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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkgetriebes für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs.
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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 als 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 sich gegenüber liegenden Flanken der Zähne von Ritzel und Zahnrad resultieren.
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Bekannt ist, ein solches Getriebespiel dadurch möglichst zu eliminieren, dass die Ritzelwelle schwenkbar 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 Schwenkbarkeit der Ritzelwelle wird dabei regelmäßig in eine der zwei Lagerungen, über die die Ritzelwelle endseitig gelagert ist, integriert. Diese Lagerung wird nachfolgend als „Festlager“ bezeichnet. Die Lagerung im Bereich des anderen Endes ist dann mit einem definierten Spiel ausgeführt (vgl. beispielsweise
DE 10 2005 035 020 A1 ), nachfolgend „Loslager“ genannt, um die durch die Schwenkbewegung hervorgerufene Auslenkung zu ermöglichen. Das Festlager kann insbesondere antriebsseitig vorgesehen sein, während das Loslager an dem freien Ende der Ritzelwelle angeordnet ist. Das oder die Federelemente zum Andrücken des Ritzels an das Zahnrad können dabei entweder in das Loslager oder 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 zwei 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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Ein Lenkgetriebe, bei dem die Federkraft für die Anfederung im Bereich des Loslagers erzeugt wird, ist dagegen aus der
DE 10 2008 002 769 A1 bekannt. Bei diesem Lenkgetriebe ist eine Ritzelwelle drehbar in einer Hülse gelagert, die wiederum schwenkbar im Bereich eines Festlagers in einem Gehäuse des Lenkgetriebes gelagert ist. Eine Vorspanneinrichtung beaufschlagt im Bereich eines Loslagers die Hülse und drückt dadurch die Ritzelwelle gegen ein Zahnrad des Lenkgetriebes.
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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 und ein solches Lenkgetriebe vorteilhaft herzustellen.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte 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 Verfahren zur Herstellung eines Lenkgetriebes für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, das ein Gehäuse, ein Zahnrad, ein mit dem Zahnrad kämmendes Ritzel, insbesondere Schraubritzel, und eine das Ritzel umfassende (Schraub-)Ritzelwelle aufweist, vorgesehen.
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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 konkret 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 Lenkgetriebes 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 äußerer Lagerring davon in einer Lagerbuchse aufgenommen ist, die derart innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, dass eine radiale Beweglichkeit des Drehlagers innerhalb des Gehäuses gewähreistet.
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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 der äußere Lagerring insbesondere direkt innerhalb der Innenbuchse der Lagerbuchse des Loslagers aufgenommen ist.
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Für ein Lenkgetriebe, das mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden soll, ist weiterhin vorgesehen, dass die Lagerhülse und/oder ein äußerer Lagerring des Drehlagers des Festlagers über ein zumindest teil- beziehungsweise abschnittsweise rohrförmiges Verbindungselement mit einem äußeren Lagerring des Drehlagers des Loslagers oder einer das Drehlager des Loslagers aufnehmenden Lagerbuchse 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. 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 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 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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Für eine vorteilhafte Erstellung eines solchen Lenkgetriebes ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verbindungselement und/oder die Lagerhülse und/oder die Lagerbuchse, die jeweils vorzugsweise aus Metall gegebenenfalls auch aus Kunststoff ausgebildet werden,
- - durch spanende Bearbeitung, insbesondere aus einem Halbzeug (z.B. eine Stange oder ein Rohr) und/oder
- - durch Tiefziehen und/oder
- - durch Wickeln aus einem Blech
ausgebildet wird/werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, 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 Mantelöffnung 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 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. Eine solche Mantelöffnung in dem Rohrmantel des Verbindungselements kann vorzugsweise durch Stanzen und/oder Laserschneiden ausgebildet werden. Gleiches gilt für Mantelöffnungen, die gegebenenfalls in der Lagerhülse und/oder in der Lagerbuchse ausgebildet werden. Die einen Teil des Festlagers ausbildende Lagerhülse kann dabei insbesondere eine der Anzahl an Torsionsstegen des Schwenkrings entsprechende Anzahl an Mantelöffnungen umfassen, durch die sich jeweils ein Torsionssteg erstreckt. Die, sofern vorhanden, einen Teil des Loslagers ausbildende Lagerbuchse kann dagegen insbesondere mindestens eine axial verlaufende, d.h. eine größere Erstreckung in Richtung der Längsachse der Lagerbuchse (beziehungsweise der Ritzelwelle beziehungsweise der Drehlager) als in Umfangsrichtung aufweisende, Mantelöffnung ausbilden, die in bevorzugter Kombination mit einer direkt kontaktierenden Lagerung des äußeren Lagerrings des Drehlagers des Loslagers in der Lagerbuchse zu einer vorteilhaften axialen Beweglichkeit des Drehlagers innerhalb der Lagerbuchse beitragen kann.
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Bei einer insbesondere aus fertigungstechnischen Gründen vorteilhaften Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäß herzustellenden Lenkgetriebes kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement mit der Lagerhülse und/oder mit der Lagerbuchse einstückig und materialeinheitlich ausgebildet ist. Alternativ kann jedoch auch eine mehrstückige Ausgestaltung mit einer sich anschließenden Verbindung der einzelnen Bauteile vorteilhaft sein, so dass vorgesehen sein kann, dass die Lagerhülse und/oder die Lagerbuchse als von dem Verbindungselement separierte(s) Bauteil(e) ausgebildet und anschließend vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen (vorzugsweise Laserschweißen), mit dem Verbindungselement verbunden wird/werden. Auf diese Weise kann beispielsweise eine vor dem Verbinden mit dem Verbindungselement vorgesehene Montage zumindest des jeweiligen Drehlagers innerhalb der Lagerhülse und/oder innerhalb der Lagerbuchse vereinfacht werden. Hierzu kann demnach vorgesehen sein, dass in die von dem Verbindungselement noch separierte Lagerhülse und/oder in die von dem Verbindungselement noch separierte Lagerbuchse vor dem Verbinden mit dem Verbindungselement zumindest das dazugehörige Drehlager eingesetzt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Lagerbuchse als in einem Hülsenbauteil aufgenommen ausgebildet wird. Bei diesem Hülsenbauteil kann es sich insbesondere um das/die bereits beschriebene Anschlagelement/Anschlaghülse handeln, deren Anschlagen an einer Wandung des Aufnahmeraums die durch das Festlager geführte Schwenkbeweglichkeit der Ritzelwelle begrenzt. Um insbesondere vor dem Hintergrund dieser Funktionalität des Hülsenbauteils/Anschlagelements ein vorteilhaftes Geräuschverhalten im Betrieb des Lenkgetriebes zu erreichen, kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass das Hülsenbauteil aus Kunststoff oder einem Elastomer ausgebildet wird. Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Hülsenbauteil
- - als von der Lagerbuchse separiertes Bauteil ausgebildet und anschließend (stoffschlüssig) mit der Lagerbuchse verbunden wird oder
- - durch (zumindest teilweises) Umspritzen der Lagerbuchse ausgebildet wird.
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Das erfindungsgemäß herzustellende Lenkgetriebe kann insbesondere Teil eines Lenksystems sein, das weiterhin einen drehantreibend mit der Ritzelwelle des Lenkgetriebes verbundenen Lenkmotor umfassen kann. Das Zahnrad des Lenkgetriebes kann dabei weiterhin drehfest oder drehantreibend mit einer Lenkwelle, insbesondere einer Lenksäule, des Lenksystems verbunden sein. Ein solches 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, ein solches 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 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 von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
- 1: einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß herzustellendes Lenkgetriebe gemäß einer ersten Ausgestaltungsform;
- 2: einen Längsschnitt durch ein Festlager, ein Verbindungselement und eine Lagerbuchse eines Loslagers für ein erfindungsgemäß herzustellendes Lenkgetriebes gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform;
- 3: einen Längsschnitt durch das Lagerungsbauteil, das die Lagerhülse des Festlagers, das Verbindungselement und die Lagerbuchse gemäß der 2 umfasst;
- 4: das Lagerungsbauteilgemäß der 3 in einer perspektivischen Ansicht;
- 5: einen Längsschnitt durch ein Festlager, ein Verbindungselement, eine Lagerbuchse und eine Anschlaghülse eines Loslagers für ein erfindungsgemäß herzustellendes Lenkgetriebes gemäß einer dritten Ausgestaltungsform;
- 6: die Bauteilgruppe gemäß der 5 in einer perspektivischen Ansicht;
- 7a bis 7d: in jeweils einem Längsschnitt, die Bauteile, die sich nach verschiedenen Schritten im Rahmen der Herstellung der Bauteilgruppe gemäß den 5 und 6 ergeben haben;
- 8: einen Längsschnitt durch ein Lagerungsbauteil in einer zu demjenigen der Bauteilgruppe gemäß den 5 bis 7 alternativen Ausgestaltungsform;
- 9: das Lagerungsbauteil gemäß der 8 in einer perspektivischen Ansicht; und
- 10: in einer perspektivischen Ansicht die einzelnen Bauteile des Lagerungsbauteils gemäß den 8 und 9 im noch unverbundenen Zustand.
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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. 6) 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.
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Dieses Loslager 8 ist so ausgebildet, dass es die sich aus dem Verschwenken ergebende Auslenkung dieses Endes der Ritzelwelle 4 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 Ringscheiben 17 axial gesichert innerhalb der Lagerhülse 14 gelagert, wobei sich der Innenring 16 unter Zwischenschaltung jeweils einer Ringscheibe 17 einerseits an dem äußeren Lagerring 11 des Kugellagers 9 und andererseits an einem ersten, umlaufenden Absatz 26, den ein Ringbauteil 33 des Festlagers 6 an einem axialen Ende der Lagerhülse 14 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 einer Ringscheibe 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. 6) 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 als Anschlaghülse 23 dienendes Hülsenbauteil, das 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 Anschlaghülse 23, mit einem in einer Aufnahmeöffnung des Gehäuses 1 angeordneten 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 mit der Lagerhülse 14 des Festlagers 6 einstückig und materialeinheitlich verbunden ist. Wie sich aus den 1 und 3 ergibt, ist das Verbindungselement 28 grundsätzlich 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 aufnehmende Innenvolumen ragen, um einen Eingriff der Verzahnungen des Zahnrads 2 und des Ritzels 3 zu ermöglichen.
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Das Verbindungselement 28 ist weiterhin mit einer Lagerbuchse 30 des Festlagers 6 einstückig und materialeinheitlich verbunden. Das Kugellager 9 des Loslagers 8 ist mit dem dazugehörigen äußeren Lagerring 11 axial beweglich innerhalb dieser Lagerbuchse 30 gelagert. Die Lagerbuchse 30 wiederum ist innenseitig in der Anschlaghülse 23 des Loslagers 8 gelagert.
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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 als einstückiges Bauteil ausgebildete Kombination aus Lagerhülse 14 des Festlagers 6, Verbindungselement 28 und Lagerbuchse 30 des Loslagers 8 des Lenkgetriebes gemäß der 1, die nachfolgend als Lagerungsbauteil bezeichnet wird, wurde durch spanende Bearbeitung aus einem Halbzeug, beispielsweise einer Stange oder einem Rohr ausgebildet. Die spanende Bearbeitung umfasste dabei insbesondere ein Drehen des Lagerungsbauteils sowie ein Fräsen zur Ausbildung u.a. der Mantelöffnung 29 des Verbindungselements 28 sowie von zwei Mantelöffnungen 31 der Lagerbuchse 30, durch die sich im montierten Zustand des Lenkgetriebes die Torsionsstege 19 des Schwenkrings 15 erstrecken. Das Halbzeug und damit auch die Lagerhülse 14, das Verbindungselement 28 und die Lagerbuchse 30 beispielsweise können aus einem Kunststoff oder einem Metall, insbesondere Stahl, bestehen. Diese Art der Herstellung ist zwar relativ aufwändig, dabei können jedoch relativ geringe Toleranzen hinsichtlich der Formen und Lagen, insbesondere auch der Lagen der Innenseiten der Lagerhülse 14 und der Lagerbuchse 30 zueinander, die die Ausrichtung der beiden die Ritzelwelle 4 tragenden Drehlager 9 zueinander definieren, erreicht werden.
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Nach einer Montage der übrigen Komponenten des Festlagers 6 innerhalb der Lagerhülse kann deren Lage zueinander gesichert werden, indem das Ringbauteil 33 in den entsprechenden Endabschnitt der Lagerhülse 14 eingesetzt und mit dieser stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen oder Löten, verbunden wird.
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Die Anschlaghülse 23 des Loslagers 8 besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff, der vorzugsweise relativ weich beziehungsweise elastisch ist, um eine Geräuschentwicklung infolge eines Kontakts mit dem Anschlagelement 25 während des Betriebs des Lenkgetriebes möglichst weitgehend zu dämpfen. Die Anschlaghülse 23 kann separat hergestellt werden, beispielsweise mittels Spritzgießens, und nachträglich auf die Lagerbuchse 30 aufgesetzt und mit dieser verbunden werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Anschlaghülse 23 auf die Lagerbuchse 30 im Rahmen eines Spritzgießprozesses aufzuspritzen.
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Die 2 bis 4 zeigen eine alternative Ausgestaltungsform eines Lagerungsbauteils und demnach einer Kombination aus einer Lagerhülse 14 für ein Festlager 6, einem Verbindungselement 28 und einer Lagerbuchse 30 für ein Loslager 8 eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes, wie es ansonsten demjenigen der 1 entsprechen kann. In der 2 sind neben dem Lagerungsbauteil auch die weiteren Komponenten des Festlagers 6, d.h. das dortige Kugellager 9, der Schwenkring 15 sowie zwei an den beiden Seiten des Innenrings 16 des Schwenkrings 15 angrenzend angeordnete Ringscheiben 17, dargestellt.
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Das ebenfalls einstückige Lagerungsbauteil gemäß den 2 bis 4 unterscheidet sich von demjenigen gemäß der 1 ausschließlich in der Art der Herstellung. Konkret ist für dieses Lagerungsbauteil eine Herstellung durch Tiefziehen aus einem metallischen Rohling vorgesehen. Anschließend wurden die Mantelöffnung 29 des Verbindungselements sowie die zwei Mantelöffnungen 31 der Lagerbuchse 30, durch die sich im montierten Zustand des Lenkgetriebes die Torsionsstege 19 des Schwenkrings 15 erstrecken, durch Stanzen oder Laserschneiden eingebracht. Dadurch ergibt sich der Zustand des Lagerungsbauteils, wie er in den 3 und 4 dargestellt ist. Anschließend erfolgte eine Montage der Komponenten des Festlagers 6, wozu das entsprechende Drehlager 9, der Innenring 16 des Schwenkrings 15 sowie die zwei Ringscheiben 17 in axialer Richtung, d.h. entlang der Längsachse 32 des Lagerungsbauteils, durch das noch vollständig geöffnete Ende desjenigen Lagerungsbauteils, das von der Lagerhülse 14 ausgebildet wird, in die Lagerhülse 14 eingeschoben, bis der äußere Lagerring 11 des Kugellagers 9 an dem (zweiten) Absatz 27, der im Übergang von dem Verbindungselement 28 zu der Lagerhülse 14 angeordnet ist, anschlägt. Anschließend wurde der freie Endabschnitt der Lagerhülse 14 radial nach innen umgeformt, um dort einen (ersten) Absatz 26 auszubilden, so dass dann die Komponenten des Festlagers 6 abschließend zueinander unbeweglich positioniert sind. Dieses Umformen des freien Endabschnitts der Lagerhülse 14 kann beispielsweise mittels Taumeln, was auch unter dem Begriff „Radialnieten“ bekannt ist, erfolgt sein.
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Die 5 bis 7 zeigen eine weitere alternative Ausgestaltungsform eines Lagerungsbauteils und demnach einer Kombination aus einer Lagerhülse 14 für ein Festlager 6, einem Verbindungselement 28 und einer Lagerbuchse 30 für ein Loslager 8 eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes, wie es im Übrigen demjenigen der 1 entsprechen kann. Dabei sind neben dem Lagerungsbauteil zudem die weiteren Komponenten des Festlagers 6, d.h. das dazugehörige Kugellager 9, der Schwenkring 15 sowie zwei an den beiden Seiten des Innenrings 16 des Schwenkrings 15 angrenzend angeordnete Ringscheiben 17, sowie eine Anschlaghülse 23 dargestellt.
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Das Lagerungsbauteil gemäß den 5 bis 7 ist mehrstückig ausgebildet, d.h. die Lagerhülse 14, das Verbindungselement 28 und die Lagerbuchse 30 wurden zunächst als voneinander separate Bauteile hergestellt und anschließend zur Ausbildung des Lagerungsbauteils miteinander verbunden, insbesondere verschweißt. Dabei können diese Komponenten beispielsweise sowohl durch Tiefziehen als auch durch Wickeln aus jeweils einem Blechteil hergestellt worden sein. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Lagerhülse 14 und die Lagerbuchse 30 jeweils durch Tiefziehen und das Verbindungselement 28 durch Wickeln hergestellt wurden. Die Öffnung oder seitlichen Ausschnitte in dem Blechteil, die im gewickelten Zustand des Blechteils beziehungsweise in dem Verbindungselement 28 die Mantelöffnung 29 ausbilden, können dabei vorzugsweise bereits vor dem Wickeln eingebracht worden sein, beispielsweise durch Stanzen.
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Gemäß den 7a bis 7d kann vorgesehen sein, dass die Bauteilgruppe gemäß den 5 und 6 erzeugt wird, indem zunächst die Lagerhülse 14 hergestellt wird, wobei bereits der (zweite) Anschlag 27, an den das Verbindungselement 28 angrenzen wird, ausgebildet wird. Anschließend wird das Festlager 6 montiert, wozu das dazugehörige Drehlager 9, der Innenring 16 des Schwenkrings 15 sowie die zwei Ringscheiben 17 in axialer Richtung, d.h. entlang der Längsachse 32 des Lagerungsbauteils, durch das bezüglich des Absatzes 27 distal gelegene Ende der Lagerhülse 14 eingeschoben wird, bis der äußere Lagerring 11 des Kugellagers 9 an dem Absatz 27 anschlägt. Anschließend wird die axial außen gelegene Ringscheibe 17 mit der Lagerhülse 14 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise durch Schweißen oder Löten, wodurch die Komponenten des Festlagers 6 abschließend fest zueinander positioniert sind. Bei diesem Festlager 6 bildet somit die außen gelegene Ringscheibe 17 einen (ersten) Absatz 26 der Lagerhülse 14 aus.
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Nach der Montage des Festlagers 6 kann das zuvor hergestellte Verbindungselement 28 durch insbesondere Schweißen mit dem den Absatz 27 ausbildenden Ende der Lagerhülse 14 verbunden werden (vgl. 7b). In gleicher Weise kann dann ein Verbinden der zuvor hergestellten Lagerbuchse 30 mit dem noch freien Ende des Verbindungselements 28 (vgl. 7c) erfolgen. Abschließend kann dann noch vorgesehen sein, die Anschlaghülse 23 auf die Lagerbuchse 30 aufzubringen, was wiederum durch ein nachträgliches Aufbringen einer zuvor separat hergestellten Anschlaghülse 23 oder durch ein Aufspritzen des zur Ausbildung der Anschlaghülse 23 vorgesehenen Kunststoffs realisiert werden kann.
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In den 5 und 7d ist noch zu erkennen, dass die Lagerbuchse 30 außenseitig einen Sicherungsvorsprung 34 ausbildet, der in eine entsprechend geformte Vertiefung der Anschlaghülse 23 eingreift und dadurch, gegebenenfalls zusätzlich zu einer stoffschlüssige Verbindung zwischen der Lagerbuchse 30 und der Anschlaghülse 23, eine Verdrehsicherung für diese Komponenten bewirkt.
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Die 8 bis 10 zeigen ebenfalls ein mehrstückiges Lagerungsbauteil, das so wie dasjenige gemäß den 5 bis 7 hergestellt worden sein kann. Das Lagerungsbauteil gemäß den 8 bis 10 unterscheidet sich von demjenigen gemäß den 5 bis 7 im Wesentlichen lediglich hinsichtlich der Ausgestaltung der Mantelöffnung 29 des Verbindungselements 28, die sich bei dem Verbindungselement 28 gemäß den 8 bis 10über dessen gesamte Länge erstreckt.
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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
- Ringscheibe
- 18
- Außenring des Schwenkrings
- 19
- Torsionssteg
- 20
- Druckstück
- 21
- Schraube
- 22
- Schraubring
- 23
- Hülsenbauteil/Anschlaghülse
- 24
- Aufnahmeraum
- 25
- Anschlagelement
- 26
- erster Absatz der Lagerhülse
- 27
- zweiter Absatz der Lagerhülse
- 28
- Verbindungselement
- 29
- Mantelöffnung des Verbindungselements
- 30
- Lagerbuchse
- 31
- Mantelöffnung der Lagerhülse
- 32
- Längsachse des Verbindungselements, der Lagerhülse, der Kugellager, der Lagerbuchse und der Ritzelwelle
- 33
- Ringbauteil des Festlager
- 34
- Sicherungsvorsprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005035020 A1 [0005, 0014]
- DE 102009054655 A1 [0006, 0007, 0009]
- DE 102008002769 A1 [0008]
