DE102011109906A1

DE102011109906A1 - Elektromechanische Fahrzeuglenkung und Verfahren zur Herstellung einer solchen

Info

Publication number: DE102011109906A1
Application number: DE102011109906A
Authority: DE
Inventors: Heiko Schumann; Markus Drees; Jan Hendricks
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-02-14

Abstract

Eine elektromechanische Fahrzeuglenkung (1) umfasst ein Lenkgetriebegehäuse (2), eine Lenkstange (3), die sich durch das Lenkgetriebegehäuse (2) erstreckt, axial bewegbar ist und einen Spindelabschnitt (16) aufweist, eine elektrische Antriebseinheit, und einen Kugelgewindetrieb (10), der mit dem Spindelabschnitt (16) der Lenkstange (3) in Eingriff steht und mit der elektrischen Antriebseinheit antriebsmäßig gekoppelt ist. Dabei ist die Lenkstange (3) in eine für den Kugelgewindetrieb (10) spielfreie Lage gebracht und durch eine auf die Lenkstange (3) einwirkende Stützeinrichtung in dieser spielfreien Lage gehalten. Hierdurch wird auf einfache und kostengünstige Art und Weise eine Verbesserung der akustischen Eigenschaften der Lenkung erzielt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Fahrzeuglenkung, umfassend ein Lenkgetriebegehäuse, eine Lenkstange, die sich durch das Lenkgetriebegehäuse erstreckt, axial bewegbar ist und einen Spindelabschnitt aufweist, eine elektrische Antriebseinheit, und einen Kugelgewindetrieb, der mit dem Spindelabschnitt der Lenkstange in Eingriff steht und mit der elektrischen Antriebseinheit antriebsmäßig gekoppelt ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Lenkung.
Bei elektromechanischen Lenkungen wird eine den Fahrer beim Lenken unterstützende Kraft durch einen Elektromotor aufgebracht. Das Antriebsmoment des Elektromotors wird auf eine Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebs übertragen. Je nach Anordnung des Motors, die beispielsweise achsparallel oder koaxial zur Lenkstange erfolgen kann, ist die Kugelgewindemutter entweder über ein Getriebe, beispielsweise einen Zahnriemengetriebe mit dem Motor gekoppelt oder unmittelbar mit diesem verbunden. Der Kugelgewindetrieb umfasst weiterhin einen Spindelabschnitt an der Lenkstange. Über die Kugelgewindemutter und den Spindelabschnitt wird die Drehbewegung des Motors in eine für eine Lenkbewegung erforderliche Translationsbewegung der Lenkstange übersetzt. Die Lenkstange ist dabei gegen Verdrehen gesichert und über Spurstangen mit den Fahrzeugrädern gekoppelt. Neben der Möglichkeit, einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs beim Lenken zu unterstützen, können ferner aktive Lenkungseingriffe vorgenommen werden. Im Fall einer fehlenden mechanischen Kopplung zwischen einem Lenkrad und der Lenkstange können vom Fahrer vorgegebene Lenkbefehle in entsprechende Axialbewegungen der Lenkstange umgesetzt werden (steer-by-wire).
Lenkungen mit achsparallelem Motor sind unter anderem aus EP 1 457 405 A1 DE 10 2004 007 354 A1 , DE 10 2006 048 303 A1 und DE 10 2007 012 655 A1 , Lenkungen mit koaxialem Motor unter anderem aus DE 10 2009 016 212 A1 , EP 0 963 900 A1 , DE 102 23 863 A1 und DE 103 36 856 A1 bekannt.
Im Hinblick auf ein präzises Lenkverhalten sowie gute akustische Eigenschaften wird angestrebt, Spiel in der Lenkung zu vermeiden. Ein zentraler Bestandteil von Lenkungen der eingangs genannten Art ist der Kugelgewindetrieb, welcher eine Übersetzung der Drehbewegung des Motors in einen Längsbewegung der Lenkstange bewirkt. Die einzelnen Komponenten eines Kugelgewindetriebs sowie dessen Lagerung im Lenkgetriebegehäuse sind in der Regel mit Fertigungstoleranzen behaftet, so dass selbst bei engen Toleranzen für die einzelnen Bauteile ein in der Summe nicht vernachlässigbares Spiel entsteht. Dieses Spiel macht sich durch Umlenkklacken oder durch Klappern im Betrieb auf Schlechtwegen bemerkbar.
Abhilfe besteht in einer spielfreien Fertigung mit sehr engen Fertigungstoleranzen, was jedoch mit einem hohen Aufwand verbunden ist.
Ferner kann ein solches Spiel durch ein Vorspannen des Kugelgewindetriebs kompensiert werden. Allerdings steigen durch eine solche Verspannung Reibung und Verschleiß an. Es ergeben sich zudem hohe Verschiebekräfte, die unerwünscht sind.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Lenkgenauigkeit und akustischen Eigenschaften einer elektromechanischen Lenkung mit geringem Aufwand und unter Aufrechterhaltung günstiger Reib- und Verschleißwerte zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine elektromechanische Lenkung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenkung umfasst ein Lenkgetriebegehäuse, eine Lenkstange, die sich durch das Lenkgetriebegehäuse erstreckt, axial bewegbar ist und einen Spindelabschnitt aufweist, eine elektrische Antriebseinheit, und einen Kugelgewindetrieb, der mit dem Spindelabschnitt der Lenkstange in Eingriff steht und mit der elektrischen Antriebseinheit antriebsmäßig gekoppelt ist. Sie zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Lenkstange in eine für den Kugelgewindetrieb spielfreie Lage gebracht und durch eine auf die Lenkstange einwirkende Stützeinrichtung in dieser spielfreien Lage gehalten ist.
Die Komponenten des Kugelgewindetriebs können somit in herkömmlicher Weise und damit ohne Mehraufwand gefertigt werden. Ein an dem Kugelgewindetrieb und dessen Hauptlager auftretendes Spiel wird beispielsweise durch ein leichtes Verkippen der Lenkstange gegenüber dem Kugelgewindetrieb aufgehoben, ohne dass dabei ein Verspannen des Kugelgewindetriebs erfolgt. Die so gefundene Lage bzw. Ausrichtung der Lenkstange wird durch die Stützeinrichtung aufrechterhalten. Hierdurch bleiben Verschleiß und Verschiebekräfte gering.
Lenkpräzision und Akustik entsprechen hingegen einer spielfreien Fertigung, jedoch ohne dass hierzu ein entsprechender Herstellungsaufwand nötig wäre.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet somit eine einfache und kostengünstige Möglichkeit für einen spielfreien Kugelgewindetrieb, ohne diesen nennenswert vorzuspannen.
Sie zeichnet sich zudem durch ein robustes Design aus und lässt sich ohne Inanspruchnahme zusätzlichen Bauraums verwirklichen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Grundsätzlich kann die Stützeinrichtung an beliebiger Stelle der Lenkstange angreifen. Weist die Lenkstange einen Verzahnungsabschnitt auf, der mit einem Lenkungsritzel kämmt, ist üblicherweise an dem Lenkgetriebegehäuse ein Druckstück angeordnet, durch das die Lenkstange gegen das Lenkungsritzel gedrückt ist. Diese Druckstück kann erfindungsgemäß als Stützeinrichtung genutzt werden, so dass im Vergleich zu einer herkömmlichen Lenkung keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden. Vielmehr wird die Lenkstange über das Druckstück in einer Lage gehalten, in der das Spiel aus dem Kugelgewindetrieb herausgedrückt ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Lenkstange eine Längsachse auf, sowie ferner das Druckstück eine quer zur Längsachse der Lenkstange verlaufende Längsachse. Dabei ist die Längsachse des Druckstücks um das zum Spielausgleich des Kugelgewindetriebs benötigte Maß versetzt. Eine entsprechend Modifikation einer herkömmlichen Lenkung ist ohne zusätzlichen Fertigungsaufwand realisierbar.
Das Druckstück kann beispielsweise eine Führungsfläche aufweisen, an der die Lenkstange gleitbewegbar geführt ist. Dabei ist der Mittelpunkt der Führungsfläche exzentrisch zur Längsachse des Druckstücks angeordnet, während die Exzentrizität dem für den Spielausgleich des Kugelgewindetriebs benötigten Maß entspricht. Die Führungsfläche kann insbesondere bogenförmig sein, wobei der Krümmungsmittelpunkt der Führungsfläche exzentrisch zur Längsachse des Druckstücks ist. Jedoch sind auch andere Formen für die Führungsfläche möglich. Da das Spiel des Kugelgewindetriebs von Lenkung zu Lenkung variiert, können den Abweichungen entsprechende Druckstücke vorgehalten werden, die hinsichtlich der Exzentrizität variieren. Prinzipiell kann jedem Spiel ein individuell abgestimmtes Druckstück zusortiert werden. Durch eine Klassifizierung können Teilevielfalt und Montageaufwand reduziert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich die bogenförmige Führungsfläche an einer Lagerschale, welche an einem Druckstückgrundkörper befestigt ist. In der Regel wird die Lagerschale aus einem Material mit geringem Reibwiderstand gefertigt und steht somit ohnehin als separat zu fertigendes Element zur Verfügung. Wird die Anpassung zur Lagefixierung der Lenkstange in die Lagerschale verlegt, können stets gleiche Druckstückgrundkörper verwendet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die individuelle Anpassung über die Auswahl des Lenkgetriebegehäuses. An letzterem ist eine Aufnahmeöffnung für das Druckstück ausgebildet. Diese ist erfindungsgemäß derart positioniert, dass die Lenkstange über das Druckstück in ihrer für den Kugelgewindetrieb spielfreien Lage gehalten ist. In diesem Fall können stets gleichartige Druckstücke zum Einsatz kommen. Die Stützfunktion ergibt sich hierbei aus der Verlagerung der Aufnahmeöffnung, welche eine entsprechende Verlagerung des Druckstücks bedingt.
In einer Abwandlung der vorstehenden Ausführungsvariante kann eine solche Verlagerung auch durch eine Zwischenhülse erzielt werden. Hierzu sind an dem Lenkgetriebegehäuse eine Aufnahmeöffnung für das Druckstück ausgebildet und zwischen dem Druckstück und der Aufnahmeöffnung eine Zwischenhülse eingegliedert, über die das Druckstück exzentrisch in der Aufnahmeöffnung gehalten ist. Die Exzentrizität ist dabei derart bemessen, dass die Lenkstange über das Druckstück in ihrer für den Kugelgewindetrieb spielfreien Lage gehalten ist. Diese Lösung hat den Vorteil, dass stets gleiche Lenkgetriebegehäuse und Druckstücke verwendet werden können. Jedoch wird mit der Zwischenhülse ein zusätzliches Bauteil erforderlich, welches auf das jeweilige Spiel entweder individuell oder klassifiziert abgestimmt sein muss.
Weiterhin ist es möglich, die vorstehend beschriebenen Abstimmungsmöglichkeiten zur Fixierung der Lage der Lenkstange miteinander zu kombinieren.
Die erfindungsgemäße Konfiguration ermöglicht ferner ein Herstellungsverfahren gemäß Patentanspruch 8, das sich dadurch auszeichnet, dass eine auf das Spiel des Kugelgewindetriebs abgestimmte Stützeinrichtung bzw. ein auf das Spiel des Kugelgewindetriebs abgestimmtes Druckstück, ein in Bezug auf die Aufnahmeöffnung abgestimmtes Lenkgetriebegehäuse und/oder eine abgestimmte Zwischenhülse derart ausgewählt und eingebaut wird, dass die Lenkstange in einer für den Kugelgewindetrieb spielfreien Lage gehalten ist. Hieraus resultieren die vorstehend bereits beschriebenen Vorteile.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Spiel des Kugelgewindetriebs nach Bereichen klassifiziert. Den so gebildeten Klassen sind entsprechend klassifizierte Stützeinrichtungen bzw. Druckstücke, Lenkgetriebegehäuse und/oder Zwischenhülsen zugeordnet. Bei der Montage wird eine entsprechende Zuordnung von Stützeinrichtung, Druckstück, Lenkgetriebegehäuse und/oder Zwischenhülse zum tatsächlichen Spiel des Kugelgewindetriebs vorgenommen. Hierdurch lässt sich der Spielausgleich des Kugelgewindetriebs einschließlich dessen Hauptlagers ohne großen Aufwand realisieren.
Zur Erleichterung der Zusortierung können die zuzusortierenden Bauteile mit einer Kodierung, insbesondere einer der Klassifizierung entsprechenden Kodierung versehen sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Ansicht einer elektromechanischen Lenkung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Detailansicht des Kugelgewindetriebs der Lenkung aus 1 im Schnitt,
3 eine Detailansicht des Druckstücks der Lenkung aus 1,
4 eine Darstellung der Exzentrizität am Druckstück, und in
5 eine Ausführungsvariante mit Zwischenhülse.
Das Ausführungsbeispiel zeigt in 1 eine elektromechanische Lenkung 1 für ein Kraftfahrzeug. Die Lenkung 1 weist ein Lenkgetriebegehäuse 2 auf, durch das sich eine Lenkstange 3 erstreckt. An der Lenkstange 3 greift ein Lenkungsritzel 4 an, um einen vom Fahrer an einer Lenkungshandhabe 5 aufgebrachten Lenkbefehl an die Fahrzeugräder 6 zu übertragen.
Weiterhin weist die Lenkung 1 eine elektrische Antriebseinheit zur Erzeugung eines Lenkmoments auf, welche zumindest einen Elektromotor 7 und gegebenenfalls weiterhin ein Getriebe umfasst. Der Elektromotor 7 kann, wie dargestellt, achsparallel zur Lenkstange 3 angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, den Elektromotor 7 koaxial zur Lenkstange 3 oder an anderer Stelle anzuordnen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Antriebsmoment des Elektromotors 7 über eine Getriebestufe 8 und einen im Lenkgetriebegehäuse 2 abgestützten Kugelgewindetrieb 10 als Axialkraft an der Lenkstange 3 zur Wirkung gebracht. Die Getriebestufe 8 ist hier beispielhaft als Riementrieb ausgebildet, wobei eine erste Riemenscheibe an einer Abtriebswelle des Elektromotors 7 und eine zweite Riemenscheibe an einer Kugelgewindemutter des Kugelgewindetriebs 10 angeordnet ist. Jedoch sind auch andere Getriebe wie beispielsweise Zahnradgetriebe möglich.
Im Fall einer koaxialen Anordnung des Elektromotors 7 zur Lenkstange 3 kann der Rotor desselben auch unmittelbar, d. h. ohne zwischengeschaltetes Getriebe an der Kugelgewindemutter des Kugelgewindetriebs 10 vorgesehen sein, während sich der Stator am Lenkgetriebegehäuse 2 abstützt.
Über den Kugelgewindetrieb 10 wird ein rotatorisches Antriebsmoment des Elektromotors 7 in eine translatorische Bewegungskomponente an der Zahnstange 3 übersetzt, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen.
Zur Ansteuerung des Elektromotors 7 dient ein Lenkungssteuergerät 11, das ein Stellsignal für den Elektromotor 7 generiert und dazu unter anderem das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment berücksichtigt. Dieses Lenkmoment kann beispielsweise mit einer Drehmomentmesseinheit 12 an einer Lenksäule 13 gemessen werden, welche die Lenkungshandhabe 5 mechanisch mit der Lenkstange 3 koppelt.
Im Fall einer steer-by-wire-Konfiguration kann die Lenksäule 13 entfallen. Die für eine Lenkbewegung benötigte Zustellung wird dann allein durch den Elektromotor 7 veranlasst.
Der in 2 näher dargestellte Kugelgewindetrieb 10 umfasst eine Kugelgewindemutter 15, die über hier nicht näher dargestellte Kugeln mit einem Spindelabschnitt 16 der Lenkstange 3 in Gewindeeingriff steht. Die Kugelgewindemutter 15 stützt sich über ein Hauptlager 17 im Lenkgetriebegehäuse 2 ab, so dass diese gegenüber dem Lenkgetriebegehäuse 2 drehbar, in Axialrichtung jedoch festgehalten ist. Die Lenkstange 3 ist gegen ein Drehen im Lenkgetriebegehäuse 2 abgestützt. Dies kann beispielsweise über das Lenkungsritzel 4 erfolgen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Lagerinnenring 18 des als Kugellager ausgeführten Hauptlagers 17 an einem Ringvorsprung der Kugelgewindemutter 15 ausgebildet. Der zugehörige Lageraußenring 19 ist in einen Halter 20 integriert, der seinerseits an dem Lenkgetriebegehäuse 2 befestigt, beispielsweise angeschraubt ist. Der Halter 20 weist hierzu entsprechende Befestigungsöffnungen 21 auf, durch die sich nicht näher dargestellte Befestigungsbolzen erstrecken. Der Kugelgewindetrieb 10 kann mit dem Halter 20 und der Lenkstange 3 eine vormontierbare Baueinheit bilden, die insgesamt in das Lenkgetriebegehäuse 2 montierbar ist.
Neben der Kugelgewindemutter greift das o. g. Lenkungsritzel 4 an der Lenkstange 3 an, welche hierzu einen Verzahnungsabschnitt 22 ausbildet. Die Lenkstange 3 ist durch ein in 3 näher dargestelltes Druckstück 23 gegen das Lenkungsritzel 4 gedrückt. Das Druckstück 23 stützt sich seinerseits gegen eine Verschlussschraube 24 ab, die am Lenkgetriebegehäuse 2 festgelegt ist. Über die Einschraubetiefe der Verschlussschraube 24 im Lenkgetriebegehäuse 2 lässt sich das Spiel des Druckstücks 23 und damit das Spiel zwischen der Lenkstange 3 und dem Lenkungsritzel 4 kontrolliert einstellen.
Zwischen dem Druckstück 23 und der Verschlussschraube 24 ist eine Feder 25 eingegliedert, welche das Druckstück 23 und die Verschlussschraube 24 auseinanderdrückt. Die Verschlussschraube 24 bildet innenseitig eine Ausnehmung 26 zur Abstützung der Feder 25 aus. Nach erfolgter Einstellung des Druckstückspiels bei der Montage der Lenkung wird die Verschlussschraube 24 gegenüber dem Lenkgetriebegehäuse 2 fixiert. Dies kann beispielsweise durch Verstemmen, Warmverprägen mit einer Ausnehmung am Lenkgetriebegehäuse 2 oder durch die Verwendung zusätzlicher Sicherungsmittel erfolgen. Gegebenenfalls kann zwischen der Verschlussschraube 24 und dem Lenkgetriebegehäuse 2 ein Einsatz vorgesehen sein, welcher auch das Druckstück 23 aufnehmen kann.
Bei der vorstehend erläuterten Lenkung kommen Kugelgewindetriebe 10 zum Einsatz, welche fertigungsbedingt ein gewisses Spiel aufweisen, da die Herstellung spielfreier Kugelgewindetriebe sehr aufwändig ist. Wird dieses Spiel nicht kompensiert, was beispielsweise durch ein Vorspannen des Kugelgewindetriebs möglich wäre, kann sich das Spiel im Betrieb durch Umlenkklacken oder Klappern bemerkbar machen.
Nachfolgend wird ein neues Konzept vorgeschlagen, mit dem sich auf überraschend einfache Weise die vorgenannten akustischen Probleme beseitigen lassen, und zwar ohne fertigungstechnischen Mehraufwand sowie ohne eine im Hinblick auf die Verschiebekräfte unvorteilhafte Vorspannung des Kugelgewindetriebs.
Dazu wird während der Montage der Lenkung der Kugelgewindetrieb 10 beispielsweise durch eine geringfügige Desachsierung oder ein Verkippen der Lenkstange 3 gegenüber der Kugelgewindemutter 15 in eine spielfreie oder zumindest im Wesentlichen spielfreie Lage gebracht. Diese Lage wird durch geeignete Mittel für die Betriebsdauer der Lenkung aufrechterhalten. Insbesondere wird hierzu eine auf die Lenkstange 3 einwirkende Stützeinrichtung vorgesehen, welche diese in der für den Kugelgewindetrieb 10 und das Hauptlager spielfreien Position fixiert. Hierdurch wird ein sehr gutes akustisches Verhalten ohne merklich erhöhte Verschiebekräfte erzielt. Die akustischen Eigenschaften sind mit einem spielfreien Kugelgewindetrieb vergleichbar, ohne dass hierzu jedoch der in Bezug auf die Fertigungsgenauigkeit ansonsten nötige Aufwand getrieben werden müsste.
Prinzipiell kann die Stützeinrichtung an beliebig geeigneter Stelle zwischen dem Lenkgetriebegehäuse 2 oder einer fest mit diesem verbundenen Komponente und der Lenkstange 3 vorgesehen werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Stützvorrichtung durch das Druckstück 23 bereitgestellt, so dass keine zusätzlichen Bauteile nötig sind. Das Druckstück 23 ist dabei so auf das Spiel des Kugelgewindetriebs 10 abgestimmt, dass die Aufrechterhaltung der spielfreien Lage bewirkt wird.
Da das fertigungsbedingte Spiel von Kugelgewindetrieb zu Kugelgewindetrieb variiert, kann ein optimaler Ausgleich durch individuell angepasste Druckstücke 23 erzielt werden. Es bietet sich jedoch an, das auftretende Spiel zu Klassifizieren und den so gebildeten Klassen geeignete Druckstücke 23 zuzusortieren.
Eine Möglichkeit der Anpassung über das Druckstück 23 besteht in einer exzentrischen Lenkstangenführung am Druckstück 23. Wie 3 zeigt, ist die Lenkstange 3 in einer vorzugsweise bogenförmigen Führungsfläche 27 des Druckstücks 23 axial gleitbewegbar geführt. Die Führungsfläche 27 umgreift etwa zur Hälfte den Umfang der Lenkstange 3. Zwischen dem Druckstück 23 und der Lenkstange 3 kann zusätzlich eine entsprechend bogenförmige Lagerschale 28 aus einem reibungsmindernden Werkstoff eingegliedert sein, um die Verschiebekräfte gering zu halten. Anstelle einer Bogenform kann die Führungsfläche 27 jedoch auch andere zur Längsführung der Lenkstange 3 geeignete Formen aufweisen.
Üblicherweise sind das Druckstück 23 und die bogenförmigen Führungsfläche 27 so zur Lenkstange 3 angeordnet, dass die Druckstücklängsachse A und der Krümmungsmittelpunkt M der bogenförmigen Führungsfläche 27 zusammenfallen und die Druckstücklängsachse die Längsachse B der Lenkstange 3 schneidet.
In einer Ausführungsvariante, die in 4 näher dargestellt ist, ist der Krümmungsmittelpunkt M der bogenförmigen Führungsfläche 27 jedoch exzentrisch zur Längsachse A des Druckstücks 23 angeordnet. Dabei entspricht die Exzentrizität e dem für den Spielausgleich des Kugelgewindetriebs 10 benötigtem Maß. Die Exzentrizität e liegt im Bereich von mehr als 0 mm bis max. etwa 1,5 mm. Für unterschiedliche Einbausituationen, können, wie erwähnt, verschieden Klassen von Druckstücken 23 vorgehalten werden, die sich in Bezug auf die Exzentrizität e unterscheiden, um in der Fertigung unterschiedliche Außermittigkeiten gezielt zusteuern zu können. Die Drückstücke 23 können entsprechend ihrer Klasse mit einer Kodierung versehen sein, um die Handhabung bei der Montage zu erleichtern. Bei dem dargestellten Beispiel in 4 sind hierzu der jeweiligen Klasse entsprechende Öffnungen 29 an der Außenseite vorgesehen. Jedoch sind auch andere Möglichkeiten zur schnellen Identifizierung der Druckstücke möglich.
Die Exzentrizität e kann durch einen Versatz zwischen der bogenförmigen Aufnahme für die Lagerschalen 28 am Druckstück 23 zur Druckstückmittelachse A erzielt werden, so dass stets gleiche Lagerschalen 28 verwendet werden können. Es ist jedoch auch möglich, die Exzentrizität e über die Lagerschalen 28 zu schaffen, wobei dann stets gleiche Druckstückgrundkörper verwendet werden können.
In einer weiteren Ausführungsvariante wird die Exzentrizität der Lenkstangeführung gegenüber der Standardeinbausituation durch einen Versatz des gesamten Druckstücks 23 geschaffen. Hierzu wird die Position einer das Druckstück 23 aufnehmenden Aufnahmeöffnung 30 am Lenkgetriebegehäuse 2 modifiziert. Die Druckstücke 23 bleiben in diesem Fall für alle Einbausituationen gleich. Vielmehr werden die Lenkgetriebegehäuse 2 in Bezug auf die Lage der Aufnahmeöffnung 30 klassifiziert. Bei der Montage wird dann jeweils dasjenige Lenkgetriebegehäuse 2 ausgewählt, mit dem sich die Lenkstange 3 über das Druckstück 23 in ihrer für den Kugelgewindetrieb 10 spielfreien Lage halten lässt.
Die Anpassung der Aufnahmeöffnung 30 kann ferner über eine Zwischenhülse 31 realisiert werden (vgl. 5), die zwischen dem Druckstück 23 und der Aufnahmeöffnung 30 eingegliedert ist. Über die Zwischenhülse 31 kann das Druckstück 23 exzentrisch in der Aufnahmeöffnung 30 gehalten sein. Die Exzentrizität e zwischen der Druckstückachse A und der Mittelachse C der Aufnahmeöffnung 30 ist dabei derart bemessen, dass die Lenkstange 3 über das Druckstück 23 in ihrer für den Kugelgewindetrieb spielfreien Lage gehalten ist. Bei dieser Variante können stets gleiche Druckstücke 23 und stets gleiche Lenkgetriebegehäuse 2 zum Einsatz kommen, während Zwischenstücke 31 mit unterschiedlichen Exzentrizitäten vorgehalten und je nach Bedarf zugesteuert werden.
Die vorstehend erläuterten Varianten ermöglichen ein Verfahren zur Herstellung einer elektromechanischen Lenkung 1, bei dem eine auf das Spiel des Kugelgewindetriebs 10 abgestimmte Stützeinrichtung bzw. ein auf das Spiel des Kugelgewindetriebs abgestimmtes Druckstück 23, ein in Bezug auf die Aufnahmeöffnung abgestimmtes Lenkgetriebegehäuse 2 oder eine abgestimmte Zwischenhülse 31 derart ausgewählt und eingebaut wird, dass die Lenkstange 3 in einer für den Kugelgewindetrieb 10 spielfreien Lage gehalten ist, so dass der Kugelgewindetrieb 10 in Betrieb der Lenkung kein Umlenkklacken oder Klappergeräusche verursacht. Es ist ferner möglich, die vorstehend genannten Maßnahmen miteinander zu kombinieren.
Bevorzugt wird das Spiel des Kugelgewindetriebs 10 nach Bereichen klassifiziert. Für die so gebildeten Klassen werden entsprechend klassifizierte Stützeinrichtungen bzw. Druckstücke 23, Lenkgetriebegehäuse 2 und/oder Zwischenhülsen 31 vorgehalten. Bei der Montage werden dann einfach entsprechend klassifizierte Stützeinrichtungen, Druckstücke 23, Lenkgetriebegehäuse 2 und/oder Zwischenhülsen 31 zum tatsächlichen Spiel des Kugelgewindetriebs 10 zugesteuert.
Die vorstehend erläuterte Erfindung ermöglicht mit einfachen Mitteln eine Verbesserung der akustischen Eigenschaften von elektromechanischen Lenkungen mit Kugelgewindetrieb. Sie ermöglicht eine kompakte Bauweise sowie ein robustes Design. Insbesondere lässt sich die erfindungsgemäße Lösung mit minimalem Aufwand in bestehende Konstruktionen integrieren.
Weitere Vorteile sind ein überschaubares Teilespektrum, eine einfache und kostengünstige Fertigung sowie vergleichsweise geringe Verschiebekräfte und geringe Systemreibung.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Lenkung
2: Lenkgetriebegehäuse
3: Lenkstange
4: Lenkungsritzel
5: Lenkungshandhabe
6: Fahrzeugrad
7: Elektromotor
8: Getriebestufe
10: Kugelgewindetrieb
11: Lenkungssteuergerät
12: Drehmomentmesseinrichtung
13: Lenksäule
15: Kugelgewindemutter
16: Spindelabschnitt
17: Hauptlager
18: Lagerinnerring
19: Lageraußenring
20: Halter
21: Öffnung
22: Verzahnungsabschnitt
23: Druckstück
24: Verstellschraube
25: Feder
26: Ausnehmung
27: Führungsfläche
28: Lagerschale
29: Kodieröffnung
30: Aufnahmeöffnung
31: Zwischenhülse
e: Exzentrizität
A: Längsachse des Druckstücks
B: Längsachse der Lenkstange
C: Mittelachse der Aufnahmeöffnung
M: Krümmungsmittelpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1457405 A1 [0003]
DE 102004007354 A1 [0003]
DE 102006048303 A1 [0003]
DE 102007012655 A1 [0003]
DE 102009016212 A1 [0003]
EP 0963900 A1 [0003]
DE 10223863 A1 [0003]
DE 10336856 A1 [0003]

Claims

Elektromechanische Fahrzeuglenkung, umfassend: ein Lenkgetriebegehäuse (2), eine Lenkstange (3), die sich durch das Lenkgetriebegehäuse (2) erstreckt, axial bewegbar ist und einen Spindelabschnitt (16) aufweist, eine elektrische Antriebseinheit, und einen Kugelgewindetrieb (10), der mit dem Spindelabschnitt (16) der Lenkstange (3) in Eingriff steht und mit der elektrischen Antriebseinheit antriebsmäßig gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkstange (3) in eine für den Kugelgewindetrieb (10) spielfreie Lage gebracht und durch eine auf die Lenkstange (3) einwirkende Stützeinrichtung in dieser spielfreien Lage gehalten ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkstange (3) einen Verzahnungsabschnitt (22) aufweist, der mit einem Lenkungsritzel (4) kämmt, und an dem Lenkgetriebegehäuse (2) ein Druckstück (23) angeordnet ist, durch das die Lenkstange (3) gegen das Lenkungsritzel (4) gedrückt ist, wobei das Druckstück (23) die Stützeinrichtung zur Fixierung der Lenkstange (3) in ihrer für den Kugelgewindetrieb (10) spielfreien Lage bildet.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkstange (3) eine Längsachse (B) aufweist, das Druckstück (23) eine quer zur Längsachse der Lenkstange (3) verlaufende Längsachse (A) aufweist, und die Längsachse (B) des Druckstücks (23) um das zum Spielausgleich des Kugelgewindetriebs (10) benötigte Maß versetzt ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (23) eine Führungsfläche (27) aufweist, an der die Lenkstange (3) gleitbewegbar geführt ist, wobei der Mittelpunkt (M) der Führungsfläche (27) exzentrisch zur Längsachse (A) des Druckstücks (23) angeordnet ist und die Exzentrizität dem für den Spielausgleich des Kugelgewindetriebs benötigten Maß entspricht.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (27) sich an einer Lagerschale (28) befindet, welche an einem Druckstückgrundkörper befestigt ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (23) eine Kodierung aufweist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Lenkgetriebegehäuse (2) eine Aufnahmeöffnung (30) für das Druckstück (23) ausgebildet ist, welche derart positioniert ist, dass die Lenkstange (3) über das Druckstück (23) in ihrer für den Kugelgewindetrieb (10) spielfreien Lage gehalten ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Lenkgetriebegehäuse (2) eine Aufnahmeöffnung (30) für das Druckstück (30) ausgebildet ist, und zwischen dem Druckstück (23) und der Aufnahmeöffnung (30) eine Zwischenhülse (31) eingegliedert ist, über die das Druckstück (23) exzentrisch in der Aufnahmeöffnung (30) gehalten ist, wobei die Exzentrizität derart bemessen ist, dass die Lenkstange (3) über das Druckstück (23) in ihrer für den Kugelgewindetrieb (10) spielfreien Lage gehalten ist.
Verfahren zur Herstellung einer elektromechanischen Lenkung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf das Spiel des Kugelgewindetriebs (10) abgestimmte Stützeinrichtung bzw. ein auf das Spiel des Kugelgewindetriebs abgestimmtes Druckstück (23), ein in Bezug auf die Aufnahmeöffnung (30) abgestimmtes Lenkgetriebegehäuse (2) und/oder eine abgestimmte Zwischenhülse (31) derart ausgewählt und eingebaut wird, dass die Lenkstange (3) in einer für den Kugelgewindetrieb spielfreien Lage gehalten ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel des Kugelgewindetriebs (10) nach Bereichen klassifiziert ist und den so gebildeten Klassen entsprechend klassifizierte Stützeinrichtungen bzw. Druckstücke (23), Lenkgetriebegehäuse (2) und/oder Zwischenhülsen (31) zugeordnet sind, und bei der Montage eine entsprechende Zuordnung von Stützeinrichtung, Druckstück (23), Lenkgetriebegehäuse (9) und/oder Zwischenhülse (31) zum tatsächlichen Spiel des Kugelgewindetriebs (10) vorgenommen wird.