DE3735517C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lenken der beiden Hinterräder eines vier lenkbare Räder aufweisenden Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer nach der DE 36 02 141 A1 bekannten Vorrichtung dieser Art soll eine Entkopplung äußerer Krafteinwirkungen vom Antrieb dadurch bewirkt werden, daß der Steigungswinkel der Spindel kleiner als der Reibungswinkel ist. Dies ist aber unzuverlässig, da der Reibungswinkel bei Rüttelbewe­ gungen nicht klar definiert ist.

Nach der US-PS 45 77 715 ist ein Lenkgetriebe bekannt, bei dem eine Spurstange einen Spindelabschnitt aufweist, auf dem eine von einem Motor verdrehbare Spindelmutter zur unterstützenden Axialverschiebung der Spurstange angeordnet ist.

Nach der DE-35 26 498 A1 ist es bekannt, bei einer motor­ betriebenen Servolenkung elastische Zwischenlager vorzu­ sehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff nach dem Anspruch 1 anzugeben, die den Antrieb der Spurstange zuverlässig von äußeren Krafteinwirkungen ent­ koppelt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.

Durch das wenigstens eine unter Vorspannung stehende elastisch nachgiebige Glied wird eine beständige Entkopplung erreicht und außerdem ein Kippen der Spindelmutter elastisch nachgiebig verhindert, so daß also die Spindelmutter stets in ihre Koaxiallage zur Spurstange zurückgedrängt wird.

Im folgenden wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt in Längsrichtung durch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie I-I in Fig. 1;

Fig. 3 eine Teilansicht von unten auf einen hinteren Be­ reich eines Fahrzeugs, in dem die Vorrichtung angeordnet ist;

Fig. 4 einen Schnitt in Längsrichtung durch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig. 5 einen Schnitt in Längsrichtung durch das Axialge­ triebe der Vorrichtung gemäß Fig. 4;

Fig. 6 einen vergrößerten Teil des Schnitts der Fig. 5;

Fig. 7 einen Teilquerschnitt von Lagern vor ihrem Einbau;

Fig. 8 einen Teilbereich eines Schnitts einer Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;

Fig. 9a eine Seitenansicht von Spindelmuttern, die in axialer Richtung getrennt und miteinander verbunden sind;

Fig. 9b einen Querschnitt entlang der Linie IXb-IXb in Fig. 9a;

Fig. 10a eine Seitenansicht von Spindelmuttern, die in axialer Richtung nebeneinander angeordnet und miteinander verbunden sind; und

Fig. 10b einen Querschnitt entlang der Linie Xb-Xb in Fig. 10a.

Fig. 1 zeigt ein Gehäuse 5 eines Lenkgetriebes. Eine Spur­ stange 1, die sich durch das Gehäuse 5 erstreckt, weist in ihrem einen Endbereich einen Spindelabschnitt 2 auf. Ein Metallring 3 ist auf ihrem anderen Endbereich befestigt. Die Spurstange 1 weist in diesem anderen Endbereich (in Fig. 1 rechts vom Metallring 3) eine Mehrzahl von axial verlaufenden Nuten 4 auf. Die Spurstange 1 ist in Lagern 8, 9 in Stirnwänden des Gehäuses 5 verschiebbar gelagert. Stifte 11 am in Fig. 1 rechten Ende des Gehäuses 5 greifen in die Nuten 4 ein, um zu verhindern, daß sich die Spur­ stange 1 um ihre Achse dreht.

Das Gehäuse 5 weist einen zylindrischen Abschnitt 6 auf, der aus Eisen stranggepreßt ist, und einen Abschnitt 7, der aus Aluminium gegossen ist. Die Abschnitte 6 und 7 sind axial aneinander befestigt. Die Stifte 11 sind am Außenende des Abschnitts 6 angeordnet. Spulenanordnungen 12 und 13 sind an dem Innenumfang des Abschnitts 6 in der Nähe von dessen Außenende befestigt. Die Spulenanordnung 12 umfaßt eine innere Primärspule 121 und eine äußere Se­ kundärspule 122. Die Spulenanordnung 13 umfaßt eine innere Primärspule 131 und eine äußere Sekundärspule 132. Die Spulenanordnungen 12 und 13 sind um den Metallring 3 herum angeordnet. Die Spulenanordnungen 12 und 13 und der Metall­ ring 3 bilden einen Lenkwinkeldetektor 10 mit einem Diffe­ rentialtransformator. Wie auch in Fig. 2 dargestellt, ist eine Mehrzahl von Permanentmagneten 14, die als Stator dienen, an dem Innenumfang des Abschnitts 6 befestigt. Ein zylindrischer Rotor 15 ist auf der Spurstange 1 in radialem Abstand von den Permanentmagneten 14 drehbar ge­ lagert. Der Rotor 15 ist elektrisch mit einem externen Kreis über einen Kommutator 18 und eine Bürste 19 verbunden. Der Rotor 15 umfaßt einen Eisenkern 16 und Spulen 17. Der Stator 14, der Rotor 15, der Kommutator 18 und die Bürste 19 bilden zusammen einen Elektromotor 20, der koaxial zur Spurstange 1 angeordnet ist.

Eine Spindelmutter 22 greift über eine Anzahl von Kugeln 21, die in dem Spindelabschnitt 2 laufen, an die Spurstange 1 an. Die Spindelmutter 22 ist an ihren Enden in dem Ab­ schnitt 7 über Winkelkugellager 23, 24 und Gummizwischen­ lagen 25, 26 drehbar gelagert. Der Spindelabschnitt 2, die Kugeln 21 und die Spindelmutter 22 bilden ein Axial­ getriebe 30 für die Spurstange 1. Das Axialgetriebe 30 und der Elektromotor 22 sind in axialer Richtung der Spur­ stange 1 nebeneinander angeordnet. Ein Untersetzungsgetriebe 40 ist zwischen der Spindelmutter 22 und dem Rotor 15 an­ geordnet und mit diesen verbunden. Das Untersetzungsge­ triebe 40 weist ein Sonnenzahnrad 31 auf, das an dem Rotor 15 befestigt ist, ein Innenzahnrad 32, das an der Spindel­ mutter 22 befestigt ist und eine Mehrzahl von Planetenzahn­ rädern 33, die mit dem Sonnenzahnrad 31 und dem Innenzahn­ rad 32 kämmen. Die Planetenzahnräder 33 sind drehbar an einer Ringplatte 34 gelagert, die eine mit einem Außenge­ winde versehene, in den Abschnitt 6 eingeschraubte Außen­ fläche 35 aufweist.

Wie in Fig. 3 dargestellt, sind die Enden der Spurstange 1 mit Spurlenkern 41 verbunden, an denen Spurhebel 43 für Hinterräder 42 angelenkt sind. Die Hinterräder 42 sind von nach außen weisenden unteren Armen 44 und nach hinten weisenden Lenkern 45 getragen. Das Gehäuse 5 ist zwischen einem Kraftstofftank 46 unter einem Rücksitz des Fahrzeugs und einem Gehäuse 47 für einen Ersatzreifen unter einem Kofferraum hinter dem Kraftstofftank 46 angeordnet.

Der Elektromotor 20 wird in Abhängigkeit vom Lenkwinkel von Vorderrädern (nicht dargestellt), von der Geschwindig­ keit des Fahrzeugs und anderen Parametern gesteuert. Die Drehung des Rotors 15 des Elektromotors 20 wird über das Untersetzungsgetriebe 40 auf die Spindelmutter 22 des Axial­ getriebes 30 übertragen und dann über die Kugeln 21 und den Spindelabschnitt 2 in eine lineare Bewegung der Spur­ stange 1 in Querrichtung des Fahrzeugs umgesetzt, um eine entsprechende Lenkung der Hinterräder 42 durch die Spur­ lenker 41 und die Spurhebel 43 zu bewirken.

Die Gummizwischenlagen 25 und 26 zwischen den Winkelkugel­ lagern 23 und 24 und dem Abschnitt 7 des Gehäuses 5 haben eine schwache Übermaßdicke und eine Federkraft, die die Spindelmutter 22 in ihren beiden axialen Richtungen derart vorspannt, daß sie kein Spiel hat. Es ist daher nicht erforderlich, einen gesonderten Mechanismus zur Beseitigung eines solchen Spiels vorzusehen. In axialer Richtung der Spurstange 1 unter hohen Belastungen ausgeübte Stöße werden durch die Gummizwischenlagen 25 und 26 absorbiert, so daß das teuere Axialgetriebe 30 dadurch geschützt wird.

Das Gehäuse 5 weist, weil der Elektromotor 20 koaxial zur Spurstange 1 angeordnet ist, eine kleinere Größe und einen einfacheren Aufbau auf, als wenn der Elektromotor 20 und die Spurstange 1 parallel zueinander angeordnet wären. Daher hat das Gehäuse 5 zwischen dem Kraftstofftank 46 und dem Gehäuse 47 für den Ersatzreifen Platz. Weil der zylindrische Abschnitt 6 des Gehäuses 5 aus Eisen strang­ gepreßt ist, ist das Gehäuse 5 insgesamt weniger kostenauf­ wendig, als wenn es ganz aus Eisen gegossen wäre. Weil kein gesonderter Mechanismus zur Beseitigung eines Spiels in dem Axialgetriebe 30 erforderlich ist, wird keine große Genau­ igkeit für die Toleranzen seiner Teile gefordert, und daraus ergibt sich eine weitere Kostenreduzierung. Das Unter­ setzungsgetriebe 40 ist ein Planetengetriebe, das kleine Abmessungen aufweist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 nimmt ein Gehäuse 50 nebeneinander einen Elektromotor 51 und ein Axialgetriebe 55 auf. Das Axialgetriebe 55 umfaßt einen Spindelabschnitt 56 im Außenumfang eines in Fig. 4 linken Endbereichs 54a einer Spurstange 54, Kugeln 58 und eine Doppel-Spindelmutter 60. Die Doppel-Spindelmutter 60 ist drehbar und in axialer Richtung auf den Kugeln 58 des Spindelabschnitts 56 gela­ gert. Sie weist zwei Spindelmutterteile 63, 61 auf, zwi­ schen denen mittig ein elastisch nachgiebiges Abstandsteil 65 angeordnet ist. Eine Buchse 70 umschließt die Doppel- Spindelmutter 60 fest. Das in Fig. 4 rechts dargestellte Spindelmutterteil 61 weist an seinem rechten Ende einen Flansch 62 auf, der an dem rechten Ende der Buchse 70 durch Bolzen 67 befestigt ist.

Das Gehäuse 50 weist zwei in axialer Richtung voneinander getrennte Abschnitte 50a, 50b auf. Zwei Kugellager 72 sind zwischen dem in Fig. 4 links dargestellten Abschnitt 50b und einem Mittelbereich der Buchse 70 angeordnet. Der Flansch 62 des rechten Spindelmutterteils 61 ist einstückig mit einem Innenzahnrad 69 ausgebildet, das über Planeten­ zahnräder 57 mit einem einstückig mit einem Rotor 52 des Elektromotors 51 ausgebildeten Sonnenzahnrad 53 kämmt.

Die Kugellager 72 weisen innere Laufringe 74 auf, die in axialer Richtung zwischen eine Stufe 71 an der rechten äußeren Umfangsfläche der Buchse 70 und eine Befestigungs­ mutter 76 mit einer Sperrmutter 77, die über die Buchse 70 von links geschraubt sind, festgelegt sind. Äußere Lauf­ ringe 75 der Kugellager 72 sind in axialer Richtung zwischen einer Stufe 59 an der inneren Umfangsfläche des linken Abschnitts 50b des Gehäuses 50 und einem Schraubenteil 79 festgelegt, das in den linken Abschnitt 50b von rechts eingeschraubt ist. Wenn die Kugellager 72 zusammengebaut werden, besteht anfangs, wie in Fig. 7 dargestellt, ein Spalt zwischen den inneren Laufringen 74. Dieser Spalt wird aber durch axiales Zusammendrücken der inneren Lauf­ ringe 74 zwischen der Stufe 71 und der Befestigungsmutter 76 geschlossen und dadurch ein axiales Spiel zwischen der Buchse 70 und dem Gehäuse 50 beseitigt.

Das elastisch nachgiebige Abstandsteil 65 zwischen den Spin­ delmutterteilen 61 und 63 weist eine ausreichend große Dicke auf, um die Spindelmutterteile 61 und 63 vorzuspannen. Dabei drückt das Abstandsteil 65 die Spindelmutterteile 61 und 63 mit normalerweise großen Vorspannungskräften F voneinander nach außen. Die Vorspannungskräfte F setzen die Spurstange 54 über die Kugeln 58 einer großen Zugbe­ lastung aus. Aus diesem Grunde wird jedes axiale Spiel zwischen dem Spindelabschnitt 56, den Kugeln 58 und Kugel­ laufnuten 66, 68 in den Spindelmutterteilen 61, 63 besei­ tigt und eine große Reibung zwischen dem Endbereich 54a der Spurstange 54 und der Doppel-Spindelmutter 60 erzeugt.

Durch die große Reibung zwischen dem Endbereich 54a der Spurstange 54 und der Doppel-Spindelmutter 60 werden die axiale Steife der Spurstange 54 und die Festigkeit der Spurstange 54 gegen Biegebeanspruchungen vergrößert.

Wenn externe Kräfte auf die Spurstange 54 wirken, wird wegen der großen Reibung und des Fehlens eines axialen Spiels verhindert, daß sich die Doppel-Spindelmutter 60 dreht. Die Doppel-Spindelmutter 60 bleibt verriegelt, bis die auf die Spurstange 54 wirkenden externen Kräfte die große Reibung überschreiten, so daß in der Regel verhindert wird, daß die Hinterräder unter der Einwirkung von externen Kräften ausgelenkt werden. Es ist hierfür also keine eigene Verriegelungseinrichtung erforderlich, und daher ist die Konstruktion einfach und klein. Die Hinterräder werden genau in ihrem ausgelenkten und ihrem neutralen Zustand gehalten, so daß sie mit großer Zuverlässigkeit gelenkt werden können. Das Gehäuse 50 kann an dem Fahrzeugkörper starr befestigt werden.

In einem Beispiel ergab sich bei einer naormalen Zugspan­ nungsvorbelastung der Spurstange 54 eine Reibung von 6,6 kg/cm ohne Abstandsteil 65 und eine Reibung von 15,0 kg/cm mit ausreichend dickem Abstandsteil 65. Externe Kräfte, die diese große Reibungskraft überschreiten, sind bei normalen Fahrzuständen selten. Die so erzeugte Reibung beeinträch­ tigt in keiner Weise die Betätigung des Lenkrads durch den Fahrer, weil die Lenkeinrichtung für die Hinterräder durch den Elektromotor 51 betrieben wird und der Elektromotor 51 eine hinreichende Leistung zur Überwindung dieser Reibung hat.

Die Spurstange 54 kann auch durch Druck unter Verwendung eines dünnen Abstandsteils 65 vorgespannt werden, dessen Dicke so ausgewählt ist, daß es der gewünschten Vorspan­ nungskraft entspricht. Die Steifigkeit der Spurstange 54 in axialer Richtung und gegen Biegebeanspruchungen werden durch Vorspannen unter Druck ebenfalls vergrößert. Die Steifigkeit gegen Biegebeanspruchungen ist bei Vorspannen unter Zug und bei Verwendung eines ausreichend dicken Abstandsteils 65 jedoch größer als bei Vorspannen unter Druck. Die Vorspannung kann aber grundsätzlich durch Zug oder durch Druck erfolgen.

Wegen der Steifigkeit gegenüber externen Kräften kann die Ganghöhe der Doppel-Spindelmutter 60, d. h. der Betrag, um den sich die Spurstange 54 in axialer Richtung während einer Umdrehung der Doppel-Spindelmutter 60 bewegt, bis auf beispielsweise 6 mm oder weniger verringert werden.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Elektro­ motor 83 koaxial zu einer Spurstange 81 angeordnet ist und bei der eine Spindelmutter 85 direkt auf einen Spindel­ abschnitt 82 der Spurstange 81 geschraubt ist. Der Spindel­ abschnitt 82 befindet sich im Außenumfang der Spurstange 81.

Die auf den Spindelabschnitt 82 geschraubte Spindelmutter 85 ist durch eine Keilnutenverzahnung 90 mit dem Rotor 84 des Elektromotors 83 verbunden.

Die direkt auf den Spindelabschnitt 82 zur Übertragung einer Drehung des Elektromotors 83 geschraubte Spindel­ mutter 85 verhindert eine unerwünschte axiale Verschiebung der Spurstange 81, die sonst durch externe Kräfte bewirkt werden könnte.

Die Fig. 9a und 9b zeigen zwei getrennte, in axialer Rich­ tung der Spurstange 81 unterteilte Spindelmutter-Halb­ schalen 86 mit einander gegenüberstehenden Flächen 87, zwischen denen Abstandsteile 91 angeordnet sind. Die Halb­ schalen 86 sind miteinander durch Bolzen 92 verbunden, die sich durch die Abstandsteile 91 erstrecken. Der durch die Halbschalen 86 gegen eine axiale Verschiebung der Spur­ stange 81 erzeugte Widerstand kann durch die Bolzen 92 ein­ gestellt werden.

Die Fig. 10a und 10b zeigen zwei getrennte Spindelmuttern 88, die entlang der axialen Richtung der Spurstange 81 nebeneinander angeordnet und miteinander durch Bolzen 94 verbunden sind, die sich durch zwischen den Spindelmuttern 88 angeordnete Abstandsteile 93 erstrecken. Die Abstandsteile 93 sind vorgespannt, um zu verhindern, daß die Spurstange 81 durch externe Kräfte in axialer Richtung verschoben wird.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Lenken der beiden Hinterräder (42) eines vier lenkbare Räder aufweisenden Fahrzeugs mit einer an Spurhebeln (43) der beiden Hinterräder (42) angelenkten Spurstange (1; 54; 81) und einem Elektromotor (20; 51; 83), der eine parallel zur Spurstange (1; 54; 81) verlaufende, an die Spurstange (1; 54; 81) zur Längs­ verschiebung der Spurstange (1; 54; 81) über ein Axial­ getriebe (30; 55; 82; 85; 82, 86; 82, 88) angreifende Ausgangswelle (15; 52; 84) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle (15; 52; 84) des Elektromotors (20; 51; 83) eine die Spurstange (1; 54; 81) umschließende Hohlwelle (15; 52; 84) ist, daß das Axialgetriebe (30; 55; 82, 85; 82, 86; 82, 88) eine von der Hohlwelle (15; 52; 84) anzutreibende und in einem Gehäuse (5; 50) gegen Axialverschiebung gesicherte Spindelmutter (22; 60; 85; 86; 88) aufweist, die an einen Spindelabschnitt (2; 56; 82) der Spurstange (1; 41; 81) gekoppelt ist, und daß auf die Spindelmutter (22; 60; 85; 86; 88) wenigstens ein unter Vorspannung stehendes, elastisch nachgiebiges Glied (25, 26; 65; 91; 93) einwirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ende der Spindelmutter (22) über ein Kugellager (23; 24) und ein elastisch nachgiebiges Glied (25; 26) mit zum Mittelbereich der Spindelmutter (22) gerichteter Kraftkomponente an dem Gehäuse (5) abgestützt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (60) in zwei axiale Abschnitte (61; 63) unterteilt ist, daß sich zwischen diesen Ab­ schnitten (61; 63) ein elastisch nachgiebiges Glied (65) befindet und daß das freie Ende eines der Abschnit­ te (61; 63) über ein Kugellager und ein elastisches Glied mit zum Mittelbereich der Spindelmutter (60) ge­ richteter Kraftkomponente an dem Gehäuse (50) abgestützt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (85) in zwei Halbschalen (86) unterteilt ist, die über elastisch nachgiebige Glieder (91) quer zur Längsrichtung des Spindelabschnitts (82) zusammengespannt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (85) in zwei axiale Abschnitte (88) unterteilt ist, die über ein elastisch nachgiebiges Glied (93) in Längsrichtung des Spindelabschnitts (82) zusammengespannt sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (22; 60) an den Spindelabschnitt (2; 56) über Kugeln (21; 58) gekoppelt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (85; 86; 88) un­ mittelbar in den Spindelabschnitt (82) eingreift.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hohlwelle (15; 52) und der Spindelmutter (22; 60) ein Untersetzungs­ getriebe (40; 53, 57, 69) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe (40; 53, 57, 69) ein Plane­ tengetriebe (40; 55) ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spurstange (1; 54; 81) mit einem ersten Führungselement (4) versehen ist, das mit einem vorrichtungsfesten zweiten Führungselement (11) zum drehsicheren axialen Verschieben der Spurstange (1; 54; 81) zusammenwirkt.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Spurstange (1; 54; 81) ein erstes Sensorelement (3) befindet, das mit einem vor­ richtungsfesten zweiten Sensorelement (12, 13) zum Er­ fassen des Auslenkwinkels der Hinterräder (42) zusammen­ wirkt.