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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung mit einem Elektromotor, einem Unterstützungsantrieb, einem eine Längsbohrung aufweisendes Lenkgetriebegehäuse, einer einen Verzahnungsabschnitt und einen Unterstützungsabschnitt aufweisenden Zahnstange, die sich durch die Längsbohrung des Lenkgetriebegehäuses hindurch erstreckt, sowie wenigstens einem die axiale Verschiebung der Zahnstange begrenzenden Endanschlag.
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Bei einer solchen elektromechanischen Lenkung wird z.B. über eine Kugelgewindemutter eines als Unterstützungsantrieb dienenden Kugelgewindetriebs ein Antriebsmoment des Elektromotors, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Getriebes, in eine translatorische Bewegung der Zahnstange umgesetzt und an den Rädern eines Kraftfahrzeugs zur Wirkung gebracht wird.
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Eine derartige elektromechanische Lenkung ist aus der
DE 10 2009 008 591 A1 bekannt. Dort sind beidseitig einer Kugelgewindemutter an der Zahnstange zwei ringförmige Endanschläge vorgesehen. Diese beiden Endanschläge begrenzen die verfügbare Eingriffslänge des den Unterstützungsabschnitt bildenden Gewindeabschnitts für die Kugelgewindemutter und laufen bei maximaler axialer Verschiebung der Zahnstange gegen die Kugelgewindemutter. Dabei bilden die Stirnseiten der Kugelgewindemutter selbst die Anlageflächen für die Endanschläge.
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Eine andere Art der Hubbegrenzung der Zahnstange einer elektromechanischen Lenkung ist aus der
DE 10 2007 012 655 A1 bekannt. Dort sind elastische Endanschläge zwischen dem Lenkgetriebegehäuse und den Spurstangengelenken vorgesehen. Hierzu sind elastische Federelemente im Anschlagbereich der Spurstangengelenke an Außenwandabschnitten des Lenkgetriebegehäuses koaxial zur Lenkstange angeordnet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige und zuverlässige Alternative zu herkömmlichen Endanschlägen für Zahnstangen aufzuzeigen, die sich auf einfache Art und Weise in das Lenkgetriebegehäuse integrieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektromechanische Lenkung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenkung zeichnet sich dadurch aus, dass der wenigstens eine Endanschlag an der Zahnstange in axialer Richtung zwischen dem Verzahnungsabschnitt und dem Unterstützungsabschnitt vorgesehen ist. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise ein mechanischer Endanschlag für die Zahnstange einer elektromechanischen Lenkung innerhalb des Lenkgetriebegehäuses realisieren, der zuverlässig die axiale Verschiebung der Zahnstange auf einen definierten Weg begrenzt. Eine externe Hubbegrenzung außerhalb des Lenkungsgehäuses kann entfallen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lenkung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Von Vorteil ist es, wenn in dem Lenkgetriebegehäuse zumindest eine mit dem wenigstens einen Endanschlag der Zahnstange korrespondierende Anschlagfläche vorgesehen ist. Auf diese Weise lässt sich einfach und zuverlässig eine Anschlagfläche für den Endanschlag ausbilden, ohne dass zusätzliche Bauteile vorgesehen oder andere Bauteile ggf. verstärkt ausgeführt werden müssten.
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Um eine einfache Begrenzung der axialen Verschiebung der Zahnstange in beide Richtungen zu realisieren ist es dabei von Vorteil, dass in dem Lenkgetriebegehäuse zwei mit dem wenigstens einen Endanschlag der Zahnstange korrespondierende und einander gegenüber liegende Anschlagflächen vorgesehen sind. Dabei sind die Anschlagflächen vorteilhafterweise durch entsprechende Abschnitte der Längsbohrung des Lenkgetriebegehäuses ausgebildet.
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Für eine besonders einfache Ausbildung des Endanschlages der Zahnstange ist es von Vorteil, wenn der Endanschlag durch einen in einer Bohrung der Zahnstange verpressten Stift gebildet ist.
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Alternativ kann es von Vorteil sein, bei der umformenden Bearbeitung der Zahnstange den Endanschlag an die Zahnstange mit anzuformen. Dabei kann der Endanschlag z.B. durch Massivumformung an der Zahnstange ausgebildet werden.
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Für eine einfache Montage der den Endanschlag aufweisenden Zahnstange ist es von Vorteil, wenn die Längsbohrung des Lenkgetriebegehäuses einen Einführungsabschnitt zum Einführen der mit dem Endanschlag versehenen Zahnstange in die Längsbohrung des Lenkgetriebegehäuses aufweist.
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Dabei ist es für eine einfache Herstellung des Einführungsabschnittes und ein einfaches Einführen der den Endanschlag aufweisenden Zahnstange in das Lenkgetriebegehäuse von Vorteil, wenn der in der Wandung der Längsbohrung des Lenkgetriebegehäuses vorgesehene Einführungsabschnitt nutförmig ausgebildet ist.
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Um sicherzustellen, dass die axiale Verschiebung der Zahnstange im Betrieb der elektromechanischen Lenkung sicher und zuverlässig begrenzt ist und die Zahnstange sich trotz des Endanschlages problemlos in das Lenkgetriebegehäuse einschieben lässt, ist es von Vorteil, wenn die Zahnstange nach dem Einführen in die Längsbohrung des Lenkgetriebegehäuses und dem Hindurchführen des Endanschlags durch den Einführungsabschnitt um wenigstens 30° in ihre Betriebsposition gedreht ist.
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Für eine einfache Ausbildung der Anschlagflächen in der Längsbohrung des Lenkgetriebegehäuses ist es besonders vorteilhaft, wenn die Anschlagflächen kreisringförmig ausgebildet sind.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine vereinfachte Darstellung einer Vorderachse eines Kraftfahrzeuges mit einer elektromechanischen Lenkung,
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2 eine vereinfachte Darstellung einer elektromechanischen Lenkung,
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3 eine Zahnstange der elektromechanischen Lenkung gemäß eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
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4 eine Zahnstange der elektromechanischen Lenkung gemäß eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
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5 einen ersten Schnitt durch ein teilweise dargestelltes Lenkgetriebegehäuse,
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6 einen zweiten Schnitt durch ein teilweise dargestelltes Lenkgetriebegehäuse,
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7 einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausgestaltung eines teilweise dargestellten Lenkgetriebegehäuses,
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8 eine Darstellung der in einem Lenkgetriebegehäuse angeordneten Zahnstange gemäß des ersten Ausführungsbeispiels, und
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9 eine Darstellung der in einem Lenkgetriebegehäuse angeordneten Zahnstange gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels.
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Die 1 zeigt eine Vorderachse eines Kraftfahrzeuges mit einer elektromechanischen Lenkung 1. Diese weist ein Lenkgetriebegehäuse 2 mit einer durchgehenden Längsbohrung 2a auf, durch das sich eine Zahnstange 3 hindurch erstreckt. An der Zahnstange 3 greift ein vereinfacht dargestelltes Lenkungsritzel 3a an, um einen vom Fahrer mittels des Lenkrades 41 und eine Lenksäule 3b aufgebrachten Lenkbefehl über an den axialen Enden der Zahnstange 3 jeweils vorgesehene Spurstangengelenke 22 an die Fahrzeugräder 43, 45 zu übertragen. Weiterhin ist im Bereich oder im Lenkgetriebegehäuse 2 beispielsweise achsparallel zu der Zahnstange 3 ein mit einem Steuergerät 27 zusammenwirkender Elektromotor 4 zur Erzeugung einer Lenkunterstützung angeordnet. Das Abtriebsmoment des Elektromotors 4 wird über eine Getriebestufe 5, die beispielsweise als Riementrieb ausgebildet ist, und einen Unterstützungsantrieb 6 als axiale Hilfskraft an der Zahnstange 3 zur Wirkung gebracht. Der Unterstützungsantrieb 6 ist beispielsweise durch einen Kugelgewindetrieb ausgebildet. Er kann aber auch z.B. durch einen Ritzel- oder Zahnradantrieb ausgebildet sein, der gegebenenfalls auch die Getriebestufe 5 bildet.
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In 2 ist die elektromechanische Lenkung 1 mit ihrer Zahnstange 3 detailliert dargestellt. In einem Verzahnungsabschnitt 11 befindet sich eine Verzahnung 16 der Zahnstange 3, mit der das Lenkungsritzel 3a kämmt. Wie in 1 dargestellt steht das Lenkrad 41 über die vereinfacht angedeutete Lenksäule 3b mit dem Lenkungsritzel 3a in Wirkverbindung, über das ein manueller Lenkeinschlag bewirkbar ist.
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Mit 12 ist ein Unterstützungsabschnitt der Zahnstange 3 bezeichnet, der eine Gewindespindel 17 aufweist, die Bestandteil des Unterstützungsantriebs 6 ist. Dieser weist zudem eine Kugelgewindemutter 9 auf, die über eine Mehrzahl von Kugeln 19 im Eingriff mit der Gewindespindel 17 des Unterstützungsabschnitts 12 der Zahnstange 3 steht. Zum Antrieb des Unterstützungsantriebs 6 ist der Elektromotor 4 vorgesehen, dessen Abtrieb über die Getriebestufe 5 – beispielsweise einen über zwei Riemenräder laufenden Zahnriemen – an dem Außenumfang der Kugelgewindemutter 9 erfolgt.
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Als Grundkörper für die Herstellung der Zahnstange 3 kann z.B. ein Rohling aus einem vergütungsfähigen Stahl verwendet werden. In einem ersten Schritt wird die Verzahnung 16 beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung wie Räumen, Wirbeln oder Fräsen eingebracht. In einem zweiten Schritt wird die Hauptausprägung des Gewindes der Gewindespindel 17 durch Walzen oder Rollieren im Durchlauf- oder im Einstichverfahren eingeformt. Die Reihenfolge dieser ersten beiden Schritte ist vertauschbar, beide Bearbeitungen können auch in einer Einspannung erfolgen.
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3 zeigt eine Zahnstange 3 der elektromechanischen Lenkung gemäß eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, die einen Unterstützungsabschnitt 12 mit einer Gewindespindel 17 sowie eine mit einem Lenkungsritzel zusammenwirkende Verzahnung 16 des Verzahnungsabschnitt 11 aufweist. In axialer Richtung zwischen dem Verzahnungsabschnitt 11 und dem Unterstützungsabschnitt 12 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in der Zahnstange 3 eine gestrichelt dargestellte Bohrung 13 beispielsweise in Form einer Durchgangsbohrung vorgesehen, in die ein einen Endanschlag 26 bildender Stift 14 eingepresst ist, der an seinen beiden Enden in radialer Richtung über den Umfang der Zahnstange 3 hinausragt.
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Das in der 4 dargestellte zweite erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass der zwischen dem Verzahnungsabschnitt 11 und dem Unterstützungsabschnitt 12 vorgesehene Endanschlag 26 beispielsweise durch Massivumformung an der Zahnstange 3 ausgeformt ist. Wie dargestellt ist, sind beispielsweise zwei Endanschläge 26 ausgebildet, die sich am Umfang der Zahnstange 3 gegenüber liegen.
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5 zeigt einen ersten Schnitt durch ein teilweise dargestelltes Lenkgetriebegehäuse 2 einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Lenkung, in dem in der durchgehenden Längsbohrung 2a beispielsweise zwei mit dem wenigstens einen Endanschlag korrespondierende und einander gegenüber liegende Anschlagflächen 28 und 29 vorgesehen sind. Die beiden zum Beispiel kreisringförmig ausgebildeten Anschlagflächen 28 und 29 sind an den beiden stirnseitigen Enden eines Verschiebebereichs 30 ausgebildet, der eine vergrößerte lichte Weite aufweist und dessen axiale Länge zwischen den beiden stirnseitigen Anschlagflächen 28 und 29 die axiale Verschiebung der Zahnstange 3 im Zusammenwirken mit dem wenigstens einen Endanschlag 26 der Zahnstange 3 begrenzt.
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Um das Einschieben und Montieren der mit wenigstens einem Endanschlag versehenen Zahnstange zu ermöglichen oder weiter zu vereinfachen, dabei aber eine sichere Funktion des Endanschlags zusammen mit den Anschlagflächen 28 und 29 sicherzustellen, ist in der Wandung der Längsbohrung 2a des Lenkgetriebegehäuses 2 ein beispielsweise nutförmiger Einführungsabschnitt 32 vorgesehen. Dieser Einführungsabschnitt 32 erstreckt sich in axialer Richtung der Längsbohrung 2a ausgehend von einem Ende 33 des Lenkgetriebegehäuses 2 bis hin zum Verschiebebereich 30. Auf diese Weise kann der Endanschlag 26 der Zahnstange 3 durch den Einführungsabschnitt 32 hindurch in den Verschiebebereich 30 eingeführt werden. Nach dem Einführen in die Längsbohrung 2a und dem Hindurchführen des Endanschlags 26 wird die Zahnstange 3 im Lenkgetriebegehäuses 2 um wenigstens 30° in ihre Betriebsposition gedreht, um ein sicheres Zusammenwirken des oder der Endanschläge 26 der Zahnstange 3 mit den Anschlagflächen 28 und 29 sicherzustellen und ein Verschieben des oder der Endanschläge 26 in den oder die Einführungsabschnitte 32 hinein zu vermeiden.
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Für die in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele zwei an der Zahnstange 3 vorgesehenen Endanschlägen 26 ist es dementsprechend sinnvoll, wenn zwei einander gegenüberliegende Einführungsabschnitte 32 in der Längsbohrung 2a des Lenkgetriebegehäuses 2 ausgebildet sind.
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Eine zweite Schnittdarstellung durch ein teilweise dargestelltes Lenkgetriebegehäuse 2 einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Lenkung ist in der 6 gezeigt, wobei sich die Ausgestaltungen in 5 und 6 entsprechen, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung zu 5 verwiesen wird.
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In 7 ist ein Schnitt durch eine abgewandelte Ausgestaltung eines teilweise dargestellten Lenkgetriebegehäuses 2 dargestellt. In der Wandung von dessen durchgehender Längsbohrung 2a ist ausgehend von einem Ende 33 zumindest eine, beispielsweise aber zwei einander gegenüberliegende Längsnuten 34 ausgebildet. An dem dem Ende 33 des Lenkgetriebegehäuse 2 abgewandten Ende der Längsnut 34 ist jeweils eine mit dem Endanschlag einer Zahnstange korrespondierende Anschlagfläche 28 vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet die Längsnut 34 den Verschiebebereich 30, während eine zweite Anschlagfläche z.B. an einem an dem Ende 33 befestigten, nicht dargestellten Deckel des Lenkgetriebegehäuses 2 vorgesehen sein kann.
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8 zeigt eine durchscheinende Darstellung eines Teils des Lenkgetriebegehäuses 2 mit der darin angeordneten Zahnstange 3 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels, bei dem in axialer Richtung zwischen dem Unterstützungsabschnitt 12 und dem nicht dargestellten Verzahnungsabschnitt ein den Endanschlag 26 bildender Stift 14 in eine entsprechende Bohrung der Zahnstange 3 eingepresst ist, der an seinen beiden Enden über den Umfang der Zahnstange 3 hinausragt. In der dargestellten Position der Zahnstange 3 liegt der Endanschlag 26 an einer Anschlagfläche 28 des Lenkgetriebegehäuses 2 an, wobei der Verschiebebereich 30 vorliegend in Form einer Längsnut ausgebildet ist. An dem Ende 33 des Lenkgetriebegehäuses 2 ist die z.B. als Riementrieb mit einem Riemen 10 ausgebildete Getriebestufe 5 teilweise dargestellt.
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9 zeigt eine durchscheinende Darstellung eines Teils des Lenkgetriebegehäuses 2 mit der darin angeordneten Zahnstange 3 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels. Zwei zwischen dem Unterstützungsabschnitt 12 und dem nicht dargestellten Verzahnungsabschnitt vorgesehene Endanschläge 26 sind beispielsweise durch Massivumformung an der Zahnstange 3 ausgeformt. In der Wandung des Lenkgetriebegehäuses 2 sind zwei einander gegenüberliegende, nutförmige Verschiebebereiche 30 ausgebildet, die an ihren Enden jeweils eine Anschlagfläche 28 und 29 aufweisen.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkung
- 2
- Lenkgetriebegehäuse
- 2a
- Längsbohrung
- 3
- Zahnstange
- 3a
- Lenkungsritzel
- 3b
- Lenksäule
- 4
- Elektromotor
- 5
- Getriebestufe
- 6
- Unterstützungsantrieb
- 9
- Kugelgewindemutter
- 10
- Riemen
- 11
- Verzahnungsabschnitt
- 12
- Unterstützungsabschnitt
- 13
- Bohrung
- 14
- Stift
- 16
- Verzahnung
- 17
- Gewindespindel
- 19
- Kugel
- 22
- Spurstangengelenk
- 26
- Endanschlag
- 27
- Steuergerät
- 28
- Anschlagfläche
- 29
- Anschlagfläche
- 30
- Verschiebebereich
- 32
- Einführungsabschnitt
- 33
- Ende
- 34
- Längsnut
- 41
- Lenkrad
- 43
- Fahrzeugrad
- 45
- Fahrzeugrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009008591 A1 [0003]
- DE 102007012655 A1 [0004]
