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Die Erfindung betrifft ein Lenksystem mit einer in einem Gehäuse längsaxial verschiebbar gelagerten Lenkstange und mit einem Lenkmotor, der über einen Gewindetrieb auf die Lenkstange wirkt, wozu die Lenkstange in zumindest einem Abschnitt ein Gewinde ausbildet, das mit einem von dem Lenkmotor antreibbaren Getriebeelement zusammenwirkt, wobei das Getriebeelement über ein Radiallager in dem Gehäuse gelagert ist. Ein solches Lenksystem kann dabei insbesondere in Form eines Hilfskraftlenksystems ausgebildet sein, durch das beim Lenken ein unterstützendes Drehmoment erzeugt wird, um das von einem Bediener auf eine Lenksäule aufzubringende Lenkmoment zu reduzieren. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Lageranordnung sowie einen Lagerring, jeweils zur Verwendung in einem solchen Lenksystem.
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Ein Hilfskraftlenksystem ist beispielsweise aus der
EP 2 049 383 B1 bekannt. Bei diesem ist der Gewindetrieb in Form eines Kugelgewindetriebs ausgebildet. Im Betrieb eines solchen Hilfskraftlenksystems kann sich infolge von Querkräften, mit denen die Lenkstange aufgrund ihrer Verbindung mit den Radlenkhebeln gelenkter Räder eines das Hilfskraftlenksystem integrierenden Kraftfahrzeugs belastet wird, eine Biegung und/oder Schrägstellung der Lenkstange innerhalb des Gehäuses einstellen. Eine solche Biegung und/oder Schrägstellung der Lenkstange im Bereich des Kugelgewindetriebs muss von einer Radiallagerung, über die die Mutter des Kugelgewindetriebs drehbar innerhalb des Gehäuses gelagert ist, kompensiert werden, um stets einen möglichst reibungsarmen Antrieb der Lenkstange mittels des Kugelgewindetriebs zu gewährleisten. Hierzu ist bei dem Hilfskraftlenksystem gemäß der
EP 2 049 383 B1 vorgesehen, dass der Außenring eines Radialwälzlagers, über das die Mutter drehbar innerhalb des Gehäuses gelagert ist, in etwa mittig bezüglich seiner Längsrichtung an einem Vorsprung des Gehäuses abgestützt ist, wodurch ein Kippen des Radiallagers entsprechend einer Schrägstellung der Lenkstange im Bereich des Kugelgewindetriebs einstellbar ist. Weiterhin ist das Radialwälzlager mit einem Außenring beidseitig an jeweils einem elastischen Lagerring abgestützt. Mittels dieser Lagerringe ist das Radialwälzlager bezüglich seiner längsaxialen Richtungen innerhalb des Gehäuses weitgehend festgelegt. Gleichzeitig ermöglicht die Elastizität der Lagerringe jedoch das beschriebene Kippen des Radialwälzlagers entsprechend einer Schrägstellung der Lenkstange.
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Als problematisch bei der aus der
EP 2 049 383 B1 bekannten Abstützung des Radialwälzlagers zwischen zwei elastischen Lagerringen hat sich gezeigt, dass sich bei einer Schrägstellung infolge der elastischen Eigenschaft der Lagerringe ein Kippmoment einstellt. Ein solches Kippmoment kann grundsätzlich relativ gering gehalten werden, wenn der Elastizitätsmodul des oder der elastischen Werkstoffe der Lagerringe entsprechend gering gehalten wird. Dies führt jedoch zu einer entsprechend weichen, d.h. wenig steifen Lagerung des Radiallagers bezüglich dessen längsaxialen Richtungen innerhalb des Gehäuses. Die Dimensionierung der Elastizitätsmodule der elastischen Werkstoffe der Lagerringe unterliegt demnach einem Zielkonflikt.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Lenksystem eine axial möglichst steife Lagerung des Getriebeelements innerhalb des Gehäuses zu realisieren, wobei trotz der relativ großen axialen Steifigkeit aus einer Schrägstellung des Getriebeelements ein nur geringes Kippmoment resultiert.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Lenksystems gemäß dem Patentanspruch 7 gelöst. Eine Lageranordnung und ein Lagerring, die insbesondere vorteilhaft zur Verwendung bei einem solchen Lenksystem geeignet sind, sind Gegenstände der Patentansprüche 1 und 3. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lenksystems, der erfindungsgemäßen Lageranordnung und des erfindungsgemäßen Lagerrings sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist ein Lenksystem mit einer in einem Gehäuse längsaxial verschiebbar gelagerten Lenkstange und mit einem Lenkmotor vorgesehen, wobei der Lenkmotor über einen Gewindetrieb auf die Lenkstange wirkt, wozu die Lenkstange in zumindest einem Abschnitt ein Gewinde ausbildet, das mit einem von dem Lenkmotor antreibbaren Getriebeelement zusammenwirkt, wobei das Getriebeelement über ein Radiallager in dem Gehäuse gelagert ist und wobei das Radiallager an zumindest einem seiner längsaxialen Enden direkt oder indirekt an einer Lagervorrichtung abgestützt ist. Die Lagervorrichtung ist dabei vorzugsweise direkt oder indirekt an einem Abschnitt des Gehäuses abgestützt, so dass sich durch dieses eine längsaxiale Abstützung des Radiallagers innerhalb des Gehäuses ergibt.
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Gekennzeichnet ist ein solches Lenksystem dadurch, dass die Lagervorrichtung in Form einer erfindungsgemäßen Lageranordnung oder eines erfindungsgemäßen Lagerrings ausgebildet ist.
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Eine entsprechende Lageranordnung umfasst dazu zumindest einen Innenring und einen Außenring, die einen vorzugsweise geschlossen umlaufenden Aufnahmeraum ausbilden, innerhalb dessen Kugeln angeordnet sind, die beidseitig des Aufnahmeraums an Kontaktflächen anliegen, wobei die Kontaktflächen zueinander kippbar sind (so dass sich eine Änderung der relativen Wickelausrichtung ihrer Flächennormalen ergibt). Weiterhin sind die Kugeln innerhalb des Aufnahmeraums in mindestens (vorzugsweise exakt) zwei Reihen mit teilweise ineinander greifender Anordnung vorgesehen sind.
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Ein entsprechender Lagerring umfasst eine solche Lageranordnung, wobei die Kontaktflächen von jeweils einer Wand des Lagerrings ausgebildet sind. Dabei ist/sind zumindest eine, gegebenenfalls auch beide der Wände als ein zu dem Innenring und dem Außenring beweglicher Deckel ausgebildet. Bei einem erfindungsgemäßen Lagerring werden die zueinander kippbaren Kontaktflächen folglich von Komponenten des Lagerrings selbst ausgebildet. Dies ermöglicht, den Lagerring als gut handhabbare, zusammenhängende Einheit auszubilden. Insbesondere verhindern die Wände auch ein Herausfallen der Kugeln aus dem von dem Innenring und dem Außenring ausgebildeten Aufnahmeraum. Hierzu kann insbesondere auch vorgesehen sein, der oder die Deckel beweglich mit dem Innenring und/oder dem Außenring verbunden ist/sind.
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Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Kontaktflächen von anderen Bauteilen der Lageranordnung, beispielsweise einerseits von einer Komponente, wie beispielsweise dem Außenring, des Radiallagers und andererseits von einer entsprechenden Gehäusewand des Gehäuses eines erfindungsgemäßen Lenksystems, ausgebildet sind.
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Bei einer erfindungsgemäßen Lageranordnung oder einem erfindungsgemäßen Lagerring und folglich bei einer Lagervorrichtung eines erfindungsgemäßen Lenksystems wirken die Kugel als Distanzelemente, durch die trotz einer aufeinander zu gerichteten Kraftwirkung auf die Kontaktflächen ein definierter Abstand zwischen den Kontaktflächen eingehalten wird, wobei dieser Abstand infolge einer Beweglichkeit der Kugeln innerhalb des Aufnahmeraums über dessen Umfang veränderlich ist, indem diese sich unterschiedlich innerhalb des Aufnahmeraums verteilen. In demjenigen Umfangsabschnitt des Aufnahmeraums, in dem der Abstand zwischen den Kontaktflächen am geringsten ist, ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Kugeln der einzelnen Reihen am größten, wodurch die Kugeln der beiden Reihen am tiefsten ineinander greifen können. Dieser relativ weite Abstand zwischen zwei benachbarten Kugeln einer Reihe wird durch einen mit zunehmendem Abstand zwischen den Kontaktflächen zunehmend kleiner werdenden Abstand zwischen benachbarten Kugeln jeder der Reihen kompensiert, so dass der Deckel trotz einer Schrägstellung im Wesentlichen vollumfänglich an den Kugeln anliegt. Die Kippbarkeit der Kontaktflächen zueinander basiert folglich nicht auf einer elastischen Deformation eines Deformationselements, wie dies beispielsweise bei den aus der
EP 2 049 383 B1 bekannten Lagerringen der Fall ist, sondern vielmehr auf einer Umverteilung einer Vielzahl von teilweise ineinander greifenden Kugeln, die selbst vorzugsweise aus einem Werkstoff mit einem sehr hohen Elastizitätsmodul, beispielsweise aus einem Metall, beispielsweise Stahl, oder Keramik, ausgebildet sein können. Durch ein Verkippen der Kontaktflächen zueinander wird das Volumen, dass zwischen diesen Kontaktflächen und dem Innen- sowie dem Außenring der Lageranordnung beziehungsweise des Lagerrings angeordnet ist, im Wesentlichen nicht in seiner Größe verändert sondern lediglich umverteilt. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr hohe axiale Steifigkeit der Lageranordnung oder des Lagerrings infolge der nur sehr eingeschränkt deformierbaren, als Distanzelemente wirkenden Kugeln. Gleichzeitig ermöglichen diese eine gute Kippbarkeit der Kontaktflächen und damit eine Schrägstellung eines an einer der Kontaktflächen in axialer Richtung abgestürzten oder diese Kontaktfläche ausbildenden Bauteils, insbesondere eines Radiallagers eines erfindungsgemäßen Lenksystems. Dabei resultiert aus dieser Kippbarkeit infolge der im Wesentlichen nicht vorhandenen elastischen Deformierbarkeit der Kugeln kein relevantes Kippmoment, was sich positiv auf das Betriebsverhalten eines erfindungsgemäßen Lenksystems auswirken kann.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass sich die Kugeln in dem gesamten vorgesehenen Bereich der möglichen Kippausrichtungen der Kontaktflächen zueinander vollständig innerhalb des Zwischenraums befinden. Insbesondere in Kombination mit einer Integration einer solchen Lageranordnung in einen ordnungsgemäßen Lagerring kann auf diese Weise eine Verschmutzung der Kugeln vermieden werden. Zudem kann dadurch eine einfachere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lagerrings als zusammenhängende Einheit realisiert werden. Zu demselben Zweck kann auch vorgesehen sein, dass sich ein Abschnitt des/der Deckel(s) in dem gesamten vorgesehenen Bereich der möglichen Kippausrichtungen der Kontaktflächen zueinander innerhalb des Zwischenraums befindet.
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Möglich ist aber auch, dass die Kugeln in zumindest einer der möglichen Kippausrichtungen mit einem relativ großen Kippwinkel teilweise ein oder beide Enden des Innenrings und/oder des Außenrings überragen, so dass zwischen dem Innenring und/oder dem Außenring und der an dem entsprechenden Ende angeordneten Kontaktfläche ein zumindest teilweise umlaufender Spalt ausgebildet ist. Eine solche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Lageranordnung oder eines erfindungsgemäßen Lagerrings kann sich beispielsweise als vorteilhaft zeigen, wenn vorgesehen ist, die Kugeln über diesen Spalt mit einem Schmiermittel zu versorgen.
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Der Aufnahmeraum einer erfindungsgemäßen Lageranordnung und damit auch eines erfindungsgemäßen Lagerrings kann vorzugsweise kreisringförmig ausgebildet sein, wodurch die diesen begrenzenden Komponenten zum einen vorteilhaft herstellbar sind und weiterhin in vorteilhafter Weise eine Lagerung einer Komponente mit einer zylindrischen Kontaktfläche (insbesondere das Getriebeelement des erfindungsgemäßen Lenksystems) innerhalb des Innenrings und/oder eine Lagerung des Außenrings der Lageranordnung in einer zylindrischen Aufnahme (insbesondere einer entsprechenden Aufnahme in dem Gehäuse des erfindungsgemäßen Lenksystems) ermöglicht wird. Zudem kann sich ein kreisringförmiger Aufnahmeraum hinsichtlich einer Beweglichkeit der Kugeln vorteilhaft auswirken, was zu einer entsprechend leichten Kippbarkeit der Kontaktflächen zueinander führen kann. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, eine von einer Kreisringform abweichende, beispielsweise elliptische Ausgestaltung des Aufnahmeraums vorzusehen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lagerrings kann vorgesehen sein, dass lediglich eine der Wände als beweglicher Deckel ausgebildet ist, während der Innenring und der Außenring mittels der anderen Wand miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht auf relativ einfache Weise eine Herstellung eines erfindungsgemäßen Lagerrings, der zudem eine relativ gute strukturelle Stabilität aufweisen kann.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lagerrings kann auch vorgesehen sein, dass die Innenabmessungen einer Durchgangsöffnung des oder der Deckel größer als die Innenabmessungen einer Durchgangsöffnung des Innenrings ist. Ergänzend oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Außenabmessungen des oder der Deckel kleiner als die Außenabmessungen des Außenrings sind. Dadurch kann eine gute Kippbarkeit des/der Deckel(s) gewährleistet werden. Dies gilt insbesondere, wenn der Innenring und/oder der Außenring für einer Komponente und/oder des Lagerrings selbst genutzt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lenksystems kann vorgesehen sein, dass das Radiallager an beiden Enden (direkt oder indirekt) an einer entsprechenden Lagervorrichtung, d.h. einer erfindungsgemäßen Lageranordnung oder einem erfindungsgemäßen Lagerring, abgestützt ist. Auf diese Weise kann insbesondere erreicht werden, dass die bezüglich des Radiallagers distalen Kontaktflächen der beiden Lageranordnungen trotz der Schrägstellung des Radiallagers zueinander parallel und insbesondere auch senkrecht bezüglich der Längsachse des Radiallagers in der nicht schräg gestellten Neutralstellung sowie zu der Längsachse einer das Radiallager aufnehmenden Gehäuseaufnahme ausgerichtet sind, was zu einer vorteilhaften Integration der Kombination des Radiallagers und der beiden Lageranordnungen in das Gehäuse führen kann.
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Insbesondere wird dadurch auch ermöglichten, diese Kombination aus dem Radiallager und den beiden Lagervorrichtungen innerhalb der Gehäuseaufnahme in axialer Richtung vorzuspannen, um insbesondere fertigungs- und/oder thermisch bedingte Toleranzen auszugleichen. Ein entsprechendes erfindungsgemäßes Lenksystem kann demnach noch dadurch gekennzeichnet sein, dass beide Lagervorrichtungen direkt oder indirekt an dem Gehäuse abgestützt sind, wobei für zumindest eine der Lagervorrichtungen eine Abstützung an dem Gehäuse und/oder an dem Radiallager unter Zwischenschaltung eines axial wirksamen Federelements, beispielsweise einer Tellerfeder, erfolgt.
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Das erfindungsgemäße Lenksystem kann vorzugsweise als Hilfskraftlenksystem ausgebildet sein und somit ermöglichen, ein über eine Lenkhandhabe (z.B. Lenkrad), vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Lenksäule, auf ein Lenkgetriebe übertragenes, manuell erzeugtes Lenkmoment, durch ein von dem Lenkmotor erzeugtes Lenkmoment überlagern zu lassen, um die Höhe des für ein Lenken erforderlichen, manuell zu erzeugenden Lenkmoments zu begrenzen.
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Das Lenkgetriebe kann dabei insbesondere ein mit einer von der Lenkstange in einem Abschnitt ausgebildeten Verzahnung zusammenwirkendes Lenkritzel umfassen. Dabei kann das Lenkritzel beispielsweise als gerad-, schräg- oder spiralverzahntes Stirnzahnrad ausgebildet sein, das mit einem als Zahnstange ausgebildeten Abschnitt der Lenkstange zusammenwirkt.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lenksystems kann vorgesehen sein, dass der Gewindetrieb als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist, weil sich ein solcher Kugelgewindetrieb durch eine relativ spielfreie und reibungsarme Übertragung der Antriebsbewegung des Lenkmotors auf die Lenkstange auszeichnen kann. Zudem stellt sich bei einem solchen als Kugelgewindetrieb ausgebildeten Gewindetrieb die Problematik einer drehbaren Lagerung einer Mutter des Kugelgewindetriebs innerhalb des Gehäuses, wobei gleichzeitig eine Kippbarkeit der Mutter in Grenzen möglich sein sollte, um einen möglichst reibungsarmen Betrieb des Kugelgewindetriebs zu gewährleisten.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes Kraftfahrzeug, vorzugsweise einen PKW oder LKW, mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem.
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Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
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1: ein erfindungsgemäßes Lenksystem in einem Längsschnitt;
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2: in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Lagerring in einer ersten Funktionsstellung;
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3: den Lagerring gemäß der 2 (ohne Deckel) in einer Ansicht von vorne;
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4: in einem Längsschnitt den erfindungsgemäßen Lagerring gemäß den 2 und 3 in einer zweiten Funktionsstellung; und
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5: den Lagerring gemäß der 4 (ohne Deckel) in einer Ansicht von vorne.
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Die 1 zeigt eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lenksystems, das als Hilfskraftlenksystem ausgebildet ist.
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Das Lenksystem umfasst hierzu ein mehrteiliges, im Wesentlichen rohrförmiges Gehäuse 1, innerhalb dessen eine Lenkstange 2 längsaxial, d.h. entlang ihrer Längsachse 7 beweglich, gelagert ist. An ihren beiden Enden ist die Lenkstange 2 jeweils mit einem Kugelgelenk 3 (nur teilweise dargestellt) verbunden, wobei die Kugelgelenke 3 wiederum der Verbindung mit jeweils einem Radlenkhebel (nicht dargestellt) dienen. Die Radlenkhebel übersetzen eine längsaxiale Bewegung der Lenkstange 2 in ein Schwenken von gelenkten Rädern (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeugs.
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Eine längsaxiale Bewegung der Lenkstange 2 wird zum einen durch das Erzeugen einer Drehbewegung einer Lenkhandhabe (nicht dargestellt), wie insbesondere eines Lenkrads, des Kraftfahrzeugs bewirkt, wobei diese Drehbewegung der Lenkhandhabe über eine Lenksäule (nicht dargestellt) auf ein Lenkritzel 4 übertragen wird, das Teil eines Lenkgetriebes 5 des Lenksystems ist. Das Lenkritzel 4 kann hierzu mit einem als Zahnstange 6 ausgebildeten Abschnitt der Lenkstange 2 zusammenwirken, um die Drehbewegung des Lenkritzels 4 in eine translatorische Bewegung der Lenkstange 2 entlang ihrer Längsachse 7 zu übersetzen.
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Eine längsaxiale Bewegung der Lenkstange 2 kann weiterhin durch die Erzeugung eines Hilfslenkmoments mittels eines Lenkmotors 8, der beispielsweise elektrisch ausgebildet ist, bewirkt werden. Die Antriebsleistung des Lenkmotors 8 wird hierzu u.a. mittels eines Gewindetriebs in Form eines Kugelgewindetriebs 9 auf die Lenkstange 2 übertragen, wozu die Lenkstange 2 in einem Abschnitt ein Gewinde 10 mit teilkreisförmigem Gewindenutquerschnitt ausbildet. Innerhalb eines beim Lenken veränderlichen Abschnitts des Gewindes 10 sind eine Vielzahl von kugelförmigen Wälzkörpern 11 angeordnet, die zudem innerhalb von ebenfalls teilkreisförmige Querschnitte aufweisenden Laufrillen aufgenommen sind, die an der Innenseite einer Mutter 12 des Kugelgewindetriebs 9 ausgebildet sind. Die Mutter 12 des Kugelgewindetriebs 9 ist infolge einer Lagerung auf dem Innenring eines Radialwälzlagers 13 drehbar, gleichzeitig jedoch bezüglich ihrer längsaxialen Richtungen im Wesentlichen fest in das Gehäuse 1 integriert. Ein drehender Antrieb der Mutter 12 erfolgt unter Zwischenschaltung einer weiteren Getriebestufe, die in dem gezeigten Ausgestaltungsbeispiel in Form eines Riementriebs ausgebildet ist, wozu die Mutter 12 mit einem ersten Riemenrad 14 drehfest verbunden ist, das teilweise von einem Riemen (nicht dargestellt), beispielsweise einem Zahn- oder Flachriemen, umschlungen ist, wobei der Riemen weiterhin über ein zweites Riemenrad (nicht sichtbar), das drehfest mit einem Rotor (nicht sichtbar) des Lenkmotors 8 verbunden ist, geführt ist. Folglich wird eine Drehbewegung des Rotors des Lenkmotors 8 über den Riementrieb auf die Mutter 12 des Kugelgewindetriebs 9 übertragen, wobei eine Untersetzung (Übersetzungsverhältnis i > 1) der Drehgeschwindigkeit erfolgt. Diese Drehbewegung der Mutter 12 wird dann durch ihr Zusammenwirken mit dem in der Außenseite des entsprechenden Abschnitts der Lenkstange 2 ausgebildeten Gewinde 10 in eine translatorische Bewegung der Lenkstange 2 gewandelt.
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Da bei der Wandlung einer längsaxialen Bewegung der Lenkstange 2 in eine Schwenkbewegung der Räder des Kraftfahrzeugs über die Radlenkhebel erhebliche Querkräfte auf die Enden der Lenkstange 2 wirken können, ergibt sich in Kombination mit den relativ großen Abständen zwischen den Enden der Lenkstange 2 und der eine radiale Abstützung der Lenkstange 2 bewirkenden Mutter 12 des relativ zentral angeordneten Kugelgewindetriebs 9 ein relativ großes Potenzial für eine Biegeauslenkung der Enden der Lenkstange 2. Eine solche Biegeauslenkung soll dadurch möglichst klein gehalten werden, dass die Lenkstange 2 in der Nähe der längsaxialen Enden des Gehäuses 1 zusätzlich gelagert und dadurch radial abgestützt ist. Dennoch lässt sich eine relevante Schrägstellung der Lenkstange 2 im Bereich der Mutter 12 des Kugelgewindetriebs 9 nicht immer vermeiden.
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Um einen möglichst reibungsarmen Betrieb des Kugelgewindetriebs
9 auch bei einer solchen Schrägstellung der Lenkstange
2 im Bereich der Mutter
12 zu gewährleisten, sollte die Mutter
12 ebenfalls in eine entsprechende Schrägstellung kippbar sein. Hierzu kann vorgesehen sein, dass der Außenring des Radialwälzlagers
13 entsprechend der Ausgestaltung in der
EP 2 049 383 B1 in einem relativ zentral (bezüglich seiner Längserstreckung) gelegenen Abschnitt an einem beispielsweise umlaufenden Vorsprung (nicht sichtbar), der von der entsprechenden Wand des Gehäuses
1 ausgebildet wird, gelagert sein, wodurch das Radialwälzlager
13 einschließlich der innerhalb eines Innenrings des Radialwälzlagers
13 gelagerten Mutter
12 des Kugelgewindetriebs trotz einer in radialer Richtung weitgehend spielfreien Lagerung innerhalb des Gehäuses
1 um einen begrenzten Winkel von beispielsweise bis zu 1,5° kippen kann, um eine entsprechende Schrägstellung der Lenkstange
2 sowie der Mutter
12 auszugleichen beziehungsweise zu ermöglichen.
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Gleichzeitig müssen mittels der Lagerung der Mutter 12 innerhalb des Gehäuses 1 auch die auf die Lenkstange 2 aufgebrachten Längskräfte abgestützt werden. Hierzu sollte der Außenring des Radialwälzlagers 13 möglichst spielfrei bezüglich seiner längsaxialen Richtungen innerhalb des Gehäuses 1 aufgenommen sein. Dies wird dadurch erreicht, dass der Außenring des Radialwälzlagers 13 beidseitig an jeweils einem erfindungsgemäßen Lagerring 15 abgestützt ist, wobei die Lagerringe 15 wiederum direkt oder indirekt an jeweils einem dazugehörigen Absatz des Gehäuses 1 abgestützt sind. Um dabei ein möglichst spielfreies Anliegen des Außenrings des Radialwälzlagers 13 an den beiden Lagerringen 15 und der Lagerringe 15 ihrerseits (direkt oder indirekt) an den Absätzen des Gehäuses 1 zu gewährleisten ist zudem vorgesehen, dass zwischen dem bezüglich des Radialwälzlagers 13 distalen Ende des in der 1 links dargestellten Lagerrings 15 und dem dazugehörigen Absatz des Gehäuses 1 ein axial wirksames Federelement 16, beispielsweise in Form einer vorgespannten Tellerfeder, angeordnet ist.
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Die 2 bis 5 zeigen eine mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lagerrings 15 in verschiedenen Ansichten und Funktionsstellungen. Ein solcher Lagerring 15 kann zweifach bei dem Lenksystem gemäß der 1 zum Einsatz kommen.
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Der Lagerring 15 umfasst einen Grundkörper 17, der einen hohlzylindrischen Innenring 18 und einen dazu koaxialen, ebenfalls hohlzylindrischen Außenring 19 (mit einem Außendurchmesser von z.B. 90 mm) umfasst. Zwischen dem Innenring 18 und dem Außenring 19 ist ein kreisringförmiger Aufnahmeraum 20 ausgebildet. An einem Ende des Aufnahmeraums 20 ist dieser von einer ringförmigen Wand 21, die ebenfalls Teil des Grundkörpers 17 ist, begrenzt. Innerhalb des Aufnahmeraums 20 sind in zwei umlaufenden Reihen jeweils eine Vielzahl (gleiche Anzahl, z.B. 38) von identisch dimensionierten Kugeln 22 angeordnet. Der Durchmesser (z.B.: 4,7 mm) der Kugeln 22 entspricht dabei annähernd dem (über der Länge des Aufnahmeraums 20 konstanten) Abstand (z.B. 5 mm) zwischen dem Innenring 18 und dem Außenring 19 und damit der Breite des Aufnahmeraums 20, während die Länge des Aufnahmeraums 20 und die Anzahl der Kugeln 22 derart dimensioniert sind, dass sich die benachbarten Kugeln 22 der einzelnen Reihen in keiner der möglichen Funktionsstellungen des Lagerrings 15 berühren und gleichzeitig die Kugeln 22 der einen Reihe teilweise in die zwischen den Kugeln der anderen Reihe ausgebildeten Zwischenräume eingreifen.
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Das von dem Grundkörper 17 selbst nicht verschlossene Ende des Aufnahmeraums 20 ist mittels eines teilweise in den Aufnahmeraum ragenden, ringförmigen Deckels 23 verschlossen, der somit ein Herausfallen der Kugeln 22 aus dem Aufnahmeraum 20 verhindert. Der Deckel 23 ist derart mit dem Grundkörper 17 verbunden, dass dieser zumindest aus der in der 2 dargestellten Funktionsstellung, in der die Längsachsen 24, 25 des Innenrings 18, des Außenrings 19 und des Deckels 23 koaxial zueinander ausgerichtet sind (Neutralstellung), bis in die in der 4 dargestellte Funktionsstellung kippbar ist, in der zwischen den (koaxialen) Längsachsen 24 des Innenrings 18 und des Außenrings 19 einerseits und der Längsachse 25 des Deckels 23 andererseits ein Kippwinkel α von beispielsweise ca. 1,5° eingeschlossen ist.
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Ein solches Kippen des Deckels 23 wird durch eine entsprechende Schrägstellung des Radialwälzlagers 13 des Lenksystems gemäß der 1 in Verbindung mit der Beaufschlagung in längsaxialer Richtung durch das Federelement 16 bewirkt. Dabei geht ein Kippen des Deckels 23 jedoch nicht mit einer relevanten elastischen Deformation der Lagerringe 15 einher, so dass daraus auch kein Kippmoment resultiert, das einer Schrägstellung des Radialwälzlagers 13, der darin gelagerten Mutter 12 des Kugelgewindetriebs 9 und des darin aufgenommenen Abschnitts der Lenkstange 2 entgegenwirkt. Vielmehr wird ein solches Kippen bei gleichzeitig sehr hoher axialer Steifigkeit des beziehungsweise der Lagerringe 15 infolge einer Umverteilung der in den Aufnahmeräumen 20 der Lagerringe 15 aufgenommenen Kugeln 22 realisiert.
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Wie sich aus den 2 und 3 ergibt, sind in der Neutralstellung die den Aufnahmeraum 20 endseitig begrenzenden Kontaktflächen 26, die einerseits von der Wand 21 des Grundkörpers 17 und andererseits von dem Deckel 23 ausgebildet sind, ebenso wie die dazu jeweils parallel ausgerichteten Anlageflächen 27 der Wand 21 und des Deckels 23, die für ein Anliegen an dem Außenring des Radialwälzlagers 13 oder einem Absatz des Gehäuses 1 beziehungsweise dem dazwischen angeordneten Federelement 16 vorgesehen sind, parallel ausgerichtet. Die Länge des in dieser Neutralstellung die Kugeln 22 aufnehmenden Abschnitts des Aufnahmeraums 20 ist demnach über den gesamten Umfang im Wesentlichen gleich, wodurch auch der Abstand zwischen den benachbarten Kugeln 22 der einzelnen Reihen, ebenso wie die Tiefe, mit der die Kugeln 22 der beiden Reihen in jeweils einen Zwischenraum, der von zwei benachbarten Kugeln 22 der jeweils anderen Reihe ausgebildet ist, eintauchen, im Wesentlichen gleich sind.
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Wird dagegen gemäß den 4 und 5 der Deckel 23 relativ zu dem Grundkörper 17 gekippt, bewegt sich eine erste Hälfte des Umfangs des Deckels 23 etwas weiter in den Aufnahmeraum 20 hinein, während die zweite Hälfte des Umfangs des Deckels 23 entsprechend weiter aus dem Aufnahmeraum 20 heraus bewegt wird. Dies führt dazu, dass sich die Kugeln 22 innerhalb des Aufnahmeraums 20 vermehrt in Richtung der entsprechenden zweiten Hälfte des Umfangs des Aufnahmeraums 20 verteilen (vgl. die in den 2 bis 5 mit einem Kreis gekennzeichneten Kugeln 22). Dies führt dazu, dass der Abstand zwischen den benachbarten Kugeln 22 der einzelnen Reihen und damit auch die Tiefe, mit der die Kugeln 22 der beiden Reihen ineinander greifen, in demjenigen Abschnitt des Umfangs des Aufnahmeraums 20 am größten ist, in dem der Abstand zwischen den den Aufnahmeraum endseitig begrenzenden Kontaktflächen 26 der Wand 21 und des Deckels 23 am geringsten ist, während der Abstand zwischen dem benachbarten Kugeln 22 der beiden Reihen und damit auch die Tiefe, mit der die Kugeln 22 der beiden Reihen ineinander greifen, bis zum Erreichen desjenigen Abschnitts des Aufnahmeraums 20, in dem der Abstand zwischen diesen Kontaktflächen 26 am größten ist, kontinuierlich zunimmt.
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In jedem Funktionszustand des Lagerrings wirken die Kugeln als im Wesentlichen nicht elastisch deformierbare Distanzelemente, durch die ein definierter, lediglich durch Kippen des Deckels 23 lokal veränderbarer Abstand zwischen dem Grundkörper 17 und dem Deckel 23 eingehalten wird. Der Lagerring 15 weist somit trotz der Kippbarkeit des Deckels 23 relativ zu dem Grundkörper 17 eine sehr hohe axiale Steifigkeit auf. Gleichzeitig ist ein Kippen des Deckels 23 mit einem nur relativ geringen Reibungswiderstand verbunden und folglich unter einem relativ geringen Krafteinsatz möglich, da die Kugeln 22 bei ihrer Umverteilung innerhalb des Aufnahmeraums 22 im Wesentlichen aneinander, an den Kontaktflächen 26 der Wand 21 und des Deckels 23 sowie an der Innenseite des Außenrings 18 und der Außenseite des Innenrings 19 abrollen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Lenkstange
- 3
- Kugelgelenk
- 4
- Lenkritzel
- 5
- Lenkgetriebe
- 6
- Zahnstange
- 7
- Längsachse der Lenkstange
- 8
- Lenkmotor
- 9
- Kugelgewindetrieb
- 10
- Gewinde
- 11
- Wälzkörper
- 12
- Mutter
- 13
- Radialwälzlager
- 14
- Riemenrad
- 15
- Lagerring
- 16
- Federelement
- 17
- Grundkörper
- 18
- Innenring des Lagerrings
- 19
- Außenring des Lagerrings
- 20
- Aufnahmeraum
- 21
- Wand
- 22
- Kugel
- 23
- Deckel
- 24
- Längsachse des Innenrings und des Außenrings des Lagerrings
- 25
- Längsachse des Deckels
- 26
- Kontaktfläche
- 27
- Anlagefläche
- α
- Kippwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2049383 B1 [0002, 0002, 0003, 0004, 0012, 0036]
- DE 102006012598 B4 [0003]
