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Die Erfindung betrifft eine Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe sowie ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Automobil, mit einer Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe.
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Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lenksystems.
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Lenksysteme für Kraftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik bekannt. Nachdem Lenksysteme in der Regel mehrere Wellen umfassen, sind auch Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppen bekannt, über die die verschiedenen Wellen innerhalb des Lenksystems gelagert sind.
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Bei den Wellen kann es sich um eine Lenksystem-Eingangswelle, die mit einem Lenkrad wirkverbunden ist, eine Lenksystem-Ausgangswelle, mittels der zum Beispiel unter Nutzung eines Lenkunterstützungsantriebs eine Spurstange des Lenksystems betätigbar ist, und/oder um eine Welle einer Getriebeeinheit des Lenksystems handeln.
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Die vorgenannten Wellen sind dabei üblicherweise in Gehäusen gelagert.
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Insgesamt wird im Bereich der Lenksysteme stets angestrebt, diese möglichst einfach aufzubauen und möglichst kostengünstig herzustellen.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lenksystem sowie eine verbesserte Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch eine Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe der eingangs genannten Art gelöst, die eine Welle umfasst, die über ein Wälzlager um eine Wellenachse drehbar in einem Gehäuse aus Kunststoff gelagert ist, wobei das Wälzlager mittels eines mit einem gehäuseseitigen Innengewinde kooperierenden, ein Außengewinde aufweisenden Befestigungsrings am Gehäuse befestigt ist. Dabei greift das Außengewinde des Befestigungsrings in das gehäuseseitige Innengewinde ein. In diesem Zusammenhang ist der Begriff Welle zudem weit zu verstehen. Anstelle einer Welle kann auch eine Achse im Gehäuse gelagert sein. Dabei ist das Wälzlager bevorzugt als Festlager ausgeführt. Wie das Wälzlager mit der Welle verbunden ist, ist für die vorliegende Erfindung unerheblich. Beispielhafte kann das Wälzlager, genauer gesagt dessen Innenring, auf einem Wellenabsatz sitzen und axial an einer wellenseitigen Anlagefläche anliegen. Auf der der wellenseitigen Anlagefläche entgegengesetzten Seite des Innenrings kann dieser über einen Sicherungsring an der Welle gehalten werden. Insbesondere kann dabei als Sicherungsring ein sogenannter Keilring verwendet werden, mit dem der Innenring unter Spannung an der wellenseitigen Anlagefläche gehalten wird. Dadurch, dass das Gehäuse aus Kunststoff ist, ist es einfach und kostengünstig herstellbar. Zudem ist es leicht im Gewicht. Das gilt insbesondere im Vergleich zu bekannten Gehäusen aus Metall. Somit ergibt sich auch eine einfach und kostengünstig herstellbare Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe.
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Durch das gehäuseseitige Innengewinde und den Befestigungsring können bekannte Einrichtungen zum Befestigen des Wälzlagers entfallen. Insbesondere gilt dies für solche Einrichtungen, die eine spanende Bearbeitung des Gehäuses notwendig machen, z. B. einen in einer zugehörigen Nut angeordneten Sicherungsring, insbesondere einen Keilring. Das Gehäuse weist bevorzugt bis auf das Innengewinde in axialer Richtung keine Hinterschnitte auf. Zudem ist es vorteilhafterweise ohne Zerspanungsschritt herstellbar. Folglich lässt es sich besonders einfach produzieren.
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Der Befestigungsring hat bevorzugt eine axiale Dicke von 5 mm bis 30 mm, insbesondere von 5 mm bis 20 mm. In einem Ausführungsbeispiel ist der Befestigungsring 10 mm dick.
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Der Befestigungsring ist vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff, oder aus Kunststoff hergestellt.
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Der Kunststoff kann ein faserverstärkter Kunststoff sein. Ein solcher Kunststoff hat besonders gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine besonders hohe Festigkeit und Steifigkeit. Für den Fall, dass sogenannte Kurzfasern zur Verstärkung des Kunststoffs genutzt werden, kann das Gehäuse zudem mittels kunststofftechnischer Herstellungsverfahren produziert werden. Insbesondere bei großen Stückzahlen sind solche Herstellungsverfahren besonders effizient.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Außenring des Wälzlagers bezüglich der Wellenachse radial auf einem Gehäuseabsatz des Gehäuses gelagert und/oder liegt bezüglich der Wellenachse axial an einer gehäuseseitigen Anschlagsfläche an. Der Außenring ist somit einfach und zuverlässig am Gehäuse gehalten.
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Dabei kann das Innengewinde entlang der Wellenachse dem Gehäuseabsatz benachbart angeordnet sein, insbesondere wobei das Innengewinde an den Gehäuseabsatz angrenzt. Die Anschlagsfläche und das Innengewinde sind somit auf entgegengesetzten Seiten des Gehäuseabsatzes vorgesehen. Dabei ist vorzugsweise ein innerer Durchmesser des Innengewindes zumindest gleich, bevorzugt größer als ein Durchmesser des Gehäuseabsatzes. Somit wird es möglich, das Wälzlager durch das Innengewinde hindurch auf den Gehäuseabsatz aufzuschieben. Insgesamt ergibt sich so ein besonders kompakter Aufbau der Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe.
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Vorteilhafterweise liegt der Außenring auf einer der gehäuseseitigen Anschlagsfläche entgegengesetzten, axialen Seite an einer befestigungsringseitigen Anschlagsfläche an. Der Außenring des Wälzlagers wird somit axial beidseitig gehalten, wobei „axial“ stets in Bezug auf die Wellenachse zu verstehen ist. Der Außenring ist somit zuverlässig und präzise positioniert, sodass sich insgesamt eine zuverlässige Lagerung der Welle ergibt.
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Bevorzugt ist das Wälzlager im Wesentlichen spielfrei am Gehäuse gelagert. Es werden also unerwünschte Geräusche, die bei einer spielbehafteten Lagerung entstehen können, zuverlässig vermieden. Zudem ergibt sich eine präzise und langlebige Lagerung. Auch kann das Wälzlager, insbesondere dessen Außenring, unter Vorspannung am Gehäuse gehalten werden. Dadurch wird z. B. sichergestellt, dass auch unter dem Einfluss von temperaturbedingten Längenausdehnungen und Vibrationen der Außenring präzise gehalten wird. Die Vorspannung kann dabei über das am Befestigungsring vorgesehene Außengewinde in Zusammenwirkung mit dem gehäuseseitigen Innengewinde stufenlos eingestellt werden.
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In einer Variante erstreckt sich die Welle durch den Befestigungsring. Dabei ist der bevorzugte Aufbau der Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe von einem Gehäuseinneren zu einem Gehäuseäußeren betrachtet folgendermaßen: gehäuseseitige Anschlagsfläche, Gehäuseabsatz, Innengewinde mit Befestigungsring. Der Befestigungsring kann somit im Bereich einer Gehäusewand liegen. Die erfindungsgemäße Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe kann also auch an Lagerstellen verwendet werden, an denen die Welle aus dem Gehäuse hervorsteht. Zudem ist so die Lagerstelle über den Befestigungsring gut zugänglich, was eine vergleichsweise einfache Instandhaltung mit sich bringt.
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Der Befestigungsring kann mindestens eine Werkzeugeingriffskontur umfassen, die dazu ausgebildet ist, mit einem Werkzeug zusammenzuwirken, mittels dem der Befestigungsring gedreht werden kann. Der Befestigungsring kann somit mit Hilfe des Werkzeugs ins Gehäuse eingeschraubt und aus dem Gehäuse ausgeschraubt werden. Es ist also eine einfache Montage und Demontage des Befestigungsrings gewährleistet.
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Vorzugsweise ist das Gehäuse ein Sensorgehäuse oder ein Getriebegehäuse eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Automobil. Bei einem Sensorgehäuse handelt es sich in diesem Zusammenhang um ein Gehäuse, in dessen Innerem ein Sensor angeordnet ist. Der Sensor ist bevorzugt ein Drehwinkelsensor oder ein Drehmomentsensor. Unter einem Getriebegehäuse ist hier ein Gehäuse zu verstehen, in dem ein Getriebe angeordnet ist. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Getriebe um ein Schneckengetriebe, sodass das Getriebegehäuse auch als Schneckengetriebegehäuse bezeichnet werden kann.
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Dabei kann das Gehäuse ein Spritzgussgehäuse sein und das Innengewinde beim Spritzgießen erzeugt sein. Insbesondere für große Stückzahlen ist das Spritzgussverfahren ein effizientes Herstellungsverfahren. Das Gehäuse kann also einfach und kostengünstig hergestellt werden. Zudem ist ein solches Gehäuse im Vergleich zu bekannten Gehäusen aus Metall besonders leicht im Gewicht.
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Das Innengewinde wird beim Spritzgießen dadurch erzeugt, dass ein mit einem Außengewinde ausgestatteter Kern verwendet wird, der mit flüssigem Kunststoff umspritzt wird. Nach dem Erstarren des Kunststoffs kann der Kern aus dem Gehäuse ausgeschraubt werden.
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Zusätzlich wird die Aufgabe durch ein Lenksystem der eingangs genannten Art, mit einer erfindungsgemäßen Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe gelöst. Nachdem die Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe einfach und kostengünstig herstellbar ist, gilt dies auch für das Lenksystem insgesamt. Gleiches gilt für das Gewicht. Das Lenksystem ist also vergleichsweise leicht.
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Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Herstellung eines Lenksystems gelöst, wobei
- a) ein ein Außengewinde aufweisender Kern zur Bildung eines Gehäuses mit fließfähigem Kunststoff umgeben wird, insbesondere wobei der Kern in einem Spritzgussverfahren mit fließfähigem Kunststoff umspritzt wird,
- b) der Kern anschließend unter Nutzung des Außengewindes aus dem Gehäuse herausgedreht wird und im Gehäuse ein Innengewinde hinterlässt und
- c) ein Wälzlager in das Gehäuse eingesetzt wird.
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Insbesondere wird der Kern nur an seinem Mantel umspritzt, also nur radial umspritzt. Somit kann der Kern auch einfach wieder aus dem Gehäuse entfernt werden.
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Das Innengewinde stellt dabei streng genommen zwar bezüglich der axialen Richtung einen Hinterschnitt dar, jedoch erfordert dieser Hinterschnitt weder eine spanende Nachbearbeitung des Gehäuses noch ein Zerstören des Kerns. Dadurch wird das Verfahren besonders kostengünstig.
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Dabei kann ein ein Außengewinde aufweisender Befestigungsring zur Befestigung des Wälzlagers in das Innengewinde eingedreht werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:
- - 1 einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Lenksystems mit einer erfindungsgemäßen Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe, wobei das Lenksystem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist,
- - 2 einen Längsschnitt durch den in 1 gezeigten Abschnitt des Lenksystems,
- - 3 ein sogenanntes Sensorgehäuse des Lenksystems aus 1 in unterschiedlichen perspektivischen Darstellungen,
- - 4 ein Detail des mit IV beschriebenen Bereichs aus 2,
- - 5 einen Befestigungsring des Lenksystems aus 1 in einer perspektivischen Darstellung,
- - 6 einen weiteren Abschnitt eines erfindungsgemäßen Lenksystems mit zwei erfindungsgemäßen Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppen gemäß weiteren Ausführungsformen, wobei das Lenksystem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist,
- - 7 eine Getriebeeinheit des Lenksystems aus 6, die zwei erfindungsgemäße Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppen umfasst,
- - 8 eine Schnittdarstellung einer ersten Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe aus 7,
- - 9 eine Schnittdarstellung einer zweiten Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe aus 7 und
- - 10 eine Illustration eines Ausschnitts des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Lenksystems 10 für ein Automobil.
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Das Lenksystem 10 umfasst ein Gehäuse 12, das in der dargestellten Ausführungsform als sogenanntes Sensorgehäuse ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang ist innerhalb des Gehäuses 12 ein Drehmomentsensor 14 angeordnet.
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Zudem ist eine Welle 16, die vorliegend eine Lenksystem-Ausgangswelle ist, mittels einer Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe 18 im Gehäuse 12 gelagert. Dabei ist die Welle 16 um eine Wellenachse 20 drehbar.
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Die Welle 16 ist dafür über ein Wälzlager 22 im Gehäuse 12 gelagert, wobei das Wälzlager 22 mittels eines Befestigungsrings 24, der ein Außengewinde 26 aufweist, am Gehäuse 12 befestigt ist. Zu diesem Zweck kooperiert das Außengewinde 26 mit einem gehäuseseitigen Innengewinde 28 (siehe 2 und 4).
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Das Wälzlager 22 liegt bezüglich der Wellenachse 20 axial an einer gehäuseseitigen Anschlagsfläche 30 an.
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Auf einer der gehäuseseitigen Anschlagsfläche 30 entgegengesetzten Seite liegt das Wälzlager 22 an einer befestigungsringseitigen Anschlagsfläche 32 an.
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In radialer Richtung ist ein Außenring 33 des Wälzlagers 22 auf einem Gehäuseabsatzes 34 gelagert.
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Entlang der Wellenachse 20 betrachtet ist das Innengewinde 28 also dem Gehäuseabsatz 34 benachbart angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform schließt es ferner an ein der gehäuseseitigen Anschlagsfläche 30 entgegengesetztes Ende des Gehäuseabsatzes 34 x an.
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Insgesamt ist das Wälzlager 22 im Wesentlichen spielfrei am Gehäuse 12 gelagert.
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Wie darüber hinaus anhand des dargestellten Ausführungsbeispiels erkennbar ist, erstreckt sich die Welle 16 durch den Befestigungsring 24 hindurch und ragt aus dem Gehäuse 12 heraus.
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Die 6 bis 9 zeigen alternative Ausführungsformen der Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe 18.
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In diesen Ausführungsformen handelt es sich beim Gehäuse 12 um ein Getriebegehäuse, genauer gesagt um ein Schneckengetriebegehäuse. Dieses ist im Vergleich zum Sensorgehäuse in einem anderen Abschnitt des Lenksystems 10 angeordnet (siehe 6)
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Das im Gehäuse 12 angeordnete Schneckengetriebe umfasst dabei eine erste Welle 16a, die beispielsweise eine Schneckenradwelle ist, und eine zweite Welle 16b, die beispielsweise eine Schneckenwelle ist
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Sowohl die erste Welle 16a als auch die zweite Welle 16b sind mittels einer erfindungsgemäßen Lenksystemen-Wellenlagerungsbaugruppe 18 im Gehäuse 12 gelagert.
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Nachdem sich die Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppen 18 gemäß der 6 bis 9 nicht von der anhand der 1 bis 5 erläuterten Lenksystem-Wellenlagerungsbaugruppe 18 unterscheiden, wird auf die vorgehenden Erläuterungen verwiesen.
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In allen dargestellten Ausführungsformen ist das Gehäuse 12 aus Kunststoff.
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Zudem handelt es sich beim Gehäuse 12 um ein Spritzgussgehäuse, bei dem das Innengewinde 28 beim Spritzgießen erzeugt ist.
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Dies erfolgt folgendermaßen: Zunächst wird ein ein Außengewinde 38 aufweisender Kern 40 (siehe 10) im Rahmen eines Spritzgussverfahrens mit fließfähigem Kunststoff 42 umgeben. Der Kern 40 wird also mit fließfähigem Kunststoff 42 umspritzt.
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Eine Außenkontur des Gehäuses 12 wird dabei durch eine Spritzgussform 44 bestimmt, in die der Kern 40 eingesetzt ist. In 10 ist die Spritzgussform 44 nur grobschematisch dargestellt.
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Nachdem der Kunststoff 42 erhärtet ist, wird der Kern 40 unter Nutzung des Außengewindes 38 aus dem Gehäuse 12 herausgedreht und hinterlässt so das Innengewinde 28 im Gehäuse 12.
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Danach kann das Wälzlager in das Gehäuse 12 eingesetzt werden.
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Der Befestigungsring 24 mit dem Außengewinde 26 wird nachfolgend zur Befestigung des Wälzlagers 22 in das Innengewinde 28 eingedreht.
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Beim Eindrehen des Befestigungsrings 24 wird eine Werkzeugeingriffskontur 36 genutzt, die in der dargestellten Ausführungsform durch vier gleichmäßig am Umfang des Befestigungsrings 24 angeordnete, im Wesentlichen rechteckige Taschen gebildet ist.
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Diese Werkzeugeingriffskontur 36 kann mit einem Werkzeug (nicht dargestellt) zusammenwirken. Somit kann der Befestigungsring 24 einfach ins Gehäuse 12 eingedreht werden.
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Selbstverständlich kann das Werkzeug zusammen mit der Werkzeugeingriffskontur 36 auch dafür genutzt werden, den Befestigungsring 24 aus dem Gehäuse 12 herauszudrehen.
