DE102010049999A1

DE102010049999A1 - Elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung zur Anordnung an einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102010049999A1
Application number: DE102010049999A
Authority: DE
Inventors: Michael Niehues; Johannes Jochen Scheerer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2012-05-03

Abstract

Eine elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung (1) zur Anordnung an einer Lenksäule oder einem Lenkungsritzel eines Kraftfahrzeugs umfasst ein einstückiges Lenkgetriebegehäuse (10), einen Elektromotor (20), ein mechanisches Getriebe zur Übertragung eines Antriebsmoments des Elektromotors (20) an die Lenksäule, und ein Lenkungssteuergerät (40). Die Komponenten des Elektromotors (20) sind vollumfänglich innerhalb des einstückigen Lenkgetriebegehäuses (10) aufgenommen. Zumindest einzelne Komponenten des Elektromotors (20) sind separat voneinander in einer Ausnehmung des Lenkgetriebegehäuses (10) festgelegt. Der Elektromotor (20) sowie das Lenkungssteuergerät (40) sind axial aufeinanderfolgend angeordnet. Hierdurch wird eine elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung (1) geschaffen, die sich kostengünstig herstellen und mit geringem Aufwand zusammenbauen lässt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung zur Anordnung an einer Lenksäule oder einem Lenkungsritzel eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein einstückiges Lenkgetriebegehäuse, einen Elektromotor, ein mechanisches Getriebe zur Übertragung eines Antriebsmoments des Elektromotors an die Lenksäule, und ein Lenkungssteuergerät.
Eine derartige Lenkunterstützungsvorrichtung ist aus der WO 98/10971 A1 bekannt. Der Elektromotor ragt dabei aus dem eigentlichen Lenkgetriebegehäuse hinaus. Ein Abschnitt des Stators des Elektromotors ist in einem Gehäusedeckel aufgenommen, der seinerseits am Lenkgetriebegehäuse befestigt ist. Durch die fliegende Anordnung des Elektromotors wird für das Eingangsglied des mechanischen Getriebes motorseitig ein verhältnismäßig großes Lager benötigt. Für die Ankopplung der Motorwelle an das Eingangsglied des Getriebes entsteht zusätzlicher Platzbedarf.
Weiterhin ist für das Lenkungssteuergerät an dem Lenkgetriebegehäuse eine separate Aufnahme ausgebildet, so dass dieses im Wesentlichen parallel zu dem Eingangsglied des mechanischen Getriebes angeordnet ist. Diese Aufnahme wird durch einen weiteren Deckel verschlossen.
Eine weitere Lenkunterstützungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2005 007 357 A1 bekannt. Auch in diesem Fall ragt der Elektromotor aus dem eigentlichen Lenkgetriebegehäuse hinaus, wobei ein Teil des Stators des Elektromotors in dem Gehäusedeckel aufgenommen ist. Die Motorwelle ist über eine Stirnverzahnung antriebsmäßig mit einem Eingangsglied des Getriebes gekoppelt, wobei beide über insgesamt zwei Lager an dem Lenkgetriebegehäuse sowie dem Deckel drehbar gelagert sind.
Das Lenkungssteuergerät ist auf einer Platine untergebracht, die parallel zu einem Ausgangsglied des Getriebes, nämlich einem an der Lenksäule befestigten Schneckenrad, angeordnet ist.
Die vorstehend erläuterten elektrischen Lenkunterstützungsvorrichtungen bedingen aufgrund ihres Aufbaus einen verhältnismäßig hohen Montageaufwand.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung zu schaffen, die sich kostengünstig herstellen und mit geringem Aufwand zusammenbauen lässt.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung zur Anordnung an einer Lenksäule oder einem Lenkungsritzel eines Kraftfahrzeugs umfasst insbesondere ein einstückiges Lenkgetriebegehäuse, einen Elektromotor, ein mechanisches Getriebe zur Übertragung eines Antriebsmoments des Elektromotors an die Lenksäule und ein Lenkungssteuergerät und zeichnet sich dadurch aus, dass die Komponenten des Elektromotors vollumfänglich innerhalb des einstückigen Lenkgetriebegehäuses aufgenommen sind, zumindest einzelne Komponenten des Elektromotors separat voneinander in einer Ausnehmung des Lenkgetriebegehäuses festgelegt sind, und der Elektromotor sowie das Lenkungssteuergerät axial aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Hierdurch wird die Anzahl von Bauteilen und Schnittstellen verringert. Im Vergleich zu der aus der WO 98/10971 A1 bekannten Lenkunterstützungsvorrichtung wird durch die axiale Anordnung des Elektromotors und des Lenkungssteuergerät im Bereich einer gemeinsamen Aufnahme beispielsweise ein Gehäusedeckel eingespart.
Zudem können beide Komponenten zu einer Baugruppe zusammengefasst werden, die vor einer Endmontage des Lenkgetriebegehäuses geprüft werden kann.
Der Elektromotor entsteht erst durch die Montage seiner Komponenten, insbesondere eines Stators und Rotors sowie einer Motorwelle und Motorwellenlagern, in das Lenkgetriebegehäuse. Ein eigenes Motorgehäuse ist dabei nicht vorgesehen. Die Montage der Komponenten kann dabei einzeln und/oder in Gruppen erfolgen.
Durch den vollumfänglichen Einbau des Elektromotors in das Lenkgetriebegehäuse entfällt im Vergleich zu den aus der WO 98/10971 A1 und der DE 10 2005 007 357 A1 bekannten Ausführungen die Notwendigkeit einer Abstützung desselben in einem Gehäusedeckel. Hierdurch reduziert sich der Aufwand für einen Verschluss der entsprechenden Aufnahme des Lenkgetriebegehäuses. Insbesondere werden Passungs- und Dichtungsprobleme vermieden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
So kann beispielsweise auch das Lenkungssteuergerät innerhalb des einstückigen Lenkgetriebegehäuses aufgenommen sein oder sich zumindest abschnittsweise in das Lenkgetriebegehäuse erstrecken, wobei der Elektromotor sowie das Lenkungssteuergerät axial aufeinanderfolgend in eine Aufnahme des Lenkgetriebegehäuses eingeschoben sind.
Weiterhin kann an einer Motorwelle des Elektromotors ein Eingangsglied des Getriebes ausgebildet sein. Hierdurch wird eine Bauraum beanspruchende Kupplung, die überdies eigens montiert werden müsste, zwischen beiden Komponenten vermieden. Die Integration des Eingangsglieds des Getriebes in die Motorwelle ermöglicht darüber hinaus eine geringe Anzahl von Lagerstellen für eine solche Baueinheit. Das Eingangsglied des Getriebes kann beispielsweise eine Schnecke, ein Ritzel oder ein Zahnrad sein.
Insbesondere kann im Hinblick auf eine kompakte Bauweise die Motorwelle über insgesamt zwei Lager drehbar in dem Lenkgetriebegehäuse gelagert sein. Der Motor selbst benötigt in diesem Fall kein eigenes Motorgehäuse mehr. Vielmehr stellt das Lenkgetriebegehäuse gleichzeitig das Motorgehäuse dar, an dem unter anderem der Stator des Motors festgelegt ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Lenkgetriebegehäuse ein Stanzbiegegitter angeordnet, das einen an der Lenksäule angeordneten Drehmomentsensor kabelfrei elektrisch mit dem Lenkungssteuergerät koppelt. Durch die direkte Kontaktierung von Lenkungssteuergerät und Drehmomentssensor können diesbezügliche Kabel und Stecker entfallen, wodurch zum einen eine Teilereduzierung erzielt wird und zum anderen der Montageprozess vereinfacht wird. Zudem werden Dichtigkeits- und Kontaktprobleme vermieden, welche bei einer außenliegenden Kabelverbindung zwischen einem Drehmomentssensor und einem Lenkungssteuergerät auftreten können.
Weiterhin kann das Getriebe zur Übertragung des Antriebsmoments des Elektromotors an die Lenksäule ein Ausgangsglied in Form eines Zahn- oder Schneckenrads aufweisen, welches unmittelbar an einen Abschnitt der Lenksäule angespritzt ist. Das Ausgangsglied ist in diesem Fall nicht als separates Bauteil auf eine Welle montiert, sondern im Spritzgießprozess aufgespritzt. Hierdurch entfällt der Montageprozess für das Ausgangsglied. Zudem lassen sich Lauf- und Maßtoleranzen für das Getriebe genauer einstellen, da die Toleranzkette verkürzt wird. Für die Drehmomentübertragung zwischen Ausgangsglied (Schneckenrad) und Welle ist vorzugsweise zudem ein Formschluss zwischen den Fügepartnern vorgesehen. Das Bauteil der Lenksäule kann je nach Konfiguration der Lenkung eine Ausgangswelle oder ein Lenkungsritzel sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bildet das einstückige Lenkgetriebegehäuse eine zweite Aufnahme aus, die mit der erstgenannten Aufnahme für den Elektromotor durch eine Verbindungsöffnung verbunden ist, durch welche sich die Motorwelle hindurcherstreckt. Dabei sind sowohl das Zahn- oder Schneckenrad des Getriebes als auch ein Drehmomentssensor innerhalb der zweiten Aufnahme des Lenkgetriebegehäuses angeordnet. Hierdurch wird der Drehmomentssensor gegen Spritzwasser und Staub zuverlässig geschützt. Ein eigenes Außengehäuse ist nicht erforderlich. Die Anordnung in einer gemeinsamen Aufnahme zusammen mit dem Ausgangsglied des Getriebes ermöglicht eine einfache Abdichtung gegen die Lenksäule.
In einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung ist das Lenkungssteuergerät vor dem Elektromotor in die topfartig ausgebildete erste Aufnahme des einstückigen Lenkgetriebegehäuses eingeschoben. Dabei erstreckt sich die Motorwelle des Elektromotors durch das Lenkungssteuergerät hindurch. Sie ist mit einem ersten Endabschnitt jenseits des Eingangsglieds des Getriebes an einem Abschnitt des Lenkgetriebegehäuses und mit einem zweiten Endabschnitt an einem nach dem Elektromotor in die Aufnahme eingeschobenen und an dem Lenkgetriebegehäuse abgestützten Lagerträger gelagert. Hierdurch wird eine hohe Funktionsintegration verbunden mit einem geringen Teile- und Montageumfang erzielt, da der Elektromotor und das Lenkungssteuergerät zu einem Powerpack zusammengefasst werden können. Die Abdichtung der Aufnahme kann durch einen Getriebedeckel vorgenommen werden.
In einer zweiten Ausführungsvariante ist die Reihenfolge von Lenkungssteuergerät und Elektromotor vertauscht, das heißt das Lenkungssteuergerät ist nach dem Elektromotor in die topfartig ausgebildete erste Aufnahme des einstückigen Lenkgetriebegehäuses eingeschoben.
In diesem Fall weist das Lenkungssteuergerät einen Träger auf, der sich an dem Lenkgetriebegehäuse abstützt. Die Motorwelle ist mit einem ersten Endabschnitt jenseits des Eingangsglieds des Getriebes an einem Abschnitt des Lenkgetriebegehäuses und mit einem zweiten Endabschnitt an dem Träger des Lenkungssteuergeräts gelagert. Durch die Integration der Lagerabstützung in das Lenkungssteuergerät lässt sich eine noch kompakte Bauweise erzielen.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Lagesensor zur Erfassung der Drehstellung der Motorwelle relativ zu dem Lenkgetriebegehäuse im Bereich des Lenkungssteuergeräts angeordnet und mit diesem elektrisch verbunden, wodurch eine platzsparende Erfassung der für die Ermittlung der Lenkunterstützung benötigten Drehstellung des Motors ermöglicht wird. Vorzugsweise erfolgt dies kabelfrei. Insbesondere kann ein stationärer Abschnitt des Lagesensors an einer Platine des Lenkungssteuergeräts angeordnet sein.
Weiterhin ist es möglich, an dem einstückigen Lenkgetriebegehäuse zumindest im Bereich des Elektromotors außenseitig Kühlrippen auszubilden, um die Wärmeabfuhr des Motors zu verbessern. Das Lenkgetriebegehäuse besteht hierzu aus Metall, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung.
Die vorstehend erläuterten Maßnahmen ermöglichen eine hohe Integrationsdichte von Bauteilen und Komponenten zu Unterbaugruppen und damit eine Reduzierung der benötigten Bauteile.
Ferner werden durch Modularisierung vorprüfbare Funktionseinheiten ermöglicht. Ferner ergibt sich eine Vereinfachung der Montage.
Die vorstehend erläuterten Maßnahmen können unabhängig oder auch in Kombination miteinander zum Einsatz kommen. Insbesondere ist es möglich, einzelne oder Gruppen der vorgenannten Maßnahmen unabhängig von einer vollumfänglichen, axial aufeinanderfolgenden Aufnahme des Elektromotors und des Lenkungssteuergerät innerhalb des Lenkgetriebegehäuses an einer Lenkunterstützungsvorrichtung zu verwirklichen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher dargestellt. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Lenkunterstützungsvorrichtung,
2 eine erste Schnittansicht der Lenkunterstützungsvorrichtung, wobei die Schnittebene senkrecht zu einer nicht näher dargestellten Lenksäule verläuft,
3 eine zweite Schnittansicht der Lenkunterstützungsvorrichtung, wobei die Schnittebene durch die Längsachse der Lenksäule verläuft, und in
4 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer elektrischen. Lenkunterstützungsvorrichtung.
Das anhand der 1 bis 3 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt eine elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung 1, die an einer Lenksäule 2 eines Kraftfahrzeugs angeordnet und in diese integriert ist. Die Lenksäule 2 verbindet ein nicht näher dargestelltes Lenkrad mit einem Lenkungsritzel, welches mit einer Zahnstange kämmt. In 2 sind lediglich eine Eingangswelle 3 und eine Ausgangswelle 4 der Lenksäule 2 dargestellt, welche über einen Torsionsstab 5 miteinander gekoppelt sind. An der Ausgangswelle 4 ist das bereits genannte Lenkungsritzel ausgebildet oder befestigt. In einer Ausführungsvariante weist die Ausgangswelle 4 zumindest eine außerhalb der Lenkunterstützungsvorrichtung 1 verlaufende Zwischenwelle auf, an der wiederum das bereits genannte Lenkungsritzel befestigt ist. Insbesondere kann die Lenkunterstützungsvorrichtung 1 lenkradseitig einer Gelenkwelle angeordnet sein, die zum Lenkungsritzel hin führt.
Die erfindungsgemäße Lenkunterstützungsvorrichtung 1 umfasst ein aufbauseitig abgestütztes Lenkgetriebegehäuse 10, welches als einstückiges Gussteil ausgebildet ist, wenn man von Gehäusedeckeln zum Verschließen von Gehäuseöffnungen absieht. Das Lenkgetriebegehäuse 10 besteht dabei aus Metall, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung.
Weiterhin umfasst die Lenkunterstützungsvorrichtung 1 einen Elektromotor 20 mit einem Stator 21 und einem Rotor 22. Der Elektromotor 20 ist vollumfänglich in einer an dem Lenkgetriebegehäuse 10 ausgebildeten, topfartigen Aufnahme 11 angeordnet. Dabei ist der Stator 21 des Elektromotors 20 unmittelbar am Lenkgetriebegehäuse 10 abgestützt und festgelegt. Ein separates Motorgehäuse entfällt. Der Rotor 22 des Elektromotors 20 ist an einer Motorwelle 23 befestigt.
Innerhalb des Lenkgetriebegehäuses 10 ist weiterhin ein mechanisches Getriebe 30 zur Übertragung eines Antriebsmoments des Elektromotors 20 an die Lenksäule 2 untergebracht. Das Getriebe 30 ist vorliegend als Schneckengetriebe dargestellt. Jedoch kann die Drehmomentübertragung auch durch ein Zahnradgetriebe oder beispielsweise einen Zahnriementrieb erfolgen.
Wie insbesondere 2 entnommen werden kann, ist ein Eingangsglied 31 des Getriebes 30, vorliegend eine Schnecke, unmittelbar an der Motorwelle 23 ausgebildet, so dass etwaige Kopplungselemente oder -einrichtungen zwischen dem Eingangsglied 31 des Getriebes 30 und der Welle des Elektromotors 20 entfallen. Die Motorwelle 23 mit integriertem Getriebeeingangsglied 31 ist über insgesamt zwei Lager 24 und 25 in dem Lenkgetriebegehäuse 10 gelagert. Die Lager befinden sich jeweils an Endabschnitten der Motorwelle 23. Ein erstes Lager 24 sitzt in einer an dem Lenkgetriebegehäuse 10 ausgebildeten Ausnehmung 12 und ist vorliegend als Nadellager ausgeführt, so dass der die Motorwelle 23 aufnehmende Abschnitt 16 des Lenkgetriebegehäuses 10 schlank bleibt. Jedoch sind grundsätzlich auch andere Wälzlagertypen möglich, wobei dies allerdings in der Regel zu größeren Abmessungen führt. Ein zweites Lager 25 ist am gegenüberliegenden Ende der Motorwelle 23 angeordnet und an einem Träger 41 festgelegt, der sich seinerseits am Lenkgetriebegehäuse 10 abstützt. Dieser Träger 41 kann, wie weiter unten noch näher erläutert wird, in ein Lenkungssteuergerät 40 integriert sein oder als Halterung für ein solches dienen, das radial um die Motorwelle 23 angeordnet ist. Das zweite Lager 25 ist als Kugellager ausgebildet, das auf einen Absatz 26 der Motorwelle 23 aufgeschoben ist.
Das Lenkungssteuergerät 40 ist an der gleichen Ausnehmung, vorliegend der Aufnahme 11 des Lenkgetriebegehäuses 10 angeordnet, wie der Elektromotor 20. Insbesondere sind die Komponenten des Elektromotors 20 und das Lenkungssteuergerät 40 nacheinander in die topfartige Aufnahme 11 des Lenkgetriebegehäuses 10 montiert, so dass diese axial aufeinanderfolgend in der Aufnahme 11 angeordnet sind. Auch das Lenkungssteuergerät 40 kann dabei ganz oder im Wesentlichen ganz innerhalb der Aufnahme 11 aufgenommen sein. Die Aufnahme 11 weist hierzu in ihrem Durchmesser abgestufte zylindrische Innenwandabschnitte auf.
Der Elektromotor 20 und das Lenkungssteuergerät 40 bilden dabei eine als Powerpack bezeichnete Funktionseinheit, die sich einfach prüfen und montieren lässt.
Axial wird die topfartige Aufnahme 11 durch einen Deckel 50 verschlossen, über den gegebenenfalls auch eine axiale Festlegung des Lenkungssteuergeräts 40 im Lenkgetriebegehäuse 10 erfolgt. Der Deckel 50 weist an seiner Außenseite Kühlrippen 51 zur Wärmeabfuhr auf. In gleicher Weise können auch an dem Lenkgetriebegehäuse 10 insbesondere im Bereich der Aufnahme 11 außenseitig Kühlrippen 13 zur Wärmeabfuhr angeformt sein.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Komponenten des Elektromotors 20, insbesondere der Stator 21, die Motorwelle 23 mit dem Rotor 22 und der Träger 41 mit dem zweiten Lager 25 vor dem Lenkungssteuergerät 40 in die Aufnahme 11 eingeschoben, so dass das Lenkungssteuergerät 40 axial zwischen dem Elektromotor 20 und dem Getriebedeckel 50 liegt. Das Lenkungssteuergerät 40 weist vorliegend einen Träger 41 zur Abstützung am Lenkgetriebegehäuse 10 auf. An dem Träger 41 sind die elektrischen und elektronischen Funktionskomponenten des Lenkungssteuergeräts 40 angebracht und dementsprechend radial um die Motorwelle 23 bzw. das Lager 25 angeordnet.
Zur Montage des Elektromotors 20 wird zunächst eine Lagerkulisse in die Ausnehmung 12 eingepresst. Anschließend wird der Stator 21 in das Lenkgetriebegehäuse 10 eingeschoben, ausgerichtet und fixiert. Letzteres kann durch Einpressen erfolgen. Anschließend wird die Motorwelle 23 mit dem Rotor 22, dem ersten Lager 24 und dem Träger 41 einschließlich zweitem Lager 25 vormontiert und in das Lenkgetriebegehäuse 10 eingeschoben, wobei ein Berührkontakt zu dem Stator 21 unbedingt zu vermeiden ist. Letzteres kann beispielsweise dadurch vermieden werden, dass die Motorwelle 23 während des Einführens an beiden Enden beispielsweise mittels Dornen präzise geführt wird.
In einer Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels ist das Lenkungssteuergerät 40 im Wesentlichen in dem Getriebedeckel 50 untergebracht oder bildet einen solchen. In diesem Fall ist zwischen dem Träger 41 mit dem Lager 25 einerseits und dem Lenkungssteuergerät 40 andererseits eine scheibenförmige Kontakteinheit zur Kontaktherstellung zwischen dem Stator 21 und dem Lenkungssteuergerät 40 innerhalb des Lenkgetriebegehäuses 10 angeordnet. Die Kontakteinheit ist am Lenkgetriebegehäuse 10 festgelegt. Phasenkontakte des Stators 21 werden durch die Kontakteinheit hindurchgeführt und auf der dem Stator 21 abgewandten Seite der Kontakteinheit verschweißt. Danach kann eine Zwischenprüfung des Motors 20 erfolgen. Durch anschließende Montage des Lenkungssteuergeräts 40 bzw. Getriebedeckels 50 wird die topfartige Aufnahme 11 des Lenkgetriebegehäuses 10 dicht verschlossen. Dabei erfolgt eine Kontaktierung zwischen dem Lenkungssteuergerät 40 und der Kontakteinheit über Steck- oder Klemmverbindungen, beispielsweise durch Schneid/Klemm-Kontakte.
Wie bereits ausgeführt, weist die Lenkunterstützungsvorrichtung 1 ein mechanisches Getriebe 30 auf, dessen Ausgangsglied 32 in einer weiteren, von der ersten Aufnahme 11 getrennten Aufnahme 14 aufgenommen ist. Das Ausgangsglied 32 ist je nach Art des Getriebes als Schnecken- oder Zahnrad ausgebildet und drehfest mit einem Abschnitt der Lenksäule 2 gekoppelt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Ausgangsglied 32 unmittelbar an ein Bauteil der Lenksäule 2, vorzugsweise die Ausgangswelle 4 oder ein Ritzel derselben, angespritzt.
Die zweite Aufnahme 14 wird ebenfalls durch einen Deckel 60 verschlossen, der jedoch wie die gegenüberliegende axiale Wand 15 von der Lenksäule 2 durchdrungen wird. Im Bereich des Deckel 60 sowie der Wand 15 sind jeweils Wälzlager 61 und 16 zur drehbaren Lagerung der Lenksäule 2 an der Lenkunterstützungsvorrichtung 1 vorgesehen. Die zweite Aufnahme 14 ist über einen Verbindungsabschnitt 17, durch den sich die Motorwelle 23 erstreckt, mit der ersten Aufnahme 11 verbunden.
Wie 3 weiter entnommen werden kann, ist ein Drehmomentssensor 70 innerhalb der zweiten Aufnahme 14 angeordnet. Der Drehmomentssensor 70 ist dabei um die Lenksäule 2 derart angeordnet, um eine Relativverdrehung zwischen der Eingangswelle 3 und der Ausgangswelle 4 zu erfassen. Er sitzt zwischen der Wand 15 und dem Ausgangsglied 32 bzw. Schneckenrad des Getriebes 30.
Der Drehmomentssensor 70 ist über ein in dem Lenkgetriebegehäuse 10 angeordnetes Stanzbiegegitter 80, das in den 1 und 3 lediglich angedeutet ist, mit dem Lenkungssteuergerät 40 verbunden. Durch die direkte Kontaktierung werden Kabel und Stecker vermieden, wodurch ein geringer Bauteil- und Montageaufwand erzielt wird.
Desweiteren ist in dem Lenkgetriebegehäuse 10 ein Lagesensor 90 zur Erfassung der Drehstellung der Motorwelle 23 relativ zu dem Lenkgetriebegehäuse 10 im Bereich des Lenkungssteuergeräts 40 angeordnet. Eine stationäre Komponente des Lagesensors 90 kann dabei unmittelbar an dem Träger 41 angebracht sein. Hierdurch wird eine kabelfreie elektrische Verbindung zum Lenkungssteuergerät 40 erzielt. Die Drehstellung kann auch relativ zur Ausgangswelle erfasst werden.
Das vorstehend erläuterte erste Ausführungsbeispiel weist zahlreiche Vorteile auf:
Durch die Integration des Lenkungssteuergeräts 40 und des Elektromotors 20 direkt in das Lenkgetriebegehäuse 10 entfallen etwaige Zusatzgehäuse und der damit verbundene Montageaufwand sowie entsprechende Schnittstellen. Darüber hinaus lässt sich mit dieser Anordnung eine effektive Wärmeabfuhr bzw. Kühlung des Elektromotors 20 über das Lenkgetriebegehäuse 10 realisieren.
Ferner sind die Motorwelle 23 und das Eingangsglied 31 des Getriebes 30 zu einem Bauteil zusammengefasst. Hierdurch entfällt die ansonsten erforderliche Kupplung zwischen entsprechenden Bauteilen mit dem Vorteil eines geringeren Bauraumbedarfs und Montageaufwands. Zudem wird die Lagerung der Motorwelle 23 und des Eingangsglied 31 vereinfacht, wodurch sich auch eine geringere Systemreibung einstellt, da weniger Lager benötigt werden.
Desweiteren ist das Ausgangsglied 32 des Getriebes 30 direkt auf ein Bauteil der Lenksäule 2 aufgespritzt. Auch hier entfällt der entsprechende Montageprozess. Zudem lassen sich durch eine Verkürzung der Toleranzkette Lauf- und Maßtoleranzen für das Getriebe genauer einstellen.
Schließlich gestattet die direkte Kontaktierung von Drehmomentssensor 70 und Lenkungssteuergerät 40 eine Verringerung der benötigten Bauteile durch den Entfall von Kabeln und Stecker sowie eine Verringerung des Montageaufwands.
Von dem vorstehend erläuterten ersten Ausführungsbeispiel sind zahlreiche Abwandlungen möglich. 4 zeigt anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels eine zweite Konfiguration für den in der ersten Aufnahme 11 angeordneten Powerpack, während die übrigen Teile wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel konfiguriert sind. Dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechende Bauteile sind in 4 mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel das Lenkungssteuergerät 40 vor dem Elektromotor 20 in die topfartig ausgebildete erste Aufnahme 11 des einstückigen Lenkgetriebegehäuses 10 eingeschoben, so dass der Motor 20 zwischen dem Lenkungssteuergerät 40 und dem Deckel 50 liegt.
Die Motorwelle 23 verläuft in diesem Fall durch das Lenkungssteuergerät 40 hindurch. Während ein erster Endabschnitt der Motorwelle 23 wiederum über ein Wälzlager 24 unmittelbar im Lenkgetriebegehäuse 10 gelagert ist, ist für die Lagerung des zweiten Endabschnitts der Motorwelle 23 ein Lagerträger 100 in der Aufnahme 11 montiert. An dem Lagerträger 100 ist ein Wälzlager 25 abgestützt, welches den zweiten Endabschnitt der Motorwelle 23 aufnimmt.
Der Lagesensor 90 befindet sich in diesem Fall nicht am zweiten Endabschnitt der Motorwelle 23, sondern im Bereich des Lenkungssteuergeräts 40, das heißt in einem Mittelabschnitt der Motorwelle 23.
Das zweite Ausführungsbeispiel besitzt den Vorteil, dass das Stanzbiegegitter 80 zwischen dem Drehmomentssensor 70 und dem Lenkungssteuergerät 40 kürzer ausgebildet werden kann. Im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel ergibt sich durch den zusätzlichen Lagerträger 100 jedoch ein gewisser Mehraufwand in Bezug auf die Bauteilanzahl und Montage.
Abschließend sei angemerkt, dass die unmittelbare Kontaktierung zwischen dem Drehmomentssensor 70 und dem Lenkungssteuergerät 40 mittels Stanzbiegegitter 80 auch unabhängig von dem Vorhandensein des oben beschriebenen Powerpacks an einer Lenkunterstützungsvorrichtung realisiert werden kann. Gleiches gilt für das Anspritzen eines Ausgangsglieds 32 des Getriebes 30 an ein Bauteil der Lenksäule 2.
Es ist jedoch festzuhalten, dass durch die Implementierung sämtlicher Maßnahmen eine im Hinblick auf den Teile- und Montageumfang besonders vorteilhafte Konfiguration erzielt wird, die sich ferner durch einen geringen Bauraumbedarf auszeichnet und in der Serienfertigung kostengünstig herstellen lässt.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Lenkunterstützungsvorrichtung
2: Lenksäule
3: Eingangswelle
4: Ausgangswelle
5: Torsionsstab
10: einstückiges Lenkgetriebegehäuse
11: erste Aufnahme
12: Ausnehmung
13: Kühlrippe
14: zweite Aufnahme
15: axiale Wand der zweiten Aufnahme
16: Wälzlager
17: Verbindungsöffnung
20: Elektromotor
21: Stator
22: Rotor
23: Motorwelle
24: erstes Lager
25: zweites Lager
30: mechanisches Getriebe
31: Eingangsglied des Getriebes
32: Ausgangsglied des Getriebes
40: Lenkungssteuergerät
41: Träger
50: Deckel
51: Kühlrippe
60: Deckel
61: Wälzlager
70: Drehmomentsensor
80: Stanzbiegegitter
90: Lagesensor
100: Lagerträger

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

WO 98/10971 A1 [0002, 0010, 0013]
DE 102005007357 A1 [0004, 0013]

Claims

Elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung zur Anordnung an einer Lenksäule oder einem Lenkungsritzel eines Kraftfahrzeugs, umfassend: – ein einstückiges Lenkgetriebegehäuse (10), – einen Elektromotor (20), – ein mechanisches Getriebe (30) zur Übertragung eines Antriebsmoments des Elektromotors (20) an die Lenksäule, und – ein Lenkungssteuergerät (40), dadurch gekennzeichnet, dass – die Komponenten des Elektromotors (20) vollumfänglich innerhalb des einstückigen Lenkgetriebegehäuses (10) aufgenommen sind, – zumindest einzelne Komponenten des Elektromotors (20) separat voneinander in einer Ausnehmung des Lenkgetriebegehäuses (10) festgelegt sind, und – der Elektromotor (20) sowie das Lenkungssteuergerät (40) axial aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet das Lenkungssteuergerät (40) innerhalb des einstückigen Lenkgetriebegehäuses (10) aufgenommen ist oder sich zumindest abschnittsweise in das einstückige Lenkgetriebegehäuses (10) hineinerstreckt, und die Komponenten des Elektromotors (20) sowie das Lenkungssteuergerät (40) axial aufeinanderfolgend die Ausnehmung des Lenkgetriebegehäuses (10) eingeschoben sind.
Elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (20) eine Motorwelle (23) aufweist, an der ein Eingangsglied (31) des Getriebes (30) ausgebildet ist.
Elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (23) über insgesamt zwei Lager (24, 25) drehbar in dem Lenkgetriebegehäuse (10) gelagert ist.
Elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lenkgetriebegehäuse (10) ein Stanzbiegegitter (80) angeordnet ist, das einen an der Lenksäule angeordneten Drehmomentsensor (70) kabelfrei elektrisch mit dem Lenkungssteuergerät (40) koppelt.
Elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (30) ein Ausgangsglied (32) in Form eines Zahn- oder Schneckenrads aufweist, welches unmittelbar an einen Abschnitt der Lenksäule angespritzt ist.
Elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückige Lenkgetriebegehäuse (10) eine zweite Aufnahme (14) ausbildet, die mit der erstgenannten Aufnahme (11) für den Elektromotor (20) durch eine Verbindungsöffnung (17) verbunden ist, durch welche sich die Motorwelle (23) hindurcherstreckt, das Ausgangsglied (32) des Getriebes (30) innerhalb der zweiten Aufnahme (14) des Lenkgetriebegehäuses (10) angeordnet ist, und ein Drehmomentssensor (70) innerhalb der zweiten Aufnahme (14) angeordnet ist.
Elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkungssteuergerät (40) vor dem Elektromotor (20) in die topfartig ausgebildete erste Aufnahme (11) des einstückigen Lenkgetriebegehäuses (10) eingeschoben ist, wobei sich die Motorwelle (23) des Elektromotors (20) durch das Lenkungssteuergerät (40) hindurcherstreckt und mit einem ersten Endabschnitt jenseits des Eingangsglieds (31) des Getriebes (30) an einem Abschnitt des Lenkgetriebegehäuses (10) und mit einem zweiten Endabschnitt an einem nach dem Elektromotor (20) in die Aufnahme eingeschobenen und an dem Lenkgetriebegehäuse (10) abgestützten Lagerträger (100) gelagert ist.
Elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkungssteuergerät (40) nach dem Elektromotor (20) in die topfartig ausgebildete erste Aufnahme (11) des einstückigen Lenkgetriebegehäuses (10) eingeschoben ist, das Lenkungssteuergerät (40) einen Träger (41) aufweist, der sich an dem Lenkgetriebegehäuse (10) abstützt, und eine Motorwelle (23) mit einem ersten Endabschnitt jenseits des Eingangsglieds (31) des Getriebes (30) an einem Abschnitt des Lenkgetriebegehäuses (10) und mit einem zweiten Endabschnitt an dem Träger (41) des Lenkungssteuergeräts (41) gelagert ist.
Elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagesensor (90) zur Erfassung der Drehstellung der Motorwelle (23) relativ zu dem Lenkgetriebegehäuse (10) im Bereich des Lenkungssteuergeräts (40) angeordnet und mit diesem – vorzugsweise kabelfrei – elektrisch verbunden ist.
Elektrische Lenkunterstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückige Lenkgetriebegehäuse (10) zumindest im Bereich des Elektromotors (20) an seiner Außenseite Kühlrippen (13) ausbildet.