DE102020128938A1

DE102020128938A1 - Einseitig gelagerte schneckenradbaugruppe mit begrenzungsbuchse

Info

Publication number: DE102020128938A1
Application number: DE102020128938.3A
Authority: DE
Inventors: Caleb S. Palmer; Travis L. Palmer; Joel A. Bickel
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: STEERING SOLUTIONS IP HOLDING CORPORATION, SAG, US
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2020-11-03
Publication date: 2021-04-15
Also published as: US11506259B2; US20210108705A1

Abstract

Eine Servolenkungsbaugruppe umfasst einen Elektromotor, von dem sich eine Ausgangswelle erstreckt. Die Baugruppe umfasst auch ein Gehäuse, das ein Schneckenrad enthält, das funktional mit einer Lenkwelle gekoppelt ist, wobei das Schneckenrad um eine Schneckenradachse drehbar ist. Die Baugruppe umfasst ferner einen Elektromotor und eine Schnecke, die so angeordnet ist, dass sie in das Schneckenrad eingreift, wobei sich die Schnecke von der Ausgangswelle des Elektromotors als eine einzelne, einstückig gebildete Welle erstreckt, wobei sich die einzelne, einstückig gebildete Welle axial von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt und einseitig gelagert ist, um eine Auslenkung des zweiten Endes zu ermöglichen. Die Baugruppe umfasst weiterhin eine Buchse, die einen Abschnitt der Welle in der Nähe des zweiten Endes der Welle umgibt, wobei die Buchse und der Abschnitt der Welle ein Spiel dazwischen definieren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fahrzeuge können einen Servolenkungsmechanismus verwenden, der eine Lenkwelle des Fahrzeugs mit einem Drehmoment unterstützt und/oder ein Handrad über eine Schnecken-/Schneckenraduntersetzungsbaugruppe mit einer Straßenrückmeldung versorgt. Einseitig gelagerte Schneckenanordnungen können überbeansprucht werden oder sich - am anderen Ende des Spektrums - bis zum Bruch biegen dürfen.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfasst eine Servolenkungsbaugruppe einen Elektromotor, von dem sich eine Ausgangswelle erstreckt. Die Baugruppe umfasst auch ein Gehäuse, das ein Schneckenrad enthält, das funktional mit einer Lenkwelle gekoppelt ist, wobei das Schneckenrad um eine Schneckenradachse drehbar ist. Die Baugruppe umfasst ferner einen Elektromotor und eine Schnecke, die so angeordnet ist, dass sie in das Schneckenrad eingreift, wobei sich die Schnecke von der Ausgangswelle des Elektromotors als eine einzelne, einstückig gebildete Welle erstreckt, wobei sich die einzelne, einstückig gebildete Welle axial von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt und einseitig gelagert ist, um eine Auslenkung des zweiten Endes zu ermöglichen. Die Baugruppe umfasst weiterhin eine Buchse, die einen Abschnitt der Welle in der Nähe des zweiten Endes der Welle umgibt, wobei die Buchse und der Abschnitt der Welle ein Spiel dazwischen definieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung umfasst eine Servolenkungsbaugruppe einen Elektromotor, von dem sich eine Ausgangswelle erstreckt. Die Baugruppe umfasst auch ein Gehäuse, das ein Schneckenrad enthält, das funktional mit einer Lenkwelle gekoppelt ist, wobei das Schneckenrad um eine Schneckenradachse drehbar ist. Die Baugruppe umfasst ferner einen Elektromotor und eine Schnecke, die so angeordnet ist, dass sie in das Schneckenrad eingreift, wobei sich die Schnecke von der Ausgangswelle des Elektromotors als eine einzelne, einstückig gebildete Welle erstreckt, wobei sich die einzelne, einstückig gebildete Welle axial von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt und einseitig gelagert ist, um eine Auslenkung des zweiten Endes zu ermöglichen. Die Baugruppe umfasst weiterhin einen Abschnitt des Gehäuses, der einen Abschnitt der Welle in der Nähe des zweiten Endes der Welle umgibt, wobei der Abschnitt des Gehäuses und der Abschnitt der Welle ein Spiel dazwischen definieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zum Zusammenbau einer Servolenkungsbaugruppe bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das lineare Einstellen mindestens einer Komponente der Servolenkungsbaugruppe, um einen durch den Kontakt zwischen den Gewindegängen einer Schnecke und den Zähnen eines Schneckenrads verursachten Rücktrieb einzustellen. Das Verfahren umfasst auch das Abstützen der Schnecke auf einseitige gelagerte Weise, um ein Auslenken eines Endes der Schnecke zu ermöglichen. Das Verfahren umfasst außerdem das Begrenzen der Auslenkung des Schneckenendes.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung genommen mit den Zeichnungen deutlicher werden.
Figurenliste
Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, wird in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders herausgestellt und im Einzelnen beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen deutlich werden, in denen:

1 eine Perspektivansicht eines Abschnitts einer Servolenkungsbaugruppe ist; und
2 eine Draufsicht auf eine Schneckenradbaugruppe der Servolenkungsbaugruppe ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren wird die Erfindung nun unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben, ohne diese einzuschränken. Es ist zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich veranschaulichend für die vorliegende Offenbarung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Verschiedene Elemente der offenbarten Ausführungsformen können kombiniert oder weggelassen werden, um weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu bilden. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, und einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind spezifische bauliche und funktionale Details, die hier offenbart sind, nicht als beschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine repräsentative Basis zur Unterrichtung des Fachmanns, um die vorliegende Offenbarung verschiedentlich anzuwenden.
In 1 ist ein Abschnitt einer Lenksäulenbaugruppe dargestellt und allgemein mit der Ziffer 10 bezeichnet. Die Lenksäulenbaugruppe 10 umfasst eine Lenkwelle 12, die an einem Ende mit einer Lenkeingabevorrichtung, wie z. B. einem Lenkrad, und mit einer oder mehreren Zwischenkomponenten, die die Drehung der Lenkwelle auf die Straßenräder eines Fahrzeugs übertragen, funktional gekoppelt ist.
Der Straßenradanschluss der Lenkwelle 12 kann elektrisch erfolgen, wie z. B. bei Steer-by-Wire-Anwendungen. Die Lenkwelle 12 ist zumindest teilweise von einem oberen Mantel 14 umgeben, der sich innerhalb eines unteren Mantels 16 erstreckt.
Nun unter Bezugnahme auf 2 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 ist eine Servolenkungsbaugruppe 20 vorgesehen, die den Fahrer des Fahrzeugs bei Lenkmanövern unterstützt, die mit der Lenksäulenbaugruppe 10 durchgeführt werden. Die Servolenkungsbaugruppe 20 umfasst ein Schneckenrad 22, das zumindest teilweise innerhalb eines ersten Gehäuses 24 angeordnet ist (1). In der dargestellten Ausführungsform ist ein Abschnitt des unteren Mantels 16 das erste Gehäuse 24, da sie ein einstückig gebildetes Teil sind. Die Servolenkungsbaugruppe 20 umfasst auch eine Schnecke 26, die zumindest teilweise innerhalb eines zweiten Gehäuses 28 angeordnet ist, in dem auch ein elektrischer Aktor, wie z. B. ein Elektromotor 30, untergebracht ist. Obwohl die Schnecke 26 und das Schneckenrad 22 oben so beschrieben und in den Figuren so dargestellt sind, dass sie sich in verschiedenen Gehäusen befinden, ist es zu verstehen, dass in manchen Ausführungsformen ein einziges Gehäuse verwendet wird, um sowohl die Schnecke 26 als auch das Schneckenrad 22 zumindest teilweise aufzunehmen.
Der Elektromotor 30 umfasst eine Motorwelle, die sich während des Betriebs des Elektromotors 30 dreht. Die Motorwelle ist mit der Schnecke 26 zu einer einzigen, einheitlichen Komponente (d. h. Welle) integriert, die sich als drehbares Ausgangselement des Elektromotors 30 erstreckt. Daher können die Schnecke 26 und die Motorwelle hier auch als eine Welle benannt und mit der Ziffer 26 bezeichnet werden. Gewindegänge der Schnecke 26 sind so angeordnet, dass sie in das Schneckenrad 22 eingreifen, so dass eine Drehung der Schnecke 26 eine Drehung des Schneckenrads 22 bewirkt. Das Schneckenrad 22 ist funktional mit der Lenkwelle 12 gekoppelt, um ein Drehmoment auf die Lenkwelle 12 auszuüben, um entweder den Fahrer bei Kurvenfahrmanövern zu unterstützen (d.h. EPS) oder um einen Widerstand zu erzeugen, der dem Fahrer eine Straßenrückmeldung liefert (d.h. Steer-by-Wire).
Die Welle 26 erstreckt sich axial von einem ersten Ende 34 zu einem zweiten Ende 36. Der Motorwellenabschnitt der Welle 26 befindet sich näher am ersten Ende 34 als am zweiten Ende 36. Der Schneckenabschnitt der Welle 26 befindet sich näher am zweiten Ende 36 der Welle 26. Ein erstes Lager 38 befindet sich in der Nähe des Motorwellenabschnitts der Welle 26, um die Welle 26 abzustützen. Mit anderen Worten, das erste Lager 38 ist näher am ersten Ende 34 der Welle angeordnet als an dem zweiten Ende 36. Ein zweites Lager 40 ist axial vom ersten Lager 38 beabstandet und befindet sich weiter entfernt vom ersten Ende 34 der Welle, verglichen mit dem Abstand zwischen der Position des ersten Lagers 38 und dem ersten Ende 34. Das zweite Lager 40 lagert einseitig den Schneckenabschnitt (d. h. den Teil der Welle 26 mit Gewindegängen) der Welle 26.
Das zweite Ende 36 der Welle 26 kann sich bei Belastung der Servolenkungsbaugruppe 20 aufgrund der einseitig gelagerten Natur der Baugruppe auslenken. Eine Begrenzungsbuchse 50 umgibt einen Teil der Welle 26 in der Nähe des zweiten Endes 36. Zwischen der Begrenzungsbuchse 50 und der Welle 26 ist ein Spiel vorhanden, um eine Überbeanspruchung der Baugruppe zu vermeiden. Das Spiel ist jedoch so abgestimmt, dass ein Kontakt zwischen der Begrenzungsbuchse 50 und der Welle 26 unter normalen Betriebsbedingungen vermieden wird, jedoch ein Kontakt unter extremen Betriebsbedingungen möglich ist, um sicherzustellen, dass die Schneckenwelle 26 bei einer signifikanten Auslenkung nicht bricht.
Obwohl das kontrollierte Spiel für die Welle 26 oben als durch die Begrenzungsbuchse 50 erleichtert beschrieben wird, ist es zu verstehen, dass eine alternative Ausführungsform keine Begrenzungsbuchse enthält und sich einfach auf die Struktur des umgebenden Gehäuses stützt.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen können mit einer linearen Gleitfähigkeit der Lenkhilfebaugruppe 20 kombiniert werden. Durch lineares Gleiten in der mit der Ziffer 60 bezeichneten Richtung wird die Reibung der Lenkhilfebaugruppe 20 eingestellt, wie in der US-Patentanmeldung Nr. 16/598,827 beschrieben, die am 10. Oktober 2019 eingereicht wurde und deren Offenbarung durch Bezugnahme hierin in vollem Umfang enthalten ist. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch alternative Verfahren zur Einstellung der Reibung in Frage kommen.
Obgleich die Erfindung ausführlich in Verbindung mit nur einer begrenzten Zahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist leicht zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf solche offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist. Vielmehr kann die Erfindung abgewandelt werden, um jede Zahl von Veränderungen, Abänderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen, die bislang nicht beschrieben wurden, die aber in den Gedanken und Umfang der Erfindung fallen, einzuarbeiten. Obgleich zusätzlich verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist es zu verstehen, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen.
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

US 16598827 [0015]

Claims

Servolenkungsbaugruppe, umfassend: einen Elektromotor, von dem sich eine Ausgangswelle erstreckt; ein Gehäuse, das ein Schneckenrad enthält, das funktional mit einer Lenkwelle gekoppelt ist, wobei das Schneckenrad um eine Schneckenradachse drehbar ist; einen Elektromotor und eine Schnecke, die so angeordnet ist, dass sie in das Schneckenrad eingreift, wobei sich die Schnecke von der Ausgangswelle des Elektromotors als eine einzelne, einstückig gebildete Welle erstreckt, wobei sich die einzelne, einstückig gebildete Welle axial von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt und einseitig gelagert ist, um eine Auslenkung des zweiten Endes zu ermöglichen; und eine Buchse, die einen Abschnitt der Welle in der Nähe des zweiten Endes der Welle umgibt, wobei die Buchse und der Abschnitt der Welle ein Spiel dazwischen definieren.
Servolenkungsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das erste Ende der Welle mit einem ersten Lager abgestützt ist und ein Zwischenabschnitt der Welle mit einem zweiten Lager einseitig gelagert ist.
Servolenkungsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Spiel zwischen der Buchse und dem Abschnitt der Welle es dem zweiten Ende der Welle ermöglicht, sich um einen vordefinierten Betrag auszulenken, bevor ein Kontakt zwischen der Buchse und dem Abschnitt der Welle hergestellt wird.
Servolenkungsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse linear beweglich ist, um den Reibungsgrad des Systems einzustellen.
Servolenkungsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Baugruppe Teil eines Steer-by-Wire-Lenksystems ist.
Servolenkungsbaugruppe, umfassend: einen Elektromotor, von dem sich eine Ausgangswelle erstreckt; ein Gehäuse, das ein Schneckenrad enthält, das funktional mit einer Lenkwelle gekoppelt ist, wobei das Schneckenrad um eine Schneckenradachse drehbar ist; einen Elektromotor und eine Schnecke, die so angeordnet ist, dass sie in das Schneckenrad eingreift, wobei sich die Schnecke von der Ausgangswelle des Elektromotors als eine einzelne, einstückig gebildete Welle erstreckt, wobei sich die einzelne, einstückig gebildete Welle axial von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt und einseitig gelagert ist, um eine Auslenkung des zweiten Endes zu ermöglichen; und einen Abschnitt des Gehäuses, der einen Abschnitt der Welle in der Nähe des zweiten Endes der Welle umgibt, wobei der Abschnitt des Gehäuses und der Abschnitt der Welle ein Spiel dazwischen definieren.
Servolenkungsbaugruppe nach Anspruch 6, wobei das erste Ende der Welle mit einem ersten Lager abgestützt ist und ein Zwischenabschnitt der Welle mit einem zweiten Lager einseitig gelagert ist.
Servolenkungsbaugruppe nach Anspruch 6, wobei der Abstand zwischen der Buchse und dem Abschnitt der Welle es dem zweiten Ende der Welle ermöglicht, sich um einen vordefinierten Betrag auszulenken, bevor ein Kontakt zwischen der Buchse und dem Abschnitt der Welle hergestellt wird.
Servolenkungsbaugruppe nach Anspruch 6, wobei das Gehäuse linear beweglich ist, um einen Rücktrieb des Systems einzustellen.
Servolenkungsbaugruppe nach Anspruch 6, wobei die Baugruppe Teil eines Steer-by-Wire-Lenksystems ist.
Verfahren zum Zusammenbauen einer Servolenkungsbaugruppe, umfassend: lineares Einstellen mindestens einer Komponente der Servolenkungsbaugruppe, um einen durch den Kontakt zwischen den Gewindegängen einer Schnecke und den Zähnen eines Schneckenrads verursachten Rücktrieb festzulegen; Abstützen der Schnecke auf einseitig gelagerte Weise, um ein Auslenken eines Endes der Schnecke zu ermöglichen; und Begrenzen der Auslenkung des Endes der Schnecke.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Begrenzen der Auslenkung des Endes der Schnecke mit einer Buchse erfolgt, die einen Abschnitt der Schnecke in der Nähe des Endes der Schnecke umgibt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Begrenzen der Auslenkung des Endes der Schnecke mit einem Abschnitt eines Gehäuses erfolgt, das einen Abschnitt der Schnecke in der Nähe des Endes der Schnecke umgibt.