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Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Lenkgetriebegehäuse, eine Zahnstange und ein Ritzel, wobei die Zahnstange entlang einer Zahnstangenlängsachse linear beweglich im Lenkgetriebegehäuse gelagert ist und das Ritzel um eine Mittelachse drehbar im Lenkgetriebegehäuse gelagert ist.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem derartigen Lenkgetriebe.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Lenkgetriebes.
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Solche Lenkgetriebe, damit ausgestattete Lenksysteme sowie Verfahren zur Montage von Lenkgetrieben sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei ist in der Regel das Ritzel mit einem Lenkrad eines Kraftfahrzeugs koppelbar und die Zahnstange mit lenkbaren Rädern desselben. Auf diese Weise lässt sich ein über das Lenkrad eingebrachter Lenkbefehl an die lenkbaren Räder weiterleiten. Das Ritzel und die Zahnstange stehen hierfür miteinander in Eingriff.
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Damit im Zuge der Montage des Lenkgetriebes das Ritzel und die Zahnstange ausgehend von einer vordefinierten Relativposition zueinander in Eingriff gebracht werden können, ist es bekannt, am Ritzel und/oder an der Zahnstange Abflachungen oder Ausnehmungen vorzusehen. Auf diese Weise können das Ritzel und die Zahnstange im Bereich der Abflachungen oder Ausnehmungen aneinander vorbeibewegt werden und erst, wenn sie die gewünschte Relativposition erreicht haben, miteinander in Eingriff gebracht werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, solche Lenkgetriebe zu verbessern. Insbesondere sollen Lenkgetriebe geschaffen werden, die schnell und einfach montierbar sind.
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Die Aufgabe wird durch ein Lenkgetriebe der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Zahnstange in einem Aufnahmeraum des Lenkgetriebegehäuses aufgenommen ist und der Aufnahmeraum zumindest abschnittsweise entlang einer Abstandsrichtung zwischen Zahnstange und Ritzel so dimensioniert ist, dass die Zahnstange zur Montage entlang der Zahnstangenlängsachse am Ritzel vorbeibewegbar ist, ohne mit dem Ritzel in Eingriff zu gelangen. Dabei steht die Abstandsrichtung sowohl senkrecht auf der Zahnstangenlängsachse als auch senkrecht auf der Mittelachse des Ritzels.
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Das Ritzel ist dabei stets in einer fertig montierten Position angeordnet, d.h. in derjenigen Position, in der es auch im Betrieb des Lenkgetriebes vorliegt.
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Die Gestaltung des Aufnahmeraums erlaubt zudem eine einfache und schnelle Montage des Lenkgetriebes.
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Bei einem solchen Lenkgetriebe müssen zu Montagezwecken weder an der Zahnstange noch am Ritzel Abflachungen oder Ausnehmungen vorgesehen werden. Somit entfällt der mit den Abflachungen oder Ausnehmungen verbundene Fertigungsaufwand, insbesondere entfallen damit verbundene Zerspanungsoperationen. Gleichzeitig wird durch das Weglassen der Abflachungen oder Ausnehmungen die mechanische Stabilität des Lenkgetriebes, insbesondere des Ritzels und/oder der Zahnstange, gesteigert.
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Mit anderen Worten ist die Zahnstange ohne Abflachungen oder Ausnehmungen ausgeführt, die der Montage dienen. Ein Grundkörper der Zahnstange kann somit als durchgängig oder massiv bezeichnet werden.
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Gleiches gilt für das Ritzel, das ebenfalls ohne der Montage dienende Abflachungen oder Ausnehmungen auskommt. Somit ist auch ein Grundkörper des Ritzels durchgängig.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Aufnahmeraum über seine gesamte, entlang der Zahnstangenlängsachse orientierte Erstreckung entlang der Abstandsrichtung eine konstante Dimension auf. Der Aufnahmeraum weist also insbesondere entlang der Zahnstangenlängsachse einen konstanten Querschnitt auf. Dadurch ist das Lenkgetriebegehäuse besonders einfach aufgebaut und aufwandsarm herstellbar.
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Die Zahnstange kann dabei über die gesamte Erstreckung des Aufnahmeraums am Ritzel vorbeibewegt werden, wodurch ihre Montage besonders einfach ist. Aus diesem Grund kann eine derartige Montage einfach und zuverlässig automatisiert werden.
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Alternativ verjüngt sich der Aufnahmeraum entlang der Zahnstangenlängsachse zumindest in der in Abstandsrichtung orientierten Dimension. Damit kann die Zahnstange im Zuge der Montage schräg, d.h. gegenüber einer Mittelachse des Aufnahmeraums gekippt, am Ritzel vorbeigeführt werden. Es wird auf diese Weise eine schnelle und einfache Montage der Zahnstange ermöglicht, wobei das Lenkgetriebegehäuse gleichzeitig kompakt aufgebaut ist.
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Dabei kann sich der Aufnahmeraum ausgehend von einer Zahnstangenmontageöffnung verjüngen, wobei die Zahnstangenmontageöffnung dazu ausgebildet ist, die Zahnstange in das Lenkgetriebegehäuse einzubringen. Der Aufnahmeraum hat also im Bereich der Zahnstangenmontageöffnung in Abstandsrichtung die größte Dimension. Ausgehend hiervon verkleinert sich diese Dimension. Die Zahnstange kann somit leicht in den Aufnahmeraum eingeführt werden. Zudem unterstützt die Form des Aufnahmeraums die Positionierung der Zahnstange innerhalb des Lenkgetriebes.
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In einer Variante weist der Aufnahmeraum zumindest abschnittsweise einen ovalen Querschnitt auf, wenn er entlang der Zahnstangenlängsachse betrachtet wird. Dabei ist eine großen Halbachse des ovalen Querschnitts in Abstandsrichtung orientiert. Ein derartiges Lenkgetriebegehäuse ist insbesondere mittels umformender oder urformender Fertigungsverfahren leicht herstellbar.
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Als Spezialfall eines Ovals kann der Querschnitt auch elliptisch sein. Dabei kann der Querschnitt des Aufnahmeraums entlang der gesamten Erstreckung entlang der Zahnstangenlängsachse oval sein.
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Alternativ kann er an einem der Enden auch in einen kreisrunden Querschnitt übergehen.
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Vorzugsweise ist das Ritzel auf einer Ritzelwelle angeordnet und in Axialrichtung der Ritzelwelle sind beidseits des Ritzels Lagerabschnitte zur Lagerung der Ritzelwelle im Lenkgetriebegehäuse vorgesehen. Auf diese Weise ergibt sich eine mechanisch stabile und präzise Lagerung des Ritzels. Es können somit mittels des Ritzels hohe Lenkmomente zuverlässig übertragen werden. Ferner ergibt sich eine hohe Lebensdauer des Lenkgetriebes.
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In einer Gestaltungsalternative ist ein Druckstück vorgesehen und die Zahnstange ist zumindest in der Abstandsrichtung mittels des Druckstücks im Lenkgetriebegehäuse gelagert, insbesondere unter Vorspannung gegen das Ritzel im Lenkgetriebegehäuse gelagert. Über das Druckstück werden das Ritzel und die Zahnstange zuverlässig miteinander im Eingriff gehalten. Es lassen sich mittels des Lenkgetriebes also ebenso zuverlässig Lenkmomente übertragen.
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Das Druckstück kann über eine Führungsbuchse im Lenkgetriebegehäuse gehalten sein, insbesondere wobei das Druckstück federbeaufschlagt in der Führungsbuchse gelagert ist, und die Führungsbuchse kann zumindest abschnittsweise in den Aufnahmeraum für die Zahnstange hineinragen. Es wird somit ein zuverlässiges Zusammenwirken von Zahnstange und Ritzel gewährleistet. Dabei wird derjenige Teilbereich des Aufnahmeraums, der zu Montagezwecken in Abstandsrichtung vergleichsweise groß dimensioniert ist, mittels der Führungsbuchse überbrückt. Es wird somit ein zuverlässiges Ineinandergreifen von Zahnstange und Ritzel mit einer schnellen und einfachen Montierbarkeit des Lenkgetriebes kombiniert.
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Vorteilhafterweise ist die lineare Beweglichkeit der Zahnstange im Lenkgetriebegehäuse in einer ersten Richtung durch einen ersten Axialanschlag begrenzt und in einer zweiten Richtung durch einen zweiten Axialanschlag. Auf diese Weise lässt sich zuverlässig der Lenkeinschlag der mit der Zahnstange gekoppelten lenkbaren Räder begrenzen.
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Auch wird die Aufgabe durch ein Lenksystem der eingangs genannten Art mit einem erfindungsgemäßen Lenkgetriebe gelöst. Aufgrund der einfachen Montierbarkeit und der hohen mechanischen Stabilität des Lenkgetriebes ist auch ein damit ausgestattetes Lenksystem vergleichsweise aufwandsarm montierbar und zuverlässig im Betrieb.
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Das Lenksystem kann zudem einen Lenkhilfsantrieb aufweisen, wobei ein Abtriebselement des Lenkhilfsantriebs auf das Ritzel wirkt, insbesondere über ein Getriebe auf das Ritzel wirkt. Man spricht bei einem solchen Lenksystem auch von einem Single-Pinion-System, da lediglich ein einziges Ritzel mit der Zahnstange zusammenwirkt. Das Getriebe ist beispielsweise ein Schneckengetriebe. Derartige Lenksysteme sind einfach und kompakt im Aufbau.
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Vorzugsweise sind der Lenkhilfsantrieb und das Ritzel auf entgegengesetzten Seiten der Zahnstange angeordnet. Es ergibt sich damit ein besonders geringer Bauraumbedarf.
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Zusätzlich wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Montage eines Lenkgetriebes gelöst, wobei das Lenkgetriebe ein Lenkgetriebegehäuse, eine Zahnstange und ein Ritzel umfasst und das Verfahren die folgenden Schritte vorsieht:
- a) Bereitstellen des Lenkgetriebegehäuses,
- b) Montieren des Ritzels im Lenkgetriebegehäuse, wobei das Ritzel in seine Betriebsposition überführt wird,
- c) Einführen der Zahnstange in einen zugeordneten Aufnahmeraum im Lenkgetriebegehäuse, wobei eine Verzahnung der Zahnstange am Ritzel vorbeigeführt wird, ohne mit dem Ritzel in Eingriff zu gelangen, und
- d) Überführen der Zahnstange in eine Eingriffslage, in der die Verzahnung der Zahnstange mit dem Ritzel in Eingriff steht.
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Unter der Betriebsposition des Ritzels ist dabei diejenige Position zu verstehen, in der das Ritzel im Betrieb des Lenkgetriebes vorliegt. Diese Position kann auch als montierte Position bezeichnet werden. Beim Einführen der Zahnstange in den Aufnahmeraum führt diese im Wesentlichen eine translatorische Bewegung entlang der Zahnstangenlängsachse aus. Dabei kann die Zahnstange gegenüber einer Mittelachse des Aufnahmeraums gekippt sein. Um die Zahnstange in die Eingriffslage zu überführen, wird diese in Richtung des Ritzels verschwenkt und/oder verschoben. Dabei bleibt das Ritzel stationär. Das Lenkgetriebe lässt sich auf diese Weise einfach und schnell montieren. An der Zahnstange oder dem Ritzel vorgesehene Ausnehmungen oder Abflachungen werden hierfür nicht benötigt.
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Ferner kann ein Druckstück am Lenkgetriebegehäuse montiert werden, sodass die Zahnstange in der Eingriffslage gehalten wird, insbesondere unter Vorspannung in der Eingriffslage gehalten wird. Das Druckstück gewährleistet also, dass mittels des Lenkgetriebes stets ein Lenkmoment übertragbar ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Figuren gezeigt sind. Es zeigen:
- - 1 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Lenksystem mit einem erfindungsgemäßen Lenkgetriebe gemäß einer ersten Ausführungsform, das mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens montierbar ist,
- - 2 einen Schnitt II-II durch das Lenkgetriebe aus 1,
- - 3 einen Schnitt III-III durch das Lenkgetriebe aus 1,
- - 4 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Lenksystem mit einem erfindungsgemäßen Lenkgetriebe gemäß einer zweiten Ausführungsform, das mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens montierbar ist,
- - 5 einen Schnitt V-V durch das Lenkgetriebe aus 4,
- - 6 in einer schematischen Darstellung ein Detail der Lenksysteme aus den 1 und 4,
- - 7 ein weiteres Detail der Lenksysteme aus den 1 und 4 und
- - 8 bis 12 schematisch den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Montage des Lenkgetriebes aus 1.
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1 zeigt ein Lenksystem 10 für ein Kraftfahrzeug, das ein Lenkgetriebe 12 gemäß einer ersten Ausführungsform aufweist.
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Dabei ist das Lenkgetriebe 12 als sogenanntes Zahnstangenlenkgetriebe ausgeführt und weist eine Zahnstange 14 sowie ein Ritzel 16 auf. In bekannter Weise ist dabei die Zahnstange 14 mit lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeugs koppelbar und das Ritzel 16 mit einem Lenkrad.
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Sowohl das Ritzel 16 als auch die Zahnstange 14 sind in einem Lenkgetriebegehäuse 18 angeordnet.
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Genauer gesagt ist das Ritzel 16 auf einer Ritzelwelle 20 angeordnet. In Axialrichtung der Ritzelwelle 20 sind beidseits Lagerabschnitte 22a, 22b zur Lagerung der Ritzelwelle im Lenkgetriebegehäuse 18 vorgesehen, über die die Ritzelwelle 20 gelagert ist (siehe 6).
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Vorliegend sind die Lagerabschnitte 22a, 22b als Abschnitte des Lenkgetriebegehäuses 18 gestaltet, die mit jeweils zugeordneten Abschnitten der Ritzelwelle 20 zusammenwirken.
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Damit ist das Ritzel 16 im Lenkgetriebegehäuse 18 um eine Mittelachse 24 drehbar gelagert.
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Die Zahnstange 14 ist in einem Aufnahmeraum 26 des Lenkgetriebegehäuses 18 aufgenommen und entlang einer Zahnstangenlängsachse 28 linear beweglich im Lenkgetriebegehäuse 18 gelagert.
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Dabei ist der Aufnahmeraum 26 entlang einer Abstandsrichtung 30, die sowohl senkrecht auf der Mittelachse 24 als auch senkrecht auf der Zahnstangenlängsachse 28 steht, so gestaltet, dass die Zahnstange 14 zur Montage entlang der Zahnstangenlängsachse 28 am Ritzel 16 vorbeibewegbar ist, ohne mit dem Ritzel 16 in Eingriff zu gelangen.
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Der Aufnahmeraum 26 verjüngt sich im Ausführungsbeispiel der 1 ausgehend von einer Zahnstangenmontageöffnung 32 entlang der Zahnstangenlängsachse 28.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel gilt dies für die in Richtung der Abstandsrichtung 30 orientierte Dimension des Aufnahmeraums 26. Die im Querschnitt, d.h. entlang der Zahnstangenlängsachse 28 betrachtet, senkrecht dazu orientierte Dimension des Aufnahmeraums 26 ist entlang der Zahnstangenlängsachse 28 im Wesentlichen konstant.
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In diesem Zusammenhang weist der Aufnahmeraum 26 im Bereich der Zahnstangenmontageöffnung 32 einen elliptischen Querschnitt auf, wenn er entlang der Zahnstangenlängsachse 28 betrachtet wird (siehe 3).
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Dieser elliptische Querschnitt geht entlang der Zahnstangenlängsachse 28 sukzessive in einen kreisrunden Querschnitt über (siehe 2), wobei ein Durchmesser des kreisrunden Querschnitts im Wesentlichen mit einem entlang der kleinen Halbachse gemessenen Durchmesser des elliptischen Querschnitts übereinstimmt.
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Um die Zahnstange 14 und das Ritzel 16 während des Betriebs des Lenkgetriebes 12 zuverlässig miteinander in Eingriff zu halten, ist ferner ein Druckstück 34 vorgesehen, mittels dem die Zahnstange 14 in der Abstandsrichtung 30 im Lenkgetriebegehäuse 18 gelagert ist. Dabei ist die Zahnstange 14 gegen das Ritzel 16 vorgespannt.
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In der Ausführungsform gemäß 1 wird die Vorspannung durch ein Federelement 36 generiert. Dieses stützt sich auf seiner dem Druckstück 34 entgegengesetzten Seite an einer Führungsbuchse 38 ab, über die auch das Druckstück 34 am Lenkgetriebegehäuse 18 gehalten ist (siehe auch 7).
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Die Führungsbuchse 38 ragt dabei in den Aufnahmeraum 26 hinein. In gewisser Weise überbrückt somit die Führungsbuchse 38 den für das Vorbeiführen der Zahnstange 14 am Ritzel 16 vorgesehenen Teilbereich des Aufnahmeraums 26.
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Zudem ist ein erster Axialanschlag 40 vorgesehen, der die lineare Beweglichkeit der Zahnstange 14 im Lenkgetriebegehäuse 18 in einer ersten Richtung begrenzt und ein zweiter Axialanschlag 42, mittels dem die lineare Beweglichkeit der Zahnstange 14 in einer zweiten Richtung begrenzt ist, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Beide Richtungen sind dabei entlang der Zahnstangenlängsachse 28 orientiert.
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Das Lenksystem 10 ist ferner mit einem Lenkhilfsantrieb 44 ausgestattet, der dazu dient, einen über das Lenkrad in das Lenksystem 10 eingebrachten Lenkbefehl in Bezug auf eine mittels der Zahnstange 14 auf die lenkbaren Räder aufgebrachte Lenkkraft zu unterstützen. Eine an den lenkbaren Rädern anliegende Lenkkraft setzt sich also aus einer über das Lenkrad eingebrachten Komponente und einer mittels des Lenkhilfsantriebs 44 generierten Komponente zusammen.
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Hierfür weist der Lenkhilfsantrieb 44 ein Abtriebselement 46 auf, das über ein Getriebe 48 auf das Ritzel 16 wirkt. Das Getriebe 48 ist insbesondere als Schneckengetriebe ausgebildet.
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Dabei ist der Lenkhilfsantrieb 44 auf der dem Ritzel 16 entgegengesetzten Seite der Zahnstange 14 angeordnet (siehe 6).
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Eine zweite Ausführungsform des Lenksystems 10 ist in den 4 und 5 gezeigt.
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Dabei unterscheidet sich das Lenksystem 10 gemäß der zweiten Ausführungsform in zwei Aspekten von der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform.
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Zunächst einmal weist der Aufnahmeraum 26 über seine gesamte, entlang der Zahnstangenlängsachse 28 orientierte Erstreckung in der Abstandsrichtung 30 eine konstante Dimension auf.
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Dabei ist ein Querschnitt des Aufnahmeraums 26 über seine gesamte Erstreckung elliptisch (siehe 5).
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Ferner ist im Lenkgetriebe gemäß der zweiten Ausführungsform ein zweites Druckstück 50 vorgesehen, mittels dem die Zahnstange 14 im Lenkgetriebegehäuse 18 in einer zur Abstandsrichtung 30 parallelen Richtung gelagert ist. In der zweiten Ausführungsform wird die Zahnstange 14 also durch zwei Druckstücke 34, 50 gelagert.
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Im Übrigen gelten die vorstehenden Erläuterungen zur ersten Ausführungsform des Lenksystems 10 auch für die zweite Ausführungsform.
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Anhand der 8 bis 12 wird im Folgenden die Montage des Lenkgetriebes 12 gemäß der ersten Ausführungsform erläutert.
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Dabei wird zunächst das Lenkgetriebegehäuse 18 bereitgestellt.
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Dann wird das Ritzel 16 in seiner Betriebsposition im Lenkgetriebegehäuse 18 montiert. Das Ritzel 16 nimmt also bei der Montage direkt diejenige Position ein, die es auch im Betrieb des Lenkgetriebes 12 innehat (vgl. 8).
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Sodann wird die Zahnstange 14 über die Zahnstangenmontageöffnung 32 in den Aufnahmeraum 26 eingeführt. Eine Verzahnung der Zahnstange 14 wird dabei am Ritzel 16 vorbeigeführt, ohne mit dem Ritzel 16 in Eingriff zu gelangen (vgl. 9).
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Die Zahnstange 14 wird im Wesentlichen translatorisch entlang der Zahnstangenlängsachse 28 bewegt, wobei die Zahnstangenlängsachse 28 im Wesentlichen schräg zur vorgesehenen Endposition ausgerichtet ist. Genauer gesagt, wird die Zahnstangenlängsachse 28 im Wesentlichen parallel zu einer der Montageposition des Ritzels 16 entgegengesetzten Außenkontur des sich verjüngenden Aufnahmeraums 26 ausgerichtet. Mit anderen Worten ist die Zahnstangenlängsachse 28 während des Einführens gegenüber einer Mittelachse 52 des sich verjüngenden Aufnahmeraums 26 vom Ritzel 16 weg gekippt.
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Wenn die Zahnstange 14 weit genug in den Aufnahmeraum 26 eingeführt ist, wird sie in eine Eingriffslage überführt, in der die Verzahnung der Zahnstange 14 mit dem Ritzel 16 in Eingriff steht (vgl. 10).
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Im dargestellten Beispiel wird dafür die Zahnstange derart verschwenkt, dass die Zahnstangenlängsachse 28 im Wesentlichen parallel zu einer Außenkontur an derjenigen Seite des Aufnahmeraums 26 verläuft, an der das Ritzel 16 montiert ist.
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Anschließend werden der erste Axialanschlag 40 und der zweite Axialanschlag 42 montiert (vgl. 11).
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Sodann wird das Druckstück 34 zusammen mit der Führungsbuchse 38 montiert. Die Führungsbuchse 38 wird dabei am Lenkgetriebegehäuse 18 befestigt und die Zahnstange 14 wird mittels des Druckstücks 34 unter der durch das Federelement 36 generierten Vorspannung in Eingriffslage gehalten (vgl. 12).
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Die Montage des Lenkgetriebes 12 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich dahingehend von der Montage des Lenkgetriebes 12 gemäß der ersten Ausführungsform, dass in der zweiten Ausführungsform die Zahnstange 14 im Wesentlichen parallel zu einer Mittelachse 52 des Aufnahmeraums 26 in diesen eingeführt wird.
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Wenn die Zahnstange 14 entlang einer der Zahnstangenlängsachse 28 entsprechenden Richtung die gewünschte Position erreicht hat, wird sie im Wesentlichen entlang der Abstandsrichtung 30 verschoben, sodass die Zähne der Zahnstange 14 mit dem Ritzel 16 in Eingriff gelangen.
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Ein weiterer Unterschied bei der Montage des Lenkgetriebes gemäß der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass zusätzlich das zweite Druckstück 50 montiert wird.
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Im Übrigen wird auf die Erläuterungen zur Montage des Lenkgetriebes 12 gemäß der ersten Ausführungsform verwiesen.
