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Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für ein Loslager eines Lenkgetriebes. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Lenkgetriebe mit einer solchen Lagervorrichtung sowie ein Lenksystem mit einem solchen Lenkgetriebe, insbesondere ein Hilfskraftlenksystem.
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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.
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Die bekannten Hilfskraftlenksysteme basieren auf einem Lenkgetriebe, das die Antriebsleistung eines hydraulischen oder elektrischen Lenkmotors übersetzt und auf beispielsweise die Lenksäule überträgt. Derartige Lenkgetriebe sind regelmäßig in Form eines Schraubwälzgetriebes und insbesondere als Schraubradgetriebe oder Schneckengetriebe ausgebildet. Diese umfassen ein Zahnrad, das direkt oder indirekt mit der Lenksäule verbunden ist, sowie ein damit kämmendes, über eine Welle von dem Lenkmotor angetriebenes Ritzel.
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Als problematisch bei derartigen Lenkgetrieben hat sich Getriebespiel gezeigt, das sich aufgrund von Bauteiltoleranzen, unterschiedlichen Wärmedehnungen der Getriebeelemente, aufgrund von Verschleiß und/oder aufgrund eines Setzens des Materials (bei Zahnrädern aus Kunststoff) ausbildet. Insbesondere bei einem sogenannten Wechsellenken, d.h. bei einem direkt aufeinanderfolgenden Lenken mit wechselnder Lenkeinschlagsrichtung, erzeugt ein solches Getriebespiel unerwünschte Geräusche, die aus dem abwechselnden Anlegen gegenüberliegender Flanken der Zähne von Ritzel und Zahnrad resultieren.
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Bekannt ist, dieses Getriebespiel dadurch zu eliminieren, dass die Ritzelwelle schwenkbar um eine Achse, die senkrecht zur 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 als „Festlager“ bezeichnet. Die Lagerung im Bereich des anderen Endes ist dann mit einer definierten Beweglichkeit ausgeführt (sogenanntes „Loslager“), um die durch die Schwenkbewegung hervorgerufene Auslenkung zu ermöglichen. Das Festlager kann insbesondere antriebsseitig vorgesehen sein, 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.
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Ein solches Lenkgetriebe, bei dem die Federkraft für die Anfederung mittels des Festlagers erzeugt wird, ist beispielsweise aus der
DE 10 2009 054 655 A1 bekannt. Bei diesem Lenkgetriebe ist vorgesehen, das Wälzlager, das die Ritzelwelle im Bereich des Festlagers aufnimmt, außenseitig in einer Schwenkhülse zu lagern. Die Schwenkhülse umfasst eine Lagerhülse, die das Wälzlager 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 mehrere 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.
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Die Schwenkbarkeit der Ritzelwelle um die durch das Festlager definierte Schwenkachse muss in einem definierten Mindestmaß, dem sogenannten Grundspiel, gegeben sein, um ein Ausweichen der Ritzelwelle infolge von temperaturbedingten Dehnungen, infolge von Geometrieänderungen von aus Kunststoffen ausgebildeten Elementen des Lenkgetriebes, insbesondere des Zahnrads und/oder der Ritzelwelle, aufgrund einer Wasseraufnahme sowie infolge von Rundlaufabweichungen des Zahnrads und/oder der Ritzelwelle zu ermöglichen. Gleichzeitig muss das Grundspiel begrenzt sein, da dann, wenn mittels der Ritzelwelle eine Antriebsleistung von einem Lenkmotor auf das Zahnrad übertragen wird, die federbelastete Ritzelwelle infolge der Verzahnungskräfte in Richtung einer zunehmenden Entfernung von dem Zahnrad geschwenkt wird, bis ein Endanschlag für diese Schwenkbewegung, der insbesondere durch das Loslager des Lenkgetriebes ausgebildet sein kann, erreicht ist.
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Das im Rahmen der konstruktiven Auslegung eines solchen Lenkgetriebes dimensionierte Grundspiel vergrößert sich im Laufe der Nutzung infolge von Verschleiß sowie aufgrund eines Setzens (d.h. einer plastischen Verformung infolge einer dauerhaften Belastung) der Elemente des Lenkgetriebes, insbesondere bei deren Ausgestaltung aus Kunststoff(en). Auch fertigungsbedingte Form- und Lagetoleranzen können zu einer Vergrößerung des Grundspiels führen. Dies führt dazu, dass bei einer Dimensionierung der Anfederung für die Ritzelwelle, die auch ein voraussichtlich zum Ende einer vorgesehenen Nutzungsdauer des Lenkgetriebes gegebenes Grundspiel berücksichtigt, wobei auch dann noch eine ausreichend große Anfederung gegeben sein soll, die Federbelastung im Neuzustand des Lenkgetriebes so groß gewählt werden muss, dass eine unerwünscht hohe Reibung in der Verzahnung auftritt.
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Vorteilhaft ist es daher, ein über der vorgesehenen Nutzungsdauer möglichst gleichbleibendes Grundspiel zu erzielen, das zudem lediglich so groß dimensioniert ist, dass die zu erwartenden Einflüsse auf das Getriebespiel, insbesondere infolge von temperaturbedingten Dehnungen, Wasseraufnahme und/oder Fertigungstoleranzen, kompensiert werden können, ohne zu einer unerwünscht hohen Reibung in der Verzahnung zu führen.
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Ein Lenkgetriebe, bei dem ein solches möglichst gleichbleibendes Grundspiel realisiert ist, ist aus der
DE 10 2017 209 563 A1 bekannt. Dieses Lenkgetriebe umfasst ein Zahnrad, ein damit kämmendes Schraubritzel und eine das Schraubritzel umfassende Schraubritzelwelle, wobei die Schraubritzelwelle auf einer Seite des Schraubritzels in einem Festlager und auf der anderen Seite des Schraubritzels in einem Loslager gelagert ist. Das Festlager bildet eine Schwenkachse aus, um die die Schraubritzelwelle schwenkbar ist. Das Loslager umfasst ein Drehlager, das einen inneren Lagerring, in dem eine Schraubritzelwelle aufgenommen ist, und einen äußeren Lagerring, der in eine Lagerhülse integriert ist, aufweist. Die Lagerhülse wirkt mit einem Führungselement und das Führungselement mit einem Halteelement, das in ein Gehäuse des Lenkgetriebes integriert ist, derart zusammen, dass die Lagerhülse in einer ersten Richtung, die radial bezüglich der Längsachse der Lagerhülse ausgerichtet ist, relativ zu dem Halteelement bewegbar ist, wenn die Schraubritzelwelle nicht mit einem Drehmoment belastet ist, während eine solche Relativbewegung verhindert ist, wenn die Schraubritzelwelle mit einem Drehmoment belastet ist. Hierzu wird die Lagerhülse bei einer Belastung mit einem Drehmoment zunächst in einer zweiten Richtung, die ebenfalls radial bezüglich der Längsachse der Lagerhülse und zudem senkrecht zu der ersten Richtung ausgerichtet ist, relativ zu dem Halteelement bewegt, wodurch das Führungselement in einer Führungsöffnung des Halteelements oder der Lagerhülse verkantet.
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Das Funktionsprinzip des Loslagers eines solchen Lenkgetriebes beruht darauf, dass infolge der Ausgestaltung des Ritzels als Schraubritzel bei der Übertragung einer Antriebsleistung, die von einem Lenkmotor auf die Schraubritzelwelle und von der Schraubritzelwelle auf das Zahnrad übertragen wird, die Schraubritzelwelle aufgrund der Verzahnungskräfte nicht nur um die eigentliche Schwenkachse des Festlagers sondern (in geringem Maße) auch um eine senkrecht zu dieser Schwenkachse gelegene, zweite Achse geschwenkt wird, was auf Spiel beziehungsweise eine elastische Verformbarkeit in der Lagerung (insbesondere in dem Festlager) der Schraubritzelwelle zurückzuführen sein kann. Dies wird mittels des Loslagers ausgenutzt, um nach einer definierten, wenn auch relativ kleinen Auslenkung (Schwenkweg) der Schraubritzelwelle um diese zweite Achse das Verkanten des Führungselements in der Führungsöffnung zu bewirken, wodurch dann auch ein Schwenken der Schraubritzelwelle um die Schwenkachse des Festlagers begrenzt beziehungsweise verhindert wird. Demnach wird durch das Zusammenwirken des Führungselements und der Führungsöffnung ein klemmend wirkender Anschlag für die Schwenkbewegung der Schraubritzelwelle um die Schwenkachse des Festlagers geschaffen, der, unabhängig von dem tatsächlichen Verschleißzustand des Lenkgetriebes, den dieses in Abhängigkeit von der Nutzungsdauer aufweist, stets nach im Wesentlichen derselben Schwenkbewegung um die senkrecht zu der eigentlichen Schwenkachse gelegene zweite Achse wirksam wird, wobei die Größe dieser Schwenkbewegung um die zweite Achse über der Nutzungsdauer des Lenkgetriebes im Wesentlichen gleichbleibend ist.
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Bei der Nutzung eines Lenkgetriebes gemäß der
DE 10 2017 209 563 A1 hat sich gezeigt, dass das Verkanten des Führungselements in der Führungsöffnung zu einer ungewollten Geräuschentwicklung führen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Geräuschentwicklung bei einem Lenkgetriebe gemäß der
DE 10 2017 209 563 A1 zu vermeiden oder zumindest gering zu halten.
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Diese Aufgabe wird mittels einer Lagervorrichtung für ein Loslager eines Lenkgetriebes gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit einer solchen Lagervorrichtung sowie ein Lenksystem mit einem solchen Lenkgetriebe sind Gegenstände der Patentansprüche 6 und 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung und damit des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes sowie des erfindungsgemäßen Lenksystems sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung umfasst ein Drehlager (vorzugsweise ein Wälzlager, besonders bevorzugt ein Kugellager), das einen inneren Lagerring, der zur Aufnahme einer Schraubritzelwelle des Lenkgetriebes vorgesehen ist, und einen äußeren Lagerring, der in eine Lagerhülse integriert (d.h. darin aufgenommen oder von der Lagerhülse selbst ausgebildet) ist, aufweist. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Lagerhülse mit einem (vorzugsweise bolzenförmigen) Führungselement und das Führungselement mit einem Halteelement, das zur feststehenden beziehungsweise unbeweglichen, beispielsweise auch einstückigen Integration in ein Gehäuse des Lenkgetriebes vorgesehen ist, derart zusammenwirkt, dass die Lagerhülse in einer ersten Richtung, die radial bezüglich der Längsachse der Lagerhülse ausgerichtet ist, relativ zu dem Halteelement verschiebbar ist, wenn die Schraubritzelwelle unbelastet, d.h. nicht mit einem Drehmoment belastet ist, während eine solche Relativbewegung verhindert ist, wenn die Schraubritzelwelle mit einem Drehmoment belastet ist, indem dann die Lagerhülse zunächst in einer zweiten Richtung, die radial bezüglich der Längsachse der Lagerhülse und senkrecht zu der ersten Richtung ausgerichtet ist, relativ zu dem Halteelement bewegt wird, wodurch das Führungselement in einer Führungsöffnung des Halteelements oder der Lagerhülse (bzw. einem mit der Lagerhülse verbundenen Element) verkantet.
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Erfindungsgemäß gekennzeichnet ist ein solches Loslager dadurch, dass mindestens ein elastisches Dämpfungselement vorgesehen ist, das derart angeordnet ist, dass bei einem Verkanten des Führungselements in der Führungsöffnung des Halteelements zunächst das mindestens eine Dämpfungselement elastisch deformiert wird, bevor ein Verkantungskontakt, d.h. ein das klemmende Verkanten bewirkender Kontakt zwischen dem Führungselement und dem Halteelement zustande kommt. Das mindestens eine Dämpfungselement dämpft demnach die Relativbewegung zwischen dem Führungselement und der Führungsöffnung beziehungsweise bremst diese Relativbewegung kurz bevor es zu dem Verkantungskontakt zwischen diesen Elementen kommt ab. Die Stoßkräfte, die beim Verkantungskontakt auftreten, können dadurch deutlich reduziert sein, was zu einer entsprechend geringeren Geräuschentwicklung infolge eines Verkanten des Führungselements in der Führungsöffnung des Halteelements führt.
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Als „Längsachse“ wird erfindungsgemäß diejenige Achse eines Körpers oder eines Hohlraums verstanden, die entlang der größten Längserstreckung des Körpers/Hohlraums verläuft und dabei die geometrischen Mittelpunkte der verschiedenen Querschnitte des Körpers/Hohlraums verbindet. Bei einer Durchgangsöffnung verläuft die Längsachse zwischen den beiden Öffnungsenden.
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Ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe, das für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, umfasst zumindest ein Zahnrad, ein damit kämmendes Schraubritzel (insbesondere Schneckenritzel) und eine das Schraubritzel umfassende Schraubritzelwelle, wobei die Schraubritzelwelle auf einer Seite des Schraubritzels in einer erfindungsgemäßen Lagervorrichtung eines Loslager gelagert ist und wobei das Halteelement der Lagervorrichtung feststehend in ein Gehäuse des Lenkgetriebes integriert ist. Die feststehende Integration des Halteelements in das Gehäuse des Lenkgetriebes kann vorzugsweise dadurch erfolgen, dass das Halteelement mittels eines Befestigungselements, das mit dem Gehäuse verbunden, beispielsweise verschraubt ist, gegen einen Absatz des Gehäuses gedrückt ist. Alternativ dazu kann das Halteelement auch von dem Gehäuse selbst ausgebildet oder direkt mit dem Gehäuse verbunden (beispielsweise verschraubt oder auf andere Art und Weise kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden) sein.
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Weiterhin kann für ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe vorgesehen sein, dass die Schraubritzelwelle auf der anderen Seite des Schraubritzels in einem Festlager gelagert ist, das eine Schwenkachse ausbildet, um die die Schraubritzelwelle schwenkbar ist, wobei die Längsachse des Führungselements der Lagervorrichtung des Loslagers quer und insbesondere senkrecht zu dieser Schwenkachse ausgerichtet ist. Ein solches Festlager kann ein Drehlager (vorzugsweise ein Wälzlager, besonders bevorzugt ein Kugellager) umfassen, das einen inneren Lagerring, der zur Aufnahme der Schraubritzelwelle des Lenkgetriebes vorgesehen ist, und einen äußeren Lagerring, der in einer Lagerhülse aufgenommen ist, aufweist. Weiterhin kann ein elastisch vorgespanntes Federelement des Festlagers vorgesehen sein, das die Schraubritzelwelle schwenkend um die Schwenkachse gegen das Zahnrad drückt. Um dies zu realisieren kann vorzugsweise ein Schwenkring vorgesehen sein, der einen Außenring sowie einen Innenring aufweist, die über einen oder mehrere tordiert vorgespannte Torsionsstege schwenkbar verbunden sind, wobei der Innenring mit der Lagerhülse verbunden ist (was eine integrale und insbesondere einteilige Ausgestaltung umfassen soll) und der Außenring zur Lagerung des Festlagers in einem Gehäuse des Lenkgetriebes vorgesehen ist.
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Ein erfindungsgemäßes Lenksystem umfasst zumindest ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe sowie einen drehantreibend mit der Schraubritzelwelle verbundenen Lenkmotor. 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, durch das mittels des Lenkmotors ein unterstützendes Drehmoment erzeugt werden kann, so dass ein von einem Fahrer eines das Hilfskraftlenksystem umfassenden Kraftfahrzeugs auf die Lenksäule für ein Lenken des Kraftfahrzeugs aufzubringendes Lenkmoment (ggf. temporär auch bis auf null) reduziert 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.
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Gemäß einer insbesondere in konstruktiver Hinsicht vorteilhaften Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Loslagers kann vorgesehen sein, dass die Führungsöffnung als Durchgangsöffnung des Halteelements ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Dämpfungselement an einem längsaxialen Ende der Führungsöffnung angeordnet ist. Dabei kann das Dämpfungselement insbesondere fest mit dem Halteelement verbunden (insbesondere formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig) sein.
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Bei einem solchen erfindungsgemäßen Loslager kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement in einer Vertiefung des Halteelements angeordnet ist, die in dem Übergang zwischen der an dem längsaxialen Ende der Führungsöffnung angeordneten Stirnseite des Halterelement und einer die Führungsöffnung begrenzenden Begrenzungsfläche des Halteelements angeordnet ist. Auch dies stellt eine vorteilhafte Möglichkeit zur Ausgestaltung einer Einheit aus Halteelement und Dämpfungselement dar.
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Gemäß einer weiterhin bevorzugten Weiterbildung eines solchen erfindungsgemäßen Loslagers können zwei oder mehr Dämpfungselemente vorgesehen sein, von denen mindestens ein erstes Dämpfungselement, vorzugsweise zwei erste Dämpfungselemente in einer zueinander gegenüberliegenden, insbesondere parallelen Anordnung an einem ersten längsaxialen Ende der Führungsöffnung und mindestens ein zweites Dämpfungselement, vorzugsweise zwei zweite Dämpfungselemente in einer zueinander gegenüberliegenden, insbesondere parallelen Anordnung an einem zweiten längsaxialen Ende der Führungsöffnung angeordnet ist/sind. Dadurch kann eine besonders sichere und weitgehende Dämpfung der Relativbewegung zwischen dem Führungselement und dem Halteelement und damit eine entsprechend sichere Verminderung einer sich aus dem anschließenden Verkantungskontakt resultierenden Geräuschentwicklung erreicht werden.
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Ein vorteilhaftes elastisches Deformationsverhalten des mindestens einen ringförmigen Dämpfungselements kann dadurch realisiert werden, dass dieses eine trapezförmige Querschnittsfläche aufweist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
- 1: einen Längsschnitt durch einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes;
- 2: das Lenkgetriebe in einer Ansicht von vorne;
- 3: einen Querschnitt durch einen Abschnitt des Lenkgetriebes entlang der Schnittebene III - III in der 1;
- 4: den in der 3 mit IV gekennzeichneten Ausschnitt in einer vergrößerten Darstellung; und
- 5: den in der 1 mit V gekennzeichneten Ausschnitt in einer vergrößerten Darstellung.
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Das in den Zeichnungen dargestellte Lenkgetriebe 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.
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Das Zahnrad 2 ist drehfest mit einer Abtriebswelle 5 des Lenkgetriebes verbunden. Diese Abtriebswelle 5 umfasst eine Schraubverzahnung (vgl. 2) für einen Verzahnungseingriff mit einer in einem Abschnitt als Zahnstange ausgebildeten Lenkstange eines das Lenkgetriebe umfassenden Lenksystems eines Kraftfahrzeugs.
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Die Ritzelwelle 4 weist ein antriebsseitiges Ende auf, über das diese mit der Abtriebswelle eines Lenkmotors (nicht dargestellt; z.B. ein Elektro- oder Hydraulikmotor) des Lenksystems 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) zulässt. Diese Schwenkachse 7 verläuft in der 1 senkrecht zu der 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 einem Schwenken der Ritzelwelle 4 um die Schwenkachse 7 ergebende Auslenkung dieses Endes der Ritzelwelle 4 teilweise zulässt.
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Eine Lagervorrichtung 12 des Festlagers 6 ebenso wie eine Lagervorrichtung 13 des Loslagers 8 umfasst jeweils ein Drehlager 9 in Form eines Kugellagers. In inneren Lagerringen 10 dieser Drehlager 9 sind die entsprechenden Abschnitte der Ritzelwelle 4 gelagert, während äußere Lagerringe 11 der Drehlager 9 jeweils in einer Lagerhülse 14, 31 der entsprechenden Lagervorrichtung 12, 13 gelagert sind.
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Die (Fest-)Lagerhülse 14 der Lagervorrichtung 12 des Festlagers 6 weist kreisringförmige Querschnitte auf und diese nimmt innenseitig in einem ersten Längsabschnitt das dazugehörige Drehlager 9 und in einem zweiten Längsabschnitt einen Innenring 16 eines Schwenkrings 15 auf. Dieser Innenring 16 des Schwenkrings 15 und der äußere Lagerring 11 des Drehlagers 9 des Festlagers 6 sind unter Zwischenschaltung von zwei Ringscheiben 17 axial gesichert innerhalb der Festlagerhülse 14 gelagert, wobei sich der Innenring 16 des Schwenkrings 15 einerseits unter Zwischenschaltung einer ersten der Ringscheiben 17 an dem äußeren Lagerring 11 des Drehlagers 9 und andererseits unter Zwischenschaltung einer zweiten der Ringscheiben 17 an einem ersten umlaufenden Absatz, der von der Festlagerhülse 14 ausgebildet ist, abstützt. In gleicher Weise ist die bezüglich des Innenrings 16 des Schwenkrings 15 beabstandet gelegene Seite des äußeren Lagerrings 11 des Drehlagers 9 an einem zweiten umlaufenden Absatz, der ebenfalls von der Festlagerhülse 14 ausgebildet ist, abgestützt.
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Der Schwenkring 15 umfasst neben dem Innenring 16 noch einen Außenring 19. Dieser Außenring 19 ist über zwei Torsionsstege 20 (vgl. 2) mit dem Innenring 16 verbunden. Der Außenring 19, der Innenring 16 und die Torsionsstege 20 sind einstückig aus beispielsweise Federstahl ausgebildet.
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Die zwei Torsionsstege 20 definieren die Lage der Schwenkachse 7, um die der Außenring 19 relativ zu dem Innenring 16 des Schwenkrings 15 schwenkbar ist. Die Torsionsstege 20 des Schwenkrings 15 ermöglichen dabei nicht nur ein Schwenken des Außenrings 19 relativ 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 kleines 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 20 ergibt, wodurch die elastischen Rückstellmomente, die aus dieser Verdrillung der Torsionsstege 20 resultieren, der Auslenkung der Ritzelwelle 4 entgegenwirken und diese somit gegen das Zahnrad 2 drücken.
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Eine axiale Lagesicherung des inneren Lagerrings 10 des Drehlagers 9 des Festlagers 6 auf der Ritzelwelle 4 und damit der innerhalb der Festlagerhülse 14 angeordneten Bauteile erfolgt unter Zwischenschaltung eines Druckstücks 21 mittels einer Schraube (nicht dargestellt), die in ein Innengewinde, das in das antriebsseitige Ende der Ritzelwelle 4 integriert ist, eingeschraubt ist.
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Eine Lagerung des Außenrings 19 des Schwenkrings 15 und damit der gesamten Lagervorrichtung 12 des Festlagers 6 innerhalb des Gehäuses 1 erfolgt mittels eines Aufnahmerings 24 des Festlagers 6, der einen rohrförmigen Abschnitt des Außenrings 19 des Schwenkrings 15 umgibt und der mittels mehrerer Schrauben 25 mit dem Gehäuse 1 fest verbunden ist (vgl. 2). Der Aufnahmering 24 liegt dabei in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse 26 der Ritzelwelle 4 an einer Kontaktfläche 39 des Gehäuses 1 an.
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Von dem rohrförmigen Abschnitt des Außenrings 19 des Schwenkrings 15 erstrecken sich in diametral gegenüberliegender Anordnung zwei zylindrische Lagerzapfen 27. Diese Lagerzapfen 27, deren Längsachsen 28 senkrecht bezüglich der Schwenkachse 7 ausgerichtet sind und die diese schneiden, sind in dazu passend, d.h. mit einem minimalen Übermaß dimensionierten, zylindrischen Lageröffnungen des Aufnahmerings 24 drehbar gelagert. Die Längsachsen 28 der Lagezapfen 27 entsprechen dabei einer Drehachse 30, um die der Außenring 19 des Schwenkrings 15 und damit die gesamte Lagervorrichtung 12 des Festlagers 6 sowie die darin gelagerte Ritzelwelle 4 in eng gesetzten Grenzen, die durch das Loslager 8 definiert werden, schwenkbar sind. Diese Drehachse 30 schneidet dabei nicht nur die Schwenkachse 7 sondern zusätzlich auch die Rotationachse 26 der Ritzelwelle 4. Anders als bei einem Schwenken der Ritzelwelle 4 um die Schwenkachse 7 führt ein Schwenken um die Drehachse 30 jedoch nicht zu einem elastischen Rückstellmoment.
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Die Lagervorrichtung 13 des Loslagers 8 umfasst die mehrteilige (Loslager-)Hülse 31, die eine Innenhülse 18, die eine kreisringförmige Querschnittsfläche aufweist, umfasst. Innerhalb der Innenhülse 18 ist das Drehlager 9 des Loslagers 8 angeordnet. Außenseitig ist die Innenhülse 18 von einer Außenhülse 32 der Loslagerhülse 31 umgeben, die ein Führungselement in Form eines Führungsbolzens 33 mit rechteckigen und quadratischen Querschnittsflächen umfasst. Der Führungsbolzen 33 erstreckt sich bezüglich der Rotationsachse 26 der Ritzelwelle 4 beziehungsweise der dazu koaxialen Längsachse 23 der Loslagerhülse 31 in radialer Richtung nach außen, wobei der Führungsbolzen 33 bis in eine Führungsöffnung 34 mit rechteckiger Öffnungsfläche ragt, die von einem Halteelement 35 ausgebildet ist und deren Längsachse 40 sich ebenfalls in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse 26 der Ritzelwelle 4 erstreckt. Das Halteelement 35 ist dabei mittels eines haubenförmigen Befestigungselements 22, das mit einem Außengewinde in ein korrespondierendes Innengewinde des Gehäuses 1 eingeschraubt ist, gegen einen Absatz des Gehäuses 1 gedrückt und dadurch unbeweglich in das Gehäuse 1 integriert. Die Längsachse 40 der Führungsöffnung 34 ist bei unbelastetem Lenkgetriebe parallel zu der Längsachse 36 des Führungsbolzens 33 ausgerichtet. Weiterhin ist die Breite (Erstreckung quer zur Rotationsachse 26) der Führungsöffnung 34 in einem definierten, wenn auch nur geringem Maße größer als die Breite des darin aufgenommenen Abschnitts des Führungsbolzens 33, wodurch eine axiale Verschiebbarkeit des Führungsbolzens 33 innerhalb der Führungsöffnung 34 möglich ist. Infolge dieser Verschiebbarkeit ermöglicht das Loslager 8 grundsätzlich ein Schwenken der Ritzelwelle 4 um die von dem Festlager 6 ausgebildete Schwenkachse 7.
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Wird die Ritzelwelle 4 im Betrieb des Lenkgetriebes in einer der zwei möglichen Drehrichtungen mittels des Lenkmotors rotierend angetrieben, führt dies aufgrund der Verzahnungskräfte nicht nur zu Kräften, die ein Schwenken der Ritzelwelle 4 (in der 1 nach oben) unter zunehmender elastischer Vorspannung der Torsionsstege 20 des Festlagers 6 um die Schwenkachse 7 bewirken würden, sondern auch zu einem geringfügigen Schwenken um die Drehachse 30. Diese Schwenkbewegung wird von der Schraubritzelwelle 4 auf die Lagervorrichtung 13 des Loslagers 8 übertragen. Dies führt bereits nach einer sehr kurzen diesbezüglichen Auslenkung zu einem Kontakt des Führungsbolzens 33 mit der Wandung der Führungsöffnung 34, wodurch das Führungselement 33 innerhalb der Führungsöffnung 34 verkantet. Sobald dieses Verkanten erfolgt ist, verhindert das Loslager 8 nicht nur ein weitergehendes Schwenken der Ritzelwelle 4 um die Drehachse 30 sondern auch um die Schwenkachse 7, so dass für die entsprechende Schwenkbewegung der Ritzelwelle 4 ein Endanschlag ausgebildet ist.
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Kurz bevor der verkantete Kontakt des Führungsbolzens 33 mit der Wandung der Führungsöffnung 34 ausgebildet wird, kontaktiert der Führungsbolzen 33 zwei von insgesamt vier elastischen Dämpfungselementen 29 (vgl. 3 bis 5), die, geradlinig verlaufend, jeweils an einer der Kanten der Führungsöffnung in einer bezüglich der Rotationsachse 26 der Ritzelwelle 4 in etwa parallelen Ausrichtung angeordnet beziehungsweise mit dem Halteelement 35 fest verbunden sind. Die im Radialschnitt trapezförmige Querschnittsflächen aufweisenden Dämpfungselemente 29 dämpfen dadurch die Relativbewegung zwischen dem Führungsbolzen 33 und dem Halteelement 35 beziehungsweise bremsen diese Relativbewegung ab, kurz bevor es zu dem Verkantungskontakt zwischen diesen Elementen kommt. Die Stoßkräfte, die bei dem Verkantungskontakt auftreten, sind dadurch deutlich reduziert, was zu einer entsprechend geringeren Geräuschentwicklung infolge eines Verkantens des Führungsbolzens 33 in der Führungsöffnung 34 des Halteelements 35 führt.
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Das Lenkgetriebe umfasst weiterhin ein Verbindungselement 37, das die Festlagerhülse 14 mit der Loslagerhülse 31 verbindet und das hierzu einstückig und materialeinheitlich mit der Festlagerhülse 14 sowie mit der Innenhülse 18 der Loslagerhülse 31 ausgebildet ist. Das Verbindungselement 37 ist rohrförmig mit kreisringförmigen oder teilkreisringförmigen Querschnitten ausgebildet, wobei dieses zudem eine Mantelöffnung 38 aufweist, die in einem mittigen Abschnitt des Verbindungselements 37 angeordnet ist und die sich über einen Abschnitt von dessen Umfang erstreckt. Durch diese Mantelöffnung 38 kann ein Abschnitt des Zahnrads 2 in das von dem Verbindungselement 37 begrenzte Innenvolumen ragen, um einen Eingriff der Verzahnungen des Zahnrads 2 und des Ritzels 3 zu ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009054655 A1 [0006, 0007]
- DE 102008042281 A1 [0007]
- DE 102017209563 A1 [0011, 0013, 0014]
