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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneckengetriebe für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Hilfskraftlenkung.
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Stand der Technik
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Bei einer elektrischen Hilfskraftlenkung kann die Servoeinheit an der Lenksäule sitzen. Dazu ist an der Lenksäule ein Elektromotor und ein Schneckengetriebe angeordnet, welches das nötige Unterstützungsmoment auf die Lenksäule überträgt. Dabei kann die Schnecke nicht starr gegenüber dem Schneckenrad gelagert sein. Sie muss vielmehr der Laufradverzahnung flexibel folgen, um Spiel in der Verzahnung zu vermeiden, welches besonders bei Richtungsumkehr der Lenkunterstützung zu Geräuschproblemen, wie dem Umlenkklopfen, führen kann. Auf der anderen Seite darf die Schnecke aber auch nicht zu stark in die Laufradverzahnung hineingedrückt werden, da sonst die Reibung im System zunimmt, was zu einem trägen Lenkgefühl führen kann und ebenfalls vermieden werden muss.
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Um die Schnecke mit dem Schneckenrad spielfrei, bei möglichst geringer Reibung, in Eingriff zu halten, sind verschiedene Lösungen bekannt. Auf der einen Seite der Schnecke kann ein Festlager angeordnet sein, welches als Federblechhalter mit Torsionsstegen ausgeführt ist. Diese Torsionsstege gewährleisten ein Nachgeben der Schnecke in radialer Richtung und eine genau definierte Anpresskraft in das Schneckenrad.
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Auf der anderen Seite der Schnecke ist ein Loslager angeordnet, welches axiale Bewegungen zulässt und gleichzeitig radiale Bewegungen begrenzt und dämpft.
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Das Loslager muss aufwändig eingestellt werden, dennoch kann mit zunehmenden Veschleiß wieder Spiel im Schneckengetriebe entstehen, welches zu einer Geräuschentwicklung führt.
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Aus der
DE 10 2009 028 380 A1 ist eine Lösung bekannt, bei der eine selbsttätige Nachstelleinrichtung auf das Loslager drückt und somit das auftretende Spiel minimiert. Die Feder der Nachstelleinrichtung drückt dabei ein Druckstück direkt auf das Loslager. In der Nachstelleinrichtung ist eine Blattfeder vorgesehen, welche das minimal zulässige Spiel zulässt und damit Unrundheiten und Wärmedehnungen ausgleicht.
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Die
DE 10 2014 009 579 A1 zeigt eine Lösung mit einer Nachstelleinrichtung, bei der die Feder tangential zum Loslager wirkt. Die Feder drückt ein Druckstück mit einer Schräge auf das Loslager. Zudem kann an der Schräge ein Ausgleichselement in Form einer Blattfeder angeordnet sein, um Rundlauftoleranzen und Wärmedehnungen auszugleichen.
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Die tangentiale Anordnung einer Nachstelleinrichtung vergrößert nachteilig den Baumraum. Zudem können die bekannten Lösungen nur radial wirkende Kräfte ausgleichen. Die genannten Federn zum Ausgleich sind gegenüber vom Schneckenrad angeordnet und können nur radial „von oben“ auf das Loslager wirken.
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Tatsächlich macht die Schnecke im Betrieb auch seitliche, laterale Bewegungen. Von oben betrachtet, sind dies V-förmige Bewegungen, welche allerdings durch die bekannten Lösungen nicht abgefangen werden können.
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Es ist damit die Aufgabe der Erfindung, die beschriebenen Probleme zu überwinden und eine Nachstelleinrichtung für ein Schneckengetriebe bereit zustellen, welche sowohl radiale als auch laterale Bewegungen der Schnecke ausgleicht bzw. verhindert.
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Diese Aufgabe wird durch die Lehre von Anspruch 1 gelöst, indem ein federbelastetes Druckstück in axialer Richtung zur Schnecke angeordnet ist, wobei das Druckstück das Loslager um einen bestimmten Winkel umschließt.
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Nach oben (radial) stützt sich das Druckstück über ein elastisches Element in einem bestimmten Winkel am Gehäuse ab. Dies hat den Vorteil, dass sowohl radiale als auch laterale Kräfte von der Schnecke aufgenommen werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann das elastisches Element eine Blattfeder sein. Die Kennlinie der Blattfeder kann dabei so ausgelegt werden, dass sie bis zu einem gewissen Kraftniveau relativ nachgiebig ist und dann graduell steifer wird bis schließlich das Druckstück am Gehäuse anliegt. Die initiale Nachgiebigkeit kann dazu genutzt werden, um Unrundheiten des Schneckenrads zu kompensieren ohne dass das Reibmoment des Schneckengetriebes zu sehr schwankt.
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Das Druckstück ist keilförmig und in einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Druckstück aus einem beweglichen Keil und einem feststehenden Keil. Eine Druckfeder schiebt den beweglichen Keil zwischen den Außenring des Loslagers und den feststehenden Keil. Der feststehende Keil drückt sich dabei über das elastische Element am Gehäuse ab.
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Der Keilwinkel der Selbstnachstellung ist entscheidend für die Funktion, dabei gibt es zwei verschiedene Zustände. Ist der Keilwinkel kleiner als ein Grenzwinkel (Reibkegel) so wird sich der Keil immer nur in eine Richtung, d.h. niemals zurückbewegen können, er ist selbsthemmend. Ist der Keilwinkel größer als dieser Grenzwinkel (Reibkegel), so kann sich der Keil auch wieder gegen die Federrichtung zurückbewegen, da die Rückstellkraft größer als die Summe aus Reibkraft und Federkraft ist.
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Um stets einen flächigen Kontakt der Keilflächen zueinander zu gewährleisten, sind die Kontaktflächen zylindrisch ausgeführt, wobei der Keilwinkel durch den Winkel dieser zylindrischen Flächen zur Schneckenachse erzeugt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Keilwinkel größer als der Selbsthemmungswinkel ausgelegt, d.h. der sich bewegende Keil kann sich in beiden Axialrichtungen bewegen. Dadurch soll ein Verklemmen des Keils verhindert werden.
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Insbesondere die Ausdehnung des Kunststoffschneckenrades aufgrund von Temperatur- oder Feuchtigkeitsschwankungen aber auch Rundlaufschwankungen des Laufrades können dazu führen, dass der Keil sich beim Überschreiten einer gewissen vom Schneckenrad rückwirkenden Kraft wieder gegen die Feder zurückbewegt und so die Anpresskraft auf das Laufrad niemals einen definierten Maximalwert überschreitet. Wann diese Zurückbewegung der Keils stattfindet, kann durch die geeignete Wahl des Keilwinkels und der Federkraft eingestellt werden.
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Sofern das Festlager als Federblechhalter ausgeführt ist, muss beachtet werden, dass der Federblechhalter bereits eine Anpresskraft von der Schnecke auf das Schneckenrad erzeugt. Dies muss bei der Auslegung der Nachstelleinrichtung mit berücksichtigt werden, damit die resultierende Kraft auf das Schneckenrad nicht zu groß wird und damit die Reibung zu stark ansteigt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Festlager als Schwenklager ausgeführt. Ein Schwenklager erzeugt im Unterschied zu einem Federblechhalter keine Anpresskraft von der Schnecke auf das Schneckenrad. Dies hat den Vorteil, dass die durch die Feder erzeugte Anfederkraft höher sein kann als mit Federblechhalter, ohne die Reibung zu erhöhen. Zudem werden die Axialbewegungen der Schnecke reduziert, wodurch es weniger Axialbewegungen im Selbstnachstellmechanismus gibt als mit Federblechhalter.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das elastische Element am feststehenden Keil durch Elastomerelemente gebildet, welche die gleiche Funktion haben, eine limitierte radiale Bewegung des feststehenden Keils zu erlauben. Dabei kommt zur Federwirkung noch ein dämpfender Anteil hinzu. Die Elastomerelemente können beispielweise in einer Nut im feststehenden Keil angeordnet sein. Dabei können die Elastomerelemente als separate Komponenten in die Nut eingelegt oder durch Kunststoffspritzen angespritzt werden. Die Kennlinie der Elastomerelemente lässt sich durch eine entsprechende Auswahl der Härte und Dicke des Elastomers, sowie der Tiefe und Breite der Nut, einstellen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 das Schneckengetriebe mit der erfindungsgemäßen Nachstelleinrichtung
- 2 eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Nachstelleinrichtung
- 3 eine Schnittdarstellung im Bereich des Loslagers
- 4a und 4b eine Detaildarstellung der Elastomerelemente
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Die 1 zeigt das Schneckengetriebe mit einer Schnecke 7 und einem Schneckenrad 8. Die Schnecke 7 ist mit dem Schneckenrad 8 im Eingriff und wird durch ein Festlager 10 und ein Loslager 9 gelagert. Über dem Loslager 9 befindet sich die erfindungsgemäße Nachstelleinrichtung. Für die Verschleißnachstellung dient eine Druckfeder 1, welche auf ein Druckstück drückt. Das Druckstück besteht in dieser Ausführungsform aus einem beweglichen Keil 2 und einem feststehenden Keil 3. Die Druckfeder 1 schiebt den beweglichen Keil 2 zwischen den Außenring des Loslagers 9 und den feststehenden Keil 3. Der feststehende Keil 3 drückt sich dabei über eine Blattfeder 4 am Gehäuse 5 ab. Durch das Vorschieben des beweglichen Keils 2 wird die Schnecke 7 permanent in das Schneckenrad 8 gedrückt, wodurch das Verzahnungsspiel eliminiert wird. Die Nachstelleinrichtung wird durch einen Deckel 6 axial im Gehäuse 5 gehalten.
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In der 2 sind die einzelnen Bauteile der Nachstelleinrichtung perspektivisch dargestellt. Die Blattfeder 4 weist eine bestimmte Geometrie auf, wodurch die Kraft festgelegt werden kann, bei der sich der feststehende Keil 3 nach oben (radial) oder seitlich (lateral) bewegen kann, bevor er am Gehäuse anliegt.
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Die Druckfeder 1 kann in einem Röhrchen 11 aus Weich- oder Hartplastik zur Vermeidung von Schabe- oder Schlaggeräuschen der Feder zum Gehäuse angeordnet sein.
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Zudem ist in der 2 zu sehen, dass die beiden Keile 2, 3 eine gerundete Form haben, wodurch die Keile 2, 3 das Loslager 9 um einen bestimmten Winkel umschließen und am Gehäuse 5 abstützen.
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Dies wird in der 3 deutlich. Der feststehende Keil 3 stützt sich über die Blattfeder 4 unter einem gewissen Winkel in zwei Punkten im Gehäuse ab. Dadurch werden sowohl die radialen als auch die lateralen Kräfte aus der Verzahnung aufgenommen. Für die Abstützung in den 2 Punkten wurde hier jeweils ein Winkel von 45° gewählt. Es sind aber auch Winkel im Bereich von 10° bis 80° möglich.
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Die 4a und 4b zeigen eine alternative Ausführung der elastischen Elemente. Statt einer Blattfeder werden hier zwei Elastomerelemente 4 verwendet, welche in Nuten im feststehenden Keil 3 eingelegt werden. In 4a sind die Einzelelemente zu sehen. 4b zeigt in einer Schnittdarstellung, wie ein halbringförmiges Elastomerelement in einer Nut angeordnet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009028380 A1 [0006]
- DE 102014009579 A1 [0007]
