DE102011056383B4

DE102011056383B4 - Lenksystem in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011056383B4
Application number: DE102011056383.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Walz; Thomas Pötzl; Armin LACHENMAIER
Original assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2020-02-27
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: US20130153327A1; DE102011056383A1; JP2013124102A; CN103158760B; US8863889B2; CN103158760A; JP5989535B2

Abstract

Lenksystem in einem Fahrzeug, mit einem elektrischen Servomotor (7) zur Erzeugung eines unterstützenden Servomoments, wobei die Motorwelle (9) des Servomotors (7) mit einem bewegungsübertragenden Bauteil (10) des Lenksystems (1) gekoppelt ist, wobei zwischen dem Motorgehäuse (11) des Servomotors (7) und dem bewegungsübertragenden Bauteil (10) ein die Motorwelle (9) umschließender Wasserschutzschild (13) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserschutzschild (13) mindestens eine Entlüftungsbohrung (14) im Motorgehäuse (11) überdeckt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bekannt sind elektromechanisch ausgeführte Lenksysteme in Fahrzeugen, die zur Erzeugung eines die Lenkbewegung unterstützenden Servomomentes mit einem elektrischen Servomotor ausgestattet sind. Der Servomotor ist in einem Motorgehäuse aufgenommen, an dem üblicherweise auch ein Steuergerät mit einer Leistungselektronik zur Steuerung des Servomotors angeordnet ist. Der Servomotor kann z.B. an das Lenkgehäuse des Lenksystems angeflanscht sein, wobei die Bewegung der Motorwelle des Servomotors über ein geeignetes Übertragungsglied wie ein Getriebe oder einen Riemen auf eine Zahnstange in dem Gehäuse übertragen wird.
Im Fahrbetrieb sind derartige Lenksysteme verschiedenen Belastungen ausgesetzt. Unter anderem besteht die Gefahr, dass Wasser bzw. Feuchtigkeit elektrische Komponenten des Lenksystems schädigt bzw. außer Kraft setzt.
In diesem Zusammenhang ist beispielsweise aus der DE 10 2008 041 303 A1 ein Lenksystem mit einem elektrischen Servomotor bekannt, wobei zumindest eine Scheibe oder ein Rad und ein Zugmittel eines Zugmittelgetriebes mit Hilfe eines diese umschließenden Bauelements vor Zutritt von in das Lenkgetriebegehäuse eindringender Flüssigkeit geschützt ist.
Ferner ist aus der DE 197 82 297 B4 ein gattungsgemäßes Lenksystem mit einem Servomotor und einem Wasserschutzschild bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein Lenksystem in einem Fahrzeug, das mit einem elektrischen Servomotor ausgestattet ist, so auszubilden, dass auch über einen langen Betriebszeitraum feuchtigkeitsbedingte Schädigungen bzw. Ausfälle vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das erfindungsgemäße Lenksystem für ein Fahrzeug ist mit einem elektrischen Servomotor zur Erzeugung eines die Lenkbewegung unterstützenden Servomomentes ausgestattet. Der elektrische Servomotor kann grundsätzlich an verschiedenen Stellen im Lenksystem angeordnet sein und das unterstützende Moment in ein Bauteil einleiten, welches in der kinematischen Übertragungskette zwischen Lenkrad und lenkbaren Rädern liegt. Beispielsweise kann der elektrische Servomotor an der Lenksäule angeordnet und mit dieser kinematisch gekoppelt sein. Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass der elektrische Servomotor im Bereich des Lenkgehäuses des Lenksystems angeordnet ist, in welchem eine Zahnstange, welche von der Lenksäule angetrieben wird, geführt ist. Die Motorwelle des elektrischen Servomotors ist mit der Zahnstange kinematisch gekoppelt, um in gewünschter Weise das unterstützende Servomoment in das Lenksystem einzuspeisen.
Um zu verhindern, dass Wasser bzw. Feuchtigkeit in das Innere des Motorgehäuses des elektrischen Servomotors gelangt, ist zwischen dem Motorgehäuse und dem bewegungsübertragenden Bauteil, mit dem die Motorwelle zur Einspeisung des Servomoments in das Lenksystem gekoppelt ist, ein Wasserschutzschild angeordnet, der die Motorwelle umschließt. Der Wasserschutzschild erstreckt sich bezogen auf die Motorwellenlängsachse vorzugsweise scheibenförmig in alle Radialrichtungen und schützt somit die zugewandte Motorgehäusestirnseite vor eindringendem Wasser. Es wird insbesondere verhindert, dass im laufenden Betrieb durch die Bewegung der Motorwelle bzw. des bewegungsübertragenden Bauteiles, mit dem die Motorwelle gekoppelt ist, Wassertröpfchen, welche von dem bewegungsübertragenden Bauteil in Richtung der Motorwelle transportiert werden, axial entlang der Motorwelle bis zum Eintritt in das Motorgehäuse vordringen können. Der Wasserschutzschild schützt die Stirnseite des Motorgehäuses, wobei der Wasserschutzschild sich über die gesamte Stirnseite erstrecken kann oder aber lediglich über einen Teilbereich der Motorgehäusestirnseite. Herangeführtes Wasser gelangt an die Außenfläche des Wasserschutzschildes und kann an diesem abströmen.
Grundsätzlich kommen verschiedene Ausführungsvarianten für den Wasserschutzschild in Betracht. Gemäß einer ersten Ausführung ist der Wasserschutzschild einteilig ausgebildet und entweder drehfest an der Motorwelle angeordnet oder fest mit einem weiteren Bauteil verbunden, insbesondere mit dem Motorgehäuse. Die Anordnung auf der Motorwelle hat den Vorteil, dass Flüssigkeitskriechströme axial entlang der Motorwellenaußenseite durch eine strömungsdichte Verbindung des Wasserschutzschildes auf der Motorwelle verhindert werden können. Die gehäuseseitige Anordnung des Wasserschutzschildes hat den Vorteil, dass dieser Teil des Schutzschildes nicht von der Motorwelle mit beschleunigt werden muss.
Gemäß einer zweiten, vorteilhaften Ausführung ist der Wasserschutzschild mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet und weist ein Bauteil auf, das drehfest auf der Motorwelle angeordnet ist, sowie ein weiteres Bauteil, das fest mit dem Motorgehäuse verbunden ist. Die Bauteile des Wasserschutzschildes wirken nach Art einer Labyrinthdichtung zusammen, beispielsweise dergestalt, dass an einem der Bauteile ein sich in Radialrichtung erstreckender Kragen ausgebildet ist, der von einem nutförmigen Randbereich des zweiten, zusammenwirkenden Bauteils des Wasserschutzschildes übergriffen ist. Axial sich in Richtung auf das gehäuseseitige Bauteil des Wasserschutzschildes bewegendes Wasser wird an diesem Bauteil gesammelt und kann entweder abtrocknen oder entlang der Außenseite abströmen.
Das motorwellenseitige Bauteil ist vorzugsweise mit einer verhältnismäßig geringen Masse bzw. einem geringen Trägheitsmoment versehen, um den energetischen Zusatzaufwand für die Rotation des auf der Motorwelle aufsitzenden Bauteiles so gering wie möglich zu halten. Zweckmäßigerweise weist das motorwellenseitige Bauteil einen kleineren Radius als das motorgehäuseseitige Bauteil des Wasserschutzschildes auf, was zu einer Reduzierung des Massenträgheitsmomentes beiträgt. Auch durch eine geeignete Materialwahl können Masse und Trägheitsmoment gering gehalten werden. So ist es zweckmäßig, zumindest eines der Bauteile, ggf. beide Bauteile als Kunststoffteil bzw. als Blechteil auszuführen. Gegebenenfalls kommt auch eine Kombination von Kunststoffteil für das erste Bauteil des Wasserschutzschildes und Blechteil für das zweite Bauteil des Wasserschutzschildes in Betracht, wobei sowohl motorwellenseitig ein Kunststoffteil und motorgehäuseseitig ein Blechteil als auch umgekehrt eingesetzt werden kann.
Das Motorgehäuse weist eine Entlüftungsbohrung auf, insbesondere an der Stirnseite, durch die die Motorwelle insbesondere aus dem Motorgehäuse nach außen ragt, wobei vorteilhaft über die Entlüftungsbohrung während des Montageprozesses des Servomotors Luft aus dem Gehäuseinneren austreten kann, insbesondere für den Fall, dass am Motorgehäuse eine Steuerungselektronikeinheit zur Steuerung des Servomotors angeordnet ist, die bei der Montage an das Motorgehäuse angeflanscht wird. Um einen Wassereintritt durch die Entlüftungsbohrung an der Motorgehäusestirnseite zu verhindern, erstreckt sich der Wasserschutzschild vorteilhafterweise in Radialrichtung so weit, dass die Entlüftungsbohrung von dem Wasserschutzschild überdeckt ist. Dies erlaubt es, die Entlüftungsbohrung an der Stirnseite des Motorgehäuses beizubehalten, wodurch Montagevorteile gegeben sind. Zugleich ist sichergestellt, dass keine Feuchtigkeit über die Entlüftungsbohrung in das Gehäuseinnere bzw. in Richtung der Steuerungselektronikeinheit gelangen kann.
Die Motorwelle ist beispielsweise mittels eines Übertragungsriemens mit dem bewegungsübertragenden Bauteil des Lenksystems gekoppelt. Der Übertragungsriemen kann zwar Wassertröpfchen in Richtung der Motorwelle transportieren, die aber an dem Wasserschutzschild abgeschieden werden. Der Übertragungsriemen verbindet die Motorwelle beispielsweise mit der Lenksäule oder der Zahnstange im Lenkgehäuse.
In Betracht kommt aber auch eine Kopplung der Motorwelle mit einem Getriebe, über das die Motorwellenbewegung in ein Bauteil des Lenksystems eingeleitet wird.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug, das zur Lenkunterstützung mit einem elektrischen Servomotor ausgestattet ist,
2 der elektrische Servomotor mit angeflanschter Steuerungselektronikeinheit und einem zweiteiligen Wasserschutzschild im Bereich der aus dem Motorgehäuse austretenden Motorwelle.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein elektromechanisches Lenksystem 1 für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad 2, einer Lenksäule 3, einem Lenkgehäuse 4 mit darin aufgenommenem Lenkgetriebe und einem Lenkgestänge 5 zur Bewegungsübertragung der Lenkbewegung auf die lenkbaren Räder 6 des Fahrzeugs. Über das Lenkrad 2 kann der Fahrer einen Lenkwinkel δ_L vorgeben, der über das Lenkgetriebe im Lenkgehäuse 4, welches eine Zahnstange umfasst, und das Lenkgestänge 5 in einen Radlenkwinkel δ_V der lenkbaren Räder 6 umgesetzt wird.
Zur Lenkunterstützung ist ein elektrischer Servomotor 7 im Lenksystem 1 angeordnet, der mit der Zahnstange im Lenkgehäuse 4 gekoppelt ist. Bei Bedarf wird der elektrische Servomotor 7 betätigt, um ein unterstützendes Servomoment in das Lenksystem 1 einzuspeisen, welches unterstützend zu dem vom Fahrer aufgebrachten Handmoment wirkt.
In 2 ist der elektrische Servomotor 7 dargestellt, dessen Motorwelle 9 über einen Übertragungsriemen 10 mit der Zahnstange 8 gekoppelt ist, welche in dem Lenkgehäuse drehbar gelagert ist. Die Motorwelle 9 ist wie die übrigen elektrischen Bauteile des Servomotors in einem Motorgehäuse 11 aufgenommen und dort drehbar gelagert. Auf der dem aus dem Motorgehäuse 11 herausragenden Abschnitt der Motorwelle 9 gegenüberliegenden Seite ist an das Motorgehäuse 11 eine Steuerungselektronikeinheit 12 angeflanscht, über die der elektrische Servomotor gesteuert wird und die Bestandteil eines Steuergerätes sein kann.
Zwischen dem Motorgehäuse 11 und dem Übertragungsriemen 10 befindet sich ein zweiteiliger Wasserschutzschild 13, der ein erstes Bauteil 13a umfasst, welches mit dem Motorgehäuse 11 verbunden ist, sowie ein zweites Bauteil 13b, das drehfest auf der Motorwelle 9 im Bereich des aus dem Motorgehäuse 11 herausragenden Abschnittes verbunden ist. Die beiden Bauteile 13a, 13b des Wasserschutzschildes 13 wirken nach Art einer Labyrinthdichtung zusammen und verhindern, dass Wasser bzw. Wasserkriechströme zum einen axial entlang des Außenmantels der Motorwelle 9 in das Innere des Motorgehäuses 11 strömen können und außerdem Wassertröpfchen in den Bereich der Motorgehäusestirnseite gelangen können, welche dem Riemen 10 zugewandt ist. Die beiden Bauteile 13a, 13b des Wasserschutzschildes sind jeweils scheibenförmig ausgebildet, wobei das motorgehäuseseitige, erste Bauteil 13a einen größeren Durchmesser aufweist als das motorwellenseitige, zweite Bauteil 13b.
In die dem Riemen 10 zugewandte Stirnseite des Motorgehäuses 11 ist eine Entlüftungsbohrung 14 eingebracht, welche dazu dient, bei der Montage des Servomotors, insbesondere beim Aufsetzen der Steuerungselektronikeinheit 12, einen montagebedingten Überdruck im Inneren des Motorgehäuses 11 abzubauen. Um zu verhindern, dass Wassertröpfchen über die Entlüftungsbohrung 14 in das Innere des Motorgehäuses gelangen, erstreckt sich das gehäuseseitige Bauteil 13a des Wasserschutzschildes 13 in Radialrichtung - bezogen auf die Motorwellenlängsachse - so weit entlang der Stirnseite des Motorgehäuses 11, dass die Entlüftungsbohrung 14 überdeckt ist.
Die beiden Bauteile 13a, 13b bilden gemeinsam eine Labyrinthdichtung, welche zuverlässig einen unerwünschten Übertritt von Wasser in das Innere des Motorgehäuses verhindert. Das motorwellenseitige Bauteil 13b weist gegenüber der Stirnseite des Motorgehäuses 11 einen größeren axialen Abstand als das gehäuseseitige Bauteil 13a auf, welches zweckmäßigerweise unmittelbar an der Stirnseite des Motorgehäuses befestigt ist. Die Labyrinthdichtung wird dadurch realisiert, dass das motorgehäuseseitige erste Bauteil 13a benachbart zur Motorwelle 9 eine umlaufende, radial nach außen offene Wasserauffangnut aufweist, welche auf der dem zweiten, wellenseitigen Bauteil 13b zugewandten Seite von einer Radialwand begrenzt ist, die von einem zugeordneten Abschnitt des zweiten, wellenseitigen Abschnitt des Bauteils 13b übergriffen ist. Der übergreifende Abschnitt am wellenseitigen Bauteil 13b stellt sicher, dass Wassertröpfchen, welche beispielsweise über den umlaufenden Übertragungsriemen 10 in Richtung Motorwelle gefördert werden, in die Wasserauffangnut am gehäuseseitigen Bauteil 13a gelangen. Wassertröpfchen, die in den Bereich der Stirnfläche des motorgehäuseseitigen Bauteiles 13a gelangen, strömen in die Wasserauffangnut und können von dort entweder der Gewichtskraft folgend nach unten abgeleitet werden oder im Laufe der Zeit verdunsten.
Bezugszeichenliste

1: Lenksystem
2: Lenkrad
3: Lenksäule
4: Lenkgehäuse
5: Lenkgestänge
6: Vorderrad
7: elektrischer Servomotor
8: Zahnstange
9: Motorwelle
10: Übertragungsriemen
11: Motorgehäuse
12: Steuerungselektronikeinheit
13: Wasserschutzschild
13a: Bauteil
13b: Bauteil
14: Entlüftungsbohrung

Claims

Lenksystem in einem Fahrzeug, mit einem elektrischen Servomotor (7) zur Erzeugung eines unterstützenden Servomoments, wobei die Motorwelle (9) des Servomotors (7) mit einem bewegungsübertragenden Bauteil (10) des Lenksystems (1) gekoppelt ist, wobei zwischen dem Motorgehäuse (11) des Servomotors (7) und dem bewegungsübertragenden Bauteil (10) ein die Motorwelle (9) umschließender Wasserschutzschild (13) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserschutzschild (13) mindestens eine Entlüftungsbohrung (14) im Motorgehäuse (11) überdeckt.
Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bauteil (13b) des Wasserschutzschilds (13) drehfest auf der Motorwelle (9) angeordnet ist.
Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bauteil (13a) des Wasserschutzschilds (13) fest mit dem Motorgehäuse (11) verbunden ist.
Lenksystem nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (13a, 13b) des Wasserschutzschilds (13) auf der Motorwelle (9) und am Motorgehäuse (11) nach Art einer Labyrinthdichtung zusammenwirken.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Motorgehäuse (11) eine Steuerungselektronikeinheit (12) zur Steuerung des Servomotors (7) angeordnet ist.
Lenksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungselektronikeinheit (12) auf der dem Wasserschutzschild (13) abgewandten Seite am Motorgehäuse (11) angeordnet ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (9) über einen Übertragungsriemen (10) mit einem Bauteil des Lenksystems (1) gekoppelt ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bauteil (13a, 13b) des Wasserschutzschilds (13) als Kunststoffteil ausgebildet ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bauteil (13a, 13b) des Wasserschutzschilds (13) als Blechteil ausgebildet ist.