkungen zum Einsatz kommen, insbesondere auch in solchen, die einen Riementrieb oder dergleichen aufweisen.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung entspricht das Drehmoment-übertragende Element der Motorwelle des Elektromotors, wobei das Einrastelement mit dem Drehmomenten-begrenzende Kupplungsabschnitt auf der Motorwelle montiert ist.
-
Der Drehmomenten-begrenzende Kupplungsabschnitt kann als ein dünnwandiger innerer Bereich des Einrastelements ausgebildet sein. Zudem kann der Drehmomenten-begrenzende Kupplungsabschnitt als ein elastisch federnder innerer Bereich des Einrastelements ausgebildet sein. Außerdem kann der Drehmomenten-begrenzende Kupplungsabschnitt auch als ein gewellter innerer Bereich des Einrastelements ausgebildet sein.
-
Alternativ oder ergänzend dazu kann der Drehmomenten-begrenzende Kupplungsabschnitt als ein geschlitzter innerer Bereich des Einrastelements ausgebildet sein.
-
Auch kann der Drehmomenten-begrenzende Kupplungsabschnitt mindestens zwei Teilabschnitte aufweisen, die dünnwandig, elastisch federnd, gewellt und/oder geschlitzt ausgebildet sind. Außerdem kann zwischen dem Drehmomenten-begrenzenden Kupplungsabschnitt und dem mindestens einen Eingriffsabschnitt ein Übergangsbereich bzw. Freigang vorgesehen sein, der eine mechanische Entkopplung beider Abschnitte bewirkt.
-
Vorzugsweise ist das Einrastelement durch Umformen eines Metalls, insbesondere aus einem Blechformteil, gefertigt. Auch kann das Einrastelement aus zwei gleichen symmetrisch zueinander gefertigten Abschnitten bestehen.
-
Diese und weitere Vorteile ergeben sich auch aus den Unteransprüchen.
-
Vorgeschlagen wird auch eine Elektrolenkung, die eine solche Verriegelungs- und Überlastsicherungs-Anordnung aufweist.
-
Nachfolgend werden die Erfindung und die sich daraus ergebenden Vorteile im Detail anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
-
Die 1 zeigt den üblichen Grundaufbau eines Lenkgetriebes, das mit einem als Elektromotor ausgebildeten Unterstützungsantrieb versehenen ist.
-
Die 2 zeigt den Aufbau einer bekannten Anordnung mit Einrastelement und Drehmomenten-Begrenzer zum gesicherten Verriegeln der Lenkung im Niedermomentenbereich.
-
Die 3 zeigt in einer Querschnittsansicht und als erstes Ausführungsbeispiel den Aufbau eines erfindungsgemäßen Einrastelementes zum gesicherten Verriegeln der Lenkung im Niedermomentenbereich.
-
Die 4 zeigt in einer Draufsicht das erfindungsgemäße Einrastelement nach 3.
-
Die 5 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht das erfindungsgemäße Einrastelement nach 3 und 4.
-
Die 6 zeigt in einer perspektivischen Ansicht und als zweites Ausführungsbeispiel eine Variante zu dem Einrastelement nach 3 bis 5.
-
Die 7 zeigt in einer Querschnittsansicht das erfindungsgemäße Einrastelement nach 6.
-
Die 8 zeigt in einer Querschnittsansicht und als drittes Ausführungsbeispiel eine Variante zu den Einrastelementen nach 3 bis 7.
-
Die 1 zeigt in einer Gesamtansicht den üblichen Aufbau eines Lenkgetriebes 1 einer Elektrolenkung, die als achsparallel angetriebenes Lenksystem ausgebildet ist. Das Lenkgetriebe 1 weist dazu ein Riemengetriebe mit Kugelumlaufmutter bzw. Lenkmutter sowie als Unterstützungsantrieb einen Elektromotor 2 auf, der über ein Steuergerät flexibel angesteuert werden kann. Neben weiteren Elementen weist das Lenksystem auch eine (nicht dargestellte) Lenksäule auf, an welcher in herkömmlicher Weise eine konventionelle Verriegelungsvorrichtung bzw. ein Lenkradschloss angebracht werden könnte. Jedoch wird die Lenkung häufig im Niedrigmomentenbereich, z. B. direkt an der Welle des Elektromotors 2, verriegelt, so wie dies in der 2 dargestellt wird.
-
Die 2 zeigt eine herkömmliche Verriegelung im Niedrigmomentenbereich, bei der direkt an der Motorwelle 3 des Elektromotors 2 eine Anordnung zum Verriegeln der Lenkung angeordnet wird. Die Anordnung wird häufig auf der Steuergeräteseite montiert und enthält eine über einen Aktuator antreibbare Verriegelungseinheit 6, die ein bewegliches Verriegelungs-Element 7 aufweist, welches in einen Eingriffsabschnitt 8* eines Einrastelementes 8 eingreift. Das Einrastelement 8 ist häufig als Raststern ausgebildet, der auf der Motorwelle 3 montiert wird, wobei zwischen Raststern 8 und Motorwelle 3 ein Drehmomenten-begrenzendes Kupplungselement 5 bzw. ein Drehmomenten-Begrenzer vorgesehen. Der Drehmomenten-Begrenzer dient der Überlastsicherung und ist häufig als Reibring ausgebildet. Die in 2 gezeigte herkömmliche Lösung, die aus einem Raststern und einem separaten Reibring besteht, erfordert bei der Fertigung sowie Montage jedoch einen relativ hohen Aufwand.
-
Die 3 zeigt in einer Querschnittsansicht und als erstes Ausführungsbeispiel den Aufbau eines erfindungsgemäßen Einrastelementes 20, das einstückig ausgebildet ist und sowohl die Verriegelungsfunktion wie auch die Überlastsicherungsfunktion in sich vereint. Dazu ist das Einrastelement 20 einstückig ausgebildet und weist einen äußeren Bereich auf, an dem mindestens ein Eingriffsabschnitt 21 zur Verriegelung der Lenkung ausgebildet ist. Weiterhin weist das Einrastelement 20 einen inneren Bereich auf, an dem ein Drehmomenten-begrenzender Kupplungsabschnitt 25 zur Überlastsicherung der Lenkung ausgebildet ist. Da in dem Element 20 beide Funktionen integriert sind, stellt das Element 20 quasi ein Einrast- und Sicherungselement dar. In der vorliegenden Beschreibung wird das Element aber vereinfachend als Einrastelement 20 bezeichnet.
-
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Einrastelement 20 aus einem Blechumformteil. Im äußeren Bereich ist die Rastfunktion eingebracht. Dazu ist dieser Bereich wie ein Rastern mit mehreren Rastnuten 21 ausgebildet, in die ein bewegliches Verriegelungs-Element, wie z. B. ein angefederter Sperrbolzen (siehe Element 7 in 2), eingreifen kann. Im inneren Bereich ist die Sicherungsfunktion gegen mechanische Überlastung eingebracht. Dazu ist dieser Bereich, der sich zur Welle hin erstreckt, wie ein dünnwandiger zur gewellter Hülsenbreich 25 ausgebildet, so dass bei Überlastung, d. h. beim Überschreiten eines definierten Drehmomentes von z. B. 5 Nm, ein Durchrutschen erfolgt. Damit dieser innere Bereich 25 noch besser elastisch federn kann, ist ein Übergangsbereich 26 bzw. Freigang vorgesehen, der den inneren Bereich, d. h. den Hülsenbereich 25, von dem äußeren Bereich, d. h. dem Raststern mit seinen Rastnuten 21, mechanisch etwas mehr entkoppelt. Das bedeutet, dass der Übergangsbereich 26 zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich einen konstruktiv geschwächten Zwischenbereich darstellt, welcher eine erhöhte Elastizität bereitstellt. Der Übergangsbereich 26 trägt somit bei zu einer mechanischen Entkoppelung der Abschnitte 25 und 21.
-
Die 4 zeigt in einer Draufsicht bzw. Frontansicht das erfindungsgemäße Einrastelement nach 3. Des weiteren zeigt 5 eine dreidimensionale Teilansicht des Einrastelements. Wie dort zu sehen ist, ist der innere Bereich, der den Drehmomenten-begrenzenden Kupplungsabschnitt 25 darstellt, als ein dünnwandiger gewellter Hülsenbereich ausgebildet. Der äußere Bereich, an dem der Eingriffsabschnitt 21 realisiert ist, ist als Raststern mit mehreren Rastungen ausgebildet. Der innere Bereich, kann auch durch einen dünnwandigen Bereich ausgestaltet sein, der nicht gewellt ist. Hierbei bestimmt dann die Dimensionierung der Presspassung mit der Motorwelle den kritischen Drehmomentwert, ab dem ein Durchrutschen erfolgt.
-
Die 6 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Einrastelement 20'. Der äußere Bereich ist hier ebenfalls als Eingriffsabschnitt 21 in Form eines Raststerns ausgebildet. Der innere Bereich ist jedoch als ein modifizierter Kupplungsabschnitt 25' ausgebildet, der die Form einer in axialer Richtung geschlitzten Hülse annimmt. Wie auch anhand der 7 zu sehen ist, ist die gezeigte Konstruktion symmetrisch aufgebaut, indem zu beiden Seiten hin Schlitze 27 vorgesehen sind, so dass sich mehrere federnde Zungen an dem Kupplungsabschnitt 25' ausbilden, die eine definierte gegen Überlastung gesicherte Passung mit der Motorwelle (s. Element 3 in 2) herstellen. Durch Dimensionierung der Schlitze 27 bzw. der Zungen lässt sich der gewünschte Drehmomentenwert genau einstellen. Um die Montage zu erleichtern, ist vorzugsweise jede Zunge mit einer Fase 28 versehen.
-
Die 8 zeigt in einer Querschnittsansicht ein drittes Ausführungsbeispiel und somit eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Einrastelementes. Aus Symmetriegründen und Krafteinleitungsgründen ist das hier- gezeigte Einrastelement 20'' aus zwei Hülsen bzw. hülsenförmigen Abschnitten aufgebaut. Durch diese Konstruktion wird die Torsionssteifigkeit des Einrastelements erhöht. Auch das in 8 gezeigte Bauteil kann aus einer Blechformung gefertigt werden. Als Alternative kann das Bauteil auch aus einem hochfesten Kunststoff-Material gefertigt werden.
-
Die hier beschriebene Erfindung kann nicht nur direkt an einer Motorwelle, sondern an jedem Drehmoment-übertragenden Element realisiert werden, wie z. B. an einer Getriebewelle bzw. einem Getrieberad, die/das sich vorzugsweise auf der Niedrigmomentseite des Lenkgetriebes befindet. Sobald die beschriebene Verriegelung bzw. Einrastung aktiv ist, werden durch die integrierte Sicherungsfunktion die im Kraftfluss zwischen Lenkhandhabe (Lenkrad) und Elektromotor befindlichen Bauteile (insbesondere Getriebeteile) vor Überlastung geschützt. Denn falls an dem Lenkrad versucht werden sollte, die Verriegelung der Lenkung aufzubrechen (was bei konventionellen Lenkradschlössern häufig versucht wurde), tritt bei einem zu großem Handmoment (mehr als 100 Nm oder gar 200 Nm) die Überlastfunktion ein, indem der innere Bereich (siehe z. B. Hülsenbereich 25 in 4 und 5) durchrutscht. Der innere Bereich nimmt die Funktion eines integrierten Drehmomenten-Begrenzers wahr und ist so dimensioniert (Material, Form, Anzahl der gewellten Abschnitte bzw. Schlitze usw.), dass das auftretende Verriegelungsmoment im Niedrigmomentenbereich auf wenige Newtonmeter begrenzt ist. Bevorzugt wird das Einrastelement mit integrierter Überlastsicherung direkt an der Motorwelle montiert, insbesondere an dem Ende der Motorwelle (s. Element 3 in 2), an dem sich auch das Steuergerät befindet. Dadurch kann die Verriegelungseinheit (s. Element 6 in 2) auch die Stromversorgung und/oder Steuerelektronik des Steuergerätes nutzen.
-
In allen Ausführungsformen stellt der Kupplungsabschnitt 25 (siehe z. B. 4 und 5) eine definierbare Rutschkupplung dar, die im Verriegelungszustand die mit dem Antrieb verbundenen Bauteile und -gruppen einschließlich der Verriegelungseinheit, gegen mechanische Überlastung schützt. Der in das Einrastelement integrierte Kupplungsabschnitt 25 wirkt somit als Überlastkupplung, die auf ein dimensionierbares Auslösemoment von beispielsweise 5 Nm eingestellt sein kann. Aufgrund des Untersetzungsverhältnisses des Lenkgetriebes (z. B. Riementrieb und Kugelumlauf) von beispielsweise 20:1 ergibt sich auf der Hochmomentenseite bzw. auf der Lenkwellenseite ein entsprechendes Auslösemoment von 100 Nm. Da aber die Verriegelung im Niedrigmomentenbereich stattfindet, können das Einrastelement und der integrierte Kupplungsabschnitt 25 wesentlich kleiner dimensioniert werden. Dasselbe gilt auch für die gesamte Verriegelungseinheit.
-
Auf den Aufbau und die Funktion der Verriegelungseinheit 6 (siehe 2) wird hier zwecks Veranschaulichung der Einbausituation des Einrastelementes nochmals Bezug genommen:
Das in der Verriegelungseinheit 6 beweglich gelagerte Verriegelungs-Element (Sperrbolzen) 7 wird über einen Aktuator indirekt bewegt, der z. B. ein kleiner Elektromotor sein kann. Dieser bewegt über mehrere Gewindeteile den Aufnahmeteil, in dem wiederum der Sperrbolzen 7 gelagert ist und mittels einer Druckfeder elastisch angefedert wird. Um den Sperrbolzen 7 in Eingriff mit den Rastungen 21 des Einrastelementes 20 (s. 3–8) zu bringen, treibt der kleine Elektromotor über eine Zahnradstufe eine Gewindespindel an, die wiederum auf eine Gewindehülse wirkt, die in dem Aufnahmeteil integriert ist. Somit wird die Rotationsbewegung des kleinen Elektromotors (Aktuators) in eine translatorische Axialbewegung der beiden Verriegelungs-Elemente, nämlich Aufnahmeteil und Sperrbolzens 7, umgesetzt. Die im Aufnahmeteil befindliche Druckfeder sorgt für eine elastische Anfederung des Sperrbolzens 7, wobei die Federwirkung durch Materialwahl und Dimensionierung der Feder eingestellt werden kann. Zur Entriegelung wird der kleine Elektromotor bzw. Aktuator aktiviert, so dass sich der Sperrbolzen 7 zusammen mit dem Aufnahmeteils zurückzieht. Dazu wird die Drehung des Aktuators bzw. Elektromotors umgekehrt. Somit ergibt sich über die Getriebeteile eine Aufwärtsbewegung der beiden Verriegelungs-Elemente, d. h. des Aufnahmeteils und des Sperrbolzens 7. Dies führt schließlich zur Freigabe des Raststerns bzw. des Einrastelementes 20 (s. 3–8) und somit zur Entriegelung der Lenkung.
-
Die hier vorgeschlagene Erfindung zeichnet sich insbesondere durch den Vorteil aus, dass sowohl die Verriegelungsfunktion wie auch die Überlastsicherungsfunktion in einem Bauteil, nämlich dem Einrastelement integriert sind. Die Erfindung kann in allen Elektrolenkungen zum Einsatz kommen, insbesondere auch in solchen, die einen Riementrieb oder dergleichen aufweisen.
-
Bei den für die Erfindung in Frage kommenden Lenksysteme wird von einem Untersetzungsverhältnis von etwa 20:1 ausgegangen, so dass die auf der Niedrigmomentenseite am Unterstützungsantrieb auftretenden Momente um einen entsprechenden Faktor 20 geringer sind als die auf der Hochmomentenseite, also an der Lenksäule selbst. Somit kann bei der Ausgestaltung der hier vorgeschlagenen Anordnung bzw. Verriegelungseinheit mit deutlich kleiner bzw. schwächer dimensionierten Bauteilen vorgegangen werden. Der Überlastungsschutz wirkt auch auf die Verriegelungseinheit selbst und erlaubt deshalb eine weitere schwächere und damit platzsparende und kostengünstige Bauteiledimensionierung, die vorzugsweise mit Kunststoff realisiert werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lenkgetriebe (hier: achsparalleler Riementrieb)
- 2
- Elektromotor (Servomotor der Elektrolenkung)
- 3
- Drehmomenten-übertragendes Element, hier: Motorwelle
- 5
- übliches Drehmomenten-begrenzendes Kupplungselement (Reibring)
- 6
- Verriegelungseinheit (mit Aktuator)
- 7
- bewegliches Verriegelungs-Element (angefederter Sperrbolzen)
- 8
- übliches Einrastelement (Raststern)
- 8*
- Eingriffsabschnitte bzw. Rastungen des Einrastelements
- 20
- erfindungsgemäßes Einrastelement (erste Ausführungsform) mit:
- 21
- Eingriffsabschnitt (im äußeren Bereich integriert)
- 25
- Drehmomenten-begrenzenden Kupplungsabschnitt (im inneren Bereich integriert)
- 26
- Übergangsbereich bzw. Freigang
- 20'
- erfindungsgemäßes Einrastelement (zweite Ausführungsform) mit:
- 25'
- geschlitztem Drehmomenten-begrenzenden Kupplungsabschnitt
- 27
- Schlitze in axialer Richtung
- 28
- Fasen an den elastischen Zungen
- 20''
- erfindungsgemäßes Einrastelement (dritte Ausführungsform, Doppelhülsen-Konstruktion)
-
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 102008040877 A1 [0003]
- DE 60201242 T2 [0004]
