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Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für ein Lenksystem sowie ein entsprechendes Lenksystem, insbesondere ein Hilfskraftlenksystem, für ein Kraftfahrzeug.
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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.
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Die bekannten Hilfskraftlenksysteme basieren auf einem Lenkgetriebe, das die Antriebsleistung eines hydraulischen oder elektrischen Lenkmotors übersetzt und auf beispielsweise die Lenksäule überträgt. Derartige Lenkgetriebe können in Form eines Schraubwälzgetriebes und insbesondere als Schraubradgetriebe oder Schneckengetriebe ausgebildet sein. Diese umfassen dann ein Zahnrad, das direkt oder indirekt mit der Lenksäule verbunden sein kann, sowie ein damit kämmendes, über eine Welle von dem Lenkmotor angetriebenes Ritzel.
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Als problematisch bei derartigen Lenkgetrieben hat sich Getriebespiel gezeigt, das sich aufgrund von Bauteiltoleranzen, unterschiedlichen Wärmedehnungen der Getriebeelemente und/oder aufgrund von Verschleiß ausbildet. Insbesondere bei einem sogenannten Wechsellenken, d.h. bei einem direkt aufeinanderfolgenden Lenken mit wechselnder Lenkeinschlagsrichtung, erzeugt ein solches Getriebespiel unerwünschte Geräusche, die aus dem abwechselnden Anlegen gegenüberliegender Flanken der Zähne von Ritzel und Zahnrad resultieren.
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Bekannt ist, ein solches Getriebespiel dadurch möglichst zu eliminieren, dass die Ritzelwelle verschwenkbar um eine Achse, die senkrecht zu der Längsachse der Ritzelwelle und in einem Abstand zu dem Verzahnungseingriff von Ritzel und Zahnrad verläuft, gelagert ist und mittels eines oder mehrerer Federelemente gegen das Zahnrad gedrückt wird. Die Verschwenkbarkeit der Ritzelwelle wird dabei regelmäßig in eine der zwei Lagerungen, über die die Ritzelwelle endseitig gelagert ist, integriert. Diese Lagerung wird als „Festlager“ bezeichnet. Die Lagerung im Bereich des anderen Endes ist dann mit einem definierten Spiel ausgeführt (sogenanntes „Loslager“; vgl. beispielsweise
DE 10 2005 035 020 A1 ), um die durch die Schwenkbewegung hervorgerufene Auslenkung zu ermöglichen. Das Festlager ist regelmäßig antriebsseitig vorgesehen, während das Loslager an dem freien Ende der Ritzelwelle vorgesehen ist. Das oder die Federelemente zum Andrücken des Ritzels an das Zahnrad können dabei sowohl in das Loslager als auch in das Festlager integriert sein.
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Ein solches Lenkgetriebe, bei dem die Federkraft für die Anfederung mittels des Festlagers erzeugt wird, ist beispielsweise aus der
DE 10 2009 054 655 A1 bekannt. Bei diesem Lenkgetriebe ist vorgesehen, ein Kugellager, das die Ritzelwelle im Bereich des Festlagers aufnimmt, außenseitig in einer Schwenkhülse zu lagern. Die Schwenkhülse umfasst eine Lagerhülse, die das Kugellager weitgehend spielfrei aufnimmt, und einen Außenring, der weitgehend spielfrei in einer Aufnahme eines Gehäuses des Lenkgetriebes gehalten ist, wobei der Außenring und die Lagerhülse über mehrere Torsionsstege verbunden sind, die bei einem Verdrehen des Außenrings zu der Lagerhülse tordiert werden. Nach der Montage des Lenkgetriebes sind die Torsionsstege derart tordiert, dass die dadurch erzeugte elastische Rückstellwirkung die Anfederung der Ritzelwelle bewirkt.
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Bei einem Lenkgetriebe gemäß der
DE 10 2009 054 655 A1 wird das Rückstellmoment der elastisch tordierten Torsionsstege über das Kugellager auf die Ritzelwelle übertragen, um diese gegen das Zahnrad zu drücken. Dies führt dazu, dass ein innerhalb der Lagerhülse gelagerter äußerer Lagerring und ein die Ritzelwelle aufnehmender innerer Lagerring des Kugellagers mit einer Last beaufschlagt werden, die ein Kippen dieser Komponenten um eine Achse, die radial bezüglich der Längsachse des Kugellagers ausgerichtet ist, bewirken würde. Diese Last muss von den Kugeln des Kugellagers im Zusammenwirken mit den Lagerringen abgestützt werden. Dies bedingt, insbesondere bei einer Ausbildung des Kugellagers als einreihiges Radialkugellager gemäß der
DE 10 2009 054 655 A1 , eine relativ große Dimensionierung des Kugellagers, die zu einem relativ großen und auch schweren Lenkgetriebe insgesamt führt. Ein relativ großes Lenkgetriebe ist jedoch nur schwierig oder zumindest nachteilig in ein Kraftfahrzeug integrierbar. Weiterhin wirkt ein relativ schweres Lenkgetriebe dem grundsätzlich angestrebten Leichtbau von Kraftfahrzeugen entgegen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenkgetriebe, wie es grundsätzlich aus der
DE 10 2009 054 655 A1 bekannt ist, hinsichtlich der Größe und damit hinsichtlich des für dessen Integration in ein Kraftfahrzeugs erforderlichen Bauraums zu verbessern beziehungsweise zu verkleinern.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Lenkgetriebes gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein Lenksystem mit einem solchen Lenkgetriebe ist Gegenstand des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes und damit auch des erfindungsgemäßen Lenksystems sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist ein Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, das ein Gehäuse, ein Zahnrad, ein mit dem Zahnrad kämmendes Ritzel, insbesondere Schraubritzel, und eine das Ritzel umfassende (Schraub-)Ritzelwelle aufweist.
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Die Ritzelwelle ist auf einer Seite des Ritzels in einem Festlager gelagert, das ein Drehlager umfasst, in dem die Ritzelwelle aufgenommen ist. Das Drehlager umfasst hierzu zumindest einen inneren Lagerring und einen äußeren Lagerring sowie gegebenenfalls, bei einer bevorzugten Ausgestaltung als Wälz- und insbesondere als Kugellager, mehrere zwischen den Lagerringen angeordnete Wälzelemente, insbesondere Kugeln, wobei die Ritzelwelle innerhalb des inneren Lagerrings des Drehlagers aufgenommen ist. Das Drehlager und insbesondere der äußere Lagerring des Drehlagers des Festlagers ist weiterhin in einer Lagerhülse aufgenommen. Zudem umfasst das Festlager einen Schwenkring, der einen Außenring sowie einen Innenring aufweist, die über einen oder mehrere Torsionsstege verschwenkbar miteinander verbunden sind, wobei der Innenring mit der Lagerhülse verbunden oder integraler Bestandteil von dieser ist und der Außenring in dem Gehäuse des Lenkgetriebes (bezüglich zumindest einer, vorzugsweise bezüglich sämtlicher Richtungen, d.h. unbeweglich) festgelegt angeordnet ist.
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Weiterhin ist die Ritzelwelle eines erfindungsgemäßen Lenksystems auf der anderen Seite des Ritzels in einem Loslager gelagert, das ein Drehlager umfasst, in dem die Ritzelwelle aufgenommen ist, wobei für das Drehlager (und damit auch für das darin aufgenommene Ende der Ritzelwelle) eine radiale Beweglichkeit innerhalb des Gehäuses gewähreistet ist. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Drehlager und insbesondere ein Außenring davon in einer in dem Gehäuse gelagerten Lagerbuchse aufgenommen ist, wobei die Lagerbuchse eine radiale Beweglichkeit des Drehlagers innerhalb des Gehäuses gewähreistet. Ein solches Loslager kann beispielsweise eine Ausgestaltung gemäß der
DE 10 2005 035 020 A1 aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Lagerbuchse des Loslagers eine das Drehlager aufnehmende Innenbuchse und eine die Innenbuchse umgebende und in dem Gehäuse festgelegt angeordnete Außenbuchse aufweist, wobei die Außenbuchse und die Innenbuchse einen Ringspalt begrenzen und wobei die Außenbuchse und die Innenbuchse derart über einen flexiblen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind, dass diese in zumindest einer radialen Richtung relativ zueinander beweglich sind. Das Drehlager des Loslagers des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes umfasst zumindest einen inneren Lagerring und einen äußeren Lagerring sowie gegebenenfalls, bei einer bevorzugten Ausgestaltung als Wälz- und insbesondere als Kugellager, mehrere zwischen den Lagerringen angeordnete Wälzelemente, insbesondere Kugeln, wobei die Ritzelwelle innerhalb des inneren Lagerrings aufgenommen ist und der äußere Lagerring insbesondere direkt innerhalb der Innenbuchse der Lagerbuchse des Loslagers aufgenommen ist.
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Ein solches Lenksystem ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse und/oder ein äußerer Lagerring des Drehlagers des Festlagers über ein ein- oder mehrteiliges Verbindungselement direkt oder indirekt (beispielsweise über eine Lagerbuchse des Loslagers, insbesondere über eine Innenbuchse einer solchen Lagerbuchse) mit einem äußeren Lagerring des Drehlagers des Loslagers verbunden ist. Das Verbindungselement ist dabei derart ausgebildet, dass dieses zumindest eine Belastung, die zu einem Kippen des Außenrings des Drehlagers des Festlagers führt, direkt oder indirekt auf den Außenring des Drehlagers des Loslagers überträgt.
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Durch die erfindungsgemäße Weiterbildung eines grundsätzlich aus der
DE 10 2009 054 655 A1 bekannten, gattungsgemäßen Lenkgetriebes wird erreicht, dass das Rückstellmoment der elastisch tordierten Torsionsstege des Schwenkrings des Festlagers nicht mehr ausschließlich über das Drehlager des Festlagers auf die Ritzelwelle übertragen wird, um diese gegen das Zahnrad zu drücken, sondern die sich aus dem Rückstellmoment ergebende Schwenkbelastung der Lagerhülse des Festlagers zusätzlich beziehungsweise primär über das Verbindungselement auf das Drehlager des Loslagers und damit auf das darin gelagerte Ende der Ritzelwelle übertragen wird. In Verbindung mit einem Kontakt zwischen dem Ritzel und dem Zahnrad, der zwischen dem Festlager und dem Loslager angeordnet ist, ergibt sich eine in dem Rückstellmoment der tordierten Torsionsstege begründete Belastung der Drehlager, die im Wesentlichen radial ausgerichtet ist. Eine Übertragung eines Kippmoments in relevanter Höhe, das auf diesem Rückstellmoment der Torsionsstege beruht, von den Drehlagern und insbesondere von dem Drehlager des Festlagers auf die Ritzelwelle ist daher nicht vorgesehen. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, das Drehlager des Festlagers und/oder das Drehlager des Loslagers relativ klein zu dimensionieren, was sich positiv hinsichtlich der Größe und des Gewichts sowie hinsichtlich der Herstellungskosten eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes auswirken kann. Weiterhin kann ein in konstruktiver Hinsicht relativ einfach ausgestaltetes Drehlager, vorzugsweise ein einreihiges Radialkugellager, für das Festlager und/oder das Loslager gewählt werden, was sich ebenfalls positiv hinsichtlich der Größe und des Gewichts sowie hinsichtlich der Herstellungskosten eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes auswirken kann.
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Alternativ zu einer Lagerung des Drehlagers des Loslagers innerhalb einer Lagerbuchse kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass dieses beziehungsweise ein Außenring davon (auch ausschließlich) in dem Verbindungselement gelagert ist, durch das somit ein Verschwenken der Ritzelwelle geführt wird. Dabei können definierte Anschläge des Gehäuses eine radiale Beweglichkeit des Drehlagers des Loslagers beziehungsweise des dieses aufnehmenden Endes des Verbindungselements begrenzen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement zumindest teilweise rohrförmig ausgebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement über seine gesamte Länge rohrförmig ausgebildet ist und die Ritzelwelle dabei umgibt, wobei eine (vorzugsweise die einzige) im Bereich des Ritzels angeordnete (Durchgangs-)Öffnung in dem Rohrmantel des Verbindungselements vorgesehen ist, die sich über einen Teil des Umfangs und einen Teil der Länge des Rohrmantels erstreckt und einen Eingriff des Ritzels mit dem Zahnrad ermöglicht. Ein solches rohrförmiges Verbindungselements ist relativ (insbesondere bezogen auf das Bauteilgewicht) biegesteif, was eine vorteilhafte Übertragung einer Schwenkbelastung von der Lagerhülse und/oder dem äußeren Lagerring des Drehlagers des Festlagers auf das Loslager ermöglicht.
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Bei einer insbesondere aus fertigungstechnischen Gründen vorteilhaften Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement mit der Lagerhülse integral (d.h. zumindest direkt miteinander verbunden) und vorzugsweise einstückig (d.h. nicht über separate Verbindungselemente miteinander verbunden), insbesondere auch materialeinheitlich, ausgebildet ist.
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Insbesondere bei einer solchen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes kann dann noch vorgesehen sein, dass das Drehlager des Loslagers innerhalb eines (End-)Abschnitts des Verbindungselements und ein (derselbe oder ein anderer) Abschnitt des Verbindungselements innerhalb der Lagerbuchse des Loslagers direkt oder indirekt gelagert ist. Dies kann insbesondere zu einer relativ guten Montierbarkeit eines solchen erfindungsgemäßen Lenkgetriebes führen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes, insbesondere eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes gemäß der oder den beiden vorgenannten Ausgestaltungsformen, kann dadurch gekennzeichnet sein, dass das Verbindungselement und vorzugsweise auch die Lagerhülse des Festlagers aus Metall und/oder die Lagerbuchse aus Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff, oder einem Elastomer ausgebildet ist. Durch eine metallische Ausgestaltung des Verbindungselements kann für dieses bei relativ geringen Herstellungskosten eine vorteilhafte Belastbarkeit und damit eine vorteilhafte Übertragung einer Schwenkbelastung von der Lagerhülse und/oder von dem äußeren Lagerring des Drehlagers des Festlagers auf das Loslager erreicht werden. Eine Ausgestaltung der Lagerbuchse aus Kunststoff kann sich dagegen insbesondere hinsichtlich des Geräuschverhaltens des Lenkgetriebes im Betrieb positiv auszeichnen.
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Alternative Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Lenkgetriebe sind ebenfalls möglich. Beispielsweise kann das Verbindungselement (alternativ oder zusätzlich) integral, einstückig und/oder materialeinheitlich mit dem äußeren Lagerring des Drehlagers oder mit der Lagerbuchse (insbesondere mit einer für die Lagerbuchse vorzugsweise vorgesehenen Innenbuchse) ausgebildet sein. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Drehlager des Festlagers innerhalb eines Abschnitts des Verbindungselements und ein/dieser Abschnitt des Verbindungselements innerhalb der Lagerhülse des Festlagers gelagert ist.
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Ein erfindungsgemäßes Lenksystem umfasst zumindest ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe sowie einen drehantreibend mit der Ritzelwelle verbundenen Lenkmotor. Das Zahnrad des Lenkgetriebes kann weiterhin drehfest oder drehantreibend mit einer Lenkwelle, insbesondere einer Lenksäule, des Lenksystems verbunden sein. Das erfindungsgemäße Lenksystem kann insbesondere als Hilfskraftlenksystem ausgebildet sein, bei dem mittels des Lenkmotors ein unterstützendes Drehmoment erzeugt werden kann, so dass ein von einem Fahrer eines das Hilfskraftlenksystem umfassenden Kraftfahrzeugs für ein Lenken des Kraftfahrzeugs auf die Lenksäule aufzubringendes Lenkmoment reduziert (ggf. temporär auch bis auf null) ist. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, das Lenksystem derart auszubilden, dass von dem Lenkmotor (stets) das gesamte für ein Lenken erforderliche Lenkmoment erzeugt wird (insbesondere für eine sogenannte Steer-by-Wire-Funktionalität des Lenksystems bzw. des Kraftfahrzeugs, bei der keine mechanische Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe (sofern überhaupt noch vorgesehen) und den lenkbaren Rädern vorhanden ist).
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug 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:
- 1: einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe;
- 2: das Festlager und das darin integrierte Verbindungselement des Lenkgetriebes gemäß der 1 in einer perspektivischen Ansicht;
- 3: das Festlager mit integriertem Verbindungselement gemäß der 2 in einem Längsschnitt; und
- 4: die Lagerbuchse des Loslagers des Lenkgetriebes gemäß der 1 in einem Querschnitt.
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Die 1 zeigt die wesentlichen Bestandteile eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes. Dieses umfasst ein Gehäuse 1, innerhalb dessen ein Zahnrad 2 sowie ein mit dem Zahnrad 2 kämmendes Ritzel 3 in Form eines Schraubritzels drehbar angeordnet sind. Das Ritzel 3 und eine das Ritzel 3 umfassende (Schraub-)Ritzelwelle 4 sind in Form einer Schnecke integral ausgebildet.
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Das Zahnrad 2 ist fest auf einer Abtriebswelle 5 (vgl. 1) des Lenkgetriebes befestigt. Diese Abtriebswelle 5, die in dem gezeigten Ausgestaltungsbeispiel eine Verzahnung für eine sichere drehfeste Verbindung mit dem Zahnrad 2 aufweist, kann beispielsweise mit einer zumindest in einem Abschnitt als Zahnstange ausgebildeten Lenkstange kämmen, wodurch die Zahnstange eine Translationsbewegung durchführt, die in bekannter Weise über Radlenkhebel (nicht dargestellt) in eine Schwenkbewegung lenkbarer Räder (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs übersetzt werden kann. Bei der Abtriebswelle 5 kann es sich aber auch um eine Lenksäule eines Hilfskraftlenksystems handeln, die mit einem Lenkrad verbunden ist und über ein Lenkritzel auf die Lenkstange wirkt.
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Die Ritzelwelle 4 weist ein antriebsseitiges Ende auf, über das diese mit der Abtriebswelle eines Lenkmotors (nicht dargestellt; z.B. ein Elektromotor) verbindbar ist. Im Bereich dieses antriebsseitigen Endes ist die Ritzelwelle 4 mittels einer ersten Lagerung in dem Gehäuse 1 gelagert. Diese Lagerung ist als Festlager 6 ausgebildet, das ein Verschwenken der Ritzelwelle 4 um eine Schwenkachse 7 (vgl. 2) zulässt. Dieses Verschwenken bewirkt ein Auslenken des dem antriebsseitigen Ende gegenüberliegenden Endes der Ritzelwelle 4, die dort mittels eines Loslagers 8 in einer entsprechenden Aufnahme des Gehäuses 1 gelagert ist. Dieses Loslager 8 ist so ausgebildet, dass es die sich aus dem Verschwenken der Ritzelwelle 4 ergebende Auslenkung dieses Endes zulässt.
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Sowohl das Festlager 6 als auch das Loslager 8 umfassen jeweils ein Drehlager in Form eines Kugellagers 9. In inneren Lagerringen 10 dieser Kugellager 9 sind die entsprechenden Abschnitte der Ritzelwelle 4 gelagert, während äußere Lagerringe 11 der Kugellager 9 in jeweils einer Lagervorrichtung 12, 13 gelagert sind, die wiederum in entsprechenden Aufnahmen des Gehäuses 1 aufgenommen sind. Die Lagervorrichtungen 12, 13 sind konstruktiv so ausgebildet, dass diese im Fall des Festlagers 6 das Verschwenken der Ritzelwelle 4 um die Schwenkachse 7 und im Fall des Loslagers 8 das Auslenken des freien Endes der Ritzelwelle 4 ermöglichen.
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Hierzu umfasst die Lagervorrichtung 12 des Festlagers 6 eine Lagerhülse 14 mit kreisringförmigem Querschnitt, die innenseitig in einem ersten Längsabschnitt das dazugehörige Kugellager 9 und in einem zweiten Längsabschnitt einen Innenring 16 eines Schwenkrings 15 aufnimmt. Dieser Innenring 16 des Schwenkrings 15 ist unter Zwischenschaltung einer Stützscheibe 17 drehfest und axial gesichert innerhalb der Lagerhülse 14 gelagert, wobei sich der Innenring 16 an dem äußeren Lagerring 11 des Kugellagers 9 des Festlagers 6 abstützt. Der Schwenkring 15 umfasst neben dem Innenring 16 noch einen Außenring 18. Der Außenring 18 ist über zwei Torsionsstege 19 (vgl. 2) mit dem Innenring 16 verbunden. Der Außenring 18, der Innenring 16 und die Torsionsstege 19 sind vorzugsweise einstückig aus beispielsweise Federstahl ausgebildet.
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Eine axiale Lagesicherung des Kugellagers 9 des Festlagers 6 auf der Ritzelwelle 4 erfolgt unter Zwischenschaltung eines Druckstücks 20 mittels einer Schraube 21, die in ein Innengewinde, das in das antriebsseitige Ende der Ritzelwelle 4 integriert ist, eingeschraubt ist. Eine axiale Lagesicherung des Außenrings 18 des Schwenkrings 15 innerhalb des Gehäuses 1 erfolgt mittels eines Schraubrings 22, der ein Außengewinde aufweist, das in ein entsprechendes Innengewinde des Gehäuses 1 eingeschraubt ist.
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Die zwei Torsionsstege 19 definieren die Lage der Schwenkachse 7, um die der Außenring 18 relativ zu dem Innenring 16 des Schwenkrings 15 verschwenkbar ist. Die Torsionsstege 19 und damit die Schwenkachse 7 verlaufen dabei jedoch nicht durch das Zentrum des Schwenkrings 15 und damit auch nicht durch das Zentrum des Querschnitts der Ritzelwelle 4, sondern radial versetzt dazu (vgl. 2). Die Schwenkachse 7 schneidet somit nicht die Längsachse 23 der Ritzelwelle 4. Durch den radialen Versatz der Torsionsstege 19 zu dem Zentrum des Schwenkrings 15 wird die Schwenkachse 7 in die Nähe des Außenumfangs der Ritzelwelle 4 verlagert, wodurch die Ausbildung von Reaktionsmomenten, die sich infolge der beim Zahneingriff von Ritzel 3 und Zahnrad 2 ergebenden Verzahnungskräfte in Verbindung mit dem Abstand der Wirkungslinie dieser Verzahnungskräfte von der Schwenkachse 7 ergeben beziehungsweise ergeben würden, verringert oder vermieden werden kann. Zur möglichst vollständigen Vermeidung dieser Reaktionsmomente ist vorgesehen, dass die Schwenkachse 7 innerhalb derjenigen Tangentialebene liegt, die in dem Berührpunkt der beiden Teil- beziehungsweise Wälzkreise von Zahnrad 2 und Ritzel 3 ausgebildet ist.
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Die Torsionsstege 19 des Schwenkrings 15 ermöglichen nicht nur ein Verschwenken des Außenrings 18 zu dem Innenring 16 und damit der Ritzelwelle 4 relativ zu dem Zahnrad 2 beziehungsweise zu dem Gehäuse 1, sondern bewirken gleichzeitig diejenige Federkraft, durch die das Ritzel 3 der Ritzelwelle 4 in die Verzahnung des Zahnrads 2 gedrückt wird, um ein möglichst geringes Getriebespiel und damit eine geringe Geräuschentwicklung im Betrieb des Lenkgetriebes, insbesondere bei einem sogenannten Wechsellenken, zu erreichen. Diese Federkraft ergibt sich daraus, dass bei der Montage des Lenkgetriebes die Ritzelwelle 4 soweit infolge eines Kontakts mit dem Zahnrad 2 ausgelenkt wird, dass sich eine ausreichende Torsion der Torsionsstege 19 ergibt, wodurch die elastischen Rückstellmomente, die aus der Torsion der Torsionsstege 19 resultieren, entgegen dieser Auslenkung der Ritzelwelle 4 wirken und diese somit gegen das Zahnrad 2 beaufschlagen.
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Die Lagervorrichtung 13 des Loslagers 8 ist in Form einer Lagerbuchse 13 ausgebildet, die eine Innenbuchse 24 umfasst, die in einer unbelasteten Neutralstellung der Lagerbuchse 13 möglichst konzentrisch innerhalb einer Außenbuchse 25 angeordnet ist (vgl. 4). In einem Abschnitt ist die Innenbuchse 24 über einen Verbindungsabschnitt 26 mit der Außenbuchse 25 verbunden. Im Bereich des Verbindungsabschnitts 26 weisen die Innenbuchse 24 und die Außenbuchse 25 im Quer- beziehungsweise Radialschnitt (vgl. 4) jeweils einen gekrümmt verlaufenden Vorsprung 27, 28 auf, die - sich gegenüberliegend - in den zwischen der Innenbuchse 24 und der Außenbuchse 25 ausgebildeten Ringspalt 29 ragen. Die Spitzen der beiden Vorsprünge 27, 28 berühren sich dabei.
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Im Bereich der Vorsprünge 27, 28 sind die Innenbuchse 24 und die Außenbuchse 25 von einer Elastomerhülle 30 umgeben. Dabei ist die Ausgestaltung der Elastomerhülle 30 derart, dass diese die Außenflächen der Innenbuchse 24 und der Außenbuchse 25 nicht überragt. Hierzu ist zum einen die axiale Länge der Innenbuchse 24 und der Außenbuchse 25 in den die Vorsprünge 27, 28 ausbildenden Umfangsabschnitten kleiner als in den anderen Umfangsabschnitten. Dadurch werden Vertiefungen (nicht sichtbar) ausgebildet, in denen der elastische Werkstoff der Elastomerhülle 30 aufgenommen ist. Weiterhin weist die Innenbuchse 24 auf ihrer Innenseite und die Außenbuchse 25 auf ihrer Außenseite jeweils eine weitere, in axialer Richtung verlaufende Vertiefung 31, 32 auf, wobei der Werkstoff der Elastomerhülle 30 ebenfalls in diesen Vertiefungen 31, 32 aufgenommen ist. Auch im Bereich des Ringspalts 29 sind die Vorsprünge 27, 28 beidseitig (in Umfangsrichtung) von dem elastischen Werkstoff der Elastomerhülle 30 umgeben beziehungsweise in diesen eingebettet. Die Elastomerhülle 30 sorgt für den Zusammenhalt der Innenbuchse 24 und der Außenbuchse 25, wobei gleichzeitig eine definierte Relativbeweglichkeit dieser Komponenten ermöglicht ist. Der Verbindungsabschnitt 26 bildet nämlich ein Schwenkgelenk mit geringem Schwenkmoment aus, das ein Verschwenken der Außenbuchse 25 zu der Innenbuchse 24 um eine im Bereich des Verbindungsabschnitts 26 liegende Schwenkachse ermöglicht. Bei dieser Schwenkbewegung gleiten beziehungsweise wälzen die Vorsprünge 27, 28 der Innenbuchse 24 und der Außenbuchse 25 aufeinander ab, während die Elastomerhülle 30 diese Relativbewegung von Innenbuchse 24 und Außenbuchse 25 nicht in einem relevanten Ausmaß behindert.
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Vorgesehen ist, dass die Lagerbuchse 13 derart in das Gehäuse 1 des Lenkgetriebes integriert ist, dass das Verschwenken der Ritzelwelle 4 um die durch das Festlager 6 definierte Schwenkachse 7 zu einem Verschieben der Innenbuchse 24 relativ zu der Außenbuchse 25 in einer Richtung führt, die im Wesentlichen senkrecht zu der durch den Verbindungsabschnitt 26 führenden Radialachse 33 ist. In den entlang dieser Radialachse 33 weisenden Richtungen soll dagegen möglichst keine Verschiebbarkeit der Innenbuchse 24 relativ zu der Außenbuchse 25 möglich sein, um ein Verschränken des Ritzels 3 auf dem Zahnrad 2 im Betrieb des Lenkgetriebes zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Abstand zwischen der Innenbuchse 24 und der Außenbuchse 25 in dem bezüglich des Verbindungsabschnitts 26 radial gegenüberliegenden Umfangsabschnitt der Lagerbuchse 13 auf ein relativ kleines Maß von z.B. 0,1 mm begrenzt ist. Dies erfolgt mittels eines Begrenzungselements 34, das in radialer Richtung verschiebbar innerhalb der Außenbuchse 25 gelagert ist. Das Begrenzungselement 34 weist eine radiale Breite auf, die größer als die radiale Breite der Außenbuchse 25 ist, wobei sich das Begrenzungselement 34 der noch nicht in dem Gehäuse 1 montierten Lagerbuchse 13 soweit nach außen verschieben lässt, dass dieses die Außenfläche der Außenbuchse 25 überragt. Dadurch stellt sich ein relativ großer Abstand zwischen der Außenseite der Innenbuchse 24 und dem Begrenzungselement 34 ein, der eine relativ einfache Montage der Lagerbuchse 13 ermöglicht. Dieser Abstand wird im Rahmen der Montage des Loslagers 8 in dem Gehäuse 1 auf das gewünschte kleine Maß reduziert, da dann das Begrenzungselement 34 infolge einer Kollision mit dem Gehäuse 1 die Außenfläche der Außenbuchse 25 nicht mehr überragen kann und folglich in Richtung der Innenbuchse 24 verschoben sein muss.
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Die Außenbuchse 25 der Lagerbuchse 13 umfasst weiterhin noch ein elastisches Anschlagelement 35, das eine Bewegung der Innenbuchse 24 bei einem Verschwenken der Ritzelwelle 4 in einer Richtung (in der 1 nach oben) begrenzt.
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Das Lenkgetriebe umfasst weiterhin noch ein Verbindungselement 36, das in die Lagerhülse 14 des Festlagers 6 (einstückig und materialeinheitlich) integriert beziehungsweise als Verlängerung von dieser ausgebildet ist. Wie sich insbesondere aus den 2 und 3 ergibt, ist das Verlängerungselement 36 rohrförmig mit (teil-)kreisringförmigem Querschnitt ausgebildet, wobei dieses eine Mantelöffnung 37 ausbildet, die in einem mittigen Abschnitt bezüglich der Längsachse 23 des Verbindungselements 36 angeordnet ist und sich über einen Abschnitt von dessen Umfang erstreckt. Durch diese Mantelöffnung 37 kann ein Abschnitt des Zahnrads 2 in das von dem Verbindungselement 36 begrenzte und die Ritzelwelle 4 in dem u.a. das Ritzel 3 ausbildenden Abschnitt aufnehmende Innenvolumen ragen, um einen Eingriff des Zahnrads 2 mit dem Ritzel 3 zu ermöglichen.
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Ein (rohrförmiger) Endabschnitt des Verbindungselements 36 erstreckt sich bis in das Loslager 8 des Lenkgetriebes, wobei das Kugellager 9 des Loslagers 8 mit dem dazugehörigen äußeren Lagerring 11 innerhalb dieses Endabschnitts des Verbindungselements 36 gelagert ist, während der Endabschnitt wiederum innenseitig in der Innenbuchse 24 der Lagerbuchse 13 des Loslagers 8 gelagert ist.
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Mittels des Verbindungselements 36 wird erreicht, dass die elastischen Rückstellmomente, die aus der Torsion der Torsionsstege 19 des Schwenkrings 15 des Festlagers 6 resultieren, nicht ausschließlich über das Kugellager 9 des Festlagers 6 auf die Ritzelwelle 4 übertragen werden, was mit einer relativ hohen Kippbelastung dieses Kugellagers 9 verbunden wäre. Vielmehr werden diese elastischen Rückstellmomente primär über die Lagerhülse 14 des Festlagers 6 und das damit integral verbundene Verbindungselement 36 auf das Kugellager 9 des Loslagers 8 übertragen, wobei die dadurch bewirkte Belastung dieses Kugellagers 9 im Wesentlichen in Form von in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 23 wirkenden Kräften gegeben ist. Demnach wird auch dieses Kugellager 9 nicht mit einem Kippmoment in relevanter Höhe belastet.
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Da folglich keines der beiden Kugellager 9 ein Kippmoment in relevanter Höhe auf die Ritzelwelle 4 übertragen muss, können diese in vorteilhafter Weise relativ klein dimensioniert werden und zudem in Form von konstruktiv relativ einfachen einreihigen Radialkugellagern 9 ausgebildet sein, was sich positiv hinsichtlich der Größe, des Gewichts sowie der Herstellungskosten des Lenkgetriebes auswirkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Zahnrad
- 3
- (Schraub-)Ritzel
- 4
- (Schraub-)Ritzelwelle
- 5
- Abtriebswelle des Lenkgetriebes
- 6
- Festlager
- 7
- Schwenkachse
- 8
- Loslager
- 9
- (Radial-)Kugellager
- 10
- innerer Lagerring eines Kugellagers
- 11
- äußerer Lagerring eines Kugellagers
- 12
- Lagervorrichtung des Festlagers
- 13
- Lagervorrichtung /Lagerbuchse des Loslagers
- 14
- Lagerhülse
- 15
- Schwenkring
- 16
- Innenring des Schwenkrings
- 17
- Stützscheibe
- 18
- Außenring des Schwenkrings
- 19
- Torsionssteg
- 20
- Druckstück
- 21
- Schraube
- 22
- Schraubring
- 23
- Längsachse der Ritzelwelle / des Verbindungselements / eines Kugellagers
- 24
- Innenbuchse der Lagerbuchse
- 25
- Außenbuchse der Lagerbuchse
- 26
- Verbindungsabschnitt der Lagerbuchse
- 27
- Vorsprung der Innenbuchse
- 28
- Vorsprung der Außenbuchse
- 29
- Ringspalt zwischen der Innenbuchse und der Außenbuchse
- 30
- Elastomerhülle der Lagerbuchse
- 31
- Vertiefung der Innenbuchse
- 32
- Vertiefung der Außenbuchse
- 33
- Radialachse durch den Verbindungsabschnitt der Lagerbuchse
- 34
- Begrenzungselement
- 35
- Anschlagelement
- 36
- Verbindungselement
- 37
- Mantelöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005035020 A1 [0005, 0012]
- DE 102009054655 A1 [0006, 0007, 0008, 0014]
