DE102018218557A1

DE102018218557A1 - Lenkgetriebe und Verfahren zur Herstellung des Lenkgetriebes

Info

Publication number: DE102018218557A1
Application number: DE102018218557.3A
Authority: DE
Inventors: Jens-Uwe Hafermalz; Dennis Fuechsel; Jan Schoppa
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-04-30

Abstract

Es ist ein Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit einem Gehäuse (1), einem Zahnrad (2), einem mit dem Zahnrad (2) kämmenden Ritzel (3) und einer das Ritzel (3) umfassenden Ritzelwelle (4) vorgesehen, wobei die Ritzelwelle (4) auf einer ersten Seite des Ritzels (3) in einem Festlager (6) gelagert ist, das ein Drehlager umfasst, in dem die Ritzelwelle (4) aufgenommen ist und das in einer Lagerhülse (14) aufgenommen ist, und wobei das Festlager (6) weiterhin einen Schwenkring (15) umfasst, der einen Außenring (23) sowie einen Innenring (16) aufweist, die über einen oder mehrere Torsionsstege schwenkbar miteinander verbunden sind, wobei der Innenring (16) in der Lagerhülse (14) aufgenommen ist und der Außenring (23) innerhalb des Gehäuses (1) gelagert ist. Die Lagerhülse (14) ist aus Kunststoff ausgebildet, wobei eine innere Kunststoffschicht (20) der Lagerhülse (14) das Drehlager und den Innenring (16) des Schwenkrings (15) umgibt und eine äußere Kunststoffschicht (21) die innere Kunststoffschicht (20) umgibt. Ein solches Lenkgetriebe gewährleistet eine relativ hohe Belastbarkeit der Lagerhülse (14) aus Kunststoff. Dies gilt insbesondere auch bei einer Herstellung als Spritzgussbauteil.

Description

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.
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.
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.
Als problematisch bei derartigen Lenkgetrieben hat sich Getriebespiel gezeigt, das sich aufgrund von Bauteiltoleranzen, unterschiedlichen Wärmedehnungen der Getriebeelemente und aufgrund von Verschleiß ausbildet. Insbesondere bei einem sogenannten Wechsellenken, d.h. bei einem direkt aufeinanderfolgenden Lenken mit wechselnden Lenkeinschlagsrichtungen, erzeugt ein solches Getriebespiel unerwünschte Geräusche, die aus dem sich abwechselnden Anlegen gegenüber liegender Flanken der Zähne von Ritzel und Zahnrad resultieren.
Bekannt ist, ein solches Getriebespiel dadurch möglichst weitgehend 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 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.
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 oder der DE 10 2016 122 644 A1 bekannt. Bei den darin beschriebenen Lenkgetrieben ist jeweils 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.
In der bislang unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2017 218 853.7 ist ein Lenkgetriebe beschrieben, bei dem u.a. eine Lagerhülse des Festlagers, die den äußeren Lagerring des Kugellagers sowie den Innenring eines Schwenkrings, der neben dem Innenring noch einen Außenring und diese verbindende Torsionsstege umfasst, aufnimmt, aus Kunststoff ausgebildet ist. Dabei kann vorgesehen sein, die Lagerhülse durch Umspritzen der darin aufgenommenen Bauteile, d.h. zumindest des Innenrings des Schwenkrings, des äußeren Lagerrings des Kugellagers und gegebenenfalls noch zusätzliche Distanzringe, im Rahmen eines Spritzgussprozesses auszubilden, wodurch diese Bauteile in den Kunststoff der Lagerhülse eingebettet werden.
Dieses Umspritzen kann dazu führen, dass die Lagerhülse auf ihrer Innenseite Absätze ausbildet, die einerseits durch unterschiedliche radiale Abmessungen der darin aufgenommenen Komponenten, die sich aufgrund entsprechender Dimensionierung der Bauteile oder durch Toleranzabweichungen ergeben können, entstanden sind. Weiterhin können die Komponenten Kantenfehler, wie beispielsweise Grate oder Einkerbungen, aufweisen, die zu entsprechenden Einbuchtungen oder Vorsprüngen und damit zu Absätzen in der Innenseite der Lagerhülse führen können. Solche Absätze beziehungsweise sprunghafte Querschnittsänderungen der Lagerhülse führen zu lokalen Spannungsspitzen bei im Betrieb des Lenkgetriebes erfolgenden Belastungen. Diese Spannungsspitzen können bei großen Belastungen zu einem Ausfall der Lagerhülse und damit des Lenkgetriebes führen. Grundsätzlich können diese Spannungsspitzen auch die Lebensdauer der Lagerhülse und damit des Lenkgetriebes reduzieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Problematik, die sich aus der Ausgestaltung eines Lenkgetriebes, wie es in der deutschen Patentanmeldung 10 2017 218 853.7 beschrieben ist, ergibt, zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird mittels eines Lenkgetriebes gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lenkgetriebes ist Gegenstand des Patentanspruchs 10. 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.
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 Ritzelwelle aufweist.
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 (insbesondere zwei) Torsionsstege schwenkbar miteinander verbunden sind, wobei der Innenring innerhalb der Lagerhülse aufgenommen ist und der Außenring innerhalb des Gehäuses des Lenkgetriebes, insbesondere direkt in oder an dem Gehäuse, gelagert ist.
Die Lagerhülse ist zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig aus Kunststoff (insbesondere aus einem oder mehreren thermoplastischen Kunststoffen, vorzugsweise zumindest teilweise mit Faserverstärkung) ausgebildet. 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. Zumindest die Lagerhülse eines solchen Lenkgetriebes kann dabei gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise durch Spritzgießen aus Kunststoff ausgebildet werden beziehungsweise als Spritzgussteil ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Lagerhülse eine innere, hülsenförmige Kunststoffschicht, die zumindest das Drehlager beziehungsweise den äußeren Lagerring davon und den Innenring direkt anliegend umgibt, und eine äußere, hülsenförmige Kunststoffschicht, die die innere Kunststoffschicht direkt anliegend umgibt.
Vorteilhaft herstellbar ist ein solches Lenkgetriebe gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren, indem in einem ersten Spritzgießvorgang die innere Kunststoffschicht der Lagerhülse und, vorzugsweise nach einem Aushärten des Kunststoffs der inneren Kunststoffschicht, in einem zweiten Spritzgießvorgang die äußere Kunststoffschicht der Lagerhülse erzeugt wird. Dabei kann bevorzugt vorgesehen sein, dass in dem ersten Spritzgießvorgang zumindest das Drehlager und der Innenring des Schwenkrings, vorzugsweise sämtliche innerhalb der Lagerhülse aufzunehmenden beziehungsweise aufgenommenen Bauteile, direkt umspritzt werden und in dem zweiten Spritzgießvorgang die innere Kunststoffschicht direkt umspritzt wird.
Als ausgehärtet gilt ein Kunststoff im Sinne der Erfindung, wenn dieser zumindest so weitgehend verfestigt ist, dass das aus diesem ausgebildete Bauteil, d.h. insbesondere die in dem ersten Spritzgießvorgang hergestellte innere Kunststoffschicht, entformt, d.h. beschädigungs- und deformationsfrei als zusammenhängendes Bauteil aus der für die Herstellung genutzten Spritzgussform entnommen werden kann. Gegebenenfalls kann es vorteilhaft sein, wenn der Kunststoff dabei so weitgehend ausgehärtet ist, dass es bei einem Umspritzen dieses Kunststoffs in einem darauffolgenden Spritzgießvorgang so weit wie möglich (d.h. mit Ausnahme einer sehr dünnen Oberflächenschicht der inneren Kunststoffschicht) nicht zu einem Vermischen oder zumindest nicht zu einem vollflächigen Vermischen mit dem dabei eingespritzten Kunststoff kommt und sich somit zwei strukturell voneinander unterscheidbare Kunststoffschichten ausbilden. Gegebenenfalls kann ein solches lokales beziehungsweise nicht vollflächiges Vermischen der in den beiden Spritzgießvorgängen verwendeten Kunststoffe gezielt vorgesehen sein, indem auf der Außenseite der inneren Kunststoffschicht eine Strukturierung mit vorzugsweise relativ dünnwandigen Vorsprüngen, beispielsweise ein waffelförmiges Muster, ausgebildet ist. Der diese Vorsprünge ausbildende Teil des Kunststoffs der inneren Kunststoffschicht kann durch den in dem zweiten Spritzgießvorgang eingebrachten Kunststoff so weitgehend erwärmt werden, dass es zumindest teilweise, vorzugsweise möglichst vollständig zu einem Aufschmelzen dieses Teils des Kunststoffs der inneren Kunststoffschicht kommt, wodurch es lokal, d.h. im Bereich der zuvor ausgebildeten Vorsprünge der inneren Kunststoffschicht, zu relativ starken beziehungsweise weitgehenden Vermischungen der Kunststoffe der beiden Kunststoffschichten kommt.
Die äußere Kunststoffschicht ist vorzugsweise als tragender Teil der Lagerhülse vorgesehen, der die im Betrieb des Lenkgetriebes auftretenden Belastungen hauptsächlich abstützt, während mögliche Schwachstellen, die sich insbesondere aufgrund der Herstellung der Lagerhülse durch Umspritzen der in der Lagerhülse aufgenommenen Bauteile ergeben haben können, gezielt auf die innere Kunststoffschicht beschränkt sein sollen. Es kann somit vorgesehen sein, dass bewusst in Kauf genommen wird, dass die innere Kunststoffschicht im Betrieb des Lenkgetriebes infolge dieser Schwachstellen Risse bekommt. Diese Risse beeinflussen jedoch die Funktionsfähigkeit und die Lebensdauer des Lenkgetriebes nicht im relevanten Maße, da sich diese Risse infolge der strukturellen Trennung der beiden Kunststoffschichten nicht auf die als tragend vorgesehene äußere Kunststoffschicht übertragen, sondern in dem Trennbereich zwischen diesen Kunststoffschichten auslaufen. Die Funktionsfähigkeit der Lagerhülse und damit des Lenkgetriebes wird somit dauerhaft von der äußeren Kunststoffschicht gesichert. Gegebenenfalls kann es jedoch auch gar nicht zur Ausbildung von Rissen an den Schwachstellen der inneren Kunststoffschicht kommen, weil die Belastungen, die im Rahmen des Betriebs des Lenkgetriebes auf die Lagerhülse wirken, im Wesentlichen von der äußeren Kunststoffschicht abgestützt und lediglich in einem relativ geringen Maße auf die innere Kunststoffschicht übertragen werden oder weil die innere Kunststoffschicht aufgrund einer relativ dünnwandigen Dimensionierung und/oder der Wahl eines geeigneten Kunststoffs ausreichend flexibel ist, um die übertragenen Belastungen ohne die Ausbildung von Rissen zu ertragen.
Um möglichst keine Schwachstellen auszubilden, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die äußere Kunststoffschicht möglichst keine Querschnittsänderungen aufweist.
Um dies zu erreichen kann vorzugsweise die innere Mantelfläche der äußeren Kunststoffschicht und vorzugsweise auch die äußere Mantelfläche der äußeren Kunststoffschicht glattflächig, d.h. absatzfrei, ausgebildet sein/werden. Besonders bevorzugt sollte die äußere Kunststoffschicht zudem zumindest im Bereich ihrer inneren Mantelfläche eine gleichbleibende Wandstärke aufweisen.
Weiterhin bevorzugt kann dann auch vorgesehen sein, dass auch die äußere Mantelfläche der inneren Kunststoffschicht glattflächig ausgebildet ist/wird, was insbesondere dann der Fall sein sollte, wenn die äußere Kunststoffschicht durch Umspritzen der ausgehärteten inneren Kunststoffschicht erzeugt wird, weil auf diese Weise eine glattflächige innere Mantelfläche der äußeren Kunststoffschicht erzeugt wird, die für die hohe Belastbarkeit der äußeren Kunststoffschicht und damit der Lagerhülse insgesamt von besonderer Bedeutung ist.
Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die äußere Mantelfläche der inneren Kunststoffschicht zumindest bis zur Erzeugung der äußeren Kunststoffschicht eine strukturierte Oberfläche, d.h. Vorsprünge, vorzugsweise möglichst dünnwandige Vorsprünge, aufweist, um die bereits erwähnte, lokal tiefer reichende stoffschlüssige Verbindung zwischen den Kunststoffschichten zu realisieren. Die innere Kunststoffschicht kann in dem ersten Spritzgießvorgang eines erfindungsgemäßen Verfahrens folglich mit einer solchen strukturierten äußeren Mantelfläche ausgebildet werden. Die Lagerhülse eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes kann sich dann dadurch auszeichnen, dass die äußere Mantelfläche der inneren Kunststoffschicht strukturiert ausgebildet ist oder infolge einer solchen temporär vorgesehenen Strukturierung lokal tiefer in die äußere Kunststoffschicht reichende, stoffschlüssige Verbindungen der beiden Kunststoffschichten ausgebildet sind.
Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die innere Mantelfläche der äußeren Kunststoffschicht und die äußere Mantelfläche der inneren Kunststoffschicht vollflächig kontaktieren, wodurch ein vorteilhafte Kraftübertragung zwischen den innerhalb der Lagerhülse angeordneten Bauteilen, die für die Funktionsfähigkeit des Lenkgetriebes von großer Bedeutung ist, sichergestellt werden kann. Ein solcher vollflächiger Kontakt zwischen den Kunststoffschichten kann auf einfache Weise realisiert werden, wenn, wie dies vorzugsweise vorgesehen ist, die äußere Kunststoffschicht durch Umspritzen der inneren Kunststoffschicht hergestellt wird.
Da vorzugsweise die äußere Kunststoffschicht als der tragende Teil der Lagerhülse vorgesehen ist, kann in vorteilhafter Weise auch vorgesehen sein, dass diese im Vergleich zu der inneren Kunststoffschicht grundsätzlich größer und damit belastbarer dimensioniert ist. Insbesondere sollte vorgesehen sein, dass die äußere Kunststoffschicht im Bereich ihrer inneren Mantelfläche eine größere Wandstärke als die innere Kunststoffschicht in dem entsprechenden, angrenzenden Bereich aufweist.
Der Kunststoff, aus dem die innere Kunststoffschicht ausgebildet ist, kann derselbe wie der oder verschieden von dem Kunststoff der äußeren Kunststoffschicht sein. Sofern zumindest einer der Kunststoffe der Kunststoffschichten mit Fasern, beispielsweise Glas- oder Kohlenstofffasern, oder sonstigen Feststoffen verstärkt ist, kann sich diese Aussage entweder auf die beiden verstärkten Kunststoffe insgesamt oder auf den gegebenenfalls als Matrixwerkstoff genutzten Kunststoff beziehen. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die innere Kunststoffschicht aus einem unverstärkten Kunststoff und die äußere Kunststoffschicht aus einem verstärkten Kunststoff ausgebildet ist, wobei der Matrixwerkstoff der äußeren Kunststoffschicht derselbe wie der oder verschieden von dem Kunststoff der inneren Kunststoffschicht sein kann.
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 gewährleistet 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.
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.
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 einerseits und der Wandung des Aufnahmeraums andererseits, zusätzlich eine Schwenkbeweglichkeit der Ritzelwelle um eine senkrecht zu der Schwenkachse ausgerichtete Achse blockiert ist.
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.
Ein solches erfindungsgemäßes Lenkgetriebe kann vorzugsweise weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass die Lagerbuchse des Festlagers über ein Verbindungselement, das ein- oder mehrteilig ausgebildet sein kann, mit der Lagerhülse des Loslagers verbunden ist beziehungsweise zusammenwirkt. 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 die Lagerbuchse 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 die Lagerbuchse des Loslagers und damit auf das darin aufgenommene Drehlager beziehungsweise auf das in diesem Drehlager 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.
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 (gegebenenfalls eine 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.
Bei einer insbesondere aus fertigungstechnischen Gründen vorteilhaften Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement mit der äußeren Kunststoffschicht der Lagerhülse des Festlagers, vorzugsweise auch mit der (vorzugsweise ebenfalls aus Kunststoff ausgebildeten) Lagerbuchse des Loslagers einstückig (d.h. nicht über separate Verbindungselemente miteinander verbunden), gegebenenfalls auch materialeinheitlich, ausgebildet ist. Dabei kann diese Einheit aus Verbindungselement und Lagerhülse und gegebenenfalls Lagerbuchse insbesondere im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens spritzgegossen werden.
Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes kann vorgesehen sein, dass die Lagerhülse mindestens einen umlaufenden Anschlag 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. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der mindestens eine umlaufende Anschlag ebenfalls (und damit nicht nur der Lagerhülsenmantel) von der inneren Kunststoffschicht und der äußeren Kunststoffschicht in Kombination ausgebildet ist.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Lagerhülse zwei dieser umlaufenden Anschläge 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 zumindest aus dem äußeren Lagerring des Drehlagers, dem Innenring des Schwenkrings und vorzugsweise 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 gleichzeitigem Umgießen/Umspritzen beziehungsweise 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 der Kunststoffe der Lagerhülse 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.
Beim Herstellen der vorzugsweise dünnwandigen inneren Kunststoffschicht in dem ersten Spritzgussvorgang können alle in der Lagerhülse aufzunehmenden Bauteile mit dem entsprechenden Kunststoff umschlossen werden. Dies kann auch für den Bereich der Torsionsstege gelten. Dies macht die Herstellung und den Aufbau des dabei verwendeten Spritzgusswerkzeugs relativ einfach und robust. Dies ist besonders vorteilhaft, da das Drehlager, der Innenring des Schwenkrings und gegebenenfalls das oder die Ringelemente in dem Werkzeug positioniert und ausgerichtet werden müssen. In dem zweiten Spritzgießvorgang kann dann die durch die innere Kunststoffschicht in einer Einheit fixierte Bauteilgruppe auf relativ einfache Weise in dem entsprechenden (zweiten) Spritzgusswerkzeug angeordnet und dann umspritzt werden. Dadurch kann für diesen Spritzgießvorgang auch relativ einfach eine Freistellung der Torsionsstege, d.h. ein Freihalten eines die Torsionsstege umgebenden Bereichs in dem zweiten Spritzgusswerkzeug, durch radial bewegliche Schieber realisiert werden.
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.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

1: einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe gemäß einer Ausgestaltungsform;
2: in einer perspektivischen Ansicht eine Baugruppe des Lenkgetriebes, umfassend ein Festlager und ein mit einer Lagerhülse des Festlagers integral ausgebildetes Verbindungselement;
3: die Baugruppe gemäß der 2 in einer Seitenansicht;
4: die Baugruppe gemäß den 2 und 3 in einem Längsschnitt, der um 90° bezüglich des in der 1 dargestellten Längsschnitts versetzt ist; und
5: in einem Längsschnitt ein Zwischenprodukt, das als Ergebnis eines ersten Spritzgießvorgangs zur Herstellung der Baugruppe entstanden ist.

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.
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.
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 Schwenken der Ritzelwelle 4 um eine Schwenkachse 7 (vgl. 2 und 4) zulässt. Diese Schwenkachse 7 verläuft dabei in der 1 senkrecht zur Zeichenebene. Ein solches Schwenken bewirkt ein Auslenken des dem antriebsseitigen Ende gegenüberliegenden Endes der Ritzelwelle 4, die dort mittels eines Loslagers 8 innerhalb 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.
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 ist jeweils ein angrenzender Abschnitt 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.
Hierzu umfasst die Lagervorrichtung 12 des Festlagers 6 eine Lagerhülse 14, 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 einerseits direkt an dem äußeren Lagerring 11 des Kugellagers 9 und andererseits unter Zwischenschaltung eines Ringelements 17 an einem ersten, umlaufenden und radial nach innen ragenden Anschlag 18, den die Lagerhülse 14 an einem axialen Ende ausbildet, abstützt. In gleicher Weise ist die bezüglich des Innenrings 16 des Schwenkrings 15 distal gelegene Seite des äußeren Lagerrings 11 des Kugellagers 9 unter Zwischenschaltung eines Ringelements 17 an einem zweiten, umlaufenden und radial nach innen ragenden Anschlag 19, den die Lagerhülse 14 an diesem axialen Ende ausbildet, abgestützt.
Die Lagerhülse 14 besteht vollständig aus Kunststoff und umfasst eine innere Kunststoffschicht 20, die den äußeren Lagerring 11 des Kugellagers 9, den Innenring 16 des Schwenkrings 15 sowie die Ringelemente 17 umgibt, sowie eine äußere Kunststoffschicht 21, die die innere Kunststoffschicht 20 umgibt. Dabei sind sowohl der rohrförmige Mantelabschnitt 22 der Lagerhülse 14 als auch die beiden Anschläge 18, 19 von sowohl der inneren Kunststoffschicht 20 als auch der äußeren Kunststoffschicht 21 ausgebildet. Die Übergänge zwischen dem Mantelabschnitt 22 und den Anschlägen 20, 21 ergeben sich jeweils durch um 90° gekrümmte Verläufe der Lagerhülse 14 beziehungsweise der beiden Kunststoffschichten 20, 21. Dadurch werden Schwachstellen hinsichtlich der strukturellen Festigkeit der Lagerhülse infolge einer Kerbwirkung, die durch Absatzsprünge hervorgehoben werden, vermieden. Die Innen- und Außenseiten der im Bereich des Mantelabschnitts 22 der Lagerhülse 14 liegenden Abschnitte der Kunststoffschichten 20, 21 werden erfindungsgemäß als innere beziehungsweise äußere Mantelfläche dieser Kunststoffschichten 20, 21 verstanden.
Der Schwenkring 15 umfasst neben dem Innenring 16 noch einen Außenring 23. Dieser Außenring 23 ist über zwei Torsionsstege 24 (vgl. 2) mit dem Innenring 16 verbunden. Der Außenring 23, der Innenring 16 und die Torsionsstege 24 sind vorzugsweise einstückig aus beispielsweise Federstahl ausgebildet.
Eine axiale Lagesicherung des inneren Lagerrings 10 des Kugellagers 9 des Festlagers 6 auf der Ritzelwelle 4 erfolgt unter Zwischenschaltung eines hülsenförmigen Druckstücks 25, das auf ein Außengewinde des antriebsseitigen Endes der Ritzelwelle 4 aufgeschraubt ist. Eine axiale Lagesicherung des Außenrings 23 des Schwenkrings 15 innerhalb des Gehäuses 1 erfolgt mittels eines Schraubrings 26, der ein Außengewinde aufweist, das in ein Innengewinde des Gehäuses 1 eingeschraubt ist.
Die zwei Torsionsstege 24 definieren die Lage der Schwenkachse 7, um die der Außenring 23 relativ zu dem Innenring 16 des Schwenkrings 15 schwenkbar ist. Die Torsionsstege 24 des Schwenkrings 15 ermöglichen dabei nicht nur ein Schwenken des Außenrings 23 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 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 24 ergibt, wodurch die elastischen Rückstellmomente, die aus dieser Verdrillung der Torsionsstege 24 resultieren, der Auslenkung der Ritzelwelle 4 entgegenwirken und diese somit gegen das Zahnrad 2 drücken.
Die Lagervorrichtung 13 des Loslagers 8 umfasst ein Anschlagelement in Form einer Anschlaghülse 27, die derart beweglich innerhalb eines von dem Gehäuse 1 ausgebildeten Aufnahmeraums 28 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 24 bewirkt wird, und in der anderen Richtung durch einen Anschlag, der durch einen Kontakt der kreisringförmigen Anschlaghülse 27 mit einem in einer Aufnahmeöffnung des Gehäuses 1 angeordneten Anschlagelement 29 ausgebildet ist, begrenzt. Die Tiefe, mit der das Anschlagelement 29 in den Aufnahmeraum 28 ragt, kann dabei zumindest einmalig einstellbar sein.
Das Lenkgetriebe umfasst weiterhin ein Verbindungselement 30, das mit der äußeren Kunststoffschicht 21 der Lagerhülse 14 des Festlagers 6 einstückig und materialeinheitlich ausgebildet ist. Das Verbindungselement 30 ist grundsätzlich rohrförmig mit kreisringförmigen oder teilkreisringförmigen Querschnitten ausgebildet, wobei dieses zwei Mantelöffnungen 31 aufweist, die einander gegenüberliegend in einem mittigen Abschnitt des Verbindungselements 30 angeordnet sind und die sich jeweils über einen Abschnitt von dessen Umfang erstrecken. Durch eine dieser Mantelöffnungen 31 kann ein Abschnitt des Zahnrads 2 in das von dem Verbindungselement 30 begrenzte Innenvolumen ragen, in dem die Ritzelwelle 4 aufgenommen ist. Dadurch wird ein Eingriff der Verzahnungen des Zahnrads 2 und des Ritzels 3 ermöglicht. Die zweite Mantelöffnung 31 dient dazu, eine möglichst symmetrische Ausgestaltung des Verbindungselements 30 zu realisieren, wodurch ein Verzug des Verbindungselements 30 im Rahmen der Herstellung vermieden oder gering gehalten werden kann.
Ein rohrförmiger Endabschnitt des Verbindungselements 30 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 30 gelagert ist. Dieser Endabschnitt des Verbindungselements 30 wiederum ist innenseitig in der Anschlaghülse 27 des Loslagers 8 gelagert. Der Endschnitt des Verbindungselements 30 bildet demnach zusammen mit der Anschlaghülse 27 eine Lagerbuchse für das Kugellager 9 des Loslagers 8 aus.
Die Lagerhülse 14 des Festlagers 6 und das integral mit der Lagerhülse 14 ausgebildete Verbindungselement 30 sind in Form eines Spritzgussbauteils aus Kunststoff ausgebildet. Bei der Herstellung dieser Einheit aus Lagerhülse 14 und Verbindungselement 30 durch Spritzgießen werden das Kugellager 9 des Festlagers 6, der Schwenkring 15 und die zwei Ringelemente 17 teilweise von dem dabei genutzten Kunststoff umgossen. Hierzu werden der innere Lagerring 10 des Kugellagers 9, der Innenring 16 des Schwenkrings 15 und das diesen Innenring 16 kontaktierende Ringelement 17 auf einen abgestuften Abschnitt eines ersten Gießkerns (nicht dargestellt) aufgeschoben. Ein zweiter Gießkern (nicht dargestellt) trägt in einem Endabschnitt mit reduziertem Durchmesser das zweite 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 Bauteile, d.h. des Kugellagers 9, des Schwenkrings 15 und der Ringelemente 17, innerhalb einer Kavität eines ersten Spritzgusswerkzeugs (nicht dargestellt) kann der für die Ausbildung der inneren Kunststoffschicht 20 vorgesehene, fließfähige Kunststoff in das erste Spritzgusswerkzeug eingebracht und zur Aushärtung gebracht werden. Dadurch, dass die Innendurchmesser der von der Lagerhülse 14 ausgebildeten Anschläge 18, 19 größer als die Innendurchmesser der jeweils daran anliegenden Ringelemente 17 (jeweils bezogen auf den proximal gelegenen Rand) sind, wird während dieses ersten Spritzgießvorgangs ein Eindringen des Kunststoffs in das Kugellager 9 vermieden.
In einem sich an den ersten Spritzgießvorgang anschließenden Spritzgießvorgang wird eine in der 5 dargestellte Einheit bestehend aus der inneren Kunststoffschicht 20 der Lagerhülse 14 und den darin angeordneten Bauteilen mitsamt der Gießkerne in einer Kavität eines zweiten Spritzgusswerkzeugs (nicht dargestellt) positioniert und ein Kunststoff, der der gleiche wie oder ein anderer als der für die Herstellung der inneren Kunststoffschicht 20 verwendete Kunststoff sein kann, in die Kavität des zweiten Spritzgusswerkzeugs eingebracht und ausgehärtet und dadurch sowohl die äußere Kunststoffschicht 21 der Lagerhülse 14 des Festlagers 6 als auch das Verbindungselement 30 hergestellt. Freiräume, die die Torsionsstege 24 der Lagerhülse 14 umgeben, sowie die Mantelöffnungen 31 des Verbindungselements 30 können dabei durch die Verwendung von radial beweglichen Schiebern (nicht dargestellt) freigehalten werden.
Die die Kavität des ersten Spritzgusswerkzeugs begrenzende Wandung ist vollkommen glattflächig ausgebildet, wodurch eine entsprechend glattflächige Außenfläche der inneren Kunststoffschicht 20 und damit auch (infolge des Umspritzens der Außenfläche der inneren Kunststoffschicht 20 bei dem zweiten Spritzgießvorgang), eine entsprechend glattflächige Innenfläche der äußeren Kunststoffschicht 21 erzeugt wird. Durch eine glattflächige Ausbildung der die Kavität des zweiten Spritzgusswerkzeugs begrenzenden Wandung kann auch eine entsprechend glattflächige Außenfläche der äußeren Kunststoffschicht 21 realisiert werden. Dadurch wird insgesamt eine hohe Belastbarkeit der äußeren Kunststoffschicht 21 erreicht, die als tragende Komponente der Lagerhülse 14 vorgesehen ist. Diese hohe Belastbarkeit und zudem eine möglichst hohe Formbeständigkeit wird zudem dadurch gefördert, dass die äußere Kunststoffschicht 21 (ebenso wie die innere Kunststoffschicht 20) zumindest in dem Mantelabschnitt 22 und im Wesentlichen auch in den Anschlägen 18, 19 konstante Wandstärken aufweist.
Die Innenseite und insbesondere die Mantelfläche dieser Innenseite der inneren Kunststoffschicht 20 kann dagegen Absätze aufweisen, die sich durch das Umspritzen der innerhalb der Lagerhülse 14 aufgenommenen Bauteile ergeben, da diese Bauteile üblicherweise Kantenfehler, insbesondere Grate, Einkerbungen und andere Vertiefungen, aufweisen. Diese Kantenfehler können sich insbesondere dadurch ergeben, dass die äußeren Kanten des Kugellagers 9 endbearbeitet und damit jeweils mit einer Fase versehen sein können, während der Schwenkring 15 (und damit auch dessen Innenring 16) sowie die Ringelemente 17 jeweils aus einem Blechbauteil herausgeschnitten sein können, womit relativ unregelmäßige Kantenverläufe einhergehen können. Auf ein Nachbearbeiten dieser Kantenverläufe wird dabei aus Kostengründen üblicherweise verzichtet. Die innenseitig der inneren Kunststoffschicht 20 ausgebildeten Absätze (d.h. Vorsprünge oder Vertiefungen) können Schwachstellen darstellen, die zu Rissen in der inneren Kunststoffschicht 20 führen können. Diese Risse laufen jedoch im Trennbereich zwischen der inneren Kunststoffschicht 20 und der äußeren Kunststoffschicht 21 aus und vermindern dadurch in einer nur unerheblichen Weise die Belastbarkeit der Lagerhülse 14 insgesamt, da die als tragende Komponente vorgesehen äußere Kunststoffschicht 21 von diesen Schwachstellen der inneren Kunststoffschicht 20 unbeeinflusst bleibt.
Die Anschlaghülse 27 des Loslagers 8 besteht ebenfalls aus einem thermoplastischen Kunststoff, der jedoch im Vergleich zu dem Kunststoff, aus dem das Verbindungselement 30 ausgebildet ist, weicher beziehungsweise elastischer ist. Dadurch soll eine Geräuschentwicklung infolge eines Kontakts mit dem Anschlagelement 29 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 30 aufgesetzt und mit diesem verbunden werden. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Anschlaghülse 27 und die Einheit aus Lagerhülse 14 und Verbindungselement 30 in Form eines integralen Spritzgussbauteils durch einen 2-Komponenten-Spritzgussprozess während des zweiten Spritzgießvorgangs herzustellen.
Auf der Außenseite des Verbindungselements 30 sind eine Mehrzahl von Verstärkungsrippen 32 ausgebildet, die sich in Längsrichtung des Verbindungselements 30 erstrecken und konkret parallel bezüglich der Längsachse 33 davon verlaufen. Diese Verstärkungsrippen 32 sollen insbesondere eine relativ große Biegesteifigkeit bei gleichzeitig relativ geringem Bauteilgewicht der Einheit aus Lagerhülse 14 und Verbindungselement 30 gewährleisten.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lagerhülse 14 eines Festlagers 6 ist auch bei solchen umsetzbar, bei denen diese Lagerhülse 14 nicht mit einem Verbindungselement 28 verbunden beziehungsweise integral ausgebildet ist.
Bezugszeichenliste

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: erster Anschlag der Lagerhülse
19: zweiter Anschlag der Lagerhülse
20: innere Kunststoffschicht der Lagerhülse
21: äußere Kunststoffschicht der Lagerhülse
22: Mantelabschnitt der Lagerhülse
23: Außenring des Schwenkrings
24: Torsionssteg
25: Druckstück
26: Schraubring
27: Anschlaghülse
28: Aufnahmeraum
29: Anschlagelement
30: Verbindungselement
31: Mantelöffnung
32: Verstärkungsrippe
33: Längsachse des Verbindungselements, der Lagerhülse, der Kugellager, der Ringelemente und der Ritzelwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005035020 A1 [0005, 0026]
DE 102008040673 A1 [0006]
DE 102016122644 A1 [0006]
DE 102017218853 [0007, 0009]

Claims

Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit einem Gehäuse (1),einem Zahnrad (2), einem mit dem Zahnrad (2) kämmenden Ritzel (3) und einer das Ritzel (3) umfassenden Ritzelwelle (4), wobei die Ritzelwelle (4) auf einer ersten Seite des Ritzels (3) in einem Festlager (6) gelagert ist, das ein Drehlager umfasst, in dem die Ritzelwelle (4) aufgenommen ist und das in einer Lagerhülse (14) aufgenommen ist, und wobei das Festlager (6) weiterhin einen Schwenkring (15) umfasst, der einen Außenring (23) sowie einen Innenring (16) aufweist, die über einen oder mehrere Torsionsstege (24) schwenkbar miteinander verbunden sind, wobei der Innenring (16) in der Lagerhülse (14) aufgenommen ist und der Außenring (23) innerhalb des Gehäuses (1) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse (14) aus Kunststoff ausgebildet ist, wobei eine innere Kunststoffschicht (20) der Lagerhülse (14) das Drehlager und den Innenring (16) des Schwenkrings (15) umgibt und eine äußere Kunststoffschicht (21) die innere Kunststoffschicht (20) umgibt.
Lenkgetriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantelfläche der äußeren Kunststoffschicht (21) und die äußere Mantelfläche der inneren Kunststoffschicht (20) glattflächig ausgebildet sind.
Lenkgetriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Mantelfläche der inneren Kunststoffschicht (20) strukturiert ausgebildet ist und/oder infolge einer solchen temporär vorgesehenen Strukturierung lokal relativ weitgehende Vermischungen der Kunststoffe der beiden Kunststoffschichten (20, 21) ausgebildet sind.
Lenkgetriebe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantelfläche der äußeren Kunststoffschicht (21) und die äußere Mantelfläche der inneren Kunststoffschicht (20) vollflächig kontaktieren.
Lenkgetriebe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Kunststoffschicht (21) im Bereich ihrer inneren Mantelfläche eine konstante Wandstärke aufweist.
Lenkgetriebe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Kunststoffschicht (21) im Bereich ihrer inneren Mantelfläche eine größere Wandstärke als die innere Kunststoffschicht (20) aufweist.
Lenkgetriebe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff der inneren Kunststoffschicht (20) derselbe wie der oder verschieden von dem Kunststoffwerkstoff der äußeren Kunststoffschicht (21) ist.
Lenkgetriebe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzelwelle (4) auf der zweiten Seite des Ritzels (3) in einem Loslager (8) gelagert ist, das ein Drehlager umfasst, in dem die Ritzelwelle (4) aufgenommen ist, wobei für dieses Drehlager eine radiale Beweglichkeit innerhalb des Gehäuses (1) gewähreistet ist und wobei die Lagerhülse (14) des Festlagers (6) über ein Verbindungselement (30) mit einer Lagerbuchse für das Drehlager des Loslagers (8) verbunden ist.
Lenkgetriebe gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (30) und die äußere Kunststoffschicht (21) der Lagerhülse (14) des Festlagers (6) einstückig und materialeinheitlich ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Lenkgetriebes gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Spritzgießvorgang die innere Kunststoffschicht (20) der Lagerhülse (14) und in einem zweiten Spritzgießvorgang die äußere Kunststoffschicht (21) der Lagerhülse (14) ausgebildet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spritzgießvorgang nach einem Aushärten des Kunststoffs der inneren Kunststoffschicht (20) durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kunststoffschicht (20) in dem ersten Spritzgießvorgang mit einer glattflächigen äußeren Mantelfläche ausgebildet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kunststoffschicht (20) in dem ersten Spritzgießvorgang mit einer strukturierten äußeren Mantelfläche ausgebildet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Spritzgießvorgang das Drehlager und der Innenring (16) des Schwenkrings (15) direkt umspritzt werden und in dem zweiten Spritzgießvorgang die innere Kunststoffschicht (20) direkt umspritzt wird.