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Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug.
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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 ausgestaltet. 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 aufeinander folgenden 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 zu 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 der Ritzelwelle mittels des Festlagers erzeugt wird, ist beispielsweise aus der
DE 10 2017 209 563 A1 bekannt. Bei diesem Lenkgetriebe ist vorgesehen, das Wälzlager, das die Ritzelwelle im Bereich des Festlagers aufnimmt, außenseitig in einer Schwenkbuchse zu lagern. Die Schwenkbuchse umfasst eine Lagerbuchse, die das Wälzlager aufnimmt, und einen Außenring, der in einem Gehäuse des Lenkgetriebes gehalten ist, wobei der Außenring und die Lagerbuchse über Torsionsstege verbunden sind, die bei einem Verdrehen des Außenrings zu der Lagerbuchse 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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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem mit einem solchen Lenkgetriebe zu verbessern.
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Diese Aufgabe ist bei einem Lenksystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Lenksystems sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßes Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest ein (ein- oder mehrteiliges) Gehäuse, ein Zahnrad, ein mit dem Zahnrad kämmendes Schraubritzel (insbesondere Schneckenritzel) und eine das Schraubritzel umfassende Ritzelwelle, wobei die Ritzelwelle auf einer Seite des Schraubritzels in einer Lagervorrichtung eines Festlagers gelagert ist. Diese Festlagervorrichtung weist zumindest ein Drehlager (vorzugsweise ein Wälzlager, besonders bevorzugt ein Kugellager), das einen inneren Drehlagerring, der die Ritzelwelle aufnimmt, und einen äußeren Drehlagerring, der in eine Festlagerbuchse integriert (d.h. darin aufgenommen oder von der Lagerbuchse selbst ausgebildet) ist, auf. Das Lenksystem kann weiterhin einen drehantreibend mit der Ritzelwelle verbundenen Lenkmotor (insbesondere hydraulisch oder elektrisch) umfassen, wobei der Lenkmotor vorzugsweise mit demjenigen Ende der Ritzelwelle verbunden ist, die mittels des Festlagers gelagert ist. Der Lenkmotor kann dabei auch innerhalb des Gehäuses des Lenksystems aufgenommen beziehungsweise eine Komponente des Lenkmotors kann Teil des Gehäuses des Lenksystems sein. Das Zahnrad des Lenksystems kann weiterhin drehfest oder drehantreibend mit einer Lenkwelle, insbesondere einer Lenksäule des Lenksystems verbunden sein.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Festlagerbuchse mittels mindestens eines Schwenkbolzens, dessen Längsachse sich in Richtung und vorzugsweise parallel zu der Rotationsachse der Ritzelwelle erstreckt, direkt oder indirekt mit dem Gehäuse verbunden ist. Der Schwenkbolzen umfasst einen insbesondere frei innerhalb des Innenraums des Gehäuses liegenden Schwenkbereich, der derart ausgestaltet ist, dass die Ritzelwelle unter einer Deformation (Biegung) des Schwenkbereichs um eine Schwenkachse schwenkbar ist, die einerseits quer und vorzugsweise senkrecht zu der Rotationsachse der Ritzelwelle sowie andererseits in Richtung und gegebenenfalls parallel zu der Rotationsachse des Zahnrads verläuft. Dabei ist der Schwenkbereich des mindestens einen Schwenkbolzens zumindest im unbelasteten Ruhezustand des montierten Lenksystems derart deformiert, dass das Schraubritzel gegen das Zahnrad gedrückt wird, wodurch eine Anfederung der Ritzelwelle realisiert wird, durch die Geräusche im Betrieb des Lenksystems minimiert sind.
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Als Erstreckung einer Achse „in Richtung“ einer anderen Achse wird eine relative Ausrichtung der Achsen verstanden, bei der diese einen kleinsten Winkel zwischen 0° und kleiner 45°, vorzugsweise zwischen 0° und 30° und besonders bevorzugt zwischen 0° und 15° einschließen. Dementsprechend wird als Erstreckung einer Achse „quer“ zu einer anderen Achse eine relative Ausrichtung der Achsen verstanden, bei der diese einen kleinsten Winkel zwischen 45° und 90°, vorzugsweise zwischen 60° und 90° und besonders bevorzugt zwischen 75° und 90° einschließen.
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Als „Bolzen“ wird ein Körper verstanden, dessen Erstreckung entlang seiner Längsachse größer, insbesondere mindestens doppelt so groß wie jede der Erstreckungen entlang den zu der Längsachse senkrechten Körperachsen ist.
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Die erfindungsgemäße Realisierung der Anfederung der Ritzelwelle mittels des mindestens einen elastisch deformierten Schwenkbolzens weist gegenüber der Anfederung mittels einer Schwenkbuchse gemäß der
DE 10 2017 209 563 A1 , die Torsionsstege aufweist, den Vorteil auf, dass eine relativ schwache Anfederung realisiert werden kann, was sich vorteilhaft auf die Reibung in dem Verzahnungseingriff zwischen dem Schraubritzel und dem Zahnrad auswirkt, wobei gleichzeitig ein relativ großer Federweg bereitgestellt werden kann, so dass sich die Ritzelwelle infolge von Verschleiß und/oder einem Setzen einer Verzahnung aus Kunststoff nachstellen kann, ohne dass sich dadurch die Stärke der Anfederung zu weit reduzieren würde, was sich anderenfalls negativ auf das akustische Betriebsverhalten des Lenksystems auswirken könnte. Trotz dieser relativ schwachen Anfederung kann ein solcher Schwenkbolzen in längsaxialer Richtung und damit auch die Abstützung der Ritzelwelle in Richtung ihrer Rotationsachse relativ steif dimensioniert werden, was sich ebenfalls vorteilhaft auf das akustische Betriebsverhalten des Lenksystems auswirken kann.
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Der mindestens eine Schwenkbolzen eines erfindungsgemäßen Lenksystems, der auch integral beziehungsweise einstückig mit der Festlagerbuchse und/oder mit dem Gehäuse ausgestaltet sein kann, kann grundsätzlich eine beliebige, über der Längserstreckung des Schwenkbolzens auch variable Querschnittsflächenform aufweisen, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Schwenkbolzen zumindest abschnittsweise kreisförmige oder kreisringförmige Querschnittsflächen aufweist. Daraus kann eine einfache Herstellbarkeit des Schwenkbolzens resultieren. Ebenfalls ermöglichen kreisförmige oder kreisringförmige Querschnittsflächen eine einfache Befestigung des Schwenkbolzens an der Festlagerbuchse und/oder an dem Gehäuse, beispielsweise indem ein Abschnitt oder mehrere Abschnitte des Schwenkbolzens mit einem Außengewinde zur Ausbildung (jeweils) einer Verschraubung versehen sind.
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Ein erfindungsgemäßes Lenksystem kann insbesondere als Hilfskraftlenksystem ausgestaltet sein, durch das mittels des Lenkmotors ein unterstützendes Drehmoment erzeugt werden kann, so dass ein Lenkmoment, das von einem Fahrer eines das Hilfskraftlenksystem umfassenden Kraftfahrzeugs für ein Lenken des Kraftfahrzeugs auf die Lenksäule aufzubringen ist, reduziert ist (ggf. temporär auch bis auf null). Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, das Lenksystem derart auszugestalten, dass von dem Lenkmotor (stets) das gesamte für ein Lenken erforderliche Lenkmoment erzeugt wird.
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Ein vorteilhafte Lagerung der Ritzelwelle innerhalb des Gehäuses beziehungsweise eine vorteilhafte Abstützung der im Betrieb des Lenksystems auf die Ritzelwelle wirkenden Kräfte kann dadurch realisiert werden, dass ein erfindungsgemäßes Lenksystem mindestens und insbesondere exakt zwei Schwenkbolzen aufweist, wobei die Schwenkbereiche der mindestens zwei Schwenkbolzen die Lage der Schwenkachse definieren.
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Ein vorteilhaftes Deformationsverhalten des mindestens einen Schwenkbolzens kann dadurch realisiert werden, dass der dazugehörige Schwenkbereich eine Querschnittsflächenverkleinerung und/oder eine Querschnittsformänderung (d.h. relativ kleine Querschnittsflächen und/oder andere Querschnittsformen) im Vergleich zu mindestens einem der und vorzugsweise zu den beiden sich an den Schwenkbereich anschließenden Abschnitten des Schwenkbolzens aufweist. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Schwenkbereich eine oder zwei Flachseiten (d.h. flach bzw. in einer Ebene verlaufende Abschnitte) aufweist, der oder die parallel zu der Rotationsachse der Ritzelwelle verlaufen. Dadurch kann insbesondere die angestrebte relativ geringe Biegesteifigkeit in Kombination mit einer relativ großen axialen Steifigkeit des Schwenkbolzens realisiert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Lenksystems kann vorgesehen sein, dass der radiale Abstand (bezogen auf die Ritzelwelle oder das Zahnrad) zwischen der Schwenkachse einerseits und dem Verzahnungseingriff von Zahnrad und Schraubritzel (der in der Tangentialebene im Berührungspunkt der Teil- bzw. Wälzkreise von Schraubritzel und Zahnrad liegt) andererseits möglichst klein, zumindest jedoch kleiner als der Kernradius des Schraubritzels (d.h. der radiale Abstand zwischen der Längsachse der Ritzelwelle und dem Verzahnungsgrund des Ritzels) und insbesondere null ist. Dadurch können unterschiedliche Lenkverhalten eines entsprechenden Lenksystems, die Folge entgegengesetzt gerichteter Momente um die Schwenkachse des Festlagers aufgrund unterschiedlicher Antriebsdrehrichtungen der Ritzelwelle sind, gering gehalten oder vermieden werden. Diese unterschiedlichen Momente können aus den entgegengesetzt gerichteten Verzahnungskräften beim Links- oder Rechtsdrehen der Ritzelwelle in Verbindung mit dem Hebelarm, der sich aus einem Abstand der Wirkungslinie der Verzahnungskräfte zu den Schwenkachsen ergibt, resultieren.
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Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Lenksystems kann vorgesehen sein, dass die Festlagerbuchse ein erstes Buchsenelement, das die Ritzelwelle aufnimmt, und ein zweites Buchsenelement, das mit dem mindestens einen Schwenkbolzen verbunden ist, aufweist, wobei das erste Buchselement und das zweite Buchsenelement drehbar um eine Drehachse, die quer und insbesondere senkrecht zu der Schwenkachse ausgerichtet ist, zueinander drehbar sind. Diese Drehbarkeit kann in konstruktiv vorteilhafter Weise dadurch realisiert werden, dass das erste Buchselement und das zweite Buchsenelement mittels mindestens eines Drehlagerzapfens und vorzugsweise mittels mindestens oder exakt zwei Drehlagerzapfen miteinander verbunden sind, wobei die (koaxialen) Längsachse(n) dieses Drehlagerzapfens oder dieser Drehlagerzapfen der Drehachse entsprechen. Diese zusätzliche Drehbarkeit beziehungsweise Schwenkbarkeit (d.h. eine Drehbarkeit um weniger als 360°) der Ritzelwelle um die quer und insbesondere senkrecht zu der Schwenkachse liegende Drehachse kann Vorteile hinsichtlich eines Zusammenwirkens mit einem Loslager, in dem die Ritzelwelle ebenfalls gelagert sein kann, aufweisen.
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Ein solches Loslager beziehungsweise eine Lagervorrichtung davon, in der die Ritzelwelle auf der anderen Seite des Schraubritzels (bezogen auf das Festlager) gelagert ist, kann zumindest ein Drehlager (vorzugsweise ein Wälzlager, besonders bevorzugt ein Kugellager) umfassen, in dem die Ritzelwelle aufgenommen ist, wobei für das Drehlager eine Beweglichkeit innerhalb des Gehäuses hinsichtlich der durch das Festlager geführten Schwenkbeweglichkeit der Ritzelwelle gewähreistet ist. Dabei kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass die Lagervorrichtung des Loslagers eine Loslagerbuchse umfasst, wobei die Festlagerbuchse und die Loslagerbuchse miteinander verbunden sind.
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Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Loslagerbuchse einen Führungsbolzen umfasst beziehungsweise mit einem solchen Führungsbolzen verbunden ist, der in eine Führungsöffnung des Gehäuses oder eines mit dem Gehäuse verbundenen Halteelements eingreift. Diese Ausgestaltung der Lagervorrichtung des Loslagers kann insbesondere in Kombination mit der zusätzlichen Drehbarkeit der Ritzelwelle um die quer und insbesondere senkrecht zu der Schwenkachse ausgerichtete Drehachse vorteilhaft sein, weil dadurch ein Schwenken der Ritzelwelle (in Richtung einer Entfernung von dem Zahnrad) durch ein Klemmen des Führungsbolzens in der Führungsöffnung vorteilhaft begrenzt werden kann.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
- 1: einen ersten Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenksystem gemäß einer ersten Ausgestaltungsform;
- 2: das Lenksystem in einer Ansicht von vorne;
- 3: einen zweiten Längsschnitt durch das Lenksystem entlang der Schnittebene III - III in der 2;
- 4: die Komponenten des Lenksystems ohne das Gehäuse in einer perspektivischen Darstellung;
- 5: einen Schwenkbolzen des Lenksystems in einer perspektivischen Darstellung;
- 6: den Schwenkbolzen in einer ersten Seitenansicht;
- 7: den Schwenkbolzen in einer zweiten Seitenansicht;
- 8: einen ersten Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenksystem gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform;
- 9: das Lenksystem gemäß der 8 in einer Ansicht von vorne;
- 10: einen zweiten Längsschnitt durch das Lenksystem gemäß den 8 und 9 entlang der Schnittebene X - X in der 9;
- 11: Komponenten des Lenksystems gemäß den 8 bis 10 in einer perspektivischen Darstellung;
- 12: einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenksystem gemäß einer dritten Ausgestaltungsform; und
- 13: die Ritzelwelle, die Festlagervorrichtung und die Loslagervorrichtung des Lenksystems gemäß der 12 in einer perspektivischen Darstellung.
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Das in den Zeichnungen dargestellte Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Gehäuse 1, innerhalb dessen ein Zahnrad 2 sowie ein mit dem Zahnrad 2 kämmendes Schraubritzel 3 drehbar angeordnet sind. Das Schraubritzel 3 und eine das Schraubritzel 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 Lenksystems verbunden. Diese Abtriebswelle 5 umfasst eine Schraubverzahnung (vgl. 2) für einen Verzahnungseingriff mit einer Lenkstange des Lenksystems, die dafür in einem Abschnitt als Zahnstange ausgebildet ist.
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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 ausgestaltet, das ein Schwenken der Ritzelwelle 4 um eine Schwenkachse 7 (vgl. 2 und 3) zulässt.
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Ein solches Schwenken der Ritzelwelle 4 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 ausgestaltet, dass es die sich aus einem Schwenken der Ritzelwelle 4 um die Schwenkachse 7 ergebende Auslenkung dieses Endes der Ritzelwelle 4 in Grenzen zulässt.
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Eine (Fest-)Lagervorrichtung 12 des Festlagers 6 ebenso wie eine (Los-)Lagervorrichtung 13 des Loslagers 8 umfasst jeweils ein Drehlager 9 in Form eines Kugellagers. In inneren Drehlagerringen 10 dieser Drehlager 9 sind die entsprechenden Abschnitte der Ritzelwelle 4 gelagert, während äußere Drehlagerringe 11 der Drehlager 9 jeweils in einer Lagerbuchse 14, 26 der entsprechenden Lagervorrichtung 12, 13 gelagert sind.
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Die (Fest-)Lagerbuchse 14 der Festlagervorrichtung 12 umfasst ein erstes Buchsenelement 15, das die Ritzelwelle 4 aufnimmt, und ein zweites Buchsenelement 16. Das erste Buchsenelement 15 ist zweiteilig ausgestaltet und umfasst einen ersten Buchsenteil 15a und einen zweiten Buchsenteil 15b. Der erste Buchsenteil 15a ist hülsenförmig ausgestaltet und nimmt innenseitig das Drehlager 9 und einen Innenabschnitt des zweiten Buchsenteils 15b des ersten Buchsenelements 15 auf. Dieser Innenabschnitt des zweiten Buchsenteils 15b und der äußere Drehlagerring 11 des Drehlagers 9 des Festlagers 6 sind unter Zwischenschaltung einer Ringscheibe 17 axial gesichert innerhalb des ersten Buchsenteils 15a des ersten Buchsenelements 15 gelagert.
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Der zweite Buchsenteil 15b des ersten Buchsenelements 15 umfasst neben dem Innenabschnitt noch einen Außenabschnitt. Dieser Außenabschnitt ist über vier Verbindungsstege (vgl. 2) mit dem Innenabschnitt verbunden. Der Außenabschnitt, der Innenabschnitt und die Verbindungsstege sind einstückig aus beispielsweise Stahl ausgestaltet.
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Eine axiale Lagesicherung des inneren Drehlagerrings 10 des Drehlagers 9 des Festlagers 6 auf der Ritzelwelle 4 und damit der innerhalb des ersten Buchsenteils 15a des ersten Buchsenelements 15 angeordneten Bauteile erfolgt unter Zwischenschaltung eines Druckstücks 18, das durch einen Presssitz mit der Ritzelwelle 4 verbunden ist.
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Von einem rohrförmigen Abschnitt des Außenabschnitts des zweiten Buchsenteils 15b des ersten Buchsenelements 15 erstrecken sich in diametral gegenüberliegender Anordnung zwei zylindrische Drehlagerzapfen 19. Diese Drehlagerzapfen 19, deren Längsachsen 20 koaxial zueinander und senkrecht bezüglich der Schwenkachse 7 ausgerichtet sind, sind in dazu passend, d.h. mit einem minimalen Übermaß dimensionierten, zylindrischen Lageröffnungen des zweiten Buchsenelements 16 drehbar gelagert. Die Längsachsen 20 der Lagezapfen 19 entsprechen dabei einer Drehachse 21, um die das erste Buchsenelement 15 sowie die darin gelagerte Ritzelwelle 4 in eng gesetzten Grenzen, die durch das Loslager 8 begrenzt sind, drehbar sind. Diese Drehachse 21 schneidet dabei die Rotationsachse 22 der Ritzelwelle 4. Ein solches Schwenken um die Drehachse 21 führt nicht zu einem elastischen Rückstellmoment.
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Eine Lagerung der Festlagervorrichtung 12 innerhalb des Gehäuses 1 erfolgt mittels zwei Schwenkbolzen 23, deren Längsachsen 36 sich in Richtung der Rotationsachse 22 der Ritzelwelle 4 erstrecken und die einerseits mit dem zweiten Buchsenelement 16 und andererseits mit dem Gehäuse 1 verbunden und konkret verschraubt sind (vgl. 2 bis 4). Dazu ist jeweils ein erster, zylindrischer Abschnitt 23a der Schwenkbolzen 23 mit einem Außengewinde versehen, das mit einem Innengewinde, das jeweils in einer zugehörigen Gewindeöffnungen des Gehäuses 1 ausgebildet ist, zusammenwirkt. An diesen ersten Abschnitt 23a der einzelnen Schwenkbolzen 23 schließt sich jeweils ein zweiter Abschnitt 23b an, der als Schwenkbereich vorgesehen ist, und der frei innerhalb des von dem Gehäuse 1 begrenzten Innenraums angeordnet ist. An diesen zweiten Abschnitt 23b schließt sich jeweils ein dritter, zylindrischer Abschnitt 23c an, der wiederum ein Außengewinde aufweist, wobei die Schwenkbolzen 23 mit diesen dritten Abschnitten 23c jeweils durch eine Durchgangsöffnung des zweiten Buchsenelements 16 geführt sind, wobei aus diesen Durchgangsöffnungen heraus ragende Bereiche der dritten Abschnitte 23c mit jeweils einer Schraubenmutter 24 verschraubt sind. Durch die so ausgebildeten Schraubverbindungen in Kombination mit einem Anliegen von Kontaktflächen der Schwenkbereiche 23b sowohl an dem Gehäuse 1 als auch an dem zweiten Buchsenelement 16 wird eine weitgehend unbewegliche Lagerung der Festlagervorrichtung 12 innerhalb des Gehäuses 1 realisiert. Eine Beweglichkeit ist lediglich als Folge definierter elastischer Deformationen der Schwenkbereiche 23b der Schwenkbolzen 23 vorgesehen. Dabei weisen die Schwenkbereiche 23b aufgrund von zweiseitigen, sich gegenüberliegenden Einschnürungen (vgl. 5 bis 7), die abschnittsweise als annähernd parallel verlaufende Flachseiten ausgestaltet sind und die zu entsprechend verkleinerten und auch hinsichtlich der Form veränderten Querschnittsflächen führen, relativ geringe Biegesteifigkeiten auf, während die axialen Steifigkeiten auch in den Schwenkbereichen 23b noch relativ groß sind. Der Schwenkbereich 23b kann auch rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Dann würde die relativ geringe Biegesteifigkeit durch relativ kleine Querschnittsflächen und eine relativ große Länge des Schwenkbereichs 23b im Vergleich zu den Abschnitten 23a und 23c erreicht.
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In dem Verzahnungseingriff zwischen dem Schraubritzel 3 und dem Zahnrad 2 wirkende, in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse 25 des Zahnrads 2 nach außen gerichtete Kräfte, die über die Ritzelwelle 4 und die Festlagerbuchse 14, auf die Schwenkbolzen 23 übertragen werden, führen, soweit dies durch das Loslager 8 zugelassen wird, zu einem Schwenken der Ritzelwelle 4 und der diese aufnehmenden Festlagerbuchse 14 um die durch die Schwenkbereiche 23b der beiden Schwenkbolzen 23 verlaufende Schwenkachse 7. Ein solches Schwenken ist durch die geringe Biegesteifigkeit der Schwenkbereiche 23b ermöglicht.
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Die Schwenkbereiche 23b der Schwenkbolzen 23 bewirken weiterhin diejenigen Federkräfte, durch die das Schraubritzel 3 in die Verzahnung des Zahnrads 2 gedrückt wird, um ein möglichst kleines Getriebespiel und damit eine möglichst geringe Geräuschentwicklung im Betrieb des Lenksystems zu erreichen. Diese Federkräfte ergeben sich daraus, dass bei der Montage des Lenksystems die Ritzelwelle 4 soweit infolge eines Kontakts mit dem Zahnrad 2 ausgelenkt wurde, dass sich im montierten und unbelasteten Zustand des Lenksystems eine elastische Deformation der Schwenkbereiche 23b der Schwenkbolzen 23 ergibt, wodurch die elastischen Rückstellkräfte, die aus diesen Deformationen resultieren, der Auslenkung der Ritzelwelle 4 entgegenwirken und diese somit gegen das Zahnrad 2 drücken.
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Die Lagervorrichtung 13 des Loslagers 8 weist die mehrteilige (Loslager-)Buchse 26 auf, die eine Innenbuchse 27 umfasst. Innerhalb der Innenbuchse 27 ist das Drehlager 9 des Loslagers 8 angeordnet. Außenseitig ist die Innenbuchse 27 von einer Außenbuchse 28 der Loslagerbuchse 26 umgeben, die ein Führungselement in Form eines Führungsbolzens 29 mit beispielsweise quadratischen Querschnittsflächen umfasst. Der Führungsbolzen 29 erstreckt sich bezüglich der Rotationsachse 22 der Ritzelwelle 4 in radialer Richtung nach außen, wobei der Führungsbolzen 29 bis in eine Führungsöffnung mit beispielsweise rechteckiger Öffnungsfläche ragt, die von einem Halteelement 30 ausgebildet ist und deren Längsachse 31 sich ebenfalls in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse 22 der Ritzelwelle 4 erstreckt. Das Halteelement 30 ist dabei mittels eines Befestigungselements 32, 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 31 der Führungsöffnung ist bei unbelastetem Lenksystem parallel und gegebenenfalls sogar koaxial zu der Längsachse 33 des Führungsbolzens 29 ausgerichtet. Weiterhin sind die Breiten (d.h. die Erstreckungen quer zu der Längsachse 31) der Führungsöffnung in einem definierten, wenn auch nur geringem Maße größer als die Breiten des darin aufgenommenen Abschnitts des Führungsbolzens 29, wodurch eine axiale Verschiebbarkeit des Führungsbolzens 29 innerhalb der Führungsöffnung 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 Lenksystems 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 Deformation der Schwenkbereiche 23b der Schwenkbolzen 23 um die erste Schwenkachse 7 bewirken würden, sondern auch zu einem geringfügigen Drehen um die Drehachse 21. Diese Drehbewegung wird von der Ritzelwelle 4 auf die Lagervorrichtung 13 des Loslagers 8 übertragen. Dies führt bereits nach einer sehr kurzen diesbezüglichen Auslenkung zu einem Kontakt des Führungsbolzens 29 mit der Wandung der Führungsöffnung, wodurch der Führungsbolzen 29 innerhalb der Führungsöffnung verkantet. Sobald dieses Verkanten erfolgt ist, verhindert das Loslager 8 nicht nur ein weitergehendes Drehen der Ritzelwelle 4 um die Drehachse 21 sondern auch ein weitergehendes Schwenken um die Schwenkachse 7, so dass für diese Schwenkbewegung der Ritzelwelle 4 ein Endanschlag ausgebildet ist.
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Die Schwenkachse 7 ist radial versetzt zu der Rotationsachse 22 der Ritzelwelle 4 angeordnet (vgl. 2). Durch diesen radialen Versatz ist die Schwenkachse 7 in der Nähe des Außenumfangs der Ritzelwelle 4 angeordnet, wodurch die Ausbildung von Reaktionsmomenten, die sich infolge der beim Verzahnungseingriff von Schraubritzel 3 und Zahnrad 2 ergebenden Verzahnungskräfte in Verbindung mit dem Abstand der Wirkungslinie dieser Verzahnungskräfte von der Schwenkachse 7 ergeben, gering gehalten oder sogar weitgehend vermieden wird. Die Schwenkachse 7 ist dabei innerhalb derjenigen Tangentialebene gelegen, die im unbelasteten Zustand des Lenksystems in dem Berührpunkt der beiden Teil- beziehungsweise Wälzkreise von Zahnrad 2 und Schraubritzel 3 angeordnet ist.
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Das Lenksystem umfasst weiterhin ein Verbindungselement 34, das die Festlagerbuchse 14 mit der Loslagerbuchse 31 verbindet und das hierzu einstückig und materialeinheitlich mit einerseits dem ersten Buchsenteil 15a des ersten Buchsenelements 15 der Festlagerbuchse 14 sowie andererseits mit der Innenbuchse 27 der Loslagerbuchse 26 ausgebildet ist. Das Verbindungselement 34 ist rohrförmig mit kreisringförmigen oder teilkreisringförmigen Querschnitten ausgestaltet, wobei dieses zudem eine Mantelöffnung 35 aufweist, die in einem mittigen Abschnitt des Verbindungselements 34 angeordnet ist und die sich über einen Abschnitt von dessen Umfang erstreckt. Durch diese Mantelöffnung 35 kann ein Abschnitt des Zahnrads 2 in das von dem Verbindungselement 34 begrenzte Innenvolumen ragen, um einen Eingriff der Verzahnungen des Zahnrads 2 und des Schraubritzels 3 zu ermöglichen.
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Die in den 8 bis 11 dargestellte zweite Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Lenksystems unterscheidet sich von dem Lenksystem gemäß den 1 bis 7 im Wesentlichen ausschließlich in den Ausgestaltungen der Festlagervorrichtung 12 und der Loslagervorrichtung 13.
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Die Festlagerbuchse 14 dieses Lenksystems ist einteilig ausgestaltet und umfasst einen Aufnahmeabschnitt 14a, innerhalb dessen der äußere Drehlagerring 11 des dortigen Drehlagers 9 aufgenommen ist. Von diesem Aufnahmeabschnitt 14a erstrecken sich in zueinander koaxialer Ausrichtung zwei flügelförmige Befestigungsabschnitte 14b, die jeweils eine Durchgangsöffnung aufweisen, durch die jeweils ein dritter Abschnitt 23c eines Schwenkbolzens 23 durchgeführt ist. Die Form der Schwenkbolzen 23 und die Art der Befestigung dieser Schwenkbolzen 23 mit einerseits der Festlagerbuchse 14 und andererseits dem Gehäuse 1 entspricht bei dem Lenksystem gemäß den 8 bis 11, mit Ausnahme eines etwas kürzeren ersten Abschnitts 23c der Schwenkbolzen 23, der Ausgestaltung bei dem Lenksystem gemäß den 1 bis 7.
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Die Loslagerbuchse 26 des Lenksystems gemäß den 8 bis 11 ist als einfache Anschlaghülse ausgestaltet, die durch einen Kontakt mit dem Gehäuse 1 die Schwenkbeweglichkeit der Ritzelwelle 4 begrenzt.
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Ein Verbindungselement 34, das entsprechend der Ausgestaltung des Lenksystems gemäß den 1 des 7 die Festlagerbuchse 14 und die Loslagerbuchse 26 miteinander verbindet, ist bei dem Lenksystem gemäß den 8 bis 11 nicht vorgesehen.
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Ein solches Verbindungselement 34 existiert jedoch bei dem Lenksystem gemäß den 12 und 13, das im Übrigen dem Lenksystem gemäß den 8 bis 11 entspricht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017209563 A1 [0006, 0007, 0014]
- DE 102018217459 A1 [0007]
- DE 102016122644 A1 [0007]
- DE 102019207614 A1 [0007]
- EP 2836416 B1 [0007]
- EP 2836417 B1 [0007]
