DE10351484A1

DE10351484A1 - Elektromotor mit Überlastsicherung und damit ausgestattetes Hilfskraftlenksystem

Info

Publication number: DE10351484A1
Application number: DE2003151484
Authority: DE
Inventors: Martin Budaker; Oliver Hetzel
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2005-06-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (1), insbesondere für einen Aktuator (9) eines Lenksystems, mit einer drehbar gelagerten Motorwelle (2) zum Antrieb eines Getriebes (3) und mit einer Überlastsicherung (4) zwischen dem Getriebe (3) und dem Elektromotor (1). DOLLAR A Um einen Elektromotor (1) für einen Aktuator (9) darzustellen, dessen Überlastsicherung (4) bei einfachem Aufbau nach Überschreiten eines Auslösemomentes exakt und reproduzierbar den Aktuator (9) vor Beschädigungen schützt, ist vorgesehen, die Überlastsicherung (4) durch einen annähernd axialkraftfrei auf der Motorwelle (2) angeordneten Toleranzring (5) zu bilden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere für einen Aktuator eines Lenksystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein damit ausgestattetes Hilfskraftlenksystem.
Elektromotoren, wie sie bei Aktuatoren von Hilfskraftlenksystemen eingesetzt werden, dienen zusammen mit einem Getriebe hohen Übersetzungsverhältnisses ins Langsame zur Lenkwinkelverstellung ein oder mehrerer gelenkter Räder eines Fahrzeugs oder zum Verdrehen eines Lenkrades. In Verbindung mit dem hohen Massenträgheitsmoment eines Läufers des Elektromotors führen Stoßeinflüsse auf die Lenkung zu hohen Drehmomentspitzen im Antriebsstrang solcher Lenksysteme. Drehmomentspitzen treten z.B. auf, wenn die Lenkhandhabe oder das Lenkrad rasch bis zu einer Endstellung oder auch einer Zwischenstellung bewegt wird und dann angehalten wird. Der Elektromotor wird dadurch plötzlich abgebremst.
Der Elektromotor kann auch im geschleppten Betrieb, beispielsweise durch das Anfahren von Bordsteinkanten oder durch Fahrbahnstöße sehr stark beschleunigt oder verzögert werden. Die hohen Trägheitsmomente des Elektromotors führen in den genannten Fällen zu hohen Belastungen des Getriebes und/oder der Lenksäule wovor diese zu schützen sind.
Die DE 198 11 784 A1 schlägt aus diesem Grund vor, eine als elektromagnetische oder als elektrorheologische Kupplung oder als mechanische Reib-/Rutschkupplung ausgebildete Überlastkupplung zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe anzuordnen.
Es sind auch andere Überlastsicherungen zwischen einem Elektromotor und einem Getriebe von Lenkhilfe-Stellern oder Aktuatoren von Lenksystemen bekannt. Die bekannten Überlastsicherungen zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe sind in ihrem Auslösemoment ungenau, da sie Einflüssen von Axialkräften in dem Drehmomentenstrang ausgesetzt sind. Zudem sind die bekannten Überlastsicherungen aufwändig in der Herstellung oder der Montage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Elektromotor für einen Aktuator eines Lenksystems darzustellen, dessen Überlastsicherung ihn bei einfachem Aufbau nach Überschreiten eines Auslösemomentes exakt und reproduzierbar vor Beschädigungen schützt.

Die Aufgabe wird mit einem Elektromotor für einen Aktuator eines Lenksystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch dass ein Toleranzring auf der Motorwelle des Elektromotors angeordnet ist und dieser die Überlastsicherung zwischen dem Getriebe und dem Elektromotor darstellt und zwischen Elementen, die zumindest annähernd axialkraftfrei sind angeordnet ist, ist eine einfach und klein bauende Überlastsicherung auf der Niedermomentseite des Aktuators geschaffen, die im Betrieb des Aktuators frei von störenden, das konstruktiv vorgegebene Auslösemoment der Überlastsicherung verändernden Axialkräften ist.

Das Auslösemoment der Überlastsicherung ist durch geometrische Parameter des Sitzes des Toleranzringes an der Motorwelle, durch Reibbeiwerte des Toleranzringes und dessen Sitzes vorgebbar und reproduzierbar. Toleranzringe sind zylindrische oder konische, in ihrer radialen Richtung oder axialen Richtung durch eine Pressung veränderbare Maschinenelemente, die zur Drehmomentenübertragung und zum Ausgleich von Wärmedehnungen oder Fertigungstoleranzen dienen und auch als Rutschkupplung anwendbar sind.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es ist zur kompakten Gestaltung der Überlastsicherung zweckmäßig, den Toleranzring an einem axialen Ende der Motorwelle des Elektromotors und radial zwischen der Motorwelle und einem Kupplungsendstück einer Kupplung zu dem Getriebe anzuordnen. Kompakt lässt sich der Elektromotor auch dadurch gestalten, dass ein Motorwellenlager im axialen Bereich des Toleranzringes angeordnet wird. Das Motorwellenlager sitzt bevorzugt auf dem Kupplungsendstück und dem sich in radialer Richtung darunter befindlichen Toleranzring, wobei das Motorwellenlager bevorzugt von dem Kupplungsendstück axial durchragt wird. Das Kupplungsendstück kann drehfest mit einem axial unbeweglichen, eine Drehbewegung in eine Translationsbewegung umformenden Bauelement des Getriebes verbunden sein. Das Bauelement kann als Spindel, als Schnecke, als Kugelumlaufmutter oder als Lenkmutter ausgebildet sein. Es kann auch zweckmäßig sein, das Kupplungsendstück drehfest mit einem Zahnrad oder einer Riemenscheibe eines Untersetzungsgetriebes eines elektrohydraulischen Aktuators eines Lenksystems zu verbinden. Die Kupplung kann als zwei- oder dreiteilige Klauenkupplung ausgeführt sein und als längsnachgiebige Ausgleichskupplung wirken.

Der erfindungsgemäße Elektromotor lässt sich als separate Baueinheit mit der Überlastsicherung in einem Aktuator für eine Fremdkraftlenkung oder eine Hilfskraftlenkung eines Fahrzeugs als Rad- oder Lenkradaktuator einsetzen.

Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben.
1 zeigt eine Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor,
2 zeigt ein Ausschnitt II aus der 1 im Detail,
3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Elektromotors und der Überlastsicherung in 2,
4 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Elektromotor.
In 1 ist ein Längsschnitt durch einen Elektromotor 1 mit einer Überlastsicherung 4 gezeigt. Der Elektromotor 1 dient als Antriebsmotor für einen Aktuator eines Lenksystems eines Fahrzeugs und ist als permanenterregter Gleichstrommotor ausgebildet. Er kann auch anderen Typs, wie etwa als elektrisch kommutierter Motor (EC-Motor) oder als Asynchronmaschine ausgebildet sein.
Ein drehfest mit einer Motorwelle 2 verbundener Läufer 10 treibt die Motorwelle 2 bei Bestromung des Elektromotors 1 an. Die Motorwelle 2 ist an ihren axialen Enden 11,11' mit als Radiallagern 12,12' ausgebildeten Motorwellenlagern 7 in jeweils einem stirnseitigen Gehäusedeckel 13,13' des Elektromotors 1 gelagert. An dem axialen Ende 11 ist ein Kupplungsendstück 6 einer dreiteiligen Klauenkupplung 14 (vgl. 4) drehfest mit der Motorwelle 2 verbunden. Das Kupplungsendstück 6 durchragt, wie
2 zeigt, axial das Radiallager 12 und bildet einen Lagersitz für das Radiallager 12. Es ist büchsenartig über das Motorwellenende 11 geschoben und mit einem Sicherungsring 16 axial unverlierbar auf dem Motorwellenende 11 gehalten. Das Kupplungsendstück 6 ist relativ zu der Motorwelle 2 axial unverschieblich gehalten, kann aber in Umfangsrichtung der Motorwelle 2 relativ zu dieser bewegt werden. Ein Bund 15 an dem Kupplungsendstück 6 bildet einen ersten Axialanschlag für einen Innenring 17 des Radiallagers 12. Ein Haltering 18, welcher in einer Umfangsnut an dem Kupplungsendstück 6 eingepresst ist, dient als Gegenanschlag zu dem Bund 15. Die Drehmomentenübertragung von der Motorwelle 2 auf das Kupplungsendstück 6 erfolgt mit Hilfe eines Toleranzringes 5. Der Toleranzring 5 ist in eine Motorwellenaussparung 19 eingelegt. Die Motorwellenaussparung 19 ist axial und radial überdeckt von dem Kupplungsendstück 6 (vgl. 2, 3 und 4), wodurch der Toleranzring 5 eine Pressverbindung zwischen der Motorwelle 2 und dem Kupplungsendstück 6 bildet, über die alleine das Drehmoment übertragen wird. Wird das Auslösemoment der Überlastsicherung 4 erreicht, so dreht sich das Kupplungsendstück 6 relativ zu der Motorwelle 2.
Wie 3 zeigt, ist der Toleranzring 5 ein zylindrisches Bauelement mit in diskreten Abständen zueinander angeordneten, axial verlaufenden und radial von der Motorwelle 2 weggerichteten, streifenförmigen Auswölbungen 20. Durch die gewählten Einbautoleranzen des Toleranzrings 5, durch die Werkstoffwahl (Kunststoff, Federstahl) und die Größe der Auswölbungen 20 läßt sich das Auslösemoment der durch den Toleranzring 5 gebildeten Überlastsicherung 4 vorgeben. Die Klauenkupplung 14 ermöglicht eine axialkraftfreie Verbindung zu einem Bauelement 8, eines Getriebes 3 (vgl. 4). Das Bauelement 8 ist in dem gezeigten Ausführugsbeispiel als Schnecke 21 ausgebildet und greift in ein nicht gezeigtes Schneckenrad ein. Der Toleranzring 5 ist damit axialkraftfrei und seine Funktion als Überlastsicherung 4 damit ausschließlich von dem Drehmomentverlauf abhängig. Der Elektromotor 1 und das Getriebe 3 bilden zusammen einen Aktuator 9.
Die Drehmomenteinleitung ist mit der in den Ausführungsbeispielen gezeigten Anordnung von Kupplungsendstück 6, Toleranzring 5 und Motorwelle 2 optimiert. Die Anordnung baut sehr kompakt.
BEZUGSZEICHENLISTE EM Nr.034e

Claims

Elektromotor, insbesondere für einen Aktuator eines Lenksystems, mit einer drehbar gelagerten Motorwelle (2) zum Antrieb eines Getriebes (3) und mit einer Überlastsicherung (4) zwischen dem Getriebe (3) und dem Elektromotor (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastsicherung (4) durch einen axialkraftfrei auf der Motorwelle (2) angeordneten Toleranzring (5) gebildet ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring (5) radial zwischen der Motorwelle (2) und einem axial unverschieblichen, drehbar mit der Motorwelle (2) angeordneten Kupplungsendstück (6) liegt.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet; dass der Toleranzring (5) im axialen Bereich eines Motorwellenlagers (7) angeordnet ist.
Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorwellenlager (7) von dem Kupplungsendstück (6) durchragt ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsendstück (6) drehfest mit einem axial unbeweglichen, eine Drehbewegung in eine Translationsbewegung umformenden Bauelement (8) des Getriebes (3) verbunden ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsendstück (6) drehfest mit einem Zahnrad oder einer Riemenscheibe verbunden ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) als Antriebsmotor für einen Aktuator (9) einer Hilfskraftlenkung eines Fahrzeugs dient.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) als Antriebsmotor für einen Aktuator (9) einer Fremdkraftlenkung eines Fahrzeugs dient.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (9) ein Lenkradaktuator oder ein Radaktuator ist.
Hilfskraftlenksystem mit einem Aktuator und einem damit wirkverbundenen Elektromotor, der eine drehbar gelagerte Motorwelle (2) zum Antrieb eines Getriebes (3) hat, und mit einer Überlastsicherung (4) zwischen dem Getriebe (3) und dem Elektromotor (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastsicherung (4) durch einen axialkraftfrei auf der Motorwelle (2) angeordneten Toleranzring (5) gebildet ist.