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Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Aus der
DE 10 2008 001 959 A1 ist ein Lenksystem für ein Fahrzeug bekannt, das zur Lenkunterstützung einen elektrischen Servomotor aufweist, über den ein Servomoment in das Lenksystem eingespeist werden kann. Die Lenkbewegung des Fahrers wird über das Lenkrad vorgegeben, die Lenkbewegung wird über eine Lenkwelle und ein Lenkritzel auf eine Zahnstange übertragen, die kinematisch mit den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs verbunden ist.
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Bei derartigen Lenksystemen kann das Problem auftreten, dass Klapper- und Klopfgeräusche, welche von einem Lenkgetriebe bzw. dem Servomotor stammen, über die Lenkwelle in den Fahrgastinnenraum geleitet werden. Es kommt hierbei zu einer Übertragung des Körperschalls im Lenksystem in einen Luftschall, der in den Fahrgastinnenraum abstrahlt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen akustische Störungen in einem Lenksystem zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Lenksystem wird in Fahrzeugen zum Einstellen eines Radlenkwinkels eingesetzt und umfasst eine Lenkwelle, die einen Lenkwinkel, welchen der Fahrer über das Lenkrad vorgibt, in eine Stellbewegung eines Lenkgestänges umsetzt, um den gewünschten Radlenkwinkel einzustellen. Das Lenksystem ist vorteilhafterweise mit einer Servoeinrichtung versehen, über die ein die Lenkbewegung unterstützendes Servomoment erzeugt werden kann. Die Servoeinrichtung ist vorzugsweise als elektrischer Servomotor ausgebildet, dessen unterstützende Antriebsbewegung über eine Getriebeeinheit mit dem Lenkgestänge gekoppelt ist.
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Zur Dämpfung von Schall, welcher im Lenksystem auftritt und als Körperschall über die Lenkwelle in Richtung Fahrgastinnenraum geleitet wird, befindet sich im Übertragungsweg zwischen der Lenkwelle und dem Lenkgestänge eine Entkopplungseinrichtung mit einem Axialentkopplungsteil und einem Umfangsentkopplungsteil. Die Entkopplungseinrichtung wird vorteilhafterweise mit einer Kupplung kombiniert, welche zwei ineinandergreifende Kupplungsteile aufweist. Die Kupplungsteile greifen bevorzugt in Umfangsrichtung formschlüssig ineinander. Zwischen den Kupplungsteilen befindet sich die Entkopplungseinrichtung mit dem Axialentkopplungsteil zur Schwingungsentkopplung in Achsrichtung und dem Umfangsentkopplungsteil zur Schwingungsentkopplung in Umfangsrichtung. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Körperschall sowohl in Achsrichtung als auch in Umfangsrichtung von der Entkopplungseinrichtung wirksam gedämpft wird, so dass eine weitere Schallausbreitung in Richtung Fahrgastinnenraum verhindert oder zumindest wirkungsvoll gedämpft wird. Da sowohl in Achsrichtung als auch in Umfangsrichtung eine Entkopplung durchgeführt wird, werden Schwingungsbrücken vermieden, über die ein die Entkopplungseinrichtung überbrückender Kurzschluss entstehen könnte.
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Zweckmäßigerweise besitzt das Axialentkopplungsteil eine hohe Dämpfung, die bevorzugt die Dämpfung des Umfangsentkopplungsteils übersteigt. In Umfangsrichtung muss die Lenkbewegung des Fahrers und ein damit einhergehendes Lenkmoment zwischen den Kupplungsteilen, zwischen denen das Umfangsentkopplungsteil angeordnet ist, übertragen werden. Das Lenkmoment beträgt beispielsweise bei wirksamer Servounterstützung etwa 4 Nm und bei einem Ausfall der Servounterstützung etwa 30 Nm. Indem das Umfangsentkopplungsteil eine geringere Dämpfung als das Axialentkopplungsteil aufweist, kann das Umfangsentkopplungsteil bei einem Ausfall des Servomotors die dann geforderten hohen Lenkmomente übertragen.
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Zugleich ist über die hohe Dämpfung des Axialentkopplungsteils eine wirksame Schalldämpfung möglich. Da in Achsrichtung keine Kräfte bei der Lenkbewegung übertragen werden, kann für das Axialentkopplungsteil ein entsprechend weicheres Material mit höherer Dämpfungswirkung eingesetzt werden. Der Körperschall, welcher insbesondere vom Servomotor bzw. dem Lenkgetriebe ausgeht, wird vor allem axial übertragen und somit von dem Axialentkopplungsteil wirkungsvoll gedämpft.
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Das Axialentkopplungsteil weist beispielsweise eine Shore-Härte von maximal 50, insbesondere maximal 40, gegebenenfalls maximal 30 auf. Dagegen besitzt das Umfangsentkopplungsteil eine höhere Shore-Härte, die zumindest 80, vorzugsweise mindestens 90 beträgt. Die größere Härte des Umfangsentkopplungsteils erlaubt auch bei einem Ausfall des Servomotors die Übertragung der geforderten Lenkmomente.
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Die Kupplung, zwischen deren zwei Kupplungsteile die Entkopplungseinrichtung mit dem Axial- und Umfangsentkopplungsteil angeordnet ist, ist vorzugsweise als eine Klauenkupplung ausgebildet, deren Kupplungsteile in Umfangsrichtung formschlüssig ineinandergreifen. Zwischen den Kupplungsteilen befindet sich sowohl das Umfangsentkopplungsteil als auch das Axialentkopplungsteil. Diese können jeweils sternförmig ausgebildet sein und zwischen die Klauen der Kupplungsteile einragen.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung umfasst die Entkopplungseinrichtung insgesamt zwei Axialentkopplungsteile, die an den beiden gegenüberliegenden Stirnseiten des Umfangsentkopplungsteils angeordnet sind und somit das Umfangsentkopplungsteil jeweils stirnseitig begrenzen. Auf diese Weise kann die Schwingungsentkopplung in Achsrichtung zusätzlich verbessert werden.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind die beiden Kupplungsteile der Kupplung über einen Sicherungsring axial aneinander gehalten. Der Sicherungsring greift beispielsweise in einen umlaufenden Einstich bzw. eine Umfangsnut in der Außenwandung der Kupplungsteile ein. Da die Kupplungsteile ineinandergreifen, überlagern diese sich in Achsrichtung, so dass mit dem umlaufenden Sicherungsring die gewünschte axiale Sicherung der beiden Kupplungsteile aneinander erreicht wird. Gegebenenfalls kann auch die Entkopplungseinrichtung, insbesondere das Umfangsentkopplungsteil, von dem Sicherungsring gehalten werden; zu diesem Zweck weist vorteilhafterweise auch das entsprechende Bauteil der Entkopplungseinrichtung an der Außenseite einen Einstich bzw. eine umlaufende Nut auf zur Aufnahme des Sicherungsrings.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug,
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2 in vergrößerter Einzeldarstellung einen Ausschnitt aus dem Lenksystem im Bereich der Verbindung zwischen einer Lenkwelle und einem Lenkgestänge,
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3 eine Kupplung zwischen Lenkwelle und Lenkritzel mit integrierter Entkopplungseinrichtung.
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4 die Entkopplungseinrichtung in Seitenansicht,
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5 die Entkopplungseinrichtung in Draufsicht.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Lenksystem 1 dargestellt, das ein Lenkrad 2, eine Lenkwelle 3, ein Lenkgehäuse 4 mit darin aufgenommener Zahnstange und ein Lenkgestänge 5 umfasst, über das die Lenkbewegung des Fahrers auf die lenkbaren Räder des Fahrzeugs übertragen wird. Der Fahrer gibt über das Lenkrad 2, das drehfest auf der Lenkwelle 3 aufsitzt, den Lenkwinkel δL vor, der in einem Lenkgetriebe, welches im Lenkgehäuse 4 angeordnet ist, in eine Stellbewegung der Zahnstange des Lenkgestänges 5 übertragen wird. Daraufhin stellt sich an den lenkbaren Rädern 6 der Radlenkwinkel δV ein.
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Über einen elektrischen Servomotor 7 kann zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten Handmomentes ein Servomoment in das Lenkgetriebe im Lenkgehäuse 4 eingespeist werden. Bei dem elektrischen Servomotor 7 handelt es sich insbesondere um einen permanenterregten DC-Motor.
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Wie der Darstellung gemäß 2 zu entnehmen, ist der elektrische Servomotor 7 an das Lenkgehäuse 4 angeflanscht, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel die Motorwellenlängsachse 8 des Servomotors 7 parallel zur Längsachse 9 des Lenkgehäuses und der Zahnstange 13 verläuft, welche Teil des Lenkgestänges 5 ist und von der Lenkwelle 3 translatorisch entlang der Längsachse 9 verstellt wird. Die Lenkwelle 3 ist mit einem Lenkritzel 14 drehgekoppelt, das mit der Zahnstange 13 kämmt, so dass bei der Lenkbewegung der Lenkwelle 3 die Zahnstange 13 verschoben wird.
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Die Motorwelle des elektrischen Servomotors 7 treibt einen Zahnriemen 10 an, der mit einer Getriebeeinheit 11 gekoppelt ist, welche in einem Getriebegehäuse aufgenommen ist und die Unterstützungsbewegung des elektrischen Servomotors 7 über den Zahnriemen 10 auf die Zahnstange des Lenkgestänges 5 überträgt. Das Getriebegehäuse der Getriebeeinheit 11 ist mit dem Lenkgehäuse 4 verbunden. Der Servomotor 7 ist mit einem Regel- bzw. Steuergerät 12 versehen, über das die Motoransteuerung des Servomotors durchgeführt wird.
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Wie 3 in Verbindung mit 2 zu entnehmen, ist die Lenkwelle 3 über eine Kupplung 15 mit dem Lenkritzel 14 verbunden, wobei in die Kupplung 15, welche als Klauenkupplung ausgeführt ist, eine Entkopplungseinrichtung 16 integriert ist. Die Kupplung 15 besteht aus zwei Kupplungsteilen 15a, 15b, die in Umfangsrichtung formschlüssig ineinandergreifen. Zwischen den beiden Kupplungsteilen 15a, 15b befindet sich die Entkopplungseinrichtung 16, die ein Umfangsentkopplungsteil 17 sowie ein erstes Axialentkopplungsteil 18 und ein zweites Axialentkopplungsteil 19 umfasst. Die beiden Axialentkopplungsteile 18, 19 liegen an den gegenüberliegenden Stirnseiten des Umfangsentkopplungsteiles 17 an. Die Entkopplungsteile 17, 18 und 19 bestehen jeweils aus einem dämpfenden Material, zum Beispiel aus einem dämpfenden Elastomer.
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Das Umfangsentkopplungsteil 17 bewirkt eine Dämpfung zwischen den beiden Kupplungsteilen 15a, 15b in Umfangsrichtung. Die beiden Axialentkopplungsteile 18 und 19 bewirken eine Dämpfung der Kupplungsteile 15a, 15b in Achsrichtung.
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Da über die Kupplung 15 ein Lenkmoment übertragen werden muss, das bei einem Ausfall des Servomotors einen verhältnismäßig hohen Wert einnehmen kann, und der Kraftschluss in Umfangsrichtung über das Umfangsentkopplungsteil 17 verläuft, besteht dieses aus einem härteren Dämpfungsmaterial als die Axialentkopplungsteile 18 und 19, die dementsprechend weicher ausgebildet sind. Typischerweise beträgt die Shore-Härte der Axialentkopplungsteile 18, 19 etwa 40 und die Shore-Härte des Umfangsentkopplungsteils 17 etwa 90. Dadurch ist zugleich gewährleistet, dass in Achsrichtung eine hohe Dämpfung stattfindet, so dass Körperschall, welcher beispielsweise vom Servomotor oder dem Getriebe herrührt, nur in einer stark gedämpften Weise über die Lenkwelle sich fortpflanzen kann und dementsprechend die Schallabstrahlung in den Fahrgastinnenraum reduziert ist.
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Das Umfangsentkopplungsteil 17 sowie die Axialentkopplungsteile 18, 19 können jeweils sternförmig ausgebildet sein und zwischen die Klauen der Kupplungsteile 15a, 15b einragen.
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Wie 3 weiter zu entnehmen, ist das erste Kupplungsteil 15a über einen Sicherungsstift bzw. eine Sicherungsschraube 20 mit der Lenkwelle 3 verbunden und das zweite Kupplungsteil 15b über einen weiteren Sicherungsstift bzw. eine Sicherungsschraube 21 mit dem Lenkritzel 14.
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Um die beiden Kupplungsteile 15a, 15b in Achsrichtung aneinander zu fixieren, ist in die Mantelfläche der Kupplungsteile 15a, 15b im Bereich der sich axial überlappenden Klauen ein sich in Umfangsrichtung erstreckender Einstich bzw. eine Umfangsnut eingebracht, in die ein Sicherungsring 22 eingesetzt ist. Auch in die Mantelfläche des Umfangsentkopplungsteils 17 kann eine entsprechende Umfangsnut eingebracht sein, in die der Sicherungsring 22 einragt.
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In den 4 und 5 ist die Entkopplungseinrichtung 16 jeweils in Einzeldarstellung gezeigt. Die Umfangsnut 23 ist gemäß 4 in das zwischenliegende Umfangsentkopplungsteil 17 mittig eingebracht, das axial an beiden Stirnseiten von jeweils einem Axialentkopplungsteil 18 bzw. 19 begrenzt wird. Wie der Draufsicht gemäß 5 zu entnehmen, weisen die Entkopplungsteile 17, 18, 19 zumindest annähernd den gleichen Querschnitt auf und besitzen jeweils insgesamt vier radial nach außen weisende und in gleichmäßigem Winkelabstand angeordnete Arme, welche zwischen die Klauen der Kupplungsteile einragen, wodurch der gewünschte Formschluss in Umfangsrichtung hergestellt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 2
- Lenkrad
- 3
- Lenkwelle
- 4
- Lenkgehäuse
- 5
- Lenkgestänge
- 6
- Vorderrad
- 7
- elektrischer Servomotor
- 8
- Motorwellenlängsachse
- 9
- Längsachse
- 10
- Zahnriemen
- 11
- Getriebeeinheit
- 12
- Regel- bzw. Steuergerät
- 13
- Zahnstange
- 14
- Lenkritzel
- 15
- Kupplung
- 15a
- Kupplungsteil
- 15b
- Kupplungsteil
- 16
- Entkopplungseinrichtung
- 17
- Umfangsentkopplungsteil
- 18
- Axialentkopplungsteil
- 19
- Axialentkopplungsteil
- 20
- Sicherungsstift
- 21
- Sicherungsstift
- 22
- Sicherungsring
- 23
- Umfangsnut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008001959 A1 [0002]
