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Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
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Heutige elektromechanisch unterstütze Lenksysteme (EPAS) weisen im Falle eines eingesetzten Kugelgewindetriebs (KGT) einen dazugehörigen Elektromotor auf. Dieser Motor ist vorzugsweise im Bereich des Kugelgewindetriebs angeordnet und unterstützt die Bewegung einer Kugelmutter auf einer entsprechenden Zahnstange.
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Bei Lenksystemen, die auf Hydraulikbasis arbeiten, wirkt somit der Elektromotor unterstützend zu einer Hydraulikkraft, die durch eine Koppelung eines Hydraulikzylinders im Bereich einer Lenkung mit einem Hydraulikzylinder im Bereich eines Lenkrads erzeugt wird. Hierfür weist der Elektromotor eine eigene ECU auf, die Signale aus dem Bereich des Lenkrads weiterverarbeitet.
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Ein solcher Hydraulikzylinder mit einem Kugelgewindetrieb weist jedoch einen Nachteil auf. Die durch die Kugelmutter in die Zahnstange eingetragenen Drehmomente, können von dieser nicht vollständig kompensiert werden, wodurch die Zahnstange tordieren kann.
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Aus der Offenlegungschrift
DE 10 2008 002 176 A1 ist eine gattungsgemäße Lenkeinrichtung der by-wire-Bauart für ein Fahrzeug bekannt, wobei ein Lenkgetriebe vorgesehen ist, das zumindest eine Gewindespindel, eine darauf angeordnete Kugelmutter und einen Elektromotor umfasst, wobei die Gewindespindel eine Verdrehsicherung aufweist.
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Weiterhin ist in der Patentschrift
DD 97 609 A5 ein Lenkgetriebe offenbart, wobei eine zur Lenkspindel mit dem Lenkhandrad quer verlaufende Schubstange eine Verdrehsicherung aufweist, die beispielsweise an einer im Gehäuse eingelassenen Schiene gleitet.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs erwähnte Lenksystem weiterzuentwickeln und eine Lenkeinrichtung bereitzustellen, bei dem ein Drehmoment derart abgestützt wird, dass eine Verdrehung der Zahnstange verhindert werden kann.
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Eine Lenkeinrichtung zur Lösung dieser erfinderischen Aufgabe weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Durch die Verdrehsicherung kann durch die Verhinderung einer Torsion der Gewindespindel bzw. Getriebeelements Spiel zwischen der Kugelmutter und der Gewindespindel vermieden werden. Dadurch kann die Funktionsweise eines Lenksystems weiter verbessert und insbesondere auch präzisiert werden.
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Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Verdrehsicherung die Gewindespindel zumindest teilweise umgeben, wodurch eine wirksame Verbindung zwischen beiden Bauteilen ermöglicht werden kann.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verdrehsicherung wenigstens eine Hülse aufweist, die die Gewindespindel umfangsseitig umgibt, wobei zwischen der Hülse und der Gewindespindel wenigstens ein Fixiermittel angeordnet ist. Die Kolbenstange ist rotationssymmetrisch ausgebildet, weshalb die Verdrehsicherung in Form der Hülse eine korrespondierende innere Aufnahme aufweist. Die Kolbenstange ist zudem nicht über ihre gesamte Länge in dem Zylinder von der Verdrehsicherung umgeben, sondern bevorzugt nur außerhalb eines mit einem Gewinde versehenden Bereiches. Somit kann die Verdrehsicherung auch mehrgliedrig ausgebildet sein, je ein Teil zu beiden Seiten der Kugelmutter.
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Gemäß der Erfindung kann auf der Hülse wenigstens ein Hebelarm angeordnet sein, der sich im Wesentlichen radial von der Gewindespindel weg erstreckt. Der Hebelarm verleiht der Verdrehsicherung eine Asymmetrie, wodurch Rotationskräfte besser abgestützt werden können und eine Verdrehung verhindert werden kann. Der Hebelarm kann somit als Abstützpunkt für die Verdrehsicherung eingesetzt werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Hülse mit dem Hebelarm und die Schiene innerhalb eines Gehäuses angeordnet sein. Die Schiene umgibt erfindungsgemäß den Hebelarm zumindest teilweise, wobei zusätzlich vorgesehen sein kann, dass die Schiene an jeweiligen Enden ein Mittel aufweist, wodurch der Hebelarm zusätzlich in seiner Lage gehalten wird.
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Nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Hülse beabstandet von einer Innenseite des Gehäuses angeordnet ist, insbesondere ein Spalt zwischen der Hülse und der Innenseite des Gehäuses vorgesehen ist.
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Vorteilhaft kann zudem vorgesehen sein, dass die Hülse, insbesondere der Hebelarm, beabstandet von der Schiene angeordnet ist, insbesondere ein Spalt zwischen der Hülse oder dem Hebelarm und der Schiene vorgesehen ist. Der Abstand zur Schiene erlaubt eine bessere Handhabung eines Spielausgleichs.
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Nach der Erfindung ist wenigstens ein Gleitlager zwischen der Hülse, vorzugsweise dem Hebelarm, und der korrespondierenden Schiene vorgesehen ist, wobei insbesondere das Gleitlager einen Gleitstein aufweist. Damit wäre die Verdrehsicherung in Längserstreckung der Kolbenstange frei beweglich gelagert.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Hebelarm im Bereich des Gleitlagers eine Ausnehmung aufweist zur Aufnahme wenigstens eines Gleitsteines. Der Gleitstein ist etwas dicker als der Spalt zwischen der Hülse und der Schiene ausgebildet. Die Ausnehmung entspricht in etwa einer äußeren Kontur des Gleitsteins, wodurch der Gleitstein im Wesentlichen formschlüssig in der Ausnehmung aufgenommen wird. Der Gleitstein liegt auf einer Oberfläche der Schiene an, wodurch die Verdrehsicherung in der Schiene gelagert ist. Die Schiene selbst kann keine besondere Aufnahme für den Gleitstein aufweisen, es sind aber auch Ausführungsbeispiele denkbar, in denen die Schiene eine gesonderte Ausnehmung aufweist zur Aufnahme eines Teils eines Gleitsteins.
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Nach der Erfindung weist die Schiene eine im Wesentlichen runde äußere und eine im Wesentlichen eckige innere Kontur auf. Die innere eckige Kontur entspricht im Wesentlich einer äußeren Kontur des jeweiligen Hebelarms, der zusammen mit einem oder mehreren Gleitsteinen in der Schiene angeordnet ist. Die äußere runde Kontur entspricht einer inneren Oberflächengeometrie des Gehäuses. Das Gehäuse ist vorzugsweise nicht rotationssymmetrisch ausgebildet sondern weist je nach Anzahl der Hebelarme ein oder mehrere Vorsprünge auf, die in dem Gehäuse eine Ausnehmung für den oder die Hebelarme bilden. Diese Vorsprünge können als Widerlager für die Hebelarme dienen.
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Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, wenn das Fixiermittel im Bereich des Hebelarms angeordnet ist, vorzugsweise radial zwischen dem Hebelarm und der Gewindespindel. Im Bereich der Hebelarme besteht eine größere Querschnittsfläche in der Hülse, weshalb dort größere Fixiermittel anordenbar sind und der Querschnitt nicht über die Maßen geschwächt wird. Kleinere Fixiermittel in Form von Einlegesteinen sind indes auch an anderen Stellen der Verdrehsicherung möglich.
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In der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verdrehsicherung mehrere Hebelarme aufweist, die jeweils in einer Schiene geführt sind. Es kann jeweils wenigstens ein Gleitlager zwischen dem Hebelarm und der Schiene vorgesehen sein. Mit wenigstens zwei Hebelarmen, die symmetrisch angeordnet sein können, wird kein weiteres Abstützmoment erzeugt.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse entweder ein Lenkgetriebegehäuse oder ein Gehäuse in einem Hydraulikzylinder sein. Je nach Anordnung der Verdrehsicherung und der räumlichen Beschaffenheit innerhalb des Fahrzeugs, kann das Lenkgetriebe separat oder integraler Bestandteil einer Hydraulik-Rückfall-Stelleinheit sein. Dadurch wird entweder das Lenkgetriebegehäuse selbst zum Widerlager der Verdrehsicherung oder aber ein separates Gehäuse wird innerhalb des Hydraulikzylinders zum Widerlager.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. In dieser zeigt:
- 1 einen Querschnitt durch einen Hydraulikzylinder mit einer Verdrehsicherung und einer innen liegenden Kolbenstange.
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Eine Verdrehsicherung 10, wie sie in 1 im Querschnitt dargestellt ist, umgibt umfangsseitig eine axial angeordnete Gewindespindel 11. Die Gewindespindel 11 ist Teil eines Lenkgetriebes einer Lenkeinrichtung eines Fahrzeuges.
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Hierbei sind zwei lenkbare Räder eines zweispurigen Fahrzeuges in bekannter Weise über Spurhebel und Spurstange schwenkbar und somit lenkbar. Die Spurstange ist dabei an einem Befestigungsmittel angelenkt, das an einer quer zur Fahrzeuglängsrichtung beweglichen Kugelmutter eines Kugelgewindetriebs angeordnet ist. Die Kugelmutter sitzt auf der Gewindespindel 11, die starr in die Lenkeinrichtung integriert ist.
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Das Lenkgetriebe ist nach Art eines dem Fachmann bekannten Spindel-Lenkgetriebes ausgebildet, dessen Kugelmutter über ein endloses Zugmittelgetriebe mit nachgelagertem Elektromotor auf der Gewindespindel 11 bewegt werden kann. Dabei bildet der Elektromotor zusammen mit dem Zugmittelgetriebe einen Aktor, der mit geeigneter Ansteuerung durch eine elektronische Steuereinheit, welche bevorzugt unter anderem Signale eines mit einem Lenkrad des Fahrzeugs verbundenen Drehwinkelsensors, welcher eine Lenkvorgabe eines Fahrzeugsführers wiedergibt, berücksichtigt, eine entsprechende Verlagerung der Kugelmutter bewirkt und somit eine gewünschte Lenk- oder Verschwenkbewegung der Räder.
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Zur Abstützung von durch die Kugelmutter auf die Gewindespindel 11 eingebrachten Drehmomenten weist die Gewindespindel 11 die Verdrehsicherung 10 auf, die benachbart zu der Kugelmutter des Kugelgewindetriebs angeordnet ist. In alternativen Ausführungsbeispielen ist die Verdrehsicherung 10 weiter beabstandet davon angeordnet.
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Die Verdrehsicherung 10 weist eine Hülse 12 auf, die umfangsseitig die Gewindespindel 11 umgibt, wobei dieser Bereich kein Gewinde aufweist, sondern glatt ist. Die Hülse 12 umgibt vorzugweise in einer Dichtlage die Gewindespindel 11. Zur Befestigung der Hülse 12 auf der Gewindespindel 11 ist ein Fixiermittel 13 vorgesehen. Dieses Fixiermittel 13 ist in Form von Nutensteinen ausgeführt, wofür sowohl die Gewindespindel 11 als auch die Hülse 12 entsprechende Ausnehmungen in Form von Nuten 14 aufweisen. Dadurch ist die Hülse 12 verdrehsicher auf der Gewindespindel 11 befestigt.
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Die Hülse 12 weist umfangsseitig, in einer radial nach außen gerichteten Richtung, drei Hebelarme 15 auf. In alternativen Ausführungsformen der Lenkeinrichtung können auch weniger oder mehr Hebelarme 15 vorgesehen sein. Die Hebelarme 15 sind gleichmäßig über einen Umfang der Hülse 12 verteilt angeordnet und weisen von einem Übergangsbereich von Hülse 12 zu Hebelarm 15 sich erstreckende Ausnehmungen in Form von Nuten 16 auf. Die Hebelarme 15 sind ansonsten rechtwinkelig ausgebildet, wobei in jeweiligen Eckbereichen abgerundete Ecken vorgesehen sind.
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Die Hebelarme 15 sind jeweils zumindest zum Teil in einer Schiene 17 angeordnet, die die Hebelarme 15 von außen umgibt. Eine Innenkontur der Schienen 17 korrespondiert mit der äußeren Kontur der Hebelarme 15, diese ist also entsprechend rechtwinkelig mit abgerundeten Ecken ausgebildet. Zwischen den Schienen 17 und den Hebelarmen 15 ist ein Zwischenraum in Form eines Spalts 18 gebildet, weshalb sich Schiene 17 und Hebelarm 15 in Normallage nicht berühren.
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Die Hebelarme 15 werden in den Schienen 17 durch ein Gleitlager 19 geführt, das jeweils durch in den Nuten 16 angeordnete Gleitsteine 20 gebildet ist. Damit wird eine Reibung zwischen der Hülse 12 bzw. den Hebelarmen 15 und der Schienen 17 reduziert. Zudem kann somit ein Spielausgleich erreicht werden.
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Die Hülse 12 zusammen mit den in den Schienen 17 angeordneten Hebelarmen 15 ist in einem Gehäuse 21 angeordnet. Das Gehäuse 21 dient als Aufnahme für die Schienen 17, die wiederum die Hülse 12 führen. Eine Innenkontur des Gehäuses 21 entspricht im Wesentlichen einer äußeren Kontur aus Hülse 12 und Schienen 17, wobei sich durch die gleichmäßige Verteilung der Hebelarme 15 eine dreigliedrige Kontur ergibt. Die Schienen sind außenseitig rund ausgebildet und liegen formschlüssig an einer Innenseite 22 des Gehäuses 21 an. In einem Bereich zwischen jeweils zwei benachbarten Schienen 17 weist die Innenseite 22 des Gehäuses 21 eine korrespondierende Form zu einer Außenseite der Hülse 12 auf, wobei zwischen der Hülse 12 und der Innenseite 22 ein Zwischenraum in Form eines Spalts 18 gebildet ist. Die Schienen 17 sind als Einlegeteile ausgebildet, wodurch sich die Fertigung der Lenkeinrichtung zumindest im Bereich der Verdrehsicherung 10 vereinfacht. Die Schienen 17 sind demnach also lose in dem Gehäuse 21 angeordnet.
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Das Gehäuse 21 wird endseitig der Verdrehsicherung 10 von einer Gehäusewand abgeschlossen, wobei die Gewindespindel11 sich durch die Verdrehsicherung 10 hindurcherstreckt. Die Verdrehsicherung 10 überdeckt nur einen Teil der Gewindespindel 11, wobei auch mehr als nur eine Verdrehsicherung 10 auf der Gewindespindel 11 angeordnet sein können, beispielsweise zu beiden Seiten des Kugelgewindetriebs.
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Die Verdrehsicherung 10 ist zusammen mit dem Gehäuse 21 fest in die Lenkeinrichtung integriert, wodurch die Drehmomente, die durch den Kugelgewindetrieb in die Gewindespindel 11 eingebracht werden, abgestützt werden können.
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Das Gehäuse 21 kann auch in einem anderen Ausführungsbeispiel als Lenkgetriebegehäuse ausgebildet sein, weshalb es dann nicht gesondert in der Lenkeinrichtung befestigt werden muss. In dem Lenkgetriebegehäuse ist die Gewindespindel11 angeordnet sowie die Kugelmutter.
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Zusammenfassend betrifft somit die Erfindung eine Lenkeinrichtung mit elektromechanischer Unterstützung, wobei einem Kugelgewindetrieb ein Elektromotor zugeordnet ist. Zur Abstützung eines auf eine Gewindespindel 11 eingetragenen Drehmomentes weist die Lenkeinrichtung eine Verdrehsicherung 10 auf, die auf der Gewindespindel 11 positioniert ist.
