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Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für ein Lenksystem sowie ein entsprechendes Lenksystem, insbesondere ein Hilfskraftlenksystem, für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lenkgetriebes.
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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 aufeinander folgenden Lenken mit wechselnder Lenkeinschlagsrichtung, erzeugt ein solches Getriebespiel unerwünschte Geräusche, die aus dem abwechselnden Anlegen gegenüber liegender Flanken der Zähne von Ritzel und Zahnrad resultieren.
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Bekannt ist, ein solches Getriebespiel dadurch möglichst weitgehend 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 auch 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 mit einer solchen Schwenkbewegung einhergehende 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 2008 040 673 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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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenkgetriebe, wie es grundsätzlich aus der
DE 10 2008 040 673 A1 bekannt ist, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Lenkgetriebes gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lenkgetriebes ist Gegenstand des Patentanspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren 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 zumindest ein Gehäuse, ein Zahnrad, ein mit dem Zahnrad kämmendes Ritzel, insbesondere ein 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. Die Ritzelwelle ist innerhalb des inneren Lagerrings des Drehlagers aufgenommen. Das Drehlager und insbesondere ein äußerer 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 in der Lagerhülse aufgenommen ist und der Außenring in dem Gehäuse des Lenkgetriebes gelagert und insbesondere (bezüglich zumindest einer, vorzugsweise bezüglich sämtlicher Richtungen, d.h. unbeweglich) festgelegt angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß gekennzeichnet ist ein solches Lenkgetriebe dadurch, dass die Lagerhülse zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig aus Kunststoff (insbesondere aus einem oder mehreren thermoplastischen Kunststoffen) ausgebildet ist. Dadurch kann einerseits eine einfache Herstellbarkeit für die Lagerhülse beziehungsweise das gesamte Festlager und damit für das Lenkgetriebe realisiert werden. Zudem kann sich die Lagerhülse infolge der Ausgestaltung aus Kunststoff durch ein relativ geringes Bauteilgewicht auszeichnen.
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Die Ritzelwelle eines erfindungsgemäßen Lenksystems kann vorzugsweise auf der anderen Seite des Ritzels in einem Loslager gelagert sein, 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 äußerer Lagerring davon in einer Lagerbuchse aufgenommen ist, die derart innerhalb des Gehäuses aufgenommen ist, dass eine radiale Beweglichkeit des Drehlagers und damit des darin aufgenommenen Endes der Ritzelwelle innerhalb des Gehäuses gewähreistet ist.
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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.
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Die Lagerbuchse kann alternativ auch derart ausgestaltet sein, dass diese mit einem Anschlagelement verbunden oder selbst als Anschlaghülse ausgebildet ist, das/die verschiebbar und gleichzeitig drehgesichert innerhalb eines Aufnahmeraums des Gehäuses angeordnet ist, wobei durch einen Anschlag zwischen dem Anschlagelement oder der Anschlaghülse und einer vorzugsweise zylindrischen Wandung des Aufnahmeraums die durch das Festlager geführte Schwenkbeweglichkeit der Ritzelwelle begrenzt ist, wobei das Anschlagelement oder die Anschlaghülse einerseits und der Aufnahmeraum andererseits derart ausgebildet sind, dass nur bei einem solchen Anschlag, infolge des Zusammenwirkens von dann kontaktierenden Kontaktflächen des Anschlagelements oder der Anschlaghülse und der Wandung des Aufnahmeraums , zusätzlich eine Schwenkbeweglichkeit der Ritzelwelle um eine senkrecht zu der Schwenkachse ausgerichtete Achse blockiert ist.
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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 diesen dabei vorzugsweise direkt kontaktiert. Der äußere Lagerring kann vorzugsweise direkt kontaktierend innerhalb der Lagerbuchse des Loslagers aufgenommen sein.
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Ein solches erfindungsgemäß Lenkgetriebe kann vorzugsweise weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass die Lagerhülse und/oder ein äußerer Lagerring des Drehlagers des Festlagers über ein Verbindungselement, das ein- oder mehrteilig ausgebildet sein kann, direkt oder indirekt (beispielsweise über eine Lagerbuchse des Loslagers) mit einem äußeren Lagerring des Drehlagers des Loslagers verbunden ist. Das Verbindungselement kann dabei insbesondere derart ausgebildet sein, dass dieses zumindest eine Belastung, die zu einem Kippen des äußeren Lagerrings des Drehlagers des Festlagers führt, direkt oder indirekt auf den äußeren Lagerring des Drehlagers des Loslagers überträgt. Dadurch kann erreicht werden, 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 gegeben ist, ergibt sich eine durch das Rückstellmoment der tordierten Torsionsstege begründete Belastung der Drehlager, die im Wesentlichen radial ausgerichtet ist. Eine Übertragung eines Kippmoments in relevanter Höhe von den Drehlagern und insbesondere von dem Drehlager des Festlagers auf die Ritzelwelle kann dadurch vermieden werden. 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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Die Lagerbuchse, die zur Lagerung des Drehlagers des Loslagers vorgesehen ist, kann vorzugsweise auch von dem Verbindungselement selbst ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes mit Verbindungselement 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 Öffnung in dem Rohrmantel des Verbindungselements vorgesehen ist, die sich über einen Teil des Umfangs und einen Teil der Länge des Rohrmantels erstreckt und die einen Eingriff des Ritzels mit dem Zahnrad ermöglicht. Ein solches rohrförmiges Verbindungselement ist, bezogen auf das Bauteilgewicht, relativ 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. Besonders bevorzugt kann demnach vorgesehen sein, dass die Einheit aus Lagerhülse und Verbindungselement als einstückiges Bauteil aus einem oder mehreren Kunststoffen, insbesondere aus einem einzigen Kunststoff, 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 (dann separaten) 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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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes kann vorgesehen sein, dass die Lagerhülse und gegebenenfalls das damit einstückig ausgebildete Verbindungselement als Spritzgussteil ausgebildet ist/sind, wodurch sich eine vorteilhafte Herstellbarkeit ergibt.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes, bei dem die Lagerhülse und/oder das Verbindungselement, insbesondere die einstückige Einheit aus Lagerhülse und Verbindungselement durch Spritzgießen aus Kunststoff ausgebildet wird/werden. Der Anguss kann dabei vorzugsweise ringförmig im Bereich zumindest eines der axialen Enden des herzustellenden Spritzgussbauteils angeordnet sein.
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Bei einer Herstellung der Lagerhülse und/oder des Verbindungselements als Spritzgussbauteil(e) kann sich eine asymmetrische Ausgestaltung negativ auswirken, da diese zu einem entsprechend asymmetrischen Verzug des oder der Spritzgussbauteile infolge der Aushärtung und des Auskühlens des Kunststoffs führen kann. Um dies zu vermeiden kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Querbeziehungsweise Radialschnittflächen der Lagerhülse und/oder des Verbindungselements bezüglich der (jeweiligen oder gemeinsamen) Längsachse, so weit wie möglich, rotationssymmetrisch, zumindest jedoch möglichst weitgehend, vorzugsweise exakt punktsymmetrisch ausgebildet sind. Rotationssymmetrische Querschnittsflächen können bei der Lagerhülse im Wesentlichen über der gesamten Längserstreckung problemlos realisiert werden. Lediglich in demjenigen Bereich, in dem die Torsionsstege durch die Mantelfläche der Lagerhülse geführt sind, müssen gegebenenfalls Querschnittsflächen vorgesehen sein, die nicht rotationssymmetrisch und gegebenenfalls nicht einmal punktsymmetrisch sind. Da es sich hierbei jedoch lediglich um einen relativ kleinen Abschnitt der Längserstreckung der Lagerhülse handelt, kann dies hinsichtlich eines Verzugs der Lagerhülse unproblematisch sein. Bei dem Verbindungselement kann diesbezüglich jedoch eine Öffnung, durch die ein Eingriff der Verzahnungen von Ritzel und Zahnrad ermöglicht wird, problematisch sein. Um in diesem gegebenenfalls relativ langen Abschnitt der Längserstreckung des Verbindungselements zumindest eine Punktsymmetrie zu erhalten, kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement in diesem Abschnitt seiner Längserstreckung nicht nur die den Verzahnungseingriff ermöglichende Öffnung sondern zusätzlich, um 180° bezüglich der Längsachse versetzt, eine vorzugsweise identisch ausgebildete Öffnung aufweist. In diesem Längsabschnitt wird das Verbindungselement dann von zwei um 180° bezüglich der Längsachse versetzt und vorzugsweise punktsymmetrisch angeordneten Verbindungsstreben ausgebildet, die auch jeweils aus einer Mehrzahl von Teilstreben bestehen können. Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass die Verbindungsstreben in Form von teilzylindrischen Schalenkörpern ausgebildet sind.
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Für eine vorteilhafte belastungsgerechte Ausgestaltung der aus Kunststoff ausgebildeten Lagerhülse und/oder des vorzugsweise mit der Lagerhülse einstückig verbundenen, rohrförmig ausgebildeten Verbindungselements kann vorgesehen sein, dass auf dessen/deren Außenseiten in Längsrichtung verlaufende Verstärkungsrippen ausgebildet sind. Die Verstärkungsrippen können dabei vorzugsweise in Umfangsrichtung auf der gesamten Außenseite der Lagerhülse und/oder des rohrförmigen Verbindungselements und/oder in gleichmäßiger Teilung in Umfangsrichtung angeordnet sein.
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Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes kann vorgesehen sein, dass die Lagerhülse einen umlaufenden Absatz ausbildet, an dem ein axiales Ende eines äußeren Lagerrings des Drehlagers des Festlagers direkt oder indirekt abgestützt ist. Dadurch kann insbesondere eine relativ einfache Herstellbarkeit und/oder Montierbarkeit für ein solches erfindungsgemäßes Lenkgetriebe realisiert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung eines solchen erfindungsgemäßen Lenkgetriebes kann dann noch vorgesehen sein, dass der Innendurchmesser des Absatzes an dem bezüglich des Drehlagers proximal gelegenen Rand größer als der Innendurchmesser des äußeren Lagerrings an dem bezüglich des Absatzes proximal gelegenen Rand und/oder größer als der Innendurchmesser an dem bezüglich des Absatzes proximal gelegenen Rand von einem zwischen dem äußeren Lagerring und dem Absatz angeordneten, vorzugsweise scheibenförmigen Ringelement ausgebildet ist. Dadurch kann insbesondere vermieden werden, dass im Rahmen einer Herstellung einer Baugruppe, die zumindest das Drehlager des Festlagers, den Schwenkring und die Lagerhülse des Festlagers umfasst, Kunststoff in das Drehlager eindringt, wenn die Lagerhülse durch Spritzgießen ausgebildet wird, wobei zumindest der äußere Lagerring des Drehlagers und der Innenring des Schwenkrings teilweise in den Kunststoff eingebettet werden.
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Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Lagerhülse zwei umlaufende Absätze ausbildet, an denen jeweils ein axiales Ende des äußeren Lagerrings des Drehlagers (direkt oder indirekt, dann insbesondere über den Innenring des Schwenkrings) abgestützt ist. Demnach kann in vorteilhafter Weise eine Bauteilgruppe, die aus dem äußeren Lagerring des Drehlagers, dem Innenring des Schwenkrings und einem oder mehreren Ringelementen besteht, axial unbeweglich zwischen den umlaufenden Absätzen der Lagerhülse angeordnet sein. Dies ist vorteilhaft durch eine Herstellung der Lagerhülse durch Spritzgießen bei gleichzeitiger Einbettung dieser Bauteilgruppe in den Kunststoff realisierbar. Ein besonderer Vorteil, der sich aus einer solchen Ausgestaltung des Festlagers eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes ergeben kann, liegt darin, dass durch eine Schwindung der Lagerhülse infolge der Aushärtung und der Abkühlung des Kunststoffs eine Vorspannung erzeugt werden kann, die in axialer und/oder radialer Richtung auf die Bauteilgruppe wirkt, wodurch die Bauteile dieser Bauteilgruppe einander und auch die Innenseite der Lagerhülse spielfrei kontaktieren. Ein anderenfalls durch ein solches Spiel bedingtes, ungewolltes Geräuschverhalten des Lenkgetriebes im Betrieb kann demnach vermieden werden, ohne dass dazu besondere konstruktive Maßnahmen erforderlich wären.
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Der ringförmige Körper des oder der Ringelemente kann gegebenenfalls eine L-förmige Quer- beziehungsweise Radialschnittfläche aufweisen, um eine relativ hohe Belastbarkeit in axialer Richtung zu realisieren. Bei dem oder einem der Ringelemente kann es sich auch um den Innenring des Schwenkrings handeln.
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Die Erfindung betrifft auch ein Lenksystem, das zumindest ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe sowie einen drehantreibend mit der Ritzelwelle verbundenen Lenkmotor umfasst. 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, um insbesondere eine sogenannte Steer-by-Wire-Funktionalität des Lenksystems bzw. des Kraftfahrzeugs zu realisieren, 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 weiterhin 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 Ausgestaltungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
- 1: einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe gemäß einer ersten Ausgestaltungsform;
- 2: das Festlager, das damit integral ausgebildete Verbindungselement sowie den Anschlagring des Lenkgetriebes gemäß der 1 in einer perspektivischen Ansicht;
- 3: das Festlager mit integriertem Verbindungselement und Anschlagring gemäß der 2 in einem Längsschnitt;
- 4: in einer perspektivischen Ansicht ein Festlager, ein damit integral ausgebildetes Verbindungselement sowie einen Anschlagring für ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform;
- 5: das Festlager, das Verbindungselement und der Anschlagring gemäß der 4 in einem Längsschnitt;
- 6: in einer perspektivischen Ansicht ein Festlager für ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe gemäß einer dritten Ausgestaltungsform; und
- 7: das Festlager gemäß der 6 in einem Längsschnitt.
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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 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. Diese Schwenkachse 7 verläuft dabei in der 1 in etwa senkrecht zur Zeichenebene. Ein solches 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 dem Gehäuse 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 und der äußere Lagerring 11 des Kugellagers 9 sind unter Zwischenschaltung mehrerer Ringelemente 17 axial gesichert innerhalb der Lagerhülse 14 gelagert, wobei sich der Innenring 16 unter Zwischenschaltung jeweils eines Ringelements 17 einerseits an dem äußeren Lagerring 11 des Kugellagers 9 und andererseits an einem ersten, umlaufenden Absatz 26, den die Lagerhülse 14 an einem axialen Ende ausbildet, abstützt. In gleicher Weise ist die von dem Innenring 16 des Schwenkrings 15 distal gelegene Seite des äußeren Lagerrings 11 des Kugellagers 9 unter Zwischenschaltung eines Ringelements 17 an einem zweiten, umlaufenden Absatz 27, den die Lagerhülse 14 an diesem axialen Ende ausbildet, abgestützt.
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Der Schwenkring 15 umfasst neben dem Innenring 16 noch einen Außenring 18. Dieser 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 inneren Lagerrings 10 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 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 des Schwenkrings 15 ermöglichen dabei 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 in die Verzahnung des Zahnrads 2 gedrückt wird, um ein möglichst geringes Getriebespiel und damit eine möglichst geringe Geräuschentwicklung im Betrieb des Lenkgetriebes, insbesondere bei einem 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 Verdrillung der Torsionsstege 19 ergibt, wodurch die elastischen Rückstellmomente, die aus dieser Verdrillung der Torsionsstege 19 resultieren, der Auslenkung der Ritzelwelle 4 entgegenwirken und diese somit gegen das Zahnrad 2 beaufschlagen.
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Die Lagervorrichtung 13 des Loslagers 8 umfasst ein Anschlagelement in Form einer Anschlaghülse 23, die derart beweglich innerhalb eines von dem Gehäuse 1 ausgebildeten Aufnahmeraums 24 angeordnet ist, dass die Schwenkbeweglichkeit um die durch das Festlager 6 definierte Schwenkachse 7 in den Grenzen eines konstruktiv definierten Grundspiels möglich ist. Dabei wird dieses Grundspiel beziehungsweise diese Schwenkbeweglichkeit in einer Richtung durch einen vollständigen beziehungsweise an jeweils zwei Flanken der einzelnen Zähne von Ritzel 3 und Zahnrad 2 auftretenden Kontakt, der durch die Federbelastung mittels der tordierten Torsionsstege 19 bewirkt wird, und in der anderen Richtung durch einen Anschlag, der durch einen Kontakt der kreisringförmigen Anschlaghülse 23, mit einem in einer Aufnahmeöffnung des Gehäuses 1 angeordnetem Anschlagelement 25 ausgebildet ist, begrenzt. Die Tiefe, mit der das Anschlagelement 25 in den Aufnahmeraum 24 ragt, kann dabei zumindest einmalig einstellbar sein.
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Das Lenkgetriebe umfasst weiterhin ein Verbindungselement 28, das in die Lagerhülse 14 des Festlagers 6 einstückig und materialeinheitlich integriert beziehungsweise als Verlängerung von dieser ausgebildet ist. Wie sich aus den 1 und 3 ergibt, ist das Verbindungselement 28 rohrförmig mit kreisringförmigen oder teilkreisringförmigen Querschnitten ausgebildet, wobei dieses eine Mantelöffnung 29 aufweist, die in einem mittigen Abschnitt des Verbindungselements 28 angeordnet ist und die sich über einen Abschnitt von dessen Umfang erstreckt. Durch diese Mantelöffnung 29 kann ein Abschnitt des Zahnrads 2 in das von dem Verbindungselement 28 begrenzte und die Ritzelwelle 4 in dem u.a. das Ritzel 3 ausbildenden Abschnitt aufnehmende Innenvolumen ragen, um einen Eingriff der Verzahnungen des Zahnrads 2 und des Ritzels 3 zu ermöglichen.
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Ein rohrförmiger Endabschnitt des Verbindungselements 28 erstreckt sich bis in das Loslager 8 des Lenkgetriebes, wobei das Kugellager 9 des Loslagers 8 mit dem dazugehörigen äußeren Lagerring 11 axial beweglich innerhalb dieses Endabschnitts des Verbindungselements 28 gelagert ist. Dieser Endabschnitt des Verbindungselements 28 wiederum ist innenseitig in der Anschlaghülse 23 des Loslagers 8 gelagert. Das Verbindungselement 28 bildet demnach zusammen mit der Anschlaghülse 23 eine Lagerbuchse für das Kugellager 9 des Loslagers 8 aus.
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Mittels des Verbindungselements 28 wird einerseits bewirkt, 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 28 auf das Kugellager 9 des Loslagers 8 übertragen.
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Die Lagerhülse 14 des Festlagers 6 und das integral mit der Lagerhülse 14 ausgebildete Verbindungselement 28 sind in Form eines Spritzgussbauteils aus einem Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff, ausgebildet. Bei der Herstellung dieser Einheit aus Lagerhülse 14 und Verbindungselement 28 durch Spritzgießen werden das Kugellager 9 des Festlagers 6, der Schwenkring 15 und die insgesamt drei Ringelemente 17 teilweise von dem dabei genutzten Kunststoff umspritzt. Hierzu werden der innere Lagerring 10 des Kugellagers 9, der Innenring 16 des Schwenkrings 15 und die beiden diesen Innenring 16 kontaktierenden Ringelemente 17 auf einen abgestuften Abschnitt eines ersten Gießkerns (nicht dargestellt) aufgeschoben. Ein zweiter Gießkern (nicht dargestellt), der insbesondere zur Ausbildung des Innenvolumens des rohrförmigen Verbindungselements 28 vorgesehen ist, trägt in einem Endabschnitt mit reduziertem Durchmesser das dritte Ringelement 17 und stößt stirnseitig an das bezüglich des Schwenkrings 15 distal gelegene Ende des inneren Lagerrings 10 des Kugellagers 9. Nach einer Positionierung der Gießkerne und der von diesen getragenen Komponenten, d.h. des Kugellagers 9, des Schwenkrings 15 und der Ringelemente 17, innerhalb einer Kavität eines Spritzgusswerkzeugs (nicht dargestellt) kann, bei zusätzlicher Verwendung eines radial beweglich Schiebers (nicht dargestellt), durch den die Mantelöffnung 29 des Verbindungselements 28 ausgebildet wird, der fließfähige Kunststoff in das Spritzgusswerkzeug eingebracht und zur Aushärtung gebracht werden. Der Anguss kann dabei vorzugsweise ringförmig im Bereich einer der axialen Enden des herzustellenden Spritzgussbauteils oder über eine Mehrzahl von über einem Umfang des Spritzgussbauteils beziehungsweise der Kavität des Spritzgusswerkzeugs verteilten Anspritzpunkten erfolgen. Auch ein zentraler Anguss (z.B. Schirmanguss oder Telleranguss) ist möglich. Dadurch, dass die Innendurchmesser der von der Lagerhülse 14 ausgebildeten Absätze 26, 27 größer als die Innendurchmesser der jeweils daran anliegenden Ringelemente 17 (jeweils bezogen auf den proximal gelegenen Rand) ist, wird während des Spritzgussprozesses ein Eindringen des fließfähigen Kunststoffs in das Kugellager 9 vermieden.
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Infolge der Aushärtung und des Abkühlens des Kunststoffs findet eine Schwindung der Lagerhülse 14 statt, durch die die einander kontaktierende Anordnung des äußeren Lagerrings 11 des Kugellagers 9, des Innenrings 16 des Schwenkrings 15 und der drei Ringelemente 17 radial und axial elastisch beaufschlagt wird, wodurch eine Spielfreiheit realisiert wird, die sich vorteilhaft auf das Geräuschverhalten des Lenkgetriebes im Betrieb auswirkt.
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Ein Entformen der aus dem Kugellager 9 des Festlagers 6, dem Schwenkring 15, den Ringelementen 17 und der Einheit aus Lagerhülse 14 und Verbindungselement 28 bestehenden Baugruppe kann in axialer Richtung bezüglich der Längsachse 30 erfolgen, nachdem der Schieber, der zur Ausbildung der Mantelöffnung 29 vorgesehen ist, zurückgezogen wurde.
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Die Anschlaghülse 23 des Loslagers 8 besteht ebenfalls aus einem thermoplastischen Kunststoff, der jedoch im Vergleich zu dem Kunststoff, aus dem die Einheit aus Lagerhülse 14 und Verbindungselement 28 ausgebildet ist, weicher beziehungsweise elastischer ist. Dadurch soll eine Geräuschentwicklung infolge eines Kontakts mit dem Anschlagelement 25 während des Betriebs des Lenkgetriebes gedämpft werden. Die Anschlaghülse 23 kann separat hergestellt werden, beispielsweise ebenfalls mittels Spritzgießens, und nachträglich auf den entsprechenden Endabschnitt des Verbindungselements 28 aufgesetzt und mit diesem verbunden werden. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Anschlaghülse 23 und die Einheit aus Lagerhülse 14 und Verbindungselement 28 in Form eines integralen Spritzgussbauteils durch einen 2-Komponenten-Spritzgussprozess herzustellen.
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Wie sich insbesondere aus der 2 ergibt, sind auf der Außenseite der Lagerhülse 14 sowie auf der Außenseite des Verbindungselements 28 eine Mehrzahl von in gleichmäßiger Teilung in Umfangsrichtung über der jeweiligen Außenfläche verteilt angeordneten Verstärkungsrippen 31 ausgebildet, die sich in Längsrichtung der Lagerhülse 14 beziehungsweise des Verbindungselements 28 erstrecken und konkret parallel bezüglich der Längsachse 30 verlaufen. Die Verstärkungsrippen 31 der Lagerhülse 14 erstrecken sich dabei bis in die bezüglich des Verbindungselements 28 distal gelegene Stirnseite der Lagerhülse 14 sowie in die bezüglich des Verbindungselements 28 proximal gelegene Stirnseite, die den außenseitigen, umlaufenden Absatz, der im Übergang zwischen der Lagerhülse 14 und dem Verbindungselement 28 ausgebildet ist, darstellt. In diesen Stirnseiten verlaufen die Verstärkungsrippen 31 radial. Die Verstärkungsrippen 31 der Lagerhülse 14 und des Verbindungselements 28, die jeweils paarweise ineinander übergehen, sollen insbesondere eine relativ große Biegesteifigkeit bei gleichzeitig relativ geringem Bauteilgewicht der Einheit aus Lagerhülse 14 und Verbindungselement 28 gewährleisten.
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In den 4 und 5 ist eine Einheit bestehend aus einem Festlager 6, einem Verbindungselement 28 und einer Anschlaghülse 23 für ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform dargestellt. Dieses Lenkgetriebe kann, mit Ausnahme des Verbindungselements 28, dem Lenkgetriebe gemäß der 1 entsprechen. Das Verbindungselement 28 gemäß den 4 und 5 unterscheidet sich von demjenigen des Lenkgetriebes gemäß den 1 bis 3 dahingehend, dass in demjenigen Längsabschnitt, in dem dieses eine (Mantel-)Öffnung 29 ausbildet, die einen Verzahnungseingriff von Ritzel 3 und Zahnrad 2 ermöglicht, mit punktsymmetrischen Querschnittsflächen ausgebildet ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das Verbindungselement 28 in diesem Längsabschnitt eine der genannten Mantelöffnung 29 gegenüberliegende, identisch geformte Mantelöffnung 29 umfasst. In diesem Längsabschnitt ist der Mantel des Verbindungselements 28 folglich auf zwei Verbindungsstreben reduziert, die identische Abmessungen aufweisen und um 180° bezüglich der Längsachse 30 versetzt beziehungsweise einander gegenüberliegend angeordnet sind. Auch diese Verbindungsstreben weisen außenseitig Verstärkungsrippen 31 auf.
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Die 6 und 7 zeigen ein Festlager 6 für ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe gemäß einer dritten Ausgestaltungsform. Dieses entspricht grundsätzlich dem Festlager 6 des Lenkgetriebes gemäß den 1 bis 3. Nicht vorgesehen ist jedoch, dass die Lagerhülse 14 dieses Festlagers 6 einstückig und materialeinheitlich mit einem Verbindungselement 28 ausgebildet ist. Ein dieses Festlager 6 umfassendes, im Übrigen nicht dargestelltes Lenkgetriebe, das ansonsten beispielsweise demjenigen gemäß der 1 entsprechen kann, kann ohne ein solches Verbindungselement 28 ausgebildet sein. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass ein separat ausgebildetes Verbindungselement 28 nachträglich mit der wiederum als Spritzgussbauteil aus Kunststoff ausgebildeten Lagerhülse 14 des Festlagers 6 gemäß den 6 und 7 verbunden wird.
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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
- Kugellager
- 10
- innerer Lagerring eines Kugellagers
- 11
- äußerer Lagerring eines Kugellagers
- 12
- Lagervorrichtung des Festlagers
- 13
- Lagervorrichtung des Loslagers
- 14
- Lagerhülse
- 15
- Schwenkring
- 16
- Innenring des Schwenkrings
- 17
- Ringelement
- 18
- Außenring des Schwenkrings
- 19
- Torsionssteg
- 20
- Druckstück
- 21
- Schraube
- 22
- Schraubring
- 23
- Anschlaghülse
- 24
- Aufnahmeraum
- 25
- Anschlagelement
- 26
- erster Absatz der Lagerhülse
- 27
- zweiter Absatz der Lagerhülse
- 28
- Verbindungselement
- 29
- Mantelöffnung
- 30
- Längsachse des Verbindungselements, der Lagerhülse, der Kugellager, der Ringelemente und der Ritzelwelle
- 31
- Verstärkungsrippe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005035020 A1 [0005, 0013]
- DE 102008040673 A1 [0006, 0007]
