DE102013010012A1

DE102013010012A1 - Elektromechanische Fahrzeuglenkung

Info

Publication number: DE102013010012A1
Application number: DE102013010012.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Blumberg; Dirk Schlemmermeier; Rainer Kötke; Johannes Jochen Scheerer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2014-12-18

Abstract

Eine elektromechanische Fahrzeuglenkung umfasst einen Elektromotor (2), eine axial bewegbare Lenkstange (4) und ein Getriebe (3), über das der Elektromotor (2) mit seiner Abtriebswelle (11) antriebsmäßig mit der Lenkstange (4) gekoppelt ist. Das Getriebe (3) weist einen Zahnriementrieb (7) mit zwei Zahnriemenrädern (10, 12) und einem Zahnriemen (9) auf. Zumindest eines der Zahnriemenräder (10, 12) ist aus einer Hülse (31) aus einem ersten Metall und einem mit der Hülse (31) verbundenen Zahnkranz (33) aus einem von dem ersten Metall verschiedenen zweiten Metall ausgebildet. Auf diese Weise lassen sich ein unproblematisches Fügen, eine hohe Maßgenauigkeit und ein guter Rundlauf des Zahnriemenrades (10, 12) gewährleisten.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Fahrzeuglenkung, umfassend einen Elektromotor, eine axial bewegbare Lenkstange und ein Getriebe, über das der Elektromotor mit seiner Abtriebswelle antriebsmäßig mit der Lenkstange gekoppelt ist, wobei das Getriebe einen Zahnriementrieb mit zwei Zahnriemenrädern und einem Zahnriemen aufweist.
Eine derartige Lenkung ist beispielsweise aus der DE 10 2010 034 698 A1 bekannt. Der Zahnriementrieb ist dabei über ein erstes, kleineres Zahnriemenrad mit einer Abtriebswelle des Motors und über ein weiteres, größeres Zahnriemenrad mit einer Kugelgewindemutter gekoppelt, die mit der Lenkstange in Wirkeingriff steht.
Aus der DE 296 01 957 U1 ist ein Zahnriemenrad aus Kunststoff bekannt. Es wird vorgeschlagen, Angriffsfläche und Aufnahme des Zahnriemenrades aus unterschiedlichen Kunststoffen auszubilden, wobei zumindest der Füllstoff für die Kunststoffe verschieden ist.
Die DE 10 2006 059 946 A1 betrifft ein Zahnriemenrad mit einem Nabengrundkörper aus Leichtmetall, auf den eine Verzahnung aus einem Duroplast aufgespritzt ist. Durch die geringe radiale Dicke der Verzahnung soll eine nicht auszuschließende Schwindung des Materials einen nur geringen Einfluss auf die Maßhaltigkeit des Zahnriemenrades haben.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Fahrzeuglenkung mit Zahnriemenrädern zu schaffen, die bei reduziertem Trägheitsmoment eine besonders hohe Maßhaltigkeit aufweisen und sich auf einfache Art und Weise montieren lassen.
Diese Aufgabe wird durch eine elektromechanische Fahrzeuglenkung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenkung weist zumindest ein Zahnriemenrad auf, das aus einer Hülse aus einem ersten Metall und einem mit der Hülse verbundenen Zahnkranz aus einem von dem ersten Metall verschiedenen zweiten Metall ausgebildet ist. Durch die Wahl eines geeigneten Metalls als Werkstoff für die Hülse ist es möglich, zum einen ein einfaches, kostengünstiges sowie sicheres Fügen des Zahnriemenrades beispielsweise auf die Abtriebswelle des Elektromotors sicherzustellen. Zum anderen ist es durch die Wahl eines anderen geeigneten Materials für den Zahnkranz möglich, eine hohe Maßgenauigkeit und einen guten Rundlauf des Zahnriemenrades sicherzustellen. Auf zusätzliche Bauteile wie Toleranzringe oder dergleichen kann verzichtet werden. Die Verwendung eines ein geringeres spezifisches Gewicht aufweisenden Materials für den Zahnkranz ermöglicht zudem eine Reduzierung des Trägheitsmoments des Zahnriemenrades.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.
Für eine sichere Befestigung des Zahnriemenrades auf der Abtriebswelle des Elektromotors und einen guten Rundlauf ist es von Vorteil, wenn das Zahnriemenrad mit seiner Hülse auf die Abtriebswelle des Elektromotors aufgepresst ist.
Aus dem gleichen Grund ist es ebenfalls von Vorteil, wenn die Hülse aus einem Metall mit höherer Festigkeit und der Zahnkranz aus einem Metall mit demgegenüber geringerer Festigkeit ausgebildet ist. So kann für den Zahnkranz ein Material ausgewählt werden, dass durch eine gute Dämpfung gute akustische Eigenschaften und eine verbesserte Laufruhe ermöglicht.
Dafür und für die Reduzierung des Trägheitsmoments des Zahnriemenrades ist es vorteilhaft, wenn die Hülse aus einem Stahl und der Zahnkranz aus einem Nichteisenmetall, vorzugsweise aus einer Aluminium- und Magnesiumlegierung ausgebildet ist.
Für eine sichere Verbindung von Hülse und Zahnkranz ist es von Vorteil, wenn die Hülse an ihrem Außenumfang zumindest abschnittsweise mit Erhöhungen und/oder Vertiefungen versehen ist. Diese Erhöhungen und/oder Vertiefungen der Hülse können auf einfache und kostengünstige Art und Weise in Form einer oder mehrerer Verzahnungen und/oder einer oder mehrerer Rändelungen ausgebildet sein. Sie ermöglichen eine formschlüssige Verbindung von Hülse und Zahnkranz.
Zur Herstellung einer einfachen und sicheren, dabei aber kostengünstigen Verbindung von Hülse und Zahnkranz ist es von Vorteil, wenn der Zahnkranz durch Druckguss hergestellt und in dem Druckgussprozess mit der Hülse verbunden wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
1 eine Teilansicht einer elektromechanischen Lenkung im Bereich eines Zahnriementriebs im Schnitt,
2 eine Frontansicht auf die Ebene des Zahnriementriebs mit montierten Zahnriemenrädern und Riemen,
3 eine räumliche Teilansicht des Zahnriementriebs der Lenkung vor der Montage eines der Zahnriemenräder und des Zahnriemens,
4 eine Ansicht eines Zahnriemenrades mit einem Zahnkranz und einer Hülse sowie
5 eine Ansicht einer Hülse eines Zahnriemenrades.
Die 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer elektromechanischen Fahrzeuglenkung 1, welche einen Elektromotor 2 aufweist. Das Antriebsmoment des Elektromotors 2 wird über ein Getriebe 3 in eine Translation einer Lenkstange 4 übersetzt, welche sich durch ein Lenkgetriebegehäuse 5 erstreckt. Die Lenkstange 4 ist an ihren Enden über nicht dargestellte Spurstangen mit ebenfalls nicht dargestellten Schwenklagern gekoppelt, um einen fahrerseitigen Lenkbefehl an den zugehörigen Fahrzeugrädern zur Wirkung zu bringen. Mit der Lenkstange 4 kämmt ein Lenkungsritzel, das in an sich bekannter Art und Weise über eine Lenkwelle mit einem Lenkrad verbunden ist. Das Lenkgetriebegehäuse 5 nimmt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Elektromotor 2, das Getriebe 3, die Lenkstange 4 und das Lenkungsritzel auf.
Das Getriebe 3 umfasst einen Zahnriementrieb 7 sowie eine Einrichtung zur Wandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung, vorliegend beispielhaft einen Kugelgewindetrieb 8. Der Zahnriementrieb 7 umfasst einen Zahnriemen 9, ein antreibendes Zahnriemenrad 10, das drehfest mit einer Abtriebswelle 11 des Elektromotors 2 gekoppelt ist, sowie ein angetriebenes Zahnriemenrad 12, das drehfest mit einer Kugelgewindemutter 13 des Kugelgewindetriebs 8 gekoppelt ist. Die Kugelgewindemutter 13 steht dabei mit einem Spindelabschnitt 14 der Lenkstange 4 über Kugeln 15 im Gewindeeingriff und ist in dem Lenkgetriebegehäuse 5 über ein Wälzlager 16 drehbar gelagert und axial festgelegt. Dabei bilden das angetriebene Zahnriemenrad 12, die Kugelgewindemutter 13 und das Wälzlager 16 eine Baugruppe. Zur Festlegung des Wälzlagers 16 dient eine Lagerklemmscheibe 20, welche mittels Spannbolzen 21 mit dem Lenkgetriebegehäuse 5 verspannt ist.
2 zeigt eine Frontansicht von Komponenten der Lenkung mit montierten Zahnriemenrädern 10 und 12 und montiertem Zahnriemen 9, wobei der Elektromotor 2 am Lenkgetriebegehäuse 5 montiert und an seiner Abtriebswelle 11 das antreibende Zahnriemenrad 10 befestigt ist. Ferner ist die Kugelgewindemutter 13 mittels des Wälzlagers 16 drehbar im Lenkgetriebegehäuse 5 montiert.
In der 3 ist räumlich eine Teilansicht des Zahnriementriebs 7 der elektromechanischen Fahrzeuglenkung 1 vor der Montage des angetriebenen Zahnriemenrades 12 und des Zahnriemens 9, aber mit auf der Abtriebswelle 11 des Elektromotors 2 festgelegtem, antreibenden Zahnriemenrad 10 dargestellt. Die Zahnriemenräder 10 und 12 weisen beispielsweise eine Schrägverzahnung zur Verwendung eines schrägverzahnten Zahnriemens 9 auf.
Die 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines antreibenden Zahnriemenrades 10, das eine innen liegende Hülse 31 und einen mit dieser verbundenen, die Hülse konzentrisch umgebenden, außen liegenden Zahnkranz 33 aufweist. Das Zahnriemenrad 10 kann mit seiner Hülse 31 auf die Abtriebswelle 11 des Elektromotors 2 aufgepresst und auf diese Weise einfach und sicher festgelegt werden.
Die Hülse 31 des Zahnriemenrades besteht erfindungsgemäß aus einem ersten Metall und der mit der Hülse 31 verbundene Zahnkranz 33 aus einem davon verschiedenen zweiten Metall. Die Werkstoffe sind zweckmäßiger Weise derart ausgewählt, dass die Hülse 31 aus einem Metall mit höherer Festigkeit wie z. B. Stahl und der Zahnkranz 33 aus einem Metall mit demgegenüber geringerer Festigkeit, aber möglichst geringerem spezifischen Gewicht wie z. B. einer Aluminium-, Messing-, Zink- oder Magnesiumlegierung ausgebildet ist.
Wie in der 5 dargestellt ist, ist zur Sicherstellung einer dauerhaften festen, formschlüssigen Verbindung zwischen Hülse 31 und Zahnkranz 33 die Hülse 31 an ihrem Außenumfang zumindest abschnittsweise, beispielsweise in zwei in axialer Richtung voneinander beabstandeten Abschnitten, mit Erhöhungen 35 und Vertiefungen 37 versehen, die beispielsweise als zwei Verzahnungen 39 ausgeführt sind. Ebenfalls denkbar ist es, stattdessen oder auch zusätzlich zumindest abschnittsweise mindestens eine solche Verzahnung an der Innenseite, d. h. der inneren Wandung des Zahnkranzes 33 vorzusehen. Alternativ ist es ebenfalls möglich, die Verzahnung 39 durch eine an sich bekannte Rändelung zu ersetzen oder die Erhöhungen 35 und Vertiefungen 37 auf beliebige andere Art auszubilden.
Zur Herstellung einer einfachen und sicheren, dabei aber kostengünstigen Verbindung von Hülse 31 und Zahnkranz 33 wird der Zahnkranz 33 mittels Druckguss hergestellt und dabei mit der Hülse 31 verbunden. Hierzu kann die Hülse 31 beispielsweise in das Druckgusswerkzeug eingelegt und dann von dem Werkstoff des Zahnkranzes 33 formschlüssig durch Umgießen umschlossen werden.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. So ist es beispielsweise möglich, das angetriebene Zahnriemenrad 12 aus einer innen liegenden Hülse 31 und einem mit dieser verbundenen, die Hülse 31 konzentrisch umgebenden, außen liegenden Zahnkranz 33 auszubilden.
Bezugszeichenliste

1: elektromechanische Fahrzeuglenkung
2: Elektromotor
3: Getriebe
4: Lenkstange bzw. Zahnstange
5: Lenkgetriebegehäuse
7: Zahnriementrieb
8: Kugelgewindetrieb
9: Zahnriemen
10: antreibendes Zahnriemenrad
11: Abtriebswelle
12: angetriebenes Zahnriemenrad
13: Kugelgewindemutter
14: Spindelabschnitt
15: Kugel
16: Wälzlager
20: Lagerklemmscheibe
21: Spannbolzen
31: Hülse
33: Zahnkranz
35: Erhöhung
37: Vertiefung
39: Verzahnung

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

DE 102010034698 A1 [0002]
DE 29601957 U1 [0003]
DE 102006059946 A1 [0004]

Claims

Elektromechanische Fahrzeuglenkung, umfassend einen Elektromotor (2), eine axial bewegbare Lenkstange (4) und ein Getriebe (3), über das der Elektromotor (2) mit seiner Abtriebswelle (11) antriebsmäßig mit der Lenkstange (4) gekoppelt ist, wobei das Getriebe (3) einen Zahnriementrieb (7) mit zwei Zahnriemenrädern (10, 12) und einem Zahnriemen (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Zahnriemenräder (10, 12) aus einer Hülse (31) aus einem ersten Metall und einem mit der Hülse (31) verbundenen Zahnkranz (33) aus einem von dem ersten Metall verschiedenen zweiten Metall ausgebildet ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (31) auf die Abtriebswelle (11) des Elektromotors (2) aufgepresst ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (31) aus einem Metall mit höherer Festigkeit und der Zahnkranz (33) aus einem Metall mit demgegenüber geringerer Festigkeit ausgebildet ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (33) aus einem Nichteisenmetall ausgebildet ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (33) aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung ausgebildet ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (31) aus einem Stahl ausgebildet ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (31) an ihrem Außenumfang zumindest abschnittsweise mit Erhöhungen (35) und/oder Vertiefungen (37) versehen ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (31) an ihrem Außenumfang zumindest abschnittsweise mit einer Verzahnung (39) und/oder Rändelung versehen ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (33) durch Druckguss hergestellt ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (33) im Druckgussprozess mit der Hülse (31) verbunden ist.