DE102020121808A1

DE102020121808A1 - Lenkgetriebe für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug

Info

Publication number: DE102020121808A1
Application number: DE102020121808.7A
Authority: DE
Inventors: Alexander Kogan
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2020-08-19
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2022-02-24
Also published as: CN116018299A; JP2023538605A; US20230347969A1; WO2022038045A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kugelumlauf-Lenkgetriebe (10) für ein Lenksystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, mit wenigstens einem Gehäuse (12); mit wenigstens einer Lenkspindel (14); mit wenigstens einer innerhalb des Gehäuses (12) axial verschiebbar geführten Lenkspindel-Mutter (16), die im montierten Zustand über mehrere Kugeln (14a) mit der Lenkspindel (14) gekoppelt ist; und mit wenigstens einer Lagereinrichtung (18), durch welche die Lenkspindel (14) in dem Gehäuse (12) gelagert ist; wobei die Lagereinrichtung (18), die Lenkspindel (14) und das Gehäuse (12) eine angestellte Lagerung ausbilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kugelumlauf-Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, mit wenigstens einem Gehäuse; mit wenigstens einer Lenkspindel; mit wenigstens einer innerhalb des Gehäuses axial verschiebbar geführten Lenkspindel-Mutter, die im montierten Zustand über mehrere Kugeln mit der Lenkspindel gekoppelt ist; und mit wenigstens einer Lagereinrichtung.
Heutige Lenkgetriebe für Nutzfahrzeuge bzw. für schwere Nutzfahrzeuge sind häufig als Kugelumlauf-Lenkgetriebe ausgeführt. Diese Bauart bietet bei besonders großen Achslasten bei schweren Nutzfahrzeugen den Vorteil einer großen Lenkkraft- bzw. Lenkmomentunterstützung bei einem gleichzeitig einfachen Konstruktionsgrundprinzip.
Aus dem Stand der Technik sind bereits derartige Kugelumlauf-Lenkgetriebe bekannt.
So zeigt die DE 3714833 A1 eine Hilfskraftlenkung umfassend eine erste Kraftverstärkungseinrichtung, die einen in ein Grundgehäuse des Lenkgetriebes eingebauten Arbeitskolben aufweist, der mit einer Gewindespindel in Eingriff steht. Der Arbeitskolben treibt über eine Verzahnung eine ein Lenksegment tragende Lenkwelle an. Als zweite Kraftverstärkungseinrichtung ist ein Elektromotor vorgesehen, welcher über ein Untersetzungsgetriebe und eine schaltbare Kupplung einen Wellenfortsatz antreibt. Der Wellenfortsatz ist drehfest mit der Gewindespindel verbunden. Die zweite Kraftverstärkungseinrichtung ist in einem an das Grundgehäuse angeflanschten Gehäuse untergebracht.
Ferner offenbart die EP 3192719 A1 eine elektrische Servolenkvorrichtung umfassend ein Gehäuse, eine rotierende Welle für die Lenkung, ein Schneckenrad, eine Schneckenwelle, ein Spitzenseitenlager, einen Elektromotor und einen Vorspannmechanismus. Der Vorspannmechanismus umfasst ein Keilstück und ein elastisches Element für ein Keilstück. Das Keilstück ist zwischen einer Außenumfangsfläche des Spitzenseitenlagers und einer Innenumfangsfläche des Gehäuses in einem Zustand angeordnet, in dem das Keilstück in Umfangsrichtung verschiebbar ist. Das elastische Glied für ein Keilstück übt eine elastische Kraft in Richtung einer Umfangsseite auf das Keilstück aus.
Zudem ist in der US 9731753 B2 eine Lenkgetriebekomponente für ein Fahrzeug gezeigt, bestehend aus eine Schnecke, die drehbar und axial nicht verschiebbar gelagert ist, wobei die Schnecke eine Kugelumlaufspindel zur Aufnahme einer Kugelreihe aufweist, und eine Kugelmutter, die über die Kugelreihe mit der Schnecke antriebsmäßig verbunden ist, und wobei die Kugelmutter als Kolben eines Zylinders zur Lenkkraftunterstützung wirkt, wobei ein Signalgeber für ein Fühlerelement auf der Lenkspindel und das Fühlerelement auf der Schnecke angeordnet ist oder wobei das Fühlerelement auf der Lenkspindel und der Signalgeber für das Fühlerelement auf der Schnecke angeordnet ist.
Im Übrigen ist in der WO 2013058752 A1 ein Servolenkungssystem für die Mehrachslenkung eines Kraftfahrzeugs umfassend ein primäres Lenkgetriebe offenbart, das durch das Lenkrad gesteuert wird, das einen Kolben umfasst, der an einem lenkbaren Rad an einer ersten Achse des Kraftfahrzeugs befestigt ist, ein zweites Lenkgetriebe, das an einem lenkbaren Rad an einer zweiten Achse des Kraftfahrzeugs befestigt ist, und eine Getriebeanordnung, die das erste und das zweite Servolenkgetriebe miteinander verbindet. Das primäre Lenkgetriebe enthält ein Fluidsteuerventil mit einem Ausgangselement, das mit dem Kolben verbunden ist und mit der Getriebeanordnung verbunden ist.
Ferner ist in der DE 10351618 B4 eine Nutzfahrzeuglenkung mit einem Lenkgetriebe offenbart, welches am Getriebeeingang eingeleitete Lenkbewegungen über eine im Getriebegehäuse drehbar gelagerte Welle und einen durch die Wellendrehung entlang der Welle bewegbaren Kolben auf einen Lenkstockhebel überträgt, und mit einer hydraulischen Hilfskraftverstärkereinrichtung, welche durch gesteuerte Druckbeaufschlagung mit einer Hydraulikflüssigkeit die Kolbenbewegung unterstützt, wobei eine zusätzliche Hilfskraftverstärkereinrichtung vorgesehen ist, die einen Elektromotor aufweist, dessen Drehmoment über ein ins Langsame übersetzendes Getriebe auf die Welle übertragen wird.
Kernstück eines solchen Kugelumlauf-Lenkgetriebes ist eine Kugelgewindespindel mit daran gekoppelter Kugelspindel-Mutter und der die beiden Bauteile koppelnde Kugelumlauf. Diese Baugruppe ist jedoch starkem Verschleiß unterworfen, da es im Betrieb zu komplexen dreidimensionalen Spannungszuständen insbesondere in der Lenkspindel kommt. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn die Kugelspindel-Mutter eine mit ihr kämmende Segmentwelle dreht und durch deren Abgriff eine radiale Kraftkomponente erfährt, die zur Durchbiegung der Lenkspindel führt. Dies ist inbesondere der Fall, wenn die Lenkunterstützungsenergie über eine Servogetriebestufe und einen Elektromotor an die Kugelgewindespindel bereitgestellt wird.
Die Durchbiegung der Lenkspindel führt wiederum zu partiell erhöhten Druckkräften an einzelnen Kugelreihen der Kugelumlaufes. Diese können die zulässige Flächenpressung des Kugelumlaufes punktuell übersteigen und so Schädigungen an Kugeln und Laufbahnen von Kugelgewindespindel bzw. Lenkspindel und Kugelspindel-Mutter erzeugen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenkgetriebe der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass sich der Verschleiß des Lenkgetriebes minimiert und dessen Bauraum optimiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass ein Kugelumlauf-Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, mit wenigstens einem Gehäuse; mit wenigstens einer Lenkspindel; mit wenigstens einer innerhalb des Gehäuses axial verschiebbar geführten Lenkspindel-Mutter, die im montierten Zustand über mehrere Kugeln mit der Lenkspindel gekoppelt ist; und mit wenigstens einer Lagereinrichtung vorgesehen ist, durch welche die Lenkspindel in dem Gehäuse gelagert ist; wobei die Lagereinrichtung, die Lenkspindel und das Gehäuse eine angestellte Lagerung ausbilden.
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass durch die angestellte Lagerung die Lenkspindel mittels der Lagereinrichtung bezüglich zumindest des Gehäuses vorgespannt werden kann, was mit einer im Stand der Technik üblichen Fest-Los-Lagerung nicht möglich ist. Durch die Vorspannung der Lenkspindel wird deren Durchbiegung reduziert, die vor allem durch Radialkraftkomponente des Segmentwellenabgriffes entsteht. Diese Reduzierung resultiert zusätzlich in einem gleichmäßigeren Tragbild der Kugeln bzw. des Kugelumlaufs, so dass eine partielle bzw. punktuelle Überlastung wirksamer vermieden werden kann. Des Weiteren wird durch die vorliegende Erfindung auch dem Trend hin zu einer rein elektromechanischen Lenkung Rechnung getragen, da sich in Bezug auf erforderliche Bauteildimensionen zur produktlebensdauergerechten Kraftübertragung innerhalb des Lenkgetriebes durch den Verzicht der hydraulischen Lenkunterstützung die Lenkspindel zukünftig erhöhtem Verschleiß unterliegen wird. Zur Gewährleistung der Lebensdauererwartungen sind für eine rein elektromechanische Anwendung eine Vergrößerung des Spindeldurchmessers sowie eine Erhöhung der Anzahl der Kugelumläufe erforderlich, die demzufolge Bauraumproblematiken nach sich ziehen. Insofern kann die Vorspannung der Lenkspindel sowohl diesen Bauraumproblematiken als auch einem erhöhten Verschleiß entgegenwirken und so eine diesbezügliche Optimierung des Lenkgetriebes bereitstellen. Jedoch ist es im Rahmen der Erfindung dennoch möglich, das erfindungsgemäße Lenkgetriebe, neben einer rein elektromechanischen Ausgestaltung, zusätzlich oder alternativ auch als elektromechanisch-hydraulische Ausgestaltung vorzusehen.
Insbesondere bewirkt die angestellte Lagerung eine Vorspannung der Spindel.
Die Lagereinrichtung, die Lenkspindel und das Gehäuse bilden in vorteilhafter Ausgestaltung eine angestellte Lagerung aus, so dass die Lenkspindel vorgespannt ist. Durch die Vorspannung wird es möglich, dass der Durchmesser der Spindel reduziert werden kann. Es lässt sich also durch die Vorspannung eine Durchmesserreduzierung erwirken, durch die auch die Gesamtabmessung bzw. der Bauraumbedarf der gesamten Baugruppe, die zumindest Lagereinrichtung, Lenkspindel und Gehäuse umfasst, reduziert werden kann.
Im Übrigen kann vorgesehen sein, dass die Lagereinrichtung wenigstens eine Vorspanneinrichtung aufweist, durch welche die Lenkspindel axial und/oder radial einstellbar vorspannbar ist. Diese Vorspanneinrichtung ermöglicht eine exakte und definierte Einstellung der Vorspannung der Lenkspindel, was deshalb besonders wichtig ist, da die Vorspannung in engen Grenzen gehalten werden sollte. Falls die Vorspannung zu groß gewählt ist, würde sich dies nachteilig auf den Kugel- bzw. Kugelumlaufverschleiß von Lenkspindel und Kugelumlauf-Mutter auswirken. Würde hingegen die Vorspannung zu gering gewählt werden, ergäbe sich nach wie vor eine zu große Durchbiegung durch den Abgriff der Kugelumlauf-Mutter auf der Segmentwelle, was sich wiederum negativ auf den Verschließ dieser Bauteile auswirken würde.
Weiter ist vorstellbar, dass die Lagereinrichtung wenigstens eine erste Lagereinheit und wenigstens eine zweite Lagereinheit aufweist. Die Unterteilung der Lagereinrichtung in wenigstens eine erste und zweite Lagereinheit ist deshalb vorteilhaft, weil so die Vorspannung noch präziser einstellbar ist. Ferner lassen sich durch geeignete Anordnungen und Ausgestaltung der Lagereinheiten die Belastungen, Spannungen und der Verschleiß einwirkend auf Lenkspindel und Kugelumlauf-Mutter weiter optimieren.
Zudem ist denkbar, dass im montierten Zustand die erste Lagereinheit im Bereich eines ersten Endes der Lenkspindel angeordnet ist und die zweite Lagereinheit im Bereich eines zweiten Endes der Lenkspindel angeordnet ist. Diese Anordnung der beiden Lagereinheiten sorgt für eine besonders in radialer Richtung steifere Ausgestaltung der Lagereinrichtung. Denn mit steigendem axialen Abstand zueinander kann (zumindest in sinnvollen Grenzen) der axiale Abstützweg vergrößert werden, und so den auf Lenkspindel und Kugelumlauf-Mutter einwirkenden Kräften und insbesondere Momente wirksam entgegnet werden. Zudem ist die Anordnung an den beiden Endbereichen der Lenkspindel hinsichtlich der Montierbarkeit und Zugänglichkeit vorteilhaft, da diese sich vereinfacht.
Außerdem ist es möglich, dass die Vorspanneinrichtung wenigstens ein erstes Vorspannelement aufweist, das im montierten Zustand im Bereich des ersten Endes der Lenkspindel oder im Bereich des zweiten Endes der Lenkspindel angeordnet ist. Ergänzend zu der verbesserten Montierbarkeit der Lagereinheiten und Vorspanneinheiten durch deren Anordnung an den beiden Endbereichen wird die Zugänglichkeit und Einstellbarkeit der Vorspanneinheiten vereinfacht und ist zudem präziser möglich. Damit kann die Vorspannung der Lenkspindel noch genauer und zielgerichteter eingestellt werden, wodurch sich der Verschleiß des Kugelumlaufes, der Kugelumlaufmutter sowie der Lenkspindel weiter verringern lässt, was in einer höheren Lebensdauer und verbesserten Funktionssicherheit des Lenkgetriebes resultiert.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Vorspanneinrichtung wenigstens ein zweites Vorspannelement aufweist, das im montierten Zustand im Bereich des zweiten Endes der Lenkspindel angeordnet ist, wobei das erste Vorspannelement im Bereich des ersten Endes der Lenkspindel angeordnet ist. Durch das Vorsehen von zwei Vorspannelementen an beiden Endbereichen der Lenkspindel wird ein axial und radial zu einseitiges Vorspannen der Lenkspindel verhindert. Daher kann die Vorspannung der Lenkspindel im Wesentlichen symmetrisch erfolgen, falls der Abstand beider Lagereinheiten und Vorspannelemente vom axialen Mittelpunkt der Lenkspindel im Wesentlichen gleich gewählt wird. Diese Ausgestaltung verringert die auftretenden Spannungen und Belastungen innerhalb der des Kugelumlaufes, der Kugelumlaufmutter sowie der Lenkspindel, so dass sich deren Verschleiß weiter wirksam reduzieren lässt.
Ebenfalls ist vorstellbar, dass die erste Lagereinheit wenigstens ein erstes Kegelrollenlager aufweist und die zweite Lagereinheit wenigstens ein zweites Kegelrollenlager aufweist. Kegelrollenlager sind aus dem Stand der Technik bereits als ausgereifte und zuverlässige Maschinenelemente bekannt und eignen sich in angestellten und vorgespannten Lagerungen besonders gut, da ihre Kraftaufnahme- bzw. Tragfähigkeit in radialer und axialer Richtung hoch ist und sie gleichzeitig eine sehr einfache, genaue und zuverlässige Einstellung der Anstellung und der Vorspannung der gesamten Lagerung ermöglichen. Zudem kann durch die Anstellung der beiden Kegelrollenlager die Lagerung insgesamt versteift werden, so dass sich insbesondere die Lenkspindel unter Last (d.h. im dynamischen Eingriff mit der Segmentwelle) noch weniger durchbiegt, was die vorstehend beschriebenen Vorteile bezüglich Verschleiß, Sicherheit und Lebensdauer ermöglicht. Zur Erhöhung der Steifigkeit der Lagerung insgesamt und/oder der ersten und/oder zweiten Lagereinheit kann die erste Lagereinheit auch als mehrreihiges, z.B. zweireihiges, dreireihiges oder vierreihiges Kegelrollenlager ausgebildet sein, was analog auch für die zweite Lagereinheit gilt. Die mehrreihigen Kegelrollenlager können entweder aus aneinandergereihten Einzelkegelrollenlagern oder durch kombinierte einteilige Kegelrollenlager ausgebildet sein.
Darüber hinaus ist denkbar, dass das erste Kegelrollenlager und das zweite Kegelrollenlager im montierten Zustand eine O-Anordnung ausbilden. Die O-Anordnung erhöht das aufnehmbare Kippmoment der Lagerung aufgrund der Lage der Drucklinien (Kraftflusslinien) durch die beiden Kegelrollenlager, die sich bei der O-Anordnung axial außerhalb der ersten und zweiten Lagereinheiten befinden bzw. schneiden. Der Grund der erhöhten Aufnahme von Kippmomenten ist der vergrößerte Abstand der Druckmittelpunkte der Drucklinien, so dass sich dadurch die Steifigkeit der Lagerung weiter vergrößern lässt.
Weiter ist möglich, dass im montierten Zustand das erste Vorspannelement im Bereich des ersten Endes der Lenkspindel auf der Lenkspindel verschraubt ist und an wenigstens einem Innenring des ersten Kegelrollenlagers angestellt ist. Diese Ausgestaltung vereinfacht die Herstellung des Lenkgetriebes, da in die Lageraufnahmebohrung des Gehäuse kein zusätzliches Gewinde zur Aufnahme des ersten Vorspannelements eingebracht werden muss. Zudem kann das Vorspannelement kleiner und dadurch günstiger ausgestaltet werden und ist zudem einfacher montierbar.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass im montierten Zustand das zweite Vorspannelement im Bereich des zweiten Endes der Lenkspindel auf der Lenkspindel verschraubt ist und an wenigstens einem Innenring des zweiten Kegelrollenlagers angestellt ist. Diese Anordnung ermöglicht die gleichen Vorteile wie schon vorstehend in Zusammenhang mit dem ersten Vorspannelement diskutiert. Zudem kann durch das Zusammenwirken beider Vorspannelemente auf die Lenkspindel die Vorspannung der Lenkspindel besonders präzise, symmetrisch und genau eingestellt werden, da beide Vorspannelemente unmittelbar auf die Lenkspindel wirken bzw. auf ihr verschraubt sind.
Ferner ist vorstellbar, dass im montierten und angestellten Zustand des ersten und zweiten Vorspannelements die Vorspannung der Lenkspindel wenigstens als eine Zugvorspannung ausgebildet ist. Die Zugvorspannung hat den Vorteil, dass sie zunächst der elastischen Durchbiegung der Lenkspindel im unbelasteten Zustand entgegenwirkt, so dass sich diese Durchbiegung einerseits verkleinern lässt. Andererseits greift die Segmentwelle am Punkt der größten Durchbiegung der Lenkspindel an, so dass das Verformungspotential ohnehin durch diese Ausgestaltung am größten ist. Wird die Welle nun auf Zug vorgespannt, kann folglich zunächst die elastische Durchbiegung der Lenkspindel im unbelasteten Zustand verringert werden. Somit wird das Verformungspotential in einem ersten Schritt verringert, da die elastische Verformung im unbelasteten Zustand im Wesentlichen nicht mehr mit der Verformung unter Last zusammenwirken kann. Insofern verformt sich auch unter Last die Lenkspindel deutlich weniger, da der elastische Verformungsanteil durch die Zugvorspannung im Wesentlichen eliminiert worden ist. Folglich ergibt sich durch die Zugvorspannung sowohl im entlasteten als auch im belasteten Zustand des Lenkgetriebes eine verringerte elastische Verformung der Lenkspindel, wodurch der Verschließ des Kugelumlaufes und der Kugelumlauf-Mutter weiter abnimmt.
Auch ist es denkbar, dass das erste Vorspannelement als Nutmutter ausgebildet ist und wobei das zweite Vorspannelement als Nutmutter ausgebildet ist. Nutmuttern sind sehr robuste, bewährte bzw. ausgereifte und lösesichere Maschinenelemente, die eine sehr genaue Vorspannung durch ein entsprechend definiertes Anzugsmoment ermöglichen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Die einzige Figur (1) zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes 10.
Das Lenkgetriebe 10 ist Kugelumlauf-Lenkgetriebe 10 für ein Lenksystem eines Nutzfahrzeugs (nicht in 1 gezeigt) ausgebildet.
Das Lenkgetriebe 10 weist Gehäuse 12, eine Lenkspindel 14 und eine innerhalb des Gehäuses axial verschiebbar geführte Lenkspindel-Mutter 16 auf.
Dabei ist die Lenkspindel-Mutter 16 in einer runden Führungsbohrung 12a des Gehäuses 12 axial verschiebbar geführt.
Die Führungsbohrung 12a kann insbesondere einen kreisrunden Querschnitt aufweisen und die Führungsoberfläche der Lenkspindel-Mutter 16 kann dabei vollumfänglich oder teilumfänglich mit der Führungsbohrung 12a in Kontakt stehen.
Die Lenkspindel-Mutter 16 ist ferner im montierten Zustand über mehrere Kugeln bzw. einen Kugelumlauf 14a mit der Lenkspindel 14 gekoppelt.
Dabei ist der Kugelumlauf 14a so zu verstehen, dass dieser mehrere schraubenförmige Umläufe an Kugeln 14a in axialer Richtung aufweist, wie in 1 zu sehen ist.
Die Kugeln 14a sind folglich in einer sich axial erstreckenden schraubenförmigen bzw. spiralförmigen Spindelnut 14b der Lenkspindel geführt, wobei die Spindelnut 14b einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.
Dementsprechend wirken die Kugeln bzw. der Kugelumlauf 14a mit einer weiteren, dazu korrespondierenden sich axial erstreckenden schraubenförmigen bzw. spiralförmigen Mutternut 16a Lenkspindel-Mutter 16 zusammen, wobei die Mutternut 16a ebenfalls einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.
Gemäß 1 wird eine Drehbewegung der Lenkspindel 14 über die mehreren Kugeln bzw. den Kugelumlauf 14a auf die Lenkspindel-Mutter 16 übertragen, woraus die axiale Verschiebungsbewegung der Lenkspindel-Mutter 16 innerhalb des Gehäuses 14 resultiert
Die Lenkspindel-Mutter 16 weist weiter an einem Teilbereich ihrer Mantelfläche eine Teil-Verzahnung 16b auf, die im montierten Zustand mit einem Segmentzahnrad einer Segmentwelle in Eingriff steht.
Das Lenkgetriebe 10 umfasst gemäß 1 ferner eine Lagereinrichtung 18, durch welche die Lenkspindel 14 in dem Gehäuse 12 gelagert ist.
Die Lagereinrichtung 18, die Lenkspindel 14 und das Gehäuse 12 bilden dabei eine angestellte Lagerung aus.
Die Lagereinrichtung 18 weist zudem eine Vorspanneinrichtung 20 auf, durch welche die Lenkspindel 14 axial einstellbar vorspannbar ist.
Zusätzlich oder alternativ ist denkbar, dass die Lenkspindel 14 dementsprechend radial durch die Vorspanneinrichtung 20 einstellbar vorspannbar ist.
Die Lagereinrichtung 18 weist ferner eine erste Lagereinheit 18a und eine zweite Lagereinheit 18b auf.
Die erste Lagereinheit 18a ist montierten Zustand im Bereich eines ersten Endes 14c der Lenkspindel 14 angeordnet.
Dementsprechend ist die zweite Lagereinheit 18b im Bereich eines zweiten Endes 14d der Lenkspindel 14 angeordnet.
Dazu weist die Lenkspindel 14 an dem jeweiligen Bereich bzw. Abschnitt ihres ersten und zweiten Endes 14c, 14d jeweils einen Lagersitz zur Aufnahme der ersten und zweiten Lagereinheit 18a, 18b auf.
Das erste Ende der Lenkspindel 14 ist zudem mit einem Lenkdurchgriff 14e einstückig verbunden, der mit einer Lenksäule (nicht in 1 gezeigt) und einem Lenkrad verbindbar ist.
Die vorstehend beschriebene Vorspanneinrichtung 20 umfasst zudem ein erstes Vorspannelement 20a, das im montierten Zustand im Bereich des ersten Endes 14c der Lenkspindel 14 angeordnet ist.
Dementsprechend weist die Vorspanneinrichtung 20 ein zweites Vorspannelement 20b auf, das wiederum im montierten Zustand im Bereich des zweiten Endes 14d der Lenkspindel 14 angeordnet ist.
Alternativ zum ersten und zweiten Vorspannelement 20a, 20b kann die Vorspanneinrichtung 20 nur ein Vorspannelement 20a, 20b aufweisen, das sodann im Bereich des ersten oder zweiten Endes 14c, 14d der Lenkspindel 14 angeordnet ist.
Die Vorspannung der Lenkspindel 14 erfolgt sodann über eine korrespondierende Schulter (nicht in 1 gezeigt) der Lenkspindel 14, die im ersten oder zweiten Bereich desjenigen gegenüberliegenden Endes 14c, 14d der Lenkspindel 14 angeordnet ist, an welchem das einzige Vorspannelement 20a, 20b nicht angeordnet ist.
Die erste Lagereinheit 18a weist gemäß 1 ein erstes Kegelrollenlager auf, wohingegen die zweite Lagereinheit 18b entsprechend ein zweites Kegelrollenlager aufweist.
Wie 1 zu entnehmen ist, bilden das erste Kegelrollenlager und das zweite Kegelrollenlager im montierten Zustand eine O-Anordnung aus.
Die beiden Kegelrollenlager sind als einreihige Kegelrollenlager ausgebildet, wobei auch denkbar ist, dass sie als mehrreihige Kegelrollenlager entweder einzeln aneinandergereiht oder einstückig ausgebildet sein können.
Insbesondere zweireihige oder vierreihige Kegelrollenlager sind in diesem Zusammenhang denkbar.
Im Falle von mehrreihigen Kegelrollenlagern können diese jeweils in X-, O- oder Tandem-Anordnung ausgestaltet sein.
Wie weiter in 1 zu sehen ist, ist im montierten Zustand das erste Vorspannelement 20a im Bereich des ersten Endes 14c der Lenkspindel 14 auf dieser verschraubt und an einem Innenring des ersten Kegelrollenlagers angestellt.
Dementsprechend ist weiter im montierten Zustand das zweite Vorspannelement 20b im Bereich des zweiten Endes 14d der Lenkspindel 14 auf dieser verschraubt und an einem Innenring des zweiten Kegelrollenlagers angestellt.
Die erste Lagereinheit 18a und die zweite Lagereinheit 18b sind folglich bezüglich einer axialen Mittelachse symmetrisch ausgebildet bzw. angeordnet und weisen die gleichen Bauteile auf.
Das erste und zweite Vorspannelement 20a, 20b ist jeweils als Nutmutter ausgebildet.
Aufgrund der Anstellung der beiden Nutmuttern an den beiden Innenringen der jeweiligen Kegelrollenlager ist daher im montierten und angestellten Zustand dieser beiden Vorspannelemente die Vorspannung der Lenkspindel 14 als eine Zugvorspannung ausgebildet.
Die beiden Nutmuttern sind zudem jeweils durch ein Sicherungsblech gegen ein ungewolltes Lösen gesichert, wobei die Sicherungsbleche nicht in 1 dargestellt sind.
Zudem ist im montierten Zustand ein Außenring des ersten Kegelrollenlagers im Bereich des ersten Endes 14c der Lenkspindel 14 an einer ersten Gehäuseschulter des Gehäuses 12 oder eines ersten Gehäusedeckels angestellt.
Folglich ist ein Außenring des zweiten Kegelrollenlagers im Bereich des zweiten Endes 14d der Lenkspindel 14 an einer zweiten Gehäuseschulter des Gehäuses 12 oder eines zweiten Gehäusedeckels angestellt.
Wie weiter in 1 zu erkennen ist, ist das Lenkgetriebe 10 ohne weitere Hilfsantriebe wie einer Hydraulikpumpe, eines Hydraulikkolbens oder eines Elektromotors zur Erzeugung eines zusätzlichen Lenkhilfedrehmomentes dargestellt.
Insbesondere in diesem Zusammenhang kann es vorgesehen sein, dass an das Lenkgetriebe 10 aus 1 ein Elektromotor bzw. ein Servomotor angeflanscht ist und direkt über eine Kupplung oder indirekt über ein Untersetzungsgetriebe mit der Lenkspindel 14 drehfest gekoppelt ist.
Der Elektromotor könnte derart an dem Gehäuse 12 angeflanscht sein, dass er im Bereich des ersten oder zweiten Endes 14c, 14d der Lenkspindel 14 mit der Lenkspindel 14 gekoppelt ist.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Zwischenräume der runden Führungsbohrung 12a des Gehäuses 12, die zwischen Lenkspindel-Mutter 16 und den beiden Lagereinheiten 18a, 18b ausgebildet sind, über eine Hydraulikpumpe mit Öldruck beaufschlagt werden können.
Demnach könnte zusätzlich oder alternativ eine hydraulische Hilfslenkkraftunterstützung implementiert werden.
Die dazu notwendigen Gehäuseleitungen, die Hydraulikpumpe bzw. das entsprechende Steuerventil zur Ansteuerung der beiden Zwischenräume der runden Führungsbohrung 12a des Gehäuses 12 sind jedoch nicht in 1 dargestellt.
Gleiches gilt für die Anpassung der Lenkspindel-Mutter 16 zur Abdichtung dieser beiden Zwischenräume zueinander und gegenüber den Lagereinheiten 18a, 18b, so dass die Lenkspindel-Mutter 16 sodann zusätzlich als Hydraulikkolben fungieren würde.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes 10 lässt sich nun wie folgt beschreiben:

Über den Lenkungsdurchgriff 14e im Bereich des ersten Endes 14c der Lenkspindel 14, der über eine Lenksäule drehfest mit einem Lenkrad verbindbar ist, wird die Drehspindel je nach Fahrzeugführerlenkungswunsch in Drehung versetzt.

Aufgrund der Kopplung der Lenkspindel 14 mit der Lenkspindel-Mutter 16 über den Kugelumlauf 14a kommt es infolge dessen zu einer axialen Verschiebungsbewegung bzw. Translationsbewegung der Lenkspindel-Mutter 16 innerhalb des Gehäuses 12.
Wie in 1 weiter zu erkennen ist, steht die Lenkspindel-Mutter 16 über eine Teil-Verzahnung an ihrer Mantelfläche ihrerseits mit einem Segmentzahnrad einer Segmentwelle in Eingriff.
Insofern wird die axiale Verschiebungsbewegung bzw. Translationsbewegung der Lenkspindel-Mutter 16 an das Segmentzahnrad übertragen, was eine Drehung der Segmentwelle zur Folge hat.
Die Segmentwelle ist wiederum drehfest mit einem Lenkstockhebel (nicht in 1 gezeigt) verbunden, der über die Drehung der Segmentwelle verschwenkt wird und diese Verschwenkungsbewegung an einen Lenkmechanismus überträgt, der sodann die Räder einer Fahrzeugachse entsprechend des Fahrerwunsches verschwenkt.
Durch den Zahneingriff zwischen Lenkspindel-Mutter 16 und Segmentzahnrad erfährt die Lenkspindel-Mutter 16 bei jeder Translationsbewegung eine Radialkraft, die sie an die Lenkspindel 14 über den Kugelumlauf 14a überträgt.
Da die Lenkspindel 14 gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch axial durch eine Zugspannung vorgespannt ist, erfährt die Lenkspindel 14 eine geringere Radialkraft bzw. Radialverformung von der Lenkspindel-Mutter 16, so dass sich erfindungsgemäß der Verschleiß an Lenkspindel 14, Kugelumlauf 14a und Lenkspindel-Mutter 16 verringern lässt.
Bezugszeichenliste

10: Kugelumlauf-Lenkgetriebe
12: Gehäuse
12a: Führungsbohrung
14: Lenkspindel
14a: Kugeln bzw. Kugelumlauf
14b: Spindelnut
14c: Bereich des ersten Endes der Lenkspindel
14d: Bereich des zweiten Endes der Lenkspindel
14e: Lenkdurchgriff
16: Lenkspindel-Mutter
16a: Mutternut
16b: Teil-Verzahnung
18: Lagereinrichtung
18a: erste Lagereinheit
18b: zweite Lagereinheit
20: Vorspanneinrichtung
20a: erstes Vorspannelement
20b: zweites Vorspannelement

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 3714833 A1 [0004]
EP 3192719 A1 [0005]
US 9731753 B2 [0006]
WO 2013058752 A1 [0007]
DE 10351618 B4 [0008]

Claims

Kugelumlauf-Lenkgetriebe (10) für ein Lenksystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, mit wenigstens einem Gehäuse (12); mit wenigstens einer Lenkspindel (14); mit wenigstens einer innerhalb des Gehäuses (12) axial verschiebbar geführten Lenkspindel-Mutter (16), die im montierten Zustand über mehrere Kugeln (14a) mit der Lenkspindel (14) gekoppelt ist; und mit wenigstens einer Lagereinrichtung (18), durch welche die Lenkspindel (14) in dem Gehäuse (12) gelagert ist; wobei die Lagereinrichtung (18), die Lenkspindel (14) und das Gehäuse (12) eine angestellte Lagerung ausbilden.
Kugelumlauf-Lenkgetriebe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (18) wenigstens eine Vorspanneinrichtung (20) aufweist, durch welche die Lenkspindel (14) axial und/oder radial einstellbar vorspannbar ist.
Kugelumlauf-Lenkgetriebe (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (18) wenigstens eine erste Lagereinheit (18a) und wenigstens eine zweite Lagereinheit (18b) aufweist.
Kugelumlauf-Lenkgetriebe (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im montierten Zustand die erste Lagereinheit (18a) im Bereich eines ersten Endes (14c) der Lenkspindel (14) angeordnet ist und die zweite Lagereinheit (18b) im Bereich eines zweiten Endes (14d) der Lenkspindel (14) angeordnet ist.
Kugelumlauf-Lenkgetriebe (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (20) wenigstens ein erstes Vorspannelement (20a) aufweist, das im montierten Zustand im Bereich des ersten Endes (14c) der Lenkspindel (14) oder im Bereich des zweiten Endes (14d) der Lenkspindel (14) angeordnet ist.
Kugelumlauf-Lenkgetriebe (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (20) wenigstens ein zweites Vorspannelement (20b) aufweist, das im montierten Zustand im Bereich des zweiten Endes (14d) der Lenkspindel (14) angeordnet ist, wobei das erste Vorspannelement (20a) im Bereich des ersten Endes (14c) der Lenkspindel (14) angeordnet ist.
Kugelumlauf-Lenkgetriebe (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagereinheit (18a) wenigstens ein erstes Kegelrollenlager aufweist und die zweite Lagereinheit (18b) wenigstens ein zweites Kegelrollenlager aufweist.
Kugelumlauf-Lenkgetriebe (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kegelrollenlager und das zweite Kegelrollenlager im montierten Zustand eine O-Anordnung ausbilden.
Kugelumlauf-Lenkgetriebe (10) nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im montierten Zustand das erste Vorspannelement (20a) im Bereich des ersten Endes (14c) der Lenkspindel (14) auf der Lenkspindel (14) verschraubt ist und an wenigstens einem Innenring des ersten Kegelrollenlagers angestellt ist.
Kugelumlauf-Lenkgetriebe (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im montierten Zustand das zweite Vorspannelement (20b) im Bereich des zweiten Endes (14d) der Lenkspindel (14) auf der Lenkspindel (14) verschraubt ist und an wenigstens einem Innenring des zweiten Kegelrollenlagers angestellt ist.
Kugelumlauf-Lenkgetriebe (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im montierten und angestellten Zustand des ersten und zweiten Vorspannelements (20b) die Vorspannung der Lenkspindel (14) wenigstens als eine Zugvorspannung ausgebildet ist.
Kugelumlauf-Lenkgetriebe (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Vorspannelement (20a) als Nutmutter ausgebildet ist und wobei das zweite Vorspannelement (20b) als Nutmutter ausgebildet ist.