-
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem, insbesondere ein Hilfskraftlenksystem, für ein Kraftfahrzeug.
-
Bei den meisten Kraftfahrzeugen werden Hilfskraftlenksysteme verbaut, die beim Lenken ein unterstützendes Drehmoment erzeugen und dadurch das von dem Fahrer auf die Lenksäule aufzubringende Lenkmoment reduzieren.
-
Bekannte Hilfskraftlenksysteme umfassen ein Getriebe, das die Antriebsleistung eines hydraulischen oder elektrischen Antriebs untersetzt und beispielsweise auf die Lenksäule oder eine Zahnstange des Lenksystems überträgt. Derartige Getriebe sind regelmäßig in Form eines Schraubwälzgetriebes und insbesondere als Schraubradgetriebe oder Schneckengetriebe ausgebildet.
-
An Lenksysteme und insbesondere Hilfskraftlenksystem von Kraftfahrzeugen werden unterschiedliche Anforderungen gestellt, wie beispielsweise hohe Lenkgeschwindigkeiten bei großen Kräften, geringe Geräuschentwicklung bei Lenkmanövern und dem Geradeausfahren, geringe Reibung im Lenksystem, um ein gutes Lenkgefühl und guten Fahrbahnkontakt zu haben.
-
Elektrisch unterstützte Lenksysteme weisen einen Elektromotor und mehrere Getriebestufen zur Untersetzung der Unterstützungsleistung des Elektromotors auf. Um die Getriebestufen geräuschfrei zu halten, werden Federsysteme eingesetzt, die Getriebespiel in den Getriebestufen eliminieren. Diese Federsysteme erzeugen jedoch durch den erhöhten Druck, mit dem die Elemente der Getriebestufen gegeneinander gedrückt werden, eine erhöhte Reibung im Getriebe, die u.a. das Lenkgefühl negativ beeinflussen kann.
-
Ein Lenkgetriebe für ein elektromotorisches Hilfskraftlenksystem, bei dem eine mit der Abtriebswelle des Elektromotors verbundene Ritzelwelle federbelastet in ein mit einer Lenksäule verbundenes Zahnrad eingreift, ist beispielsweise aus der
WO 2011/073089 A1 bekannt.
-
Bekannt ist, dass die Getriebereibung bei der Benutzung eines Lenksystems mit der Nutzungsdauer um ca. 25% abnimmt. Dies erfolgt durch Setzprozesse an den Oberflächen der Getriebe- und Lagerbauteile des gesamten Lenksystems. Nach circa 10% bis 20% der prognostizierten Lebensdauer, für die das Lenksystem ausgelegt ist, ist die Reibung im Lenksystem an einem Wert angelangt, der sich bis zum Lebensende des Lenksystems nicht mehr wesentlich verändert. Lenksysteme werden daher so ausgelegt, dass die Reibung nach dieser Nutzungsdauer so ist, dass diese das gewünschte Lenkgefühl vermittelt. Daraus folgt jedoch, dass die Reibung während der ersten Nutzungsdauer größer ist, als dies für ein gutes Lenkgefühl vorteilhaft ist.
-
Um eine Veränderung des Lenkgefühls während der tatsächlichen Nutzungsphase zu vermeiden ist es üblich, neu hergestellte Lenksysteme einlaufen zu lassen, um die Phase erhöhter Reibung bereits absolviert zu haben, wenn die Lenksysteme in die Kraftfahrzeuge eingebaut werden. Dies ist jedoch mit einem nicht unerheblichen Aufwand verbunden. Zudem erfordert diese Vorgehensweise, dass das Lenksystem für eine prognostizierte Lebensdauer ausgelegt wird, die um die Einlaufphase größer ist als dies der vorhergesehene Einsatz in den Kraftfahrzeugen grundsätzlich erforderlich macht. Dadurch können sich insbesondere die Herstellungskosten für das Lenksystem erhöhen.
-
Eine andere Möglichkeit, die Reibung im Lenksystem gering zu halten, ist die Auswahlmontage, bei der ausgemessene Bauteile zueinander gepaart werden. Dies ist jedoch mit hohen Montagekosten verbunden.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, dass sich auch ohne Einlaufphase oder Auswahlmontage durch ein möglichst gleichbleibendes Lenkgefühl auszeichnet.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Lenksystem gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Lenksystems sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
-
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine über der Lebensdauer des Lenksystems gleichmäßige Reibung zu erhalten, indem in einer ersten Nutzungsphase des Lenksystems, in der die Reibung noch erhöht ist, ein Gleitmittel, das nur eine temporäre Wirkung hat, an den relevanten Kontaktstellen eingesetzt wird. Das Gleitmittel kann die Reibung soweit verringern, dass diese in der ersten Nutzungsphase möglichst derjenigen in der sich an die erste Nutzungsphase anschließenden zweiten Nutzungsphase entspricht.
-
Ein gattungsgemäßes, eine prognostizierte Lebensdauer aufweisendes Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei mittels Kontaktflächen aufeinander gleitenden und/oder abrollenden Elementen ist demnach erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass zwischen den Kontaktflächen ein Gleitmittel mit einer Wirkdauer, die kürzer als die prognostizierte Lebensdauer ist, angeordnet ist.
-
Unter „Wirkdauer“ wird erfindungsgemäß eine Nutzungsdauer verstanden, innerhalb der das Gleitmittel noch eine in einem definierten Wirkungsbereich liegende reibungsmindernde Wirkung aufweist.
-
Erfindungsgemäß ist demnach nicht erforderlich, dass die reibungsmindernde Wirkung des Gleitmittels vollständig entfällt. Vielmehr ist der Wirkungsbereich vorzugsweise derart definiert, dass dieser die vorgesehene Reibungsverminderung während der Einlaufphase abdeckt und dieser insbesondere möglichst entspricht.
-
Eine die prognostizierte Lebensdauer des Lenksystems unterschreitende Wirkdauer für das Gleitmittel kann auf verschiedene Art und Weise erreicht werden. Zum einen kann sich das Gleitmittel infolge der Nutzung derart verändern, dass dessen reibungsmindernde Wirkung nachlässt. Das Gleitmittel kann sich auch infolge der Nutzung allmählich auflösen. Auch kann die reibungsmindernde Wirkung im Verlauf der Nutzungsdauer nachlassen, indem das Gleitmittel infolge der Nutzung aus der zwischen den Kontaktflächen ausgebildeten Kontaktstelle verdrängt wird.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lenksystems kann vorgesehen sein, dass das Gleitmittel zusätzlich zu einem Schmiermittel, das zwischen den Kontaktflächen angeordnet ist und eine längere Wirkdauer als das Gleitmittel und insbesondere eine zumindest der prognostizierten Lebensdauer des Lenkgetriebes entsprechende Wirkdauer aufweist, vorgesehen ist. Derartige dauerhaltbare Schmiermittel werden bekanntermaßen in gattungsgemäßen Lenksystemen eingesetzt, um die Reibungsverluste und den Verschleiß gering zu halten. Ein zusätzlicher Einsatz des eine nur temporäre Wirkung aufweisenden Gleitmittels ermöglicht dabei, die Veränderung in der Reibung des Lenksystems innerhalb einer Einlaufphase, die insbesondere in oberflächigen Setzprozessen der eingesetzten Werkstoffe begründet ist, zu kompensieren und gleichzeitig auf bekannte und bewährte Schmiermittel für die Dauerschmierung zurückzugreifen.
-
Es besteht auch die Möglichkeit, einen das Gleitmittel und das Schmiermittel (physisch und/oder funktional) kombinierenden Schmierstoff einzusetzen, dessen reibungsmindernde Wirkung sich innerhalb der Einlaufphase entsprechend verändert.
-
Ein solcher Schmierstoff kann insbesondere durch ein Mischen eines (Grund-)Schmiermittels mit einem Gleitmittel erreicht werden.
-
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Wirkdauer des Gleitmittels nicht länger als 50%, vorzugsweise nicht länger als 25% und besonders bevorzugt nicht länger als 20% der prognostizierten Lebensdauer des Lenksystems beträgt. Dadurch kann vermieden werden, dass das Gleitmittel die nutzungsbedingte Reibungsveränderung durch insbesondere oberflächige Setzprozesse der Materialen in relevanter Weise überkompensiert.
-
Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Wirkdauer des Gleitmittels mindestens 5% und besonders bevorzugt mindestens 10% der prognostizierten Lebensdauer beträgt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die nutzungsbedingte Reibungsveränderung durch insbesondere oberflächige Setzprozesse der Materialen weitgehend abgeschlossen ist, wenn die Wirkdauer des Gleitmittels endet.
-
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Gleitmittels ist insbesondere an solchen Kontaktstellen sinnvoll, an denen relativ große Flächenpressungen in den Kontaktstellen herrschen. Vorzugsweise kann daher vorgesehen sein, dass das Gleitmittel zwischen Kontaktflächen (insbesondere den Zahnflanken) eines insbesondere federbelasteten Zahnrad- oder sonstigen Wälzgetriebes (z.B. auch Kugelumlaufgetriebe) angeordnet ist. Bei einem mehrstufigen Getriebe kann eine Anordnung des Gleitmittels insbesondere in der oder den ersten Getriebestufen sinnvoll sein, da dort der Reibungseinfluss durch die Übersetzung am größten ist. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Gleitmittel zwischen einem Ritzel, das mit einer Abtriebswelle eines ein unterstützendes Lenkmoment erzeugenden Elektromotors verbunden ist, und einem Zahnrad angeordnet ist.
-
Weiterhin kann die Verwendung des erfindungsgemäßen Gleitmittels insbesondere an solchen Kontaktstellen sinnvoll sein, an denen im Wesentlichen Gleitreibung vorliegt. Dies ist beispielsweise in Lagerungen für bewegliche Elemente des Lenksystems der Fall. Insbesondere kann eine Anordnung des Gleitmittels in der oder den Kontaktstellen zwischen einem oder mehreren Druckstücken vorgesehen sein, die eine Zahnstange des Lenksystems an (jeweils) ein Zahnrad (insbesondere Spindelrad) andrücken.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lenksystems kann vorgesehen sein, dass das Gleitmittel PTFE (Polytetrafluorethylen) und/oder Molybdändisulfit und/oder Graphit oder ähnliches umfasst oder daraus besteht. Mittels dieser Materialien lässt sich die temporär reibungsmindernde Wirkung vorteilhaft erreichen.
-
Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Gleitmittel ein Pulver umfasst oder als solches ausgebildet ist. Ein Vorteil bei der Verwendung eines pulverförmigen oder einen pulverförmigen Anteil aufweisenden Gleitmittels kann darin liegen, dass sich eine abnehmende reibungsmindernde Wirkung dadurch einstellt, dass das pulverförmige Gleitmittel (oder der pulverförmige Anteil davon) in zunehmender Menge aus der Kontaktstelle verdrängt wird. Zudem kann ein solches Gleitmittel vorteilhaft mit einem dauerhaltbaren Schmiermittel kombiniert werden. Dies kann die Verwendung eines herkömmlichen Schmiermittels zur Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lenksystems ermöglichen.
-
Eine kombinierte Verwendung eines insbesondere pulverförmigen Gleitmittels und eines Schmiermittels kann auch durch ein Vermischen vor dem Einbringen in die Kontaktstelle erfolgen. Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass diese nacheinander in die Kontaktstelle eingebracht werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Gleitmittel zuerst auf zumindest eine der Kontaktflächen der (jeder) Kontaktstelle aufgebracht wird und anschließend das Schmiermittel in die Kontaktstelle eingebracht wird. Wenn das Gleitmittel zuerst und insbesondere auch direkt auf die Kontaktflächen aufgebracht wird, kann erreicht werden, dass dieses in Unebenheiten und Oberflächenfehler der Kontaktflächen eingepresst wird und dadurch direkter bzw. besser wirkt, als wenn es als Bestandteil des Schmiermittels aufgebracht wird. Dadurch können geringere Haft- und Gleitreibwerte erzielt werden, als dies bei einem alleinigen Einsatz eines Schmiermittels oder einer Mischung aus einem Schmiermittel mit einem Gleitmittel der Fall ist. Im Betrieb des Lenksystems wird das Gleitmittel von dem Schmiermittels nach und nach von den Kontaktflächen abgenommen, was zu einer Reibungserhöhung führen würde, die jedoch erfindungsgemäß durch den Einlaufeffekt kompensiert wird. Wenn das Gleitmittel mit dem Schmiermittel vor dem Einbringen in die Kontaktstelle vermischt wird, ist dessen reibungsmindernde Wirkung geringer, da nur verhältnismäßig wenig davon in die Oberflächenfehler der Kontaktflächen eingepresst wird. Dies kann ggf. zumindest teilweise durch eine Erhöhung der eingesetzten Menge an Gleitmittel kompensiert werden.
-
Sofern die die Kontaktflächen ausbildenden Elemente eine Kunststoff-Metall-Werkstoffkombination aufweisen und insbesondere das eine der Elemente aus Kunststoff (Plastik) und das andere aus Metall ausgebildet sind, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die regelmäßig größere Oberflächenenergie des Metalls im Vergleich zum Kunststoff ausgenutzt wird und das Gleitmittel (direkt) auf den Metallteil aufgebracht wird. Dies kann insbesondere bei einer Verwendung eines pulverförmigen Gleitmittels vorteilhaft sein.
-
Vorzugsweise kann dann noch vorgesehen sein, dass die Kontaktflächen und/oder das pulverförmige Gleitmittel statisch aufgeladen werden, wodurch die Haftung weiter verbessert werden kann. Möglich ist auch, dem pulverförmigen Gleitmittel einen Haftvermittler beizumischen, um die Haftung auf den Kontaktflächen zu verbessern.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
-
1: ein erfindungsgemäßes Lenksystem in einer perspektivischen Darstellung.
-
Das in der 1 dargestellte Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Zahnstange 1, die an ihren beiden Enden mit nicht dargestellten Spurstangen verbunden sein kann. Die Spurstangen sind dazu vorgesehen, an gelenkten Rädern des Kraftfahrzeugs anzugreifen, um deren Schwenkbewegung zu bewirken. Die Lenkbewegung der Räder wird somit durch eine längsaxiale Bewegung der Zahnstange 1 erreicht, die in Abhängigkeit von einer Rotation einer mit einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs verbundenen Lenkstange (nicht dargestellt) erfolgt.
-
Eine Rotation der Lenkstange wird über ein Getriebe mit einem ersten Spindelrad 2 in eine Translation der Zahnstange 1 übersetzt. Das dabei über das Lenkrad auf die Lenkstange ausgeübte Drehmoment wird von einem Drehmomentsensor 3 erfasst und daraus ein Steuerungssignal für einen Elektromotor 4 generiert. Der Elektromotor 4 erzeugt ein unterstützendes Drehmoment, das über ein weiteres Getriebe auf die Zahnstange 1 übertragen und dabei untersetzt wird. Hierzu ist die Abtriebswelle des Elektromotors 4 mit einem Schraubritzel 5 verbunden, das mit einem Schraubrad 6 kämmt. Das Schraubrad 6 wiederum ist mit einem mit der Zahnstange 1 kämmenden zweiten Spindelrad 7 verbunden.
-
Ein nicht dargestelltes Gehäuse dient der Lagerung und Abstützung der Komponenten des Lenkgetriebes und verhindert in Verbindung mit zwei Federbälgen 12 dessen Verschmutzen.
-
Die kämmenden Eingriffe der Spindelräder
2,
7 mit der Zahnstange
1 sowie des Schraubritzels
5 mit dem Schraubrad
6 sind federbelastet, um Getriebespiel zu vermeiden, das ansonsten zu einer erhöhten Geräuschabstrahlung führen könnte. Der federbelastete Eingriff des Schraubritzels
5 in das Schraubrad
6 ist durch eine federbelastete, schwenkbare Lagerung des Schraubritzels
5 in dem Gehäuse realisiert, wie sie in der
WO 2011/073089 A1 offenbart ist. Der federbelastete Eingriff der Spindelräder
2,
7 in die Zahnstange
1 wird durch jeweils ein Druckstück
8 bewirkt, das zwei Endstücke
9,
10 aufweist, von denen eines an dem Gehäuse und das andere an der Zahnstange
1 abgestützt ist und zwischen denen ein vorgespanntes Federelement
11 angeordnet ist. Durch die Druckstücke
8 wird die Zahnstange
1 gegen die Spindelräder
2 gedrückt.
-
Infolge der positionsfesten Anordnung der Druckstücke 8 ergibt sich bei einer Lenkbewegung der Zahnstange 1 eine Relativbewegung zwischen diesen Komponenten, die infolge der Federbelastung mit einer relativ hohen Gleitreibung verbunden ist.
-
Die einzelnen Getriebe sowie die Führung der Zahnstange 1 in den Druckstücken 8 ist mittels eines dauerhaltbaren Schmiermittels geschmiert, durch das über die gesamte Lebensdauer des Lenksystems die Reibung und damit der Verschleiß gering gehalten wird. Als Schmiermittels kommt beispielsweise ein Schmierfett (z.B. Mischung aus einem Schmieröl und einer Seife) zum Einsatz. Dabei ist das Lenksystem wartungsfrei, so dass ein Wechsel des Schmiermittels nicht vorgesehen ist.
-
Weiterhin ist vorgesehen, bestimmte Kontaktstellen im Lenksystem zusätzlich zu dem Schmiermittel mittels eines Gleitmittels mit temporärer reibungsmindernder Wirkung zu schmieren. Das Gleitmittel dient dazu, die anfänglich vergrößerte Reibung, die nach ca. 10% bis 20% der prognostizierten Lebensdauer des Lenksystems infolge von insbesondere Setzprozessen der eingesetzten Materialien auf einen sich dann nicht mehr wesentlich ändernden Endwert gesunken sein wird, zu kompensieren, d.h. möglichst an den Endwert anzugleichen. Als Gleitmittel kommt PTFE-Pulver, Molybdändisulfit und/oder Graphit zum Einsatz, dass noch vor dem Einbringen des Schmiermittels auf zumindest eine der Kontaktflächen in jeder Kontaktstelle aufgebracht wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, das Gleitmittel in die Kontaktstellen, die die Zahnstange 1 mit den Druckstücken 8 ausbildet sowie in die durch den Eingriff des Schraubritzels 5 mit dem Schraubrad 6 ausgebildeten Kontaktstellen einzubringen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Zahnstange
- 2
- Spindelrad
- 3
- Drehmomentsensor
- 4
- Elektromotor
- 5
- Schraubritzel
- 6
- Schraubrad
- 7
- Spindelrad
- 8
- Druckstück
- 9
- Endstück
- 10
- Endstück
- 11
- Federelement
- 12
- Faltenbalg
-
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
-
- WO 2011/073089 A1 [0006, 0034]
