DE102015112240A1

DE102015112240A1 - Lenkung für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015112240A1
Application number: DE102015112240.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Ertle; Thorsten Kurz; Jürgen Bieber
Original assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2017-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug mit einer einen Elektromotor aufweisenden elektrischen Hilfskraftunterstützung und einem Kugelgewindetrieb (30), der eine Kugelgewindespindel (11) und eine Kugelgewindemutter (34) aufweist, wobei eine Transmissionshülse (31) auf der Kugelgewindemutter (34) sitzt und bei Erreichen eines kritischen Drehmoments zwischen der Transmissionshülse (31) und der Kugelgewindemutter (34) ein Schlupf entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug mit einer einen Elektromotor aufweisenden elektrischen Hilfskraftunterstützung und einem Kugelgewindetrieb, der eine Kugelgewindespindel und eine Kugelgewindemutter aufweist, wobei eine Transmissionshülse auf der Kugelgewindemutter sitzt.
Insbesondere bei Elektrolenkungen, bei denen die Hilfskraftunterstützung achsparallel zu einer Zahnstange angeordnet ist, können in bestimmten Betriebssituationen besonders hohe Beanspruchungen im Kraftfluss zwischen dem Elektromotor und dem Kugelgewindetrieb auftreten. Diese hohen Beanspruchungen können zu Beschädigungen des Kugelgewindetriebs führen. Dies gilt natürlich besonders, wenn die hohen Beanspruchungen wiederholt auftreten. Da die Beschädigungen eine Betriebsstörung der Lenkung oder unerwünscht hohe akustische Beeinträchtigungen zur Folge haben können, gilt es diese Gefahr auszuschließen.
Die Erfindung hat deshalb die Aufgabe eine Lenkung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass zukünftig auch bei hohen Beanspruchungen im Kraftfluss zwischen einem Elektromotor und einem Kugelgewindetrieb Beschädigungen zuverlässig ausgeschlossen und akustischen Beeinträchtigungen reduziert werden können.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer gattungsgemäßen Lenkung, bei der erfindungsgemäß bei Erreichen eines kritischen Drehmoments zwischen einer Transmissionshülse und einer Kugelgewindemutter ein Schlupf entsteht. Auf diese Weise ist eine Drehmomentenübertragung bis zum Erreichen eines maximalen Drehmoments möglich. Sobald dieses überschritten wird, wird der Kraftfluss zwischen einem Elektromotor und einem Kugelgewindetrieb durch den Schlupf unterbrochen. Somit können Beschädigungen in dem Kugelgewindetrieb zuverlässig vermieden werden. Dadurch wird zum einen die Betriebssicherheit der Lenkung erhöht und zum anderen werden unerwünschte akustische Beeinträchtigungen reduziert.
Ein Federelement kann die Transmissionshülse gegen die Kugelgewindemutter drücken. Die Transmissionshülse und die Kugelgewindemutter können jeweils einen umlaufenden Wulst mit einer umlaufenden Stirnseite aufweisen. Die Stirnseiten können aneinander anliegen, so dass eine definierte Anpressfläche entsteht. Durch die Anpressfläche wird kraftschlüssig das Drehmoment übertragen. Da der Kraftfluss von dem mit dem Federelement erzeugten Anpressdruck abhängt, darf dieser nicht höher sein, als das kritische Drehmoment erlaubt. Zur Erzeugung des Anpressdrucks haben sich in der Praxis Tellerfedern, Wellfedern und Spiralfeder besonders gut bewährt.
Um den Anpressdruck zwischen der Transmissionshülse und der Kugelgewindemutter genau mit dem maximal zulässigen Drehmoment abstimmen zu können, kann eine Gewindemutter die Transmissionshülse gegen die Kugelgewindemutter drücken. Zusätzlich kann zwischen der Gewindemutter und der Transmissionshülse auch das Federelement angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Transmissionshülse und/oder die Kugelgewindemutter an mindestens einer Kontaktfläche mindestens teilweise mit einer Gleitbeschichtung ausgerüstet sein. Die Gleitbeschichtung ist auf das maximal zulässige Drehmoment abgestimmt. Sie stellt somit die Übertragung des maximal zulässigen Drehmoments und den Schlupf bei dessen Überschreitung sicher. Außerdem gewährleistet sie, dass bei der Montage der Transmissionshülse auf der Kugelgewindemutter kein unerwünschter Verschleiß zwischen der Transmissionshülse und der Kugelgewindemutter auftritt, so dass die Übertragung des maximal zulässigen Drehmoments nicht beeinträchtigt wird.
Zweckmäßigerweise kann die Gleitbeschichtung so ausgeführt sein, dass sie in axialer Richtung einen geringeren Reibungskoeffizienten als in Umfangsrichtung aufweist. Die Gleitbeschichtung kann in erster Linie an den für die Übertragung des Drehmoments relevanten Kontaktflächen aufgebracht sein, welche den Anpressdruck aufnehmen. Sie kann jedoch auch in Umfangsrichtung aufgebracht sein, um eine Kontaktkorrosion zwischen der Transmissionshülse und der Kugelgewindemutter zu vermeiden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann ein drehfest auf der Kugelgewindemutter befestigtes Kupplungselement mit einer bestimmten Anpresskraft gegen die Transmissionshülse gedrückt werden. Das Kupplungselement kann kraftschlüssig oder formschlüssig auf der Kugelgewindemutter angeordnet sein. Zweckmäßigerweise muss sichergestellt sein, dass während des Betriebes kein Schlupf zwischen dem Kupplungselement und der Kugelgewindemutter auftritt. Deshalb kann ein Presssitz oder beispielsweise eine Keilverzahnung zwischen dem Kupplungselement und der Kugelgewindemutter vorgesehen werden.
Zur Übertragung des Drehmoments kann das Federelement axial gegen das Kupplungselement drücken. Die Anpresskraft des Federelements beeinflusst somit den Betrag des maximal übertragbaren Drehmoments.
Das Kupplungselement lässt sich kostengünstig herstellen, wenn es als eine mehrere Kugeln aufweisende Hülse oder als ein die Kugeln aufweisender Ring ausgebildet ist.
Das Kupplungselement und/oder die Transmissionshülse kann Vertiefungen aufweisen, welche die Kugeln des Kupplungselements aufnehmen. Die Kugeln sitzen also formschlüssig in den Vertiefungen, so dass eine Übertragung des Drehmoments möglich ist. Sobald das kritische Drehmoment erreicht wird, werden die Kugeln aus den Vertiefungen herausgedrückt. Dann entsteht der erfindungsgemäße Schlupf. Wenn das aufgebrachte Drehmoment wieder den maximal zulässigen Wert erreicht hat, rücken die Kugeln wieder in ihre Vertiefungen ein und ermöglichen die Übertragung des Drehmoments.
Die Vertiefungen weisen in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Schrägen auf. Abhängig vom Winkel der Schrägen kann durch sie ebenfalls das maximal übertragbare Drehmoment definiert werden.
Zweckmäßigerweise können die Kugeln in Käfigen angeordnet und somit ortsfest am Kupplungselement positioniert werden. Alternativ können die Käfige natürlich auch an der Transmissionshülse angeordnet sein.
Zwischen der Transmissionshülse und der Kugelgewindemutter kann eine radiale Spielpassung vorgesehen sein. Auf diese Weise kann die Transmissionshülse zur Montage wenigstens nahezu verschleißfrei auf die Kugelgewindemutter geschoben werden.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
1 eine erste Ausführungsform eines Kugelgewindetriebs;
2 eine zweite Ausführungsform des Kugelgewindetriebs;
3 eine dritte Ausführungsform des Kugelgewindetriebs;
4 einen Querschnitt auf eine Transmissionshülse und ein Kupplungselement;
5 einen Ausschnitt aus einer Schnittansicht in Umfangsrichtung durch das Kupplungselement.
1 zeigt einen Kugelgewindetrieb 10 mit einer Kugelgewindespindel 11, auf der eine Kugelgewindemutter 12 besitzt.
Auf der Kugelgewindemutter 12 sitzt eine Transmissionshülse 13. Die Transmissionshülse 13 wird durch ein Transmissionsband 14 angetrieben.
Die Kugelgewindemutter 12 weist an ihrer Stirnseite einen umlaufenden Wulst 16 und die Transmissionshülse 13 einen umlaufenden Wulst 17 auf. Die Wülste 16 und 17 weisen umlaufende Stirnseiten auf, welche umlaufende Kontaktflächen bilden, an denen die Kugelgewindemutter 12 und die Transmissionshülse 13 aneinander anliegen.
Ein Federelement 15 drückt die Transmissionshülse 13 an den umlaufenden Kontaktflächen in axialer Richtung gegen die Kugelgewindemutter 12. Somit kann die durch das Transmissionsband 14 angetriebene Transmissionshülse 13 ihr Drehmoment an die Kugelmutter 12 weitergeben und die Kugelgewindespindel 11 antreiben. Das Federelement 15 begrenzt mit seiner Anpresskraft das maximal übertragbare Drehmoment. Sobald dieses überschritten wird, entsteht zwischen der Kugelgewindemutter 12 und der Transmissionshülse 13 ein Schlupf.
2 zeigt einen Kugelgewindetrieb 20 mit der Kugelgewindespindel 11, Kugelgewindemutter 21 und einer Transmissionshülse 22. Die Transmissionshülse 22 wird durch das Transmissionsband 14 angetrieben. Die Kugelgewindemutter 21 und die Transmissionshülse 22 sind an den Kontaktflächen, an denen sie aneinander anliegen mit einer Gleitbeschichtung versehen. Die Gleitbeschichtung gewährleistet, dass von der Transmissionshülse 22 auf die Kugelmutter 21 kein Drehmoment übertragen werden kann, welches höher ist als das maximal zulässige Drehmoment. Außerdem vermeidet sie einen unerwünschten Verschleiß zwischen der Transmissionshülse 22 und der Kugelgewindemutter 21, der entstehen könnte, wenn die Transmissionshülse 22 auf die Kugelgewindemutter 21 aufgeschoben wird.
Eine Gewindemutter 23 drückt die Transmissionshülse 22 mit einer auf das maximal zulässige Drehmoment abgestimmten Anpresskraft gegen die Kugelgewindemutter 21.
Bei einem in 3 dargestellten Kugelgewindetrieb 30 ist an einer Transmissionshülse 31 ein Kugeln 32 aufweisendes Kupplungselement 33 angeordnet, das mit dem Federelement 15 gegen die Transmissionshülse 31 gedrückt wird und auf eine Kugelgewindemutter 34 aufgepresst ist (siehe auch Fig. und 4 und 5). Die Transmissionshülse ist vorzugsweise mit einer radialen Spielpassung auf die Kugelgewindemutter 34 montiert.
Sowohl die Transmissionshülse 31 als auch das Kupplungselement 33 weisen Vertiefungen 50 und 51 auf (siehe 5), in denen die Kugeln 32 platziert sind. Somit realisieren die Kugeln 32 einen lösbaren Formschluss zwischen der Transmissionshülse 31 und dem Kupplungselement 33, so dass das Drehmoment zwischen der Transmissionshülse 31 und dem Kupplungselement 33 übertragen werden kann. Das auf die Kugelgewindemutter 34 montierte Kupplungselement 33 überträgt das Drehmoment auf die Kugelgewindemutter 34.
Die Vertiefungen 50 und 51 weisen gegenüberliegende Schrägen 52, 53, 54 und 55 auf. Der Winkel der Schrägen 52, 53, 54 und 55 beeinflusst das maximal übertragbare Drehmoment. Bei Erreichen des kritischen Drehmoments werden die Kugeln 32 über die Schrägen in den Vertiefungen 50 und 51 herausgedrückt, so dass der erfindungsgemäße Schlupf entsteht. Sobald das Drehmoment den kritischen Wert unterschreitet, drückt das Federelement 15 die Kugeln 32 wieder in die Vertiefungen 50 und 51, so dass das Drehmoment übertragen werden kann.
Damit sich die Kugeln 32 stets in einer definierten Position zum Kupplungselement 33 bzw. zur Transmissionshülse 31 befinden, sind sie in einem Käfig 35 angeordnet.
Bezugszeichenliste

10: Kugelgewindetrieb
11: Kugelgewindespindel
12: Kugelgewindemutter
13: Transmissionshülse
14: Transmissionsband
15: Federelement
16: Wulst
17: Wulst
20: Kugelgewindetrieb
21: Kugelgewindemutter
22: Transmissionshülse
23: Gewindemutter
30: Kugelgewindetrieb
31: Transmissionshülse
32: Kugel
33: Kupplungselement
34: Kugelgewindemutter
35: Käfig
50: Vertiefung
51: Vertiefung
52: Schräge
53: Schräge
54: Schräge
55: Schräge

Claims

Lenkung für ein Kraftfahrzeug mit einer einen Elektromotor aufweisenden elektrischen Hilfskraftunterstützung und einem Kugelgewindetrieb (10, 20, 30), der eine Kugelgewindespindel (11) und eine Kugelgewindemutter (12, 21, 34) aufweist, wobei eine Transmissionshülse (13, 22, 31) auf der Kugelgewindemutter (12, 21, 34) sitzt, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines kritischen Drehmoments zwischen der Transmissionshülse (13, 22, 31) und der Kugelgewindemutter (12, 21, 34) ein Schlupf entsteht.
Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (15) die Transmissionshülse (13, 22, 31) gegen die Kugelgewindemutter (12, 21, 34) drückt.
Lenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gewindemutter (23) die Transmissionshülse (23, 31) gegen die Kugelgewindemutter (21, 34) drückt.
Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionshülse (22) und/oder die Kugelgewindemutter (21) an mindestens einer Kontaktfläche mindestens teilweise mit einer Gleitbeschichtung ausgerüstet ist.
Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein drehfest auf der Kugelgewindemutter befestigtes Kupplungselement (33) mit einer bestimmten Anpresskraft gegen die Transmissionshülse (31) drückbar ist.
Lenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (33) als eine mehrere Kugeln (32) aufweisende Hülse oder als ein die Kugeln (32) aufweisender Ring ausgebildet ist.
Lenkung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (33) Vertiefungen (51) aufweist, welche die Kugeln (32) aufnehmen.
Lenkung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (15) gegen das Kupplungselement (33) drückt.
Lenkung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionshülse (31) ebenfalls Vertiefungen (50) aufweist, um die Kugeln (32) aufzunehmen.
Lenkung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (50, 51) in Umfangsrichtung gegenüberliegende Schrägen (52, 53, 54, 55) aufweisen.
Lenkung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (32) in Käfigen (34) angeordnet sind und somit ortsfest am Kupplungselement (33) positioniert sind.
Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Transmissionshülse (13, 22, 31) und der Kugelgewindemutter (12, 21, 34) eine radiale Spielpassung vorgesehen ist.