-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuglenkung mit einem elektrischen
Hilfsantrieb umfassend ein Gehäuse
mit einer Lenkstange, einen elektrischen Motor zur Erzeugung einer
Hilfskraft, der seitlich neben der Lenkstange angeordnet ist, ein
Antriebsrad, das durch den Motor angetrieben ist, ein Abtriebsrad,
das über
das Antriebsrad angetrieben ist, und einen Kugelgewindetrieb, der
mit der Lenkstange in Eingriff steht und mit dem Abtriebsrad drehfest
verbunden ist.
-
Üblicherweise
ist bei solchen Fahrzeuglenkungen der Motor seitlich neben der Lenkstange
angesetzt. Die Kraftübertragung
der Hilfskraft auf den Kugelgewindetrieb und damit auf die Lenkstange
erfolgt zumeist über
einen Riementrieb.
-
Bekannte
Lösungen
mit angeflanschten Motoren sind vor allem in bezug auf die Fertigungs-
und Montagetoleranzen problematisch und montageaufwendig. So muss
nach dem Anschrauben des Motors an das Lenkgetriebegehäuse die
Riemenspannung während
des Fertigungsprozesses eingestellt werden. Zusätzliche Gehäuse für den Motor und ein Steuergerät bedingen
einen hohen Aufwand, der mit entsprechenden Kosten verbunden ist.
In der noch nicht veröffentlichten
Patentanmeldung der Anmelderin mit der Nummer 103 36 867.1 vom 11.
August 2003 wird in diesem Zusammenhang eine Fahrzeuglenkung mit
einem elektrischen Hilfsantrieb vom Typ der eingangs genannten Art
offenbart, die sich dadurch auszeichnet, das Lenkgetriebegehäuse aus zwei
Gehäuseteilen
besteht und das Motorgehäuse und/oder
ein gegebenenfalls vorhandenes Steuerelektronikgehäuse mit
dem Lenkgetriebegehäuse
integral ausgebildet ist. Dadurch wird die Anzahl der benötigten Bauteile
vermindert, woraus eine Verminderung des Fertigungs- und Montageaufwands
resultiert. Durch die einteilige Ausbildung des Motorgehäuses bzw.
des Steuerelektronikgehäuses
mit dem Lenkgetriebegehäuse
werden zudem die Fertigung- und
Montagetoleranzen vermindert, da die Lagezuordnung des Motors zu
der Lenkstange durch die gemeinsame Bearbeitung der betreffenden
Abschnitte des Integralgehäuses
unabhängig
vom Anbau des Motors ist.
-
Bei
dieser bekannten Fahrzeuglenkung ist für die Lagerung des Kugelgewindetriebs
ein einziges Wälzlager
vorgesehen, das neben dem Abtriebsrad sitzt. Im Gegensatz hierzu
werden bei herkömmlichen
Bauausführungen
zumeist zwei getrennte Lager zu beiden Seiten des Abtriebrades eingesetzt. Entsprechende
Konstruktionen werden beispielsweise in der
DE 37 11 099 C2 und der
DE 37 12 154 A1 offenbart.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung dieser bekannten
Fahrzeuglenkung im Hinblick auf das Geräuschverhalten und die Leichtgängigkeit
des Kugelgewindetriebs.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird eine Fahrzeuglenkung mit den Merkmalen von Patentanspruch
1 vorgeschlagen. Diese umfasst ein Gehäuse mit einer Lenkstange, einen
elektrischen Motor zur Erzeugung einer Hilfskraft, der seitlich
neben der Lenkstange angeordnet ist, ein Antriebsrad, das durch
den Motor angetrieben ist, ein Abtriebsrad, das – mittelbar oder unmittelbar – über das
Antriebsrad angetrieben ist, und einen Kugelgewindetrieb, der mit der
Lenkstange in Eingriff steht und mit dem Abtriebsrad drehfest verbunden
ist. Die erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung
zeichnet sich gegenüber
der vorstehend erläuterten
Fahrzeuglenkung dadurch aus, dass sich die Lagerung für den Kugelgewindetrieb
in dem Gehäuse
in das Abtriebsrad hineinerstreckt oder innerhalb des Abtriebsrads
angeordnet ist.
-
Diese
Lösung
bietet mehrere Vorteile. Durch den erfinderischen Gedanken, die
Lagerung des Kugelgewindetriebs im wesentlichen oder sogar vollständig in
das Antriebsrad zu verlegen, wird eine nahezu momentenfreie Kraftübertragung
von den Antriebsrädern über den
Kugelgewindetrieb auf die Lenkstange erzielt. Damit wird die Verkippung
des Kugelgewindetriebs minimiert, woraus eine Verbesserung der Leichtgängigkeit
und eine verminderte Geräuschbildung
resultiert.
-
Durch
die Minimierung des aus der Kraftübertragung resultierenden Moments
ist ein zweites Lager zum Auffangen eines solchen nicht erforderlich.
Der entsprechende Fertigung-, Bearbeitungs- und Montageaufwand entfällt. Zudem
bleibt die Lagerreibung durch die Verwendung lediglich eines Lagers
gering.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung ermöglicht überdies
eine sichere und kostengünstige
Ausführung
der Lagersicherung.
-
Durch
diese Maßnahmen
lässt sich
zudem eine axial besonders kompakte Bauweise des Gehäuses realisieren.
-
Weitere,
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur Minimierung etwaiger
Momente der überwiegende
Teil der Lagerung innerhalb des Abtriebsrads angeordnet. Sofern
es die Abmessungen des Abtriebsrades erlauben, kann die Lagerung
jedoch auch vollständig
innerhalb desselben angeordnet werden.
-
Bevorzugt
sind das Antriebsrad und das Abtriebsrad als Riemenscheiben ausgebildet,
die über einen
Riemen antriebsmäßig miteinander
gekoppelt sind. Es ist jedoch auch möglich, anstelle eines Riementriebs
ein Verzahnungsgetriebe vorzusehen. Vorzugsweise kämmen dann
das jeweils als Zahnrad ausgebildete Antriebsrad und Abtriebsrad
miteinander.
-
Nach
einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst
der Kugelgewindetrieb eine Kugelgewindemutter. Das Abtriebsrad und
die Lagerung können
dann einfach auf den Außenumfang
der Kugelgewindemutter aufgeschoben werden. Dies vermindert den
Bearbeitungsaufwand auf Seiten der Kugelgewindemutter und erleichtert
die Montage. So können
diese Komponenten zu einer vormontierten Baueinheit zusammengefasst
werden, die sich dann en bloc an einem Abschnitt des Gehäuses befestigen
lässt.
-
Wie
oben bereits erwähnt,
erfolgt die Lagerung durch ein einziges Lager. Vorzugsweise ist
dieses ein Wälzlager.
In vorteilhafter Ausgestaltung kommt ein doppelreihiges Wälzlager
zum Einsatz, welches gut in der Lage ist, geringe Störmomente aus
der Kraftübertragungskette
aufzufangen.
-
Im
Hinblick auf die Befestigung der obengenannten Baueinheit an einem
Abschnitt des Gehäuses
können
zur Erleichterung in dem Abtriebsrad Montageöffnungen ausgebildet sein,
durch welche die Lagerung mit einem topfförmigen Gehäuseabschnitt des Gehäuses verpresst
werden kann. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, zuerst
den Innenring der Lagerung an dem Außenumfang der Kugelgewindemutter
festzulegen. Damit kann gleichzeitig das Abtriebsrad auf der Kugelgewindemutter festgelegt
werden.
-
Über die
Montageöffnungen
kann dann schließlich
der Außenring
sicher an dem Gehäuseabschnitt
festgelegt werden. Die Festlegung der Lagerung wird hierdurch mit
geringem Aufwand realisiert.
-
Vorzugsweise
ist die Lagerung im zusammengebauten Zustand des Gehäuses zwischen
einer Schulter des Antriebsrades, welche gegen den Innenring der
Lagerung anliegt, und einer Schulter des topfförmigen Gehäuseabschnitts, welche gegen den
Außenring
der Lagerung anliegt, axial gehalten.
-
Insbesondere
jedoch nicht ausschließlich
in denjenigen Fällen,
in denen das Gehäuse
aus einem anderen Material besteht, als der Außenring der Lagerung, kann
letztere durch mindestens ein zusätzliches Befestigungselement
gegenüber
dem topfförmigen
Gehäuseabschnitt
festgelegt werden. Eine Möglichkeit
hierzu besteht in der Verwendung von Befestigungselementen in Form
von Stiften.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung bildet die Lagerung an ihrem Außenumfang
eine Nut aus, in welche der mindestens eine Stift radial eingreift.
-
Dieser
Stift kann beispielsweise ein konischer Gewindezapfen sein, der
mit der vorzugsweise ebenfalls konischen Nut am Außenumfang
der Lagerung verspannbar ist.
-
Die
zusätzliche
Verspannung der Lagerung ermöglicht
es, Gehäuse
aus Leichtmetall, insbesondere einer Aluminiumlegierung einzusetzen.
-
Bevorzugt
ist das Gehäuse
quer zu der Lenkstange geteilt. Dabei wird die Lagerung an einem
Gehäuseteil
abgestützt.
Die zur Befestigung derselben vorgesehenen Elemente sind bei Abheben
des anderen Gehäuseteils
zugänglich.
Dies ist für
die Montage vorteilhaft.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt in:
-
1 eine
perspektivische Schnittdarstellung einer Fahrzeuglenkung nach einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
-
Das
Ausführungsbeispiel
bezieht sich auf eine Fahrzeuglenkung für ein Kraftfahrzeug in Form einer
Zahnstangenlenkung mit einem elektrischen Hilfsantrieb.
-
Die
Fahrzeuglenkung umfasst ein Gehäuse 1,
das eine axialbewegbare Lenkstange 2 aufnimmt. An die Enden
der Lenkstange 2 schließen zwei hier nicht näher dargestellte
Spurstangen an, die jeweils zu einem Fahrzeugrad führen. In
dem Gehäuse 1 ist weiterhin
ein elektrischer Motor 3 zur Erzeugung einer Hilfskraft
aufgenommen. Dabei ist das Motorgehäuse in das Gehäuse 1 integriert.
Die Hilfskraft des Motors 3 wird über eine Kopplungseinrichtung
in eine Axialbewegung bzw. eine Unterstützung der Bewegung der Lenkstange 2 übersetzt.
-
Das
Gehäuse 1 ist
aus zwei Teilen 1a und 1b zusammengesetzt. Diese
sind bevorzugt als Gussteile ausgebildet. Die Teilungsebene des
Gehäuses 1 verläuft quer
zur Lenkstange 2. In der Teilungsebene liegt ein Zugang
zu dem Motor 3. Dessen Welle 4 ist mit einem Ende
an einem Wandabschnitt des ersten Gehäuseteils 1a gelagert.
Eine zweite Lagerstelle für die
Welle 4 wird auf der gegenüberliegenden Seite des Motors 3 durch
eine in das erste Gehäuseteil 1a eingesetzte
Zwischenwand 5 geschaffen. Dabei durchdringt die Welle 4 die
Zwischenwand 5, so dass ein Endabschnitt 6 aus
dem ersten Gehäuseteil 1a vorsteht.
Auf dem Endabschnitt 6 ist ein Antriebsrad 7 befestigt,
das Teil eines unten noch näher
zu erläuternden
Riementriebs ist.
-
In
bzw. an dem ersten Gehäuseteil 1a sind alle
Komponenten des Hilfsantriebs montierbar, während das zweite Gehäuseteil 1b im
Prinzip wie ein Deckel wirkt, der nach erfolgter Montage des Hilfsantriebs
das erste Gehäuseteil 1a verschließt. Das
erste Gehäuseteil 1a weist
einen die Lenkstange 2 umgebenden Zentralabschnitt 8 sowie
weiterhin einen Motorgehäuseabschnitt 9 auf,
der seitlich an den Zentralabschnitt 8 angeformt ist.
-
Durch
die einstückige
Integration des Motorgehäuseabschnitts 9 in
das erste Gehäuseteil 1a entfällt die
Anbindung über
einen Motorflansch sowie ansonsten erforderliche Abdichtungs- und
Befestigungsmaßnahmen.
Die einstückige
Bearbeitung des ersten Gehäuseteils 1a erlaubt
eine gute Parallelität zwischen
der Achse der Lenkstange 2 und der Achse der Motorwelle 4.
Zudem kann der Achsabstand zwischen der Lenkstangenachse und der
Motorachse sehr präzise
eingehalten werden, so dass sich der Zahnriemen ohne ein gesonderten
Einstellvorgang auf den Riemenscheiben des Riementriebs montieren
lässt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Motor 3 vorab
montierbar und prüfbar
ist.
-
In
einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels
wird ein Aufnahmegehäuse
für die
Steuerelektronik des Motors ebenfalls einstückig mit dem Motorgehäuseabschnitt 9 ausgebildet.
Damit ist es möglich,
die Kontaktierung des Motors nicht erst bei der Endmontage, sondern
bereits auf einer Vormontagestufe vorzunehmen. Insbesondere ist
es möglich,
die Steuerelektronik mit dem Motor 3 zu einer Einheit zusammenzufassen
und beide dann gemeinsam in den Motorgehäuseabschnitt 9 einzubauen.
-
Durch
den modularen Aufbau werden klar definierte Schnittstellen . zwischen
den mechanischen Komponenten und dem eingebauten Motor sowie der
zugehörigen
Steuerungseinrichtung geschaffen. Ein großes Gehäuse mit entsprechend großer Außenfläche und
wenigen Trennstellen ermöglicht eine
gute Wärmeleitung
und damit eine gute Wärmeabfuhr
von den wärmeerzeugenden
Komponenten.
-
Die
Lenkstange 2 erstreckt sich durch den Zentralabschnitt 8 des
Gehäuses 2 hindurch
und ist mit einem Kugelgewindetrieb 10 gekoppelt. Dazu
ist ein Abschnitt der Lenkstange 2 als Spindel 11 ausgebildet.
Dieser trägt
eine Kugelgewindemutter 12, die über eine Lagerung gegen das
Gehäuse 2 abgestützt ist.
An der Kugelgewindemutter 12 ist ein Abtriebsrad 13 drehfest
befestigt, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Riemenscheibe
ausgebildet ist. Über
einen Riemen 14 kann so das Antriebsmoment des Motors 3 über das
fliegend gelagerte Antriebsrad 7 auf das Abtriebsrad 13 übertragen
werden, wodurch die Kugelgewindemutter 12 in Rotation versetzt
wird.
-
Je
nach Anordnung der Lagerung relativ zu dem Riementrieb kann durch
die infolge des Antriebmoments des Motors 3 in dem Riementrieb
wirkenden Kräfte
ein Kippmoment entstehen, das herkömmlicherweise durch eine möglichst
breite Abstützung
an der Kugelgewindemutter 12 aufgefangen wird, beispielsweise
durch zwei axial voneinander beabstandete Lager. Hierbei kann die
Kugelgewindemutter 12 gegenüber der Lenkstange 2 verkippen, wodurch
die Leichtgängigkeit
beeinträchtigt
wird und unter Umständen
störende
Geräuschemissionen
erzeugt werden.
-
Um
dies zu vermeiden, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein anderes Konzept eingesetzt, dessen Hauptüberlegung
darin besteht, die Lagerung möglichst
momentenfrei zu platzieren. Wie 1 zeigt,
ist die Lagerung für
den Kugelgewindetrieb 10 so angeordnet, dass diese sich
in das Abtriebsrad 13 hineinerstreckt. Zweckmäßigerweise
ist dabei der überwiegende
Teil der Lagerung innerhalb des Abtriebsrads 13 angeordnet.
Es ist jedoch auch möglich,
die Lagerung gänzlich
innerhalb des Abtriebsrad 13 anzuordnen.
-
Die
Lagerung wird durch ein einziges Wälzlager 15 gebildet,
das hier beispielhaft als doppelreihiges Rillenkugellager ausgeführt ist.
Prinzipiell können
jedoch auch andere Lagertypen, beispielsweise Nadel- oder Rollenlager
oder auch einreihige Lager zum Einsatz kommen.
-
Im
Hinblick auf die Montage ist die Kugelgewindemutter 12 so
ausgestaltet, dass sich sowohl das Abtriebsrad 13 als auch
das Wälzlager 15 auf
deren Außenumfang
aufschieben lassen. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
bildet die Kugelgewindemutter 12 einen radial abstehenden
Axialanschlag 16 aus, gegen den das Antriebsrad 13 aufgeschoben
wird. Auf den gleichen Außenumfang
oder auch auf einen Abschnitt mit einem etwas kleineren Durchmesser
wird hernach das Wälzlager 15 mit
seinem Innenring aufgeschoben, so dass letzterer gegen eine Schulter
des Antriebsrades 13 axial anliegt.
-
Die
gesamte Einheit aus Kugelgewindemutter 12, Antriebsrad 13 und
Wälzlager 14 wird
anschließend
an einem Gehäuseabschnitt 17 des
Gehäuses 2 befestigt.
Dieser Gehäuseabschnitt 17 befindet
sich an dem ersten Gehäuseteil 1a und
ragt über
den Zentralabschnitt 8 hinaus in das zweite Gehäuseteil 1b hinein.
Er ist topfartig ausgebildet. Dabei kann ein Teil des topfartigen
Gehäuseabschnitts 17 auf
der Motorseite ausgenommen sein, um eine axiale Montage des Motors 3 und
der Zwischenwand 5 zu gewährleisten. Dies ermöglicht in
Radialrichtung kompakte Gehäuseabmessungen,
da der Motor 3 möglichst
nahe an der Lenkstange 2 montiert werden kann.
-
Bei
der Montage wird das Wälzlager 15 mit seinem
Außenring
in den topfartigen Gehäuseabschnitt 17 eingepresst.
Um hierbei eine Beschädigung
des Wälzlagers 15 zu
vermeiden, sind an dem Abtriebsrad 13 auf Höhe des Außenrings
des Wälzlagers 15 Montageöffnungen 18 ausgebildet.
Dadurch kann der Außenring
mit Hilfe geeigneter Werkzeuge unmittelbar mit dem Gehäuseabschnitt 17 des
ersten Gehäuseteils 1a verpresst
werden.
-
Im
zusammengebauten Zustand ist folglich die Lagerung zwischen einer
Schulter des Antriebsrades 13, welche gegen den Innenring
der Lagerung anliegt, und einer Schulter des Gehäuseabschnitts 17,
welche gegen den Außenring
der Lagerung anliegt, axial gehalten.
-
Wird
das erste Gehäuseteil 1a aus
Leichtmetall, insbesondere einer Aluminiumlegierung hergestellt,
so ist bei Verwendung herkömmlicher
Wälzlager
aus Stahl im Hinblick auf das unterschiedliche Wärmedehnungsverhalten eine zusätzliche
Befestigung der Lagerung empfehlenswert. Vorzugsweise wird hierbei
der Außenring
der Lagerung durch mindestens ein zusätzliches Befestigungselement
gegenüber
dem Gehäuseabschnitt 17 festgelegt.
-
Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt
dies durch mindestens einen Stift 19, der von außen durch
den topfförmigen
Gehäuseabschnitt 17 hindurchgeführt wird.
Zur Festlegung des Wälzlagers 15 ist
an dessen Außenumfang
eine Nut 20 vorgesehen, in welche der Stift 19 radial
eingreift. Der Stift 19 ist beispielsweise ein konischer
Gewindezapfen, der mit der vorzugsweise ebenfalls konischen Nut
20 am Außenumfang
der Lagerung verspannt wird. Dies garantiert einen spielfreien und
sicheren Lagersitz.
-
Aufgrund
der gewählten
Gehäusetrennung können die
Stifte 19 nach der Lagermontage einfach eingeschraubt werden.
Praktisch sind nämlich
alle Einbauteile des Gehäuses 1 an
dem ersten Gehäuseteil
zu befestigen, wobei der Riementrieb und die Lagerung bereits bei
einem Abheben des zweiten Gehäuseteils 1b zugänglich sind.
Anstelle der erläuterten
Stiftverbindung sind auch andere, spielfreie Verbindungstechniken
zur Befestigung der Lagerung an dem Gehäuseabschnitt 17 möglich.
-
Anstelle
eines Riementriebs können
in Abwandlung des Ausführungsbeispiels
das Antriebsrad und das Abtriebsrad als Zahnräder ausgebildet sein, die vorzugsweise
unmittelbar miteinander kämmen.
-
In
jedem Fall ergibt sich mit der vorstehend erläuterten Anordnung eine Minimierung
der Verkippung des Kugelgewindetriebs 10 und eine Verbesserung
des Geräuschverhaltens.
Durch die Vermeidung eines zweiten Lagers zum Auffangen eines etwaigen Moments
aus über
den Riemen aufgebrachten Querkräften
muss das in 1 linke, zweite Gehäuseteil 1b nicht
bearbeitet werden.
-
Ein
weiterer Vorteil liegt in der Verkürzung der axialen Baulänge. Zudem
bleibt die Lagerreibung durch die Verwendung lediglich eines Lagers
gering und die Toleranzketten verkürzen sich.
-
Eine
gegebenenfalls erforderliche Lagersicherung kann sicher und kostengünstig ausgeführt werden.
-
- 1
- Gehäuse
- 1a
- erstes
Gehäuseteil
- 1b
- zweites
Gehäuseteil
- 2
- Lenkstange
- 3
- Motor
- 4
- Motorwelle
- 5
- Zwischenwand
- 6
- Endabschnitt
der Motorwelle
- 7
- Antriebsrad
(Riemenscheibe)
- 8
- Zentralabschnitt
des Gehäuses
- 9
- Motorgehäuseabschnitt
- 10
- Kugelgewindetrieb
- 11
- Spindel
- 12
- Kugelgewindemutter
- 13
- Abtriebsrad
(Riemenscheibe)
- 14
- Riemen
- 15
- Wälzlager
- 16
- Vorsprung
- 17
- topfförmiger Gehäuseabschnitt
- 18
- Montageöffnung
- 19
- Stift
- 20
- Nut