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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf
eine elektrische Lenkvorrichtung für Motorfahrzeuge.
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Ein elektrisches Lenkrad für Motorfahrzeuge ist
mit einem Mechanismus ausgerüstet,
der die Rotation einer Lenkspindel, die durch ein Lenkrad gedreht
wird, an eine Zahnstange über
ein Ritzel überträgt, wodurch
Fahrzeugräder über eine
Spurstange gelenkt werden, die mit beiden Enden der Zahnstange verbunden
ist. Ferner ist ein Hilfsmotor für
die Lenkeinrichtung vorgesehen. Beim Erfassen eines Lenkdrehmoments,
das an der Lenkspindel erzeugt wird, wird der Motor entsprechend
einem erfassten Signal angeregt. Das Antriebsdrehmoment des Motors
wird an eine Lenkzahnstange übertragen,
wodurch die Lenkkraft des Lenkrads unterstützt wird.
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Für
die elektrische Lenkvorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau
sind verschiedene Arten von Konfigurationen vorgeschlagen worden,
wie sie der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. H7-165089,
der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. H8-301130, der japanischen
offengelegten Patentveröffentlichung
Nr. H10-95354 und der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung
Nr. 2000-168581 zu entnehmen sind. Ein Beispiel einer Konfiguration
einer solchen elektrischen Lenkvorrichtung des Stands der Technik wird
unter Verweis auf 3 erklärt.
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Hauptbereich der Konfiguration
der Lenkzahnstange und des Motorabschnitts der elektrischen Lenkvorrichtung
zeigt. In 3 bezeichnet
Referenzziffer 101 eine Lenkzahnstange und 102 eine Lenkspindel. Die
Lenkspindel 102 weist ein nicht dargestelltes Ritzel auf,
das mit den Zähnen
der Verzahnung auf der Zahnstange 101 kämmt.
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In 3 ist
eine Schraube 107 eines später zu beschreibenden Kugelumlaufspindelmechanismus
auf der linken Seite der Zahnstange 101 gebildet. Ferner
ist das linke Ende der Zahnstange 101 mit einer nicht dargestellten
Spurstange verbunden.
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Referenzziffern 103 und 104 bezeichnen
Gehäuse.
Ein erstes Gehäuse 103 und
ein zweites Gehäuse 104 sind
so gestaltet, dass sie lösbar
mit dem Teil A verbunden sind. In dem ersten Gehäuse 103 ist ein später zu beschreibender
Motor zum Unterstützen
der Lenkkraft montiert. Im zweiten Gehäuse 104 ist ein später zu beschreibender
Kugelumlaufspindelmechanismus 107 angeordnet. Die Zahnstange 101 dringt
durch das Innere des ersten Gehäuses 103 und
des zweiten Gehäuses 104 und
ist axial verschiebbar gelagert.
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Referenzziffer 105 stellt
einen Motor dar, der koaxial zur Zahnstange 101 montiert
ist, um die Lenkkraft zu unterstützen.
Ein Stator 105a ist fest in dem ersten Gehäuse
103 montiert,
während
ein Rotor 105b koaxial außerhalb der Zahnstange 101 angebracht
ist und drehbar durch Lager 106a und 106b im Inneren
des ersten Gehäuses 103 gelagert
ist.
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Referenzziffer 107 bezeichnet
einen Kugelumlaufspindelmechanismus, der eine hohle zylindrische
Mutter 107a umfasst, die mit einer Innennut mit im wesentlichen
halbkreisförmiger
Gestalt im Querschnitt auf der inneren Oberfläche versehen ist, eine Schraube 107b mit
einer Außennut
von im wesentlichen halbkreisförmiger
Gestalt im Querschnitt auf der äußeren Oberfläche der
Zahnstange 101 und mehrere Kugeln 107c die in
der Spiralnut unter Abwälzen
umlaufen, wobei die Spiralnut durch die innere und äusere Nut
gebildet wird.
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Die Mutter 107a des Kugelumlaufspindelmechanismus 107 ist
drehbar durch ein Lager 108 gelagert, das im Inneren des
zweiten Gehäuses 104 montiert
ist.
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In 3 sind
im Inneren des rechten Endbereichs der Mutter 107a Innenkeilnuten 107s gebildet, die
mit Keilzähnen 105s kämmen, die
auf dem linken Endbereich des Rotors 105b des Motors 105,
wie es in 3 dargestellt
ist, gebildet sind. Die Mutter 107a und der Rotor 105b sind
als ein Körper
in der Rotationsrichtung verbunden und verschiebbar in der axialen
Richtung verkeilt.
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Die Zahnstange 101 ist axial
verschiebbar an lediglich zwei Positionen gelagert: an einer nicht
dargestellten Führung,
die sich in einem Abschnitt befindet, wo ein Ritzel, das auf einer
Lenkspindel 102 vorgesehen ist, mit den Zahnstangenzähnen kämmt, die auf
der Zahnstange 101 gebildet sind, und am Kugelumlaufspindelmechanismus 107.
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Wenn bei der oben beschriebenen Konfiguration
der entsprechend dem Lenkdrehmoment erfasste elektrische Strom an den
Motor 105 zugeführt wird,
dreht sich der Rotor 105b, so dass dadurch die Mutter 107a des
Kugelumlaufspindelmechanismus 107 gedreht wird, die mit
dem Rotor 105 verkeilt ist. Die Rotation der Mutter 107a bewegt
die Zahnstange 101 axial, wodurch somit der Lenkmechanismus durch
die Zahnstange betätigt
wird.
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Die oben beschriebene elektrischen
Lenkvorrichtung des Stands der Technik wird entsprechend dem im
folgenden beschriebenen Vorgang zusammengefügt. Das bedeutet, dass zunächst der Stator 105a des
Motors 105 in dem ersten Gehäuse 103 befestigt
wird und dann die Lager 106a und 106b in dem ersten
Gehäuse 103 festgelegt
werden, so dass dadurch der Rotor 105b des Motors 105 drehbar
gelagert wird.
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Ferner wird das Lager 108 in
dem zweiten Gehäuse 104 festgelegt,
so dass dadurch drehbar die Mutter 107a des Kugelumlaufspindelmechanismus 107 gelagert
wird.
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Als nächstes werden das erste Gehäuse 103 und
das zweite Gehäuse 104 am
Bereich A angeschlossen. Gleichzeitig werden die Mutter 107a und der
Rotor 105b in ihrer Position justiert, so dass sie in der
gleichen Phase in Rotationsrichtung sind, so dass die innere Keilnut 107s am
rechten Endbereich der Mutter 107a gebildet wird, wie es
in 3 gezeigt ist, und
dass die Keilzähne 105s,
die auf dem linken Endbereich des Rotors 105b gebildet
sind, wie es in 3 gezeigt
ist, wechselseitig kämmen,
und dass die Mutter 107a und der Rotor 105b gleichzeitig
mit dem Verbinden des Gehäuseabschnitts
verkeilt werden.
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Bei der Konfiguration des Stands
der Technik werden die zwei Komponentenelemente, d.h. der äußere Gehäuseabschnitt
und die in dem Gehäuse
angeordneten Elemente, gleichzeitig verbunden. Zusätzlich benötigen beim
Verbinden diese zwei Elemente, die in dem Gehäuse angeordnet sind, eine Phasenjustierung
in der Rotationsrichtung und werden anschließend verbunden. Dieser Vorgang
ist kompliziert und schwierig durchzuführen und bietet daher eine
geringe Arbeitseffizienz. Diese Erfindung soll daher den oben beschriebenen
Nachteil behandeln.
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EP 0 814 012 A1 offenbart eine elektrische Lenkvorrichtung,
die ebenfalls ein mehrteiliges Gehäuse verwendet und somit die
gleichen Nachteile aufweist wie die eben beschriebene. Weitere elektrische
Lenkvorrichtungen sind aus
EP
0 882 637 A1 sowie
EP
1 026 067 A2 bekannt.
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Eine Hauptaufgabe dieser Erfindung
ist es, eine neue elektrische Lenkvorrichtung vorzusehen, wobei
eine Leistungsübertragungsvorrichtung,
die mehrere Elemente umfasst, die die Rotation des Motors zum Unterstützen der
Lenkkraft durch einen Kugelumlaufspindelmechanismus auf die Lenkspindel übertragen,
einfach montiert und zusammengefügt werden
kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch
eine elektrische Lenkvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Weitere
Ziele und Vorteile dieser Erfindung werden für Fachleute aus der folgenden
detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen deutlich. In der
Beschreibung wird auf die beigefügten
Zeichnungen verwiesen, die einen Teil der Beschreibung bilden und
ein Beispiel der Erfindung veranschaulichen. Ein derartiges Beispiel
ist jedoch keine erschöpfende
Beschreibung der verschiedenen möglichen
Ausführungsformen der
Erfindung, und es wird daher auf die Ansprüche verwiesen, die der Beschreibung
folgen, um den Rahmen der Erfindung zu bestimmen.
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Die beigefügten Zeichnungen, die in die
Beschreibung eingefügt
sind und einen Teil von ihr bilden, veranschaulichen Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die
Prinzipien der Erfindung zu erklären.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Hauptbereich der Konfiguration
einer Zahnstange und eines Motorabschnitts einer elektrischen Lenkvorrichtung
gemäß der bevorzugten
Ausführungsformen
dieser Erfindung zeigt;
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2 ist
eine der in 1 gezeigten
elektrischen Lenkvorrichtung im Ausschnitt und vergrößert; und
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Hauptbereich der Konfiguration
der Zahnstange und eines Motorabschnitts einer elektrischen Lenkvorrichtung
des Stands der Technik zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun werden bevorzugte Ausführungsformen einer
elektrischen Lenkvorrichtung gemäß dieser
Erfindung unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die
einen Hauptbereich der Konfiguration einer Zahnstange und eines
Motorabschnitts einer elektrischen Lenkvorrichtung zeigt. 2 ist eine Teilquerschnittsansicht
im vergrößerten Maßstab.
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In 1 und 2 bezeichnet Referenzziffer 11 eine
Zahnstange und Referenzziffer 12 eine Lenkspindel. Auf
der Lenkspindel 12 ist ein nicht dargestelltes Kitzel angebracht,
das mit den Zahnstangenzähnen
der Zahnstange 11 kämmt.
Auf der linken Seite der Zahnstange 11 in 1 ist eine Schraube 17b eines
später
zu beschreibenden Kugelumlaufspindelmechanismus gebildet, und weiter
ist am linken Endbereich eine nicht dargestellte Spurstange angeschlossen.
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Referenzziffer 14 ist ein
Gehäusekörper, der ein
einziger zylindrischer Körper
mit einem Bereich kleinen Durchmessers H ist, der in etwa im mittleren Teil
gebildet ist, und mit einem Bereich größeren Durchmessers, der in
Richtung auf beiden Enden gebildet ist. In 1 befindet sich ein Motorgehäuseabschnitt 14a zum
Unterbringen eines Motors zum Unterstützen einer später zu beschreibenden
Lenkkraft auf der rechten Seite des Bereichs kleinen Durchmessers
H, und ein Muttergehäuseabschnitt 14b zum
Aufnehmen einer Mutter eines später
zu beschreibenden Kugelumlaufspindelmechanismus 17 ist
auf der linken Seite des Bereichs kleinen Durchmessers H positioniert.
Die Zahnstange 11 wird durch das Innere des Gehäusekörpers 14 eingeführt und
ist axial verschiebbar gelagert.
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Referenzziffer 15 bezeichnet
den Motor zum Unterstützen
der Lenkkraft, der koaxial zur Zahnstange 11 angeordnet
ist. Der Stator 15a des Motors 15 ist am Motorgehäuseabschnitt 14a des
Gehäusekörpers 14 befestigt,
während
der Rotor 15b koaxial auf der äußeren Seite der Zahnstange 11 angebracht
ist. Der Rotor 15b ist drehbar durch die Lager 16a und 16b in
dein Gehäusekörper 14 gelagert.
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Referenzziffer 17 bezeichnet
den Kugelumlaufspindelmechanismus, der eine hohle zylindrische Mutter 17a umfasst,
die mit einer Innennut von näherungsweise
halbkreisförmiger
Gestalt im Querschnitt auf der inneren Oberfläche versehen ist, eine Schraube 17b mit
einer Außennut
von näherungsweise
halbkreisförmiger
Gestalt im Querschnitt auf der äußeren Oberfläche der
Zahnstange 11 und mehreren Kugeln 17c, die in
der Spiralnut, die durch die Innen- und Außennut gebildet wird, durch
Abwälzen umlaufen.
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Die Mutter 17a des Kugelumlaufspindelmechanismus 17 ist
drehbar durch ein Lager 18 im Inneren des Muttergehäuseabschnitts 14b des
Gehäusekörpers 14 gelagert.
Dieses Lager 18 besteht aus zwei Innenlaufringen. Das Lager 18 wird
axial durch elastische Elemente 18d und 18e gelagert.
Der Innendurchmesser des Muttergehäuseabschnitts 14b ist etwas
größer als
der Außendurchmesser
des Lagers 18 gestaltet. Daher kann die Mutter 17a axial leicht
verschoben werden.
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Wie es aus 2 deutlich ist, ist auf der Innenoberfläche des
rechten Endbereichs der Mutter 17a eine Innenkeilnut 17s gebildet,
die mit den Keilzähnen 15s kämmt, die
auf dem linken Endbereich des Rotors 15b des Motors 15
geformt sind. Die Mutter 17a und der Rotor 15b sind
zu einem Körper
in der Rotationsrichtung verbunden und axial verschiebbar verbunden,
so dass sie einen verkeilten Abschnitt SP bilden.
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Die Zahnstange 11 ist axial
verschiebbar an genau zwei Punkten gelagert: einmal an einer nicht dargestellten Führung, die
in einem Teil positioniert ist, wo das auf der Lenkspindel 12 vorgesehene
Kitzel mit den Zahnstangenzähnen
kämmt,
die auf der Zahnstange 11 gebildet sind, und einmal am
Kugelumlaufspindelmechanismus 17.
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Bei der oben beschriebenen Konfiguration dreht
sich der Rotor 15b, wenn der entsprechend dem Lenkdrehmoment
bestimmte Strom an den Motor 15 zugeführt wird, so dass die Mutter 17a des
Kugelumlaufspindelmechanismus 17 gedreht wird, die mit
dem Rotor 15b in Eingriff ist. Die Rotation der Mutter 17a bewegt
die Zahnstange 11 in der axialen Richtung, wodurch der
Lenkmechanismus durch Spurstangen betätigt wird, um die Räder zu lenken.
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Als nächstes wird der Vorgang zum
Zusammenfügen
der elektrischen Lenkvorrichtung im Folgenden beschrieben. Zunächst wird
der Stator 15a des Motors 15 in den Motorgehäuseabschnitt 14a des
Gehäusekörpers 14 an
der Öffnung
eingeführt, die
sich in 1 rechts befindet.
Ferner wird ein nahezu ringförmiges
Rückhalteelement 14d eingeführt, um
den Motor 15 von einer axialen Bewegung abzuhalten.
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Dann wird das Lager 16b an
der Öffnung
eingeführt,
die sich auf der linken Seite des Gehäusekörpers 14 in 1 befindet, und wird an
einer vorbestimmten Position befestigt. Ferner wird das Lager 16a an
der Öffnung
eingeführt,
die auf der rechten Seite des Gehäusekörpers 14 in Fig. 1
positioniert ist, und wird dann in einer vorbestimmten Position
im Inneren des erwähnten
Rückhalteelements 14d befestigt.
Der Rotor 15b des Motors 15 wird an der Öffnung eingeführt, die
links in 1 ist, und
wird dann drehbar durch die Lager 16a und 16b gelagert.
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In der Öffnung auf der rechten Seite
des Motorgehäuseabschnitts 14a des
Gehäusekörpers 14 in 1 ist das Zahnstangengehäuse 21 mit
einem Mechanismusabschnitt 21a versehen, an dem ein nicht dargestelltes
Ritzel auf der Lenkspindel 12 mit der Zahnstange 11 kämmt, und
ist durch einen Bolzen 22 befestigt.
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Ferner ist die Zahnstange 11 mit
einem Schraubenabschnitt 17b versehen, der eine Außennut mit
nahezu halbkreisförmiger
Gestalt im Querschnitt auf seiner Außenoberfläche hat. In diesen Schraubenabschnitt 17b ist
die hohle zylindrische Mutter 17a aufgepasst, die eine
Innennut mit näherungsweise
halbkreisförmigem
Querschnitt hat. Der Kugelumlaufspindelmechanismus 17 wird über eine Reihe
von Kugeln 17c in der Spiralnut zusammengefügt, die
durch die Innen- und Außennut
gebildet wird. Auf der Außenseite
der Mutter 17a sind die inneren Laufringe des Lagers 18 durch
eine bekannte geeignete Einrichtung befestigt. Das heißt, die
Zahnstange 11 mit dem Lager 18, das auf der Außenoberfläche des
Kugelumlaufspindelmechanismus 17 befestigt ist, ist fertig.
Untenstehend wird die somit fertiggestellte Anordnung als Zahnstangenanordnung
bezeichnet.
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In dem Muttergehäuseabschnitt 14b des
Gehäusekörpers 14 ist
das elastische Element 18d vorgesehen, das die Endfläche auf
der äußeren Laufringseite
des Lagers 18 aufnimmt, in der Nähe des Bereichs kleinen Durchmessers
H. Nachfolgend wird die beschriebene Zahnstangenanordnung durch
die Öffnung
eingeführt,
die auf der linken Seite des Gehäusekörpers 15 in 1 positioniert ist. Der
Keilzahn 15s, der auf dem linken Endbereich des Rotors 15b in 1 gebildet ist, wird mit
der inneren Keilnut 17s in Eingriff gebracht, die auf der
Innenoberfläche des
rechten Endbereichs der Mutter 17a in 1 und 2 gebildet
ist. Somit werden die Mutter 17a und der Rotor 15b miteinander
verkeilt und eine der Endflächen
(die rechte in 1) des äußeren Laufrings des
Lagers 18 der Zahnstangenanordnung wird in Kontakt mit
dem elastischen Element 18d über eine Unterlegscheibe gehalten.
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Danach wird das elastische Element 18e an der
linken Öffnung
des Gehäusekörpers 14 in 1 eingeführt, bis es mit der anderen
Endfläche
des äußeren Laufrings
(der linken in 1) des
Lagers 18 über
eine Unterlegscheibe in Kontakt kommt. Eine Arretiermutter 19 wird
an dem Gehäusekörper 14 befestigt,
um das elastische Element 18e durch die Endfläche der
Arretiermutter 19 zu halten, so dass dadurch der äußere Laufring
des Lagers 18 am Gehäusekörper 14 befestigt
wird.
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Ferner ist ein Abdeckkörper 23 mit
einem Loch, durch das die Zahnstange 11 auf der (nicht
gezeigten) Spurstangenseite eingeführt wird, durch einen Bolzen 24 am
linken Öffnungsabschnitt
des Gehäusekörpers 14 in 1 befestigt. Der Abdeckkörper 23 ist
mit einer Abdeckung 25 versehen, die die Zahnstange 11 abdeckt.
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Bei der elektrischen Lenkvorrichtung
der vorliegenden Ausführungsform
wird wie oben erklärt
der Motor 15 zum Unterstützen der Lenkkraft in dem Gehäusekörper 14 durch
Einführen
durch einen Endbereich des Gehäusekörpers 14 (den
rechten Endbereich in 1)
montiert, wodurch eine einfache Montage des Stators 15a und
ebenfalls ein einfaches Lagern des Rotors 15b durch die
Lager 16a und 16b ermöglicht wird.
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Die Zahnstangenanordnung (die Zahnstange 11 mit
dem Lager 18, das auf der äußeren Oberfläche des
Kugelumlaufspindelmechanismus 17 befestigt ist) wird an
dem Gehäusekörper 14 mit
dem folgenden Vorgang montiert. Die Zahnstangenanordnung wird an
dem anderen Ende (dem linken Ende in 1)
des Gehäusekörpers 14 eingeführt. Dabei wird
die Mutter 17a des Kugelumlaufspindelmechanismus 17 drehbar
durch das Lager 18 in der Rotationsrichtung gelagert. Daher
wird die Zahnstangenanordnung durch Einführen in den Gehäusekörper 14 montiert,
wobei die Mutter 17a leicht gedreht wird. Das heißt, die
innere Keilnut 17s der Mutter
17a kann einfach
mit dem Keilzahn 15s des Rotors 15b in Eingriff
gebracht werden, so dass dadurch das Montieren der Zahnstangenanordnung
in den Gehäusekörper 14 ermöglicht wird.
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Die elektrische Lenkvorrichtung dieser
Erfindung kann wie oben beschrieben sehr einfach durch den folgenden
Vorgang im Vergleich zum Stand der Technik gefertigt und zusammengefügt werden.
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Das heißt, die elektrische Lenkvorrichtung dieser
Erfindung ist mit einem näherungsweise
zylindrischen Körper
versehen, der an etwa seinem mittleren Teil in die erste Kammer
und die zweite Kammer geteilt ist und an beiden Enden offen ist.
In die erste Kammer des Gehäusekörpers wird
der Motor zum Unterstützen
der Lenkkraft eingeführt
und an einem offenen Ende installiert. In die zweite Kammer wird
der Kugelumlaufspindelmechanismus eingeführt und durch das andere offene
Ende installiert. Da der Motor und der Kugelumlaufspindelmechanismus nicht
nur einfach an dem Gehäusekörper, sondern auch
an einem einzigen zylindrischen Gehäusekörper montiert werden können, können der
Motor und der Kugelumlaufspindelmechanismus einfach in Bezug auf
die Achse in der radialen Richtung ausgerichtet werden.
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Der Rotor des Motors und die Mutter
des Kugelumlaufspindelmechanismus können einfach durch Keile verbunden
werden, anders als beim Stand der Technik, der gleichzeitig sowohl
die Verbindung des Gehäusekörpers als
auch das Verkeilen des Rotors und der Mutter erfordert.
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Nebenbei bewegen sich bei der elektrischen Lenkvorrichtung
dieser Erfindung die Mutter des Kugelumlaufspindelmechanismus, die
axial bewegbar durch das elastische Element nach der Installation
an dem Gehäusekörper gelagert
ist, in der Axialrichtung, selbst wenn eine axiale Pralllast auf
die Zahnstange aufgebracht wird, so dass die Aufprallkraft verringert wird
und dadurch ein Schaden und andere Schwierigkeiten verhindert werden,
wobei auch das elastische Element einen Ausrichtefehler zwischen
der Zahnstange und dem Kugelumlaufspindelmechanismus korrigiert.
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Wenn auch lediglich bevorzugte Ausführungsformen
hier speziell dargestellt und beschrieben worden sind, ist zu verstehen,
dass viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung angesichts
der obenstehenden Lehren möglich
sind, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen.