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Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem für ein Fahrzeug, mit einer Übertragungsstange in einem Lenkgetriebegehäuse und mit einem Lagerteil im Lenkgetriebegehäuse zur Lagerung der Übertragungsstange.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2008 001 958 A1 wird ein elektrisches Lenksystem für ein Fahrzeug beschrieben, das ein Lenkgetriebe in einem Lenkgetriebegehäuse aufweist, in welchem eine Übertragungsstange axial bewegbar gelagert ist und von einem elektrischen Servomotor angetrieben wird. Auf das Lenkgetriebegehäuse ist ein Getriebedeckel aufgesetzt, an dem ein Radialflansch als Träger des elektrischen Servomotors angeformt ist.
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Ein vergleichbares elektrisches Lenksystem ist auch aus der
EP 2 049 383 B1 bekannt. Der Getriebedeckel, der auf das Lenkgetriebegehäuse aufgesetzt und über Schrauben gehalten ist, weist Stützanschläge auf, zwischen denen ein Radiallager axial formschlüssig festgelegt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Lenksystem kann in Fahrzeugen eingesetzt werden, beispielsweise in Personenkraftwagen und in Lastkraftwagen. Das Lenksystem ist vorzugsweise als ein EPS-Lenksystem (Electric Power System) ausgeführt, bei dem zur Lenkkraftunterstützung mithilfe eines elektrischen Servomotors, der Bestandteil des Lenksystems ist, ein Servomoment erzeugt wird. Die Lenkbewegung des Fahrers wird über eine Lenkwelle auf ein Lenkgetriebe mit einer Übertragungsstange übertragen, die eine axiale Stellbewegung ausführt und die lenkbaren Räder des Fahrzeugs ansteuert. Bei der Übertragungsstange handelt es sich beispielsweise um eine Spurstange. Der elektrische Servomotor sitzt am Lenkgetriebegehäuse und treibt die Übertragungsstange an, die im Lenkgetriebegehäuse gelagert ist. Zur Lagerung der Übertragungsstange gehört ein Lagerteil, das im Lenkgetriebegehäuse aufgenommen ist.
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Am Lenkgetriebegehäuse ist außerdem ein Getriebedeckel aufgenommen, der benachbart zu dem Lagerteil angeordnet ist. Der Getriebedeckel und das Lagerteil bilden zwei separate Bauteile, die vorzugsweise nicht miteinander verbunden sind. In alternativer Ausführung ist es auch möglich, den Getriebedeckel und das Lagerteil miteinander zu verbinden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Lenksystem bildet die dem Getriebedeckel zugewandte Seitenfläche des Lagerteils eine Abstützfläche für den Getriebedeckel. Diese Ausführung des Lenksystems hat den Vorteil, dass das Lagerteil und der Getriebedeckel aufgrund ihrer getrennten Ausführung auf ihren jeweiligen Einsatzzweck hin optimiert werden können. Der Getriebedeckel ist von Lagerkräften, die auf das Lagerteil wirken, entlastet. Im Normalbetrieb wirken demzufolge keine Lagerkräfte auf den Getriebedeckel. Dementsprechend kann der Getriebedeckel aus einem Material mit verhältnismäßig geringer Festigkeit und mit geringem Gewicht gefertigt sein. Es kommt insbesondere eine Ausführung des Getriebedeckels aus einem Kunststoffmaterial in Betracht. Gegebenenfalls kann der Getriebedeckel auch aus einem Metall gefertigt sein, beispielsweise aus Aluminium, wobei zur Gewichtseinsparung eine dünnwandige Ausführung des Getriebedeckels ausreichend ist.
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Es kann zweckmäßig sein, den Getriebedeckel in Bezug auf das Lagerteil in der Weise im oder am Lenkgetriebegehäuse anzuordnen, dass bei den im normalen Fahrbetrieb auftretenden Kräften kein Kontakt zwischen Getriebedeckel und Lagerteil besteht. Alternativ ist es auch möglich, dass der Getriebedeckel in Einbaulage das Lagerteil berührt, wobei vorteilhafterweise der Einbau in der Weise erfolgt, dass im Normalbetrieb keine oder nur geringe Kräfte zwischen dem Lagerteil und dem Getriebedeckel wirken.
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Die Abstützung des Getriebedeckels am Lagerteil kann in Ausnahmesituationen erfolgen, wenn überdurchschnittlich hohe Kräfte auf das Lenksystem wirken, beispielsweise bei einem mit Wucht ausgeführten Erreichen des maximalen Lenkeinschlags. Die hierbei auf die Übertragungsstange wirkenden Kräfte müssen von dem Lenkgetriebegehäuse aufgenommen werden und können zu einer Verformung führen, die einen Kontakt zwischen dem Getriebedeckel und der Abstützfläche am Lagerteil zur Folge haben. Die Verformung des Getriebedeckels, insbesondere in der Ausführung des Getriebedeckels als Kunststoffbauteil, wird durch den Anschlag an der Abstützfläche des Lagerteils begrenzt. Die Verformung liegt in der Regel im linearelastischen Bereich und bildet sich nach dem Wegfall der äußeren Kräfte wieder zurück, so dass keine dauerhafte Verformung des Getriebedeckels gegeben ist. Aufgrund der Abstützung des Getriebedeckels an der Abstützfläche des Lagerteils kann der Getriebedeckel hohe Lasten und Kräfte aufnehmen.
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Vorteilhafterweise besteht das Lagerteil aus einem Metallwerkstoff, der in der Lage ist, hohe Lagerkräfte sowie gegebenenfalls Abstützkräfte des Getriebedeckels aufzunehmen, beispielsweise aus Stahl. Der Getriebedeckel ist vorzugsweise aus einem anderen Material als das Lagerteil gefertigt und kann insbesondere als dünnwandiges Bauteil ausgeführt und/oder aus einem Material mit geringerer Festigkeit gefertigt sein, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Getriebedeckel ohne Verschraubung am Lenkgetriebegehäuse fixiert. Die Fixierung kann stattdessen über eine Rastverbindung erfolgen, über die ein Formschluss mit dem Lenkgetriebegehäuse erreicht wird. Dies ermöglicht es, bei der Montage den Getriebedeckel ohne Verwendung von Werkzeug auf das Lenkgetriebegehäuse aufzusetzen und über den Rast- und Formschluss eine feste Verbindung mit dem Lenkgetriebegehäuse zu erreichen.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist der Getriebedeckel auf der dem Lagerteil zugewandten Seite eine Abstützstruktur auf, die insbesondere Teil einer Verstärkungsstruktur am Getriebedeckel ist. Die Abstützstruktur umschließt eine Öffnung im Getriebedeckel in ringförmiger Weise, durch die die Übertragungsstange geführt ist. Hierbei kann es insbesondere zweckmäßig sein, dass die ringförmige Abstützstruktur die Öffnung im Getriebedeckel begrenzt und somit unmittelbar bis zur Öffnung reicht. Die Abstützstruktur ermöglicht eine flächige Abstützung des Getriebedeckels an der Abstützfläche des Lagerteils im Fall hoher äußerer Kräfte, die axial auf den Getriebedeckel wirken. Die Abstützstruktur kann sich über einen Großteil einer Seitenfläche des Getriebedeckels erstrecken.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Verstärkungsstruktur am Getriebedeckel in Form einer Wabenstruktur ausgebildet. In der Ausführung des Getriebedeckels als Kunststoffbauteil lässt sich die Wabenstruktur im Wege des Spritzgießens des Getriebedeckels herstellen. Alternativ zu einer Wabenstruktur kommen auch andere Verstärkungsstrukturen in Betracht, beispielsweise Rippen, die gegebenenfalls über Kreuz verlaufen können.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Lagerteil als eine Lagerscheibe ausgebildet, durch die die Übertragungsstange hindurchgeführt und an der die Übertragungsstange abgestützt ist. In einer weiteren Ausführung ist das Lagerteil als eine Lagersegmentscheibe ausgebildet, die sich über ein Winkelsegment von vorzugsweise kleiner 180° erstreckt, beispielsweise über ein Winkelsegment von 90°. Es kann zweckmäßig sein, über den Umfang verteilt mindestens zwei Lagersegmentscheiben anzuordnen, beispielsweise axial an gleicher Höhe zwei diametral gegenüberliegende Lagersegmentscheiben, zwischen denen die Übertragungsstange verläuft.
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Die Lagerscheibe bzw. die Lagersegmentscheibe ist vorzugsweise über eine Verschraubung am Lenkgetriebegehäuse fixiert.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems für ein Fahrzeug,
- 2 einen Schnitt längs durch das Lenkgetriebegehäuse des Lenksystems im Bereich eines Getriebedeckels,
- 3 der Getriebedeckel in perspektivischer Ansicht,
- 4 eine Draufsicht auf zwei diametral gegenüberliegend angeordnete Lagersegmentscheiben am Lenkgetriebegehäuse.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist beispielhaft ein elektrisch unterstütztes Lenksystem 1 für ein Fahrzeug dargestellt. Das Lenksystem 1 umfasst eine Lenkwelle 2, über die ein vom Fahrer über das Lenkrad vorgegebener Lenkwinkel übertragen wird, ein Lenkgetriebegehäuse 3 mit einem darin aufgenommenen Lenkgetriebe und ein Lenkgestänge mit einer Übertragungsstange 4, die eine Spurstange bildet und über die die Lenkbewegung auf die lenkbaren Räder des Fahrzeugs übertragen wird. Zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten Handmoments dient ein elektrischer Lenk- bzw. Servomotor 5, der ein Servomoment erzeugt, welches in das Lenkgetriebe im Lenkgetriebegehäuse 3 eingespeist wird. Der elektrische Servomotor 5 ist im Ausführungsbeispiel achsparallel zur Übertragungsstange 4 angeordnet, die Motorwellenlängsachse 6 des Servomotors 5 verläuft parallel zur Längsachse 7 der Übertragungsstange 4. Der elektrische Servomotor 5 ist beispielsweise als elektronisch kommutierter Synchron- oder Asynchronmotor ausgeführt. Der Servomotor 5 wird über ein angeschlossenes Steuergerät 8 angesteuert.
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Die Übertragungsstange 4 ist an ihren beiden außenliegenden Enden jeweils mit einer Spurstange 9 verbunden, über die eine Radaufhängung angesteuert wird.
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In 2 ist das Getriebegehäuse 3 im Längsschnitt im Bereich eines Getriebedeckels 10 dargestellt. Die Übertragungsstange 4 ist über ein Kugelgewindetrieb, bestehend aus einem Kugelgewinde 11 zwischen der Übertragungsstange 4 und einer Kugelmutter 12, die um die Übertragungsstange 4 rotierbar angeordnet ist, mit einem Übertragungsglied mit dem elektrischen Servomotor verbunden. Die Kugelmutter 12 ist radial in einem Radiallager 13 gelagert, das im Lenkgetriebegehäuse 3 aufgenommen ist. Das Radiallager 13 stützt sich axial an zwei Lagersegmentscheiben 14 ab, die über Schrauben 15 (4) mit dem Lenkgetriebegehäuse 2 fest verbunden sind. Die Lagersegmentscheiben 14 erstrecken sich über ein Winkelsegment von 90° und bestehen beispielsweise aus Stahl. Die diametral gegenüberliegenden, axial in gleicher Höhe angeordneten Lagersegmentscheiben 14 schließen zwischen sich einen Freiraum ein, durch den die Übertragungsstange 4 geführt ist.
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Alternativ zu Lagersegmentscheiben kommen auch runde Lagerscheiben in Betracht.
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Der Getriebedeckel 10, der perspektivisch in 3 dargestellt ist, ist als ein Kunststoffbauteil ausgeführt und auf die Stirnseite des Lenkgetriebegehäuses 3 aufgesetzt. Der Getriebedeckel 10 ist über eine Rastverbindung axial formschlüssig mit dem Lenkgetriebegehäuse 3 verbunden. Eine Verschraubung des Getriebedeckels 10 am Lenkgetriebegehäuse 3 oder einem sonstigen Bauteil ist nicht vorgesehen. Die Rastverbindung erfolgt über Rastelemente 16, die an diametral gegenüberliegenden Seiten jeweils im Seitenbereich des Getriebedeckels 10 angeordnet sind. Mit dem axialen Aufsetzen des Getriebedeckels 10 auf das Lenkgetriebegehäuse 3 verrasten die Rastelemente 16 am Getriebedeckel 10 mit zugeordneten Rastgliedern 17, die sich an der Stirnseite des Lenkgetriebegehäuses 3 befinden.
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Die Lagersegmentscheiben 14, die jeweils ein Lagerteil bilden und der Getriebedeckel 10 sind als voneinander unabhängige, eigenständige Bauteile ausgebildet, welche nicht miteinander verbunden sind. Die dem Getriebedeckel 10 zugewandte Seitenfläche der Lagersegmentscheiben 14 bilden Abstützflächen 18, an der sich der Getriebedeckel 10 abstützen kann. Im Normalbetrieb liegt der Getriebedeckel 10 nur lose an der Abstützfläche 10 an den Lagersegmentscheiben 14 an, so dass keine oder nur geringe axiale Kräfte zwischen Getriebedeckel 10 und Lagersegmentscheiben 14 wirken. Unter der Einwirkung hoher äußerer Kräfte ist es aber möglich, dass sich insbesondere der Getriebedeckel 10 verformt und dass sich der Getriebedeckel 10 an der Abstützfläche 18 der Lagersegmentscheiben 14 mit höheren Axialkräften abstützt. Diese höheren Axialkräfte können von den Lagersegmentscheiben 14 ohne Weiteres aufgenommen und auf das Lenkgetriebegehäuse 3 übertragen werden.
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Der Getriebedeckel 10 weist auf seiner den Lagersegmentscheiben 14 zugewandten Seite eine wabenförmige Verstärkungsstruktur 20 auf, die eine zentrale Öffnung 19, welche in den Getriebedeckel 10 eingebracht ist, umschließt und ringförmig begrenzt. In 3 ist die Abstütz- und Verstärkungsstruktur 20, welche unmittelbar ringförmig die Öffnung 19 umschließt, mit Hilfslinien dargestellt. Die Stirnseite der Verstärkungsstruktur 20 stützt sich, wie 2 zu entnehmen ist, in unmittelbarer Nachbarschaft zu der zentralen Öffnung 19 an der Abstützfläche 18 der Lagersegmentscheibe 14 ab. Die Abstützung in Fällen hoher äußerer Kräfte, die auf den Getriebedeckel 10 einwirken, verhindert eine dauerhafte, plastische Verformung des vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Getriebedeckels 10.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008001958 A1 [0002]
- EP 2049383 B1 [0003]
