WO2018068932A1 - Lenksystem - Google Patents

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WO2018068932A1
WO2018068932A1 PCT/EP2017/070935 EP2017070935W WO2018068932A1 WO 2018068932 A1 WO2018068932 A1 WO 2018068932A1 EP 2017070935 W EP2017070935 W EP 2017070935W WO 2018068932 A1 WO2018068932 A1 WO 2018068932A1
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WO
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gear
steering system
gear nut
steering
nut
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/070935
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English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Hetzel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2018068932A1 publication Critical patent/WO2018068932A1/de

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    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/24—Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear
    • B62D5/0424—Electric motor acting on or near steering gear the axes of motor and final driven element of steering gear, e.g. rack, being parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62D5/0442—Conversion of rotational into longitudinal movement
    • B62D5/0445—Screw drives
    • B62D5/0448—Ball nuts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/54—Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction
    • F16C19/541—Systems consisting of juxtaposed rolling bearings including at least one angular contact bearing
    • F16C19/542—Systems consisting of juxtaposed rolling bearings including at least one angular contact bearing with two rolling bearings with angular contact
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C21/00—Combinations of sliding-contact bearings with ball or roller bearings, for exclusively rotary movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
    • F16C23/02—Sliding-contact bearings
    • F16C23/04—Sliding-contact bearings self-adjusting
    • F16C23/043—Sliding-contact bearings self-adjusting with spherical surfaces, e.g. spherical plain bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/24—Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
    • F16H2025/2445—Supports or other means for compensating misalignment or offset between screw and nut

Definitions

  • the invention relates to a steering system with a longitudinal axis axially displaceably mounted in a housing handlebar and with a steering motor, via a
  • Ball screw on the handlebar acts, including the handlebar forms in at least a portion of a ball screw thread, which cooperates with a drivable by the steering motor gear nut, the gear nut is mounted by means of a bearing assembly in the housing while axially supported with the interposition of at least one spring element.
  • Such a steering system can be designed in particular in the form of a power steering system, by which during steering a supporting torque is generated in order to reduce the applied by an operator on a steering column steering torque.
  • a power steering system is known for example from EP 2 049 383 B1.
  • the screw drive is designed in the form of a ball screw.
  • operation of such a power steering system may be due to lateral forces, with which the handlebar is charged due to their connection with the wheel steering levers steered wheels of an auxiliary power steering system integrating motor vehicle, a bending and / or inclination of the handlebar within the housing.
  • Ball screw must be compensated by a radial bearing over which the gear nut of the ball screw rotatably mounted within the housing, to always a low-friction drive of the handlebar by means of the
  • the radial roller bearing is supported with its outer ring on both sides of each elastic bearing ring.
  • the radial roller bearing is supported with respect to its longitudinal axial directions within the housing.
  • the elasticity of the Bearing rings however, the described tilting of the radial roller bearing according to an inclination of the handlebar.
  • a power steering system is in each case known in which the pulley of a toothed belt drive with a sleeve-shaped bearing portion in a bearing assembly, which consist in particular of two shoulder ball bearings in a so-called O-arrangement can, is stored.
  • the gear nut of a ball screw is mounted within the bearing portion of the pulley, which is allowed by a spherical formation of the inner surface of the bearing portion of the pulley that the gear nut can tilt within limits within the bearing section.
  • a torque transmission between the pulley and the gear nut is realized by means of drivers, which u.a. may be formed of an elastomer.
  • DE 10 2005 015 756 A1 discloses a steering system in which a pivotability of a threaded nut of a ball screw by a curved configuration of the inner surface of an inner ring or the outer surface of an outer ring of a
  • Rolling by means of which the threaded nut is mounted in a housing of the steering system, is realized.
  • the curved inner surface or outer surface acts together with a correspondingly curved counter surface of the threaded nut or the housing.
  • a ball screw for a steering system of a motor vehicle in which a gear nut pivot is mounted with the interposition of a sliding ring and a plurality of driving elements in an inner ring of a rolling bearing.
  • a pulley of a belt transmission is connected to the inner ring of the rolling bearing.
  • the driving elements cause a transmission of torque from the pulley to the gear nut.
  • the connection of the pulley with the inner ring of the bearing is to prevent a tilting of the gear nut has a negative effect on the power transmission of the belt drive, as could be the case if the pulley would tip with the gear nut.
  • the invention was based on the object in a generic steering system to realize an axially and radially possible backlash bearing the gear nut within the housing, at the same time a good tiltability of the gear nut is achieved.
  • a steering system is provided with a longitudinal axis axially displaceably mounted in a steering rod and a steering motor, wherein the steering motor acts via a ball screw on the handlebar, to which
  • Handlebar forms a recirculating ball screw in at least one section, the spherical driving elements with one of the steering motor drivable
  • Gear nut cooperates, the gear nut by means of a
  • Bearing arrangement mounted in the housing and is supported axially with the interposition of at least one spring element.
  • the bearing assembly comprises two axially spaced pivot bearing whose inner rings are movably guided on an outer surface of the gear nut, wherein the (inner surfaces of) inner rings of the pivot bearing and / or the (outer surface of the) gear nut (at least in sections) curved (especially
  • the bends are in particular designed such that they define concentric curves, in particular circular paths, with respect to a radial plane extending along the longitudinal axis of the handlebar.
  • An inventive steering system allows in a structurally relatively simple manner a rotatable mounting of the tiltable within limits gear nut inside the housing, the bearing is substantially backlash with respect to both the direction along the longitudinal axis of the gear nut and radially thereto.
  • Gear nut leads both in the axial and radial direction. It is the
  • the transmission elements of the ball screw as well as between the handlebar and the spherical transmission elements are kept small when the gear nut is tilted relatively far (i.e., an angle greater than zero between the longitudinal axes of the gear nut and the pivot bearing) due to flexing of the handlebar relative to the bearing assembly.
  • outer rings of the pivot bearing each (and possibly only) on the side that distally with respect to the other
  • Rotary bearing is arranged, with the interposition of a spring element, which may be formed, for example in the form of an annular wave spring or plate spring, (directly or indirectly) are supported on the housing.
  • a spring element which may be formed, for example in the form of an annular wave spring or plate spring, (directly or indirectly) are supported on the housing.
  • pivot bearing preferably single row
  • Angular contact ball bearings and in particular shoulder ball bearings are. These can further preferably be arranged in an X-arrangement, whereby a secure transmission of the axial load can be ensured by the one or more spring elements of the outer rings on the inner rings, which then leads to the deliberate admission of Inner rings leads to each other, through which the backlash of the storage
  • Gear nut is ensured in the bearing assembly. At the same time thereby also advantageously a far backlash of the elements that make up the pivot bearing, realized.
  • At least one sliding element which may be formed, for example in the form of a sliding foil, is arranged.
  • the sliding element or the sliding film may preferably be (at least partially) made of plastic and in particular comprise PTFE.
  • a steering system comprises a traction mechanism which serves to transmit a drive power, which is generated by the preferably electric, possibly also hydraulic steering motor, to the gear nut and possibly also a ratio for the input speed and the drive torque to reach.
  • the traction mechanism can be designed in particular in the form of a belt drive, wherein the belt drive both non-positively (for example, as flat belt or
  • V-belt drive as well as primarily form-fitting (for example, as a toothed belt drive) may be formed.
  • a gear (pulley) of the traction mechanism (belt drive) is directly connected to the gear nut of the ball screw, a tilting of the gear nut could lead to a corresponding tilting of the gear, whereby a sufficient safe transmission of the drive power by the traction mechanism negatively influenced and / or the burden on the traction mechanism could be increased.
  • Gear nut is transferable, with the inner ring (at least and in particular exclusively) of the pivot bearing is connected. In this way it can be advantageously avoided that a tilting of the gear nut of the ball screw is transmitted to the gear of the traction mechanism.
  • the connection of the Gear wheel with the inner ring should be at least so that a tilting of the axis of rotation of the gear relative to the longitudinal axis of the inner ring
  • a torque transmitting connection may be provided but is not functionally required. Particularly preferred, among other things, because such a constructive is particularly easy to implement, a rigid, i. completely immovable, be provided connection between the gear and the corresponding inner ring.
  • Ball screw can be ensured. This can in principle be carried out according to the known from DE 10 201 1 1 17 723 A1 embodiment of a ball screw that the or the inner rings of the pivot bearing, which are connected to transmit torque to the gear of the traction mechanism, also
  • Gear nut is possible relative to the gear. Due to this embodiment of a steering system according to the invention can be a structurally relatively simple
  • Transmission of the drive power can be realized by the gear of the traction mechanism to the gear nut of the ball screw. This is especially true in comparison to the ball screw known from DE 10 201 1 1 17 723 A1, because it is not necessary to provide a torque-transmitting connection between the connected to the gear inner ring and the gear nut, at the same time the pivoting and play-free storage , which is achieved by the inventive design of a steering gear, would have to ensure.
  • the coupling is designed such that a tilting of the gear nut relative to the gear due to an elastic deformation of a deformation element is possible.
  • a deformation element advantageously allows both the intended possibility of tilting the
  • Torque between the gear and the gear nut may be provided that the clutch is formed as a dog clutch with intermeshing claws of the gear and the gear nut.
  • an elastic deformation element is arranged between claws of the gear wheel and the gear nut.
  • the claws of the gear nut can also be formed by a (preferably annular) jaw element which at least transmits torque and preferably rigidly with a
  • Coupling may in particular with regard to the manufacturability and / or the
  • Gear nut can preferably be achieved in that the jaw member is annular and is mounted on a shaft portion of the body.
  • a torque-transmitting connection between the claw element and the base body can then be realized by means of one or more entrainment elements arranged in depressions of an inner surface of the claw element and an outer surface of the shaft section, which can be designed, for example, in the form of tension pins and in particular in the form of heavy-duty pins.
  • the preferably annular jaw member is attached to a front side at a longitudinal axial end of the base body.
  • an embodiment of the coupling can be provided such that it exerts a tilting moment on the gear nut. This can serve, by a "tilting" of the handlebar within the gear nut with the interposition of the balls of the ball screw a relative movement between the handlebar and the gear nut, which can be justified in particular by a movement excitation of the handlebar in the operation of a motor vehicle comprising the steering system to suppress. This can prevent the spherical
  • a particularly advantageous in terms of design possibility for generating such a tilting moment may be that a coupling element of the clutch is arranged eccentrically with respect to the main body of the gear nut. Particular preference may be provided that at a
  • the coupling designed as a dog clutch comprises a (preferably annular) jaw member
  • the center of the (annular) jaw member is radially spaced relative to the longitudinal axis of the body, resulting in an eccentricity of the jaw member with respect to the base body. This eccentricity causes in conjunction with an axial distance to at least a portion of the gear nut
  • the steering system according to the invention can preferably be designed as a power steering system and thus allow a via a steering handle (eg steering wheel) and preferably with the interposition of a steering column transmitted to a steering gear, manually generated steering torque to be superimposed by a steering torque generated by the steering motor to the height of the to limit the steering torque required to be steered manually.
  • the steering gear can in particular comprise a steering pinion cooperating with a toothing formed by the handlebar in a section.
  • the steering pinion may be formed, for example, as a straight, helical or helical spur gear, with a trained as a rack section of the
  • Handlebar cooperates.
  • the steering system may also be designed such that the steering motor provides all the drive power required for steering.
  • the invention also relates to a motor vehicle, in particular a wheel-based vehicle
  • Motor vehicle preferably a car or truck, with a steering system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a steering system according to the invention in a partial longitudinal section
  • FIG. 2 shows a cross section through the steering system along the sectional plane II-II in FIG. 1;
  • FIG. 8 is a side view of a partial longitudinal section through a combination of handlebar, ball screw, bearing for the ball screw and pulley of the steering system for a second embodiment of a steering system according to the invention.
  • 10 is a front view of the combination of handlebar, ball screw,
  • Fig. 1 1 in a perspective view an exploded view of a
  • Fig. 1 shows a first embodiment of an inventive
  • Steering system which is designed as a power steering system.
  • the steering system for this purpose comprises a multi-part, substantially tubular housing 1, within which a handlebar 2 longitudinal axial, i. along her
  • the wheel steering levers translate a longitudinal axial movement of the handlebar 2 in a pivoting of steered wheels (not shown) of a motor vehicle.
  • a longitudinal axial movement of the handlebar 2 is caused on the one hand by the generation of a rotational movement of a steering handle (not shown), in particular a steering wheel, of the motor vehicle, wherein this rotational movement of the steering handle via a steering column (not shown) to a steering pinion (not visible), which is part of a steering gear 3 of the steering system is transmitted.
  • the steering pinion can interact with a section of the steering rod 2 designed as a toothed rack, in order to translate the rotational movement of the steering pinion into a translational movement of the steering pinion
  • Handlebar 2 to translate along its longitudinal axis 4.
  • a longitudinal axial movement of the handlebar 2 can further by the generation of an auxiliary steering torque by means of a steering motor 5, in the present
  • Embodiment is electrically formed, be effected.
  • the drive power of the steering motor 5 is u.a. by means of a screw drive in the form of a
  • Thread groove cross-section forms.
  • Section of the ball screw 7 are a variety of spherical
  • transmission elements 8 Also arranged within transmission elements 8 transmission elements
  • Partial circular cross-sections having grooves of a ball screw thread are received, which are formed on the inside of a base body 14 of a gear nut 9 of the ball screw 6.
  • Ball screw 6 is due to a corresponding storage in a
  • Bearing arrangement rotatably, but at the same time substantially integrated with respect to their longitudinal axial directions in the housing 1.
  • Gear nut 9 is carried out with the interposition of a further gear stage, which is formed in the embodiment shown in the form of a belt drive, including the gear nut 9 with a first gear (pulley) 10 rotatably or torque-transmitting connected.
  • the first pulley 10 is partially surrounded by a belt 1 1, for example, a toothed or flat belt, wherein the belt 1 1 via a second gear 12, which is non-rotatably connected to an output shaft 13 of the steering motor 5, out.
  • Kugelgewindetriebs 6 a relatively large potential for a bending deflection of the ends of the handlebar 2.
  • Such bending deflection can optionally be kept as small as possible that the handlebar 2 is additionally mounted in the vicinity of the longitudinal axial ends of the housing 1 and thereby radially supported. Nevertheless, a relevant inclination or tilting of the handlebar 2 in the region of the gear nut 9 of the ball screw 9 can not always be avoided.
  • gear nut 9 In order to ensure a possible low-friction operation of the ball screw 9 even with such an inclined position of the handlebar 2 in the field of gear nut 9, the gear nut 9 should also be in a corresponding
  • Tilt can be tilted. At the same time by means of storage of
  • both the bearing assembly as free of play as possible in longitudinal axial and radial direction within the housing 1 and the gear nut 9 should be added according to backlash within the bearing assembly.
  • the bearing arrangement comprises two pivot bearings 15 in the form of single-row shoulder ball bearings, which have an X arrangement (position of the pressure centers of the pivot bearings 15 between the pivot bearings 15), a defined distance being provided between the pivot bearings 15.
  • Inner rings 16 of the pivot bearing 15 are further each such curved (with matching radii of curvature) formed that both pivot bearings 15 in combination with their gear nut 9 facing inner surfaces form a part-spherical pivot bearing receptacle in which a likewise part-spherical pivot bearing portion of the corresponding curved (with to the curvatures of the inner rings 16 of the pivot bearing 15th
  • a pivot bearing 17 is formed by the rotary bearings 15 and the gear nut 9, which in principle allows both a rotation about the longitudinal axis 4 of the gear nut 9 and within limits tilting about all axes, which are aligned radially with respect to this longitudinal axis 4.
  • the two pivot bearings 15 in the unloaded state at a defined distance from each other by means of a
  • Retaining element 20 is connected, however, which hinder the intended for the achievement of backlash load or movement of the pivot bearing 15 to each other by means of the spring elements 19 to a relevant extent.
  • Gear nut trained pivot bearing 17 to ensure a low-friction as possible tilting of the gear nut 9 within the bearing assembly, is arranged in the region of the pivot bearing 17 between the inner surfaces of the inner rings 16 of the pivot bearing 15 and the outer surface of the gear nut 9 each have a sliding member 21 in the form of a sliding film.
  • the sliding elements 21 form on each other
  • Inner surfaces of the sliding elements 21 are provided.
  • the inventive design of the trained between the bearing assembly and the nut 9 pivot bearing 17 allows despite the backlash, which is particularly advantageous for quiet operation of the steering system, a pivoting or tilting of the gear nut 9, because it is not based on an elastic deformation of a deformation element , largely free from
  • Ball screw 6 can be ensured even if the handlebar 2 in the recorded by the gear nut 9 section due to a bending load has a relatively large inclination, which transmits to the gear nut 9.
  • Such an inclination or such a tilting of the handlebar 2 and the gear nut 9 should not be transferred to the first gear 10 of the belt drive, because this can adversely affect the ability to transmit relatively high drive power and / or the load on the belt drive and in particular can increase the belt 1 1.
  • For the first gear 10 is therefore always a possible parallel arrangement of its axis of rotation 22 to the
  • Screws 23 are provided, which are guided through through holes in claws 24 which are arranged on the inside of the hollow first gear 10, and screwed into corresponding internal thread of the inner ring 16 of the adjacent rotary bearing 15 (see, in particular Fig. 3 and 6).
  • the tiltable mounting of the gear nut 9 within the bearing arrangement formed by the two pivot bearings 15 is such that a transmission of a torque in relevant height between the
  • This clutch is designed as a dog clutch and, in addition to the already mentioned claws 24, which are arranged on the inside of the hollow first gear 10, still claws 25 of the gear nut 9, of an annular claw member 26 (see, in particular Fig. 6 and 7). are trained, that
  • the connection between the annular claw element 26 and the main body 14 of the gear nut 9 is realized in that the annular claw member 26 is mounted with its inside on a axially spaced from the curved pivot bearing portion arranged shaft portion of the base body 14. Furthermore, both in the inside of the jaw member 26 and in the outside of the
  • Recesses 28 of the body 14 can be brought.
  • the thus formed cavities serve to receive a respective entrainment element 29 in the form of a (slotted in the longitudinal direction) tension pin, wherein the dowel pins are slightly radially deformed when inserted into the cavities, so that by the elastic and widening acting restoring action of the dowel pins a substantially backlash-free connection between the claw member 26 and the shaft portion of the
  • Basic body 14 of the gear nut 9 is realized (see, in particular Fig. 4 to 6).
  • the gear nut 9 should be tiltable, while such tilting of the gear nut 9 is not on the first
  • Gear 10 is to be transmitted.
  • the coupling element 35 of the gear nut 9 further comprises an annular
  • Deformation member 30 comprising a plurality of deformation elements 31, each for the arrangement between adjacent contact surfaces of the jaws 24, 25 of the first gear 10 and the jaw member 26 under elastic bias is provided.
  • the deformation elements 31 allow due to their elastic deformability a defined relative movement between the jaws 24, 25 and in particular also such a relative movement resulting from a tilting of the gear nut 9 relative to the pivot bearings 15 and thus also relative to the first gear 10. As a result of their elastic bias prevent the
  • Deformation elements 31 connected to each other via a respective connecting portion 32, which is made possible to handle the deformation member 30 and thus all the deformation elements 31 as a coherent (possibly also one-piece) component.
  • the claw member 26 is formed such that the inner surface thereof is slightly eccentric with respect to an outer surface of the claw member 26. This eccentricity causes in conjunction with an axial distance to the portion of the formed by the gear nut 9 recirculating ball screw in which the
  • spherical transmission elements 8 are arranged, the generation of a force acting on the gear nut 9 tilting moment. This serves, by a "tilting" of the handlebar 2 within the gear nut 9 with the interposition of
  • Transmission elements 8 a relative movement between the handlebar 2 and the gear nut 9, which may be due in particular by a movement excitation of the handlebar 2 in the operation of a motor vehicle comprising the steering system to suppress, thereby preventing the spherical
  • Ball screw thread of the handlebar 2 and the gear nut 9 are moved back and forth, which otherwise could lead to unwanted noise.
  • FIGS. 8 to 10 a combination of ball screw 6, bearing for the ball screw 6 and (first) gear 10 (pulley) is shown in a second embodiment, with FIGS. 8 to 10 additionally show an associated handlebar 2.
  • This second embodiment is as
  • the second embodiment according to FIGS. 8 to 12 is basically characterized by a higher functional integration, which is reflected in a significantly reduced number of parts.
  • a co-operating with a handlebar 2 ball screw 6 is provided, wherein the ball screw 6 includes a gear nut 9 with a main body 14.
  • the main body 14 forms in a pivot bearing portion a partially spherical curved outer surface which cooperate with correspondingly part-spherically curved inner surfaces of inner rings 16 of two pivot bearings 15 (single row ball bearings having an X arrangement) to form a pivot bearing 17, the limited tilting of the Gear nut 9 due to a corresponding
  • Gear nut 9 and the inner rings 16 of the pivot bearing 15 two sliding elements 21, each consisting of a partially spherical curved, half-shell-shaped sliding foil.
  • the two sliding elements 21 extend along both inner rings 16 of the pivot bearings 15, so that not, as in the first embodiment, Each inner ring 16 is associated with a separate sliding element 21.
  • the two sliding elements 21 each have a centrally arranged (radially) section or projection 33 (with respect to the longitudinal axial ends) (see FIG to engage in a complementary circumferential recess 34 in the pivot bearing portion of the main body 14 of the gear nut 9, thereby ensuring that the sliding elements 212 always move with the gear nut 9 in a tilting of the gear nut 9 relative to the bearing assembly.
  • FIGS. 8 to 12 it is accordingly provided that the sliding relative movement during a tilting of the gear nut 9 relative to the bearing arrangement between the outer surfaces of the sliding elements 21 and the inner surfaces of the inner rings 16 of the pivot bearing 15 takes place, while in the first embodiment according to FIGS. 1 to 7 between the inner surfaces of the local sliding elements 21 and the outer surface of the local base body 14 of
  • Gear nut 9 takes place.
  • Main body 14 of the gear nut 9 can be omitted (this thus
  • Manufacturing costs for a steering system according to the invention are kept low.
  • the coupling element 35 comprises the substantially annular jaw member 26 which circumferentially in uniform pitch forms a plurality of jaws 25, which for cooperation with jaws 24, which are arranged on the inner surface of the (first) gear 10, are provided by the claws 24, 25 of the jaw member 26 and the first gear 10 engage with each other.
  • deformation elements 31 which are each arranged on both sides (in the circumferential direction) to each of the claws 25 of the jaw member 26 thereafter.
  • a production of the coupling element 35 can be carried out in an advantageous manner by 2-component injection molding, wherein in an injection molding process, the jaw member 26 may be formed from, for example, a thermoplastic material and the deformation elements 31 connected to the jaw member 26 made of an elastomer.
  • the coupling element 35 is additionally provided by means of
  • Fixing elements 37 eg screws or dowel pins
  • a defined eccentricity between the coupling element 35 and the base body 14 of the gear nut 9 is provided (see Fig. 10) to realize the already described for the first embodiment of FIGS. 1 to 7 generating a force acting on the gear nut 9 tilting moment ,
  • the coupling element 35 further has the function of a cover for the
  • the coupling element 35 also forms a guide portion 39 which engages in a corresponding recess of the base body 14 and part of a return for the
  • the main body 14 is closed by a separate cover 38, even in the second embodiment, but in this case as well
  • Coupling element 35 by means of several (specifically three) fasteners 37 (eg screws or dowel pins) is attached to the base body 14, whereas in the first embodiment, a snap ring 36 is provided for this purpose.
  • fasteners 37 eg screws or dowel pins

Abstract

Ein Lenksystem umfasst eine in einem Gehäuse (1) längsaxial verschiebbar gelagerte Lenkstange (2) und einen Lenkmotor (5), der über einen Kugelgewindetrieb (6) auf die Lenkstange (2) wirkt, wozu die Lenkstange (2) in zumindest einem Abschnitt ein Kugelumlaufgewinde (7) ausbildet, das über kugelförmige Übertragungselemente (8) mit einer von dem Lenkmotor (5) antreibbaren Getriebemutter (9) zusammenwirkt, wobei die Getriebemutter (9) mittels einer Lageranordnung in dem Gehäuse (1) gelagert und dabei axial unter Zwischenschaltung mindestens eines Federelements (19) abgestützt ist. Ein solches Lenksystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung zwei axial beabstandete Drehlager (15) umfasst, deren Innenringe (16) auf einer Außenfläche der Getriebemutter (9) beweglich geführt sind, wobei die Innenringe (16) der Drehlager (15) und/oder die Außenfläche der Getriebemutter (9) gekrümmt ausgebildet ist/sind, um ein Schwenklager (17) auszubilden. Ein solches Lenksystem ermöglicht in konstruktiv relativ einfacher Weise eine Drehlagerung der in Grenzen kippbaren Getriebemutter (9) innerhalb des Gehäuses (1), wobei die Drehlagerung im Wesentlichen spielfrei bezüglich sowohl der Richtung entlang der Längsachse (4) der Getriebemutter (9) als auch radial dazu ist.

Description

Lenksystem
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem mit einer in einem Gehäuse längsaxial verschiebbar gelagerten Lenkstange und mit einem Lenkmotor, der über einen
Kugelgewindetrieb auf die Lenkstange wirkt, wozu die Lenkstange in zumindest einem Abschnitt ein Kugelumlaufgewinde ausbildet, das mit einer von dem Lenkmotor antreibbaren Getriebemutter zusammenwirkt, wobei die Getriebemutter mittels einer Lageranordnung in dem Gehäuse gelagert und dabei axial unter Zwischenschaltung mindestens eines Federelements abgestützt ist.
Ein solches Lenksystem kann dabei insbesondere in Form eines Hilfskraftlenksystems ausgebildet sein, durch das beim Lenken ein unterstützendes Drehmoment erzeugt wird, um das von einem Bediener auf eine Lenksäule aufzubringende Lenkmoment zu reduzieren.
Ein Hilfskraftlenksystem ist beispielsweise aus der EP 2 049 383 B1 bekannt. Bei diesem ist der Gewindetrieb in Form eines Kugelgewindetriebs ausgebildet. Im Betrieb eines solchen Hilfskraftlenksystems kann sich infolge von Querkräften, mit denen die Lenkstange aufgrund ihrer Verbindung mit den Radlenkhebeln gelenkter Räder eines das Hilfskraftlenksystem integrierenden Kraftfahrzeugs belastet wird, eine Biegung und/oder Schrägstellung der Lenkstange innerhalb des Gehäuses einstellen. Eine solche Biegung und/oder Schrägstellung der Lenkstange im Bereich des
Kugelgewindetriebs muss von einer Radiallagerung, über die die Getriebemutter des Kugelgewindetriebs drehbar innerhalb des Gehäuses gelagert ist, kompensiert werden, um stets einen möglichst reibungsarmen Antrieb der Lenkstange mittels des
Kugelgewindetriebs zu gewährleisten. Hierzu ist bei dem Hilfskraftlenksystem gemäß der EP 2 049 383 B1 vorgesehen, dass der Außenring eines Radialwälzlagers, über das die Mutter drehbar innerhalb des Gehäuses gelagert ist, in etwa mittig bezüglich seiner Längsrichtung an einem Vorsprung des Gehäuses abgestützt ist, wodurch ein Kippen des Radiallagers entsprechend einer Schrägstellung der Lenkstange im
Bereich des Kugelgewindetriebs ermöglicht ist. Weiterhin ist das Radialwälzlager mit seinem Außenring beidseitig an jeweils einem elastischen Lagerring abgestützt. Mittels dieser Lagerringe ist das Radialwälzlager bezüglich seiner längsaxialen Richtungen innerhalb des Gehäuses abgestützt. Gleichzeitig ermöglicht die Elastizität der Lagerringe jedoch das beschriebene Kippen des Radialwälzlagers entsprechend einer Schrägstellung der Lenkstange.
Als problematisch bei der aus der EP 2 049 383 B1 bekannten Abstützung des
Radialwälzlagers zwischen zwei elastischen Lagerringen hat sich gezeigt, dass sich bei einer Schrägstellung infolge der elastischen Eigenschaft der Lagerringe ein dem Kippen infolge einer Schrägstellung der Lenkstange entgegenwirkendes Kippmoment einstellt. Ein solches Kippmoment kann grundsätzlich relativ gering gehalten werden, wenn der Elastizitätsmodul des oder der elastischen Werkstoffe der Lagerringe entsprechend gering gehalten wird. Dies führt jedoch zu einer entsprechend weichen, d.h. wenig steifen Lagerung des Radiallagers bezüglich dessen längsaxialen
Richtungen innerhalb des Gehäuses. Die Dimensionierung der Elastizitätsmodule der elastischen Werkstoffe der Lagerringe unterliegt demnach einem Zielkonflikt. Weiterhin ist der mittels der Lagerung gemäß der EP 2 049 383 B1 erzielbare Kippwinkel relativ klein.
Aus der DE 10 201 1 056 025 A1 und der DE 10 201 1 056 031 A1 ist jeweils ein Hilfskraftlenksystem bekannt, bei dem das Riemenrad eines Zahnriemengetriebes mit einem hülsenförmigen Lagerabschnitt in einer Lageranordnung, die insbesondere aus zwei Schulterkugellagern in einer sogenannten O-Anordnung bestehen kann, gelagert ist. Die Getriebemutter eines Kugelgewindetriebes ist innerhalb des Lagerabschnitts des Riemenrads gelagert, wobei durch eine ballige Ausbildung der Innenfläche des Lagerabschnitts des Riemenrads ermöglicht wird, dass die Getriebemutter innerhalb des Lagerabschnitts in Grenzen kippen kann. Eine Drehmomentübertragung zwischen dem Riemenrad und der Getriebemutter wird mittels Mitnehmern realisiert, die u.a. aus einem Elastomer ausgebildet sein können.
Die DE 10 2005 015 756 A1 offenbart ein Lenksystem, bei dem eine Schwenkbarkeit einer Gewindemutter eines Kugelgewindetriebs durch eine gewölbte Ausgestaltung der Innenfläche eines Innenrings oder der Außenfläche eines Außenrings eines
Wälzlagers, mittels dessen die Gewindemutter in einem Gehäuse des Lenksystems gelagert ist, realisiert wird. Die gewölbte Innenfläche oder Außenfläche wirkt dabei mit einer entsprechend gewölbten Gegenfläche der Gewindemutter oder des Gehäuses zusammen.
Und schließlich ist aus der DE 10 201 1 1 17 723 A1 ein Kugelgewindetrieb für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem eine Getriebemutter schwenkbar unter Zwischenschaltung eines Gleitrings und mehrerer Mitnahmeelemente in einem Innenring eines Wälzlagers gelagert ist. Ein Riemenrad eines Riemengetriebes ist mit dem Innenring des Wälzlagers verbunden. Die Mitnahmeelemente bewirken eine Übertragung eines Drehmoments von dem Riemenrad auf die Getriebemutter. Durch die Verbindung des Riemenrads mit dem Innenring des Wälzlagers soll verhindert werden, dass sich ein Kippen der Getriebemutter negativ auf die Leistungsübertragung des Riemengetriebes auswirkt, wie dies der Fall sein könnte, wenn das Riemenrad mit der Getriebemutter kippen würde.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Lenksystem eine axial und radial möglichst spielfreie Lagerung der Getriebemutter innerhalb des Gehäuses zu realisieren, wobei gleichzeitig eine gute Kippbarkeit der Getriebemutter erreicht wird.
Diese Aufgabe wird mittels eines Lenksystems gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lenksystems sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist ein Lenksystem mit einer in einem Gehäuse längsaxial verschiebbar gelagerten Lenkstange und mit einem Lenkmotor vorgesehen, wobei der Lenkmotor über einen Kugelgewindetrieb auf die Lenkstange wirkt, wozu die
Lenkstange in zumindest einem Abschnitt ein Kugelumlaufgewinde ausbildet, das über kugelförmige Mitnahmeelemente mit einer von dem Lenkmotor antreibbaren
Getriebemutter zusammenwirkt, wobei die Getriebemutter mittels einer
Lageranordnung in dem Gehäuse gelagert und dabei axial unter Zwischenschaltung mindestens eines Federelements abgestützt ist. Gekennzeichnet ist ein solches Lenksystem dadurch, dass die Lageranordnung zwei axial beabstandete Drehlager umfasst, deren Innenringe auf einer Außenfläche der Getriebemutter beweglich geführt sind, wobei die (Innenflächen der) Innenringe der Drehlager und/oder die (Außenfläche der) Getriebemutter (zumindest abschnittsweise) gekrümmt (insbesondere
teilsphärisch) ausgebildet ist/sind, um ein Schwenklager auszubilden. Dabei sind die Krümmungen insbesondere derart ausgebildet, dass diese bezüglich einer sich entlang der Längsachse der Lenkstange erstreckenden Radialebene konzentrische Kurven, insbesondere Kreisbahnen, definieren. Ein erfindungsgemäßes Lenksystem ermöglicht in konstruktiv relativ einfacher Weise eine drehbare Lagerung der in Grenzen kippbaren Getriebemutter innerhalb des Gehäuses, wobei die Lagerung im Wesentlichen spielfrei bezüglich sowohl der Richtung entlang der Längsachse der Getriebemutter als auch radial dazu ist. Durch die axial elastische Beaufschlagung der Lageranordnung mittels des mindestens einen Federelements wird nämlich erreicht, dass die beiden Drehlager der Lageranordnung derart axial aufeinander zu beaufschlagt werden, dass diese mit der Innenfläche ihrer Innenringe spielfrei an der Außenfläche der Getriebemutter anliegen, wobei durch die gekrümmte Ausbildung der Innenringe der Drehlager und/oder der Außenfläche der Getriebemutter die axiale Beaufschlagung der Drehlager zueinander zu einer
Beaufschlagung der Innenringe der Drehlager gegen die Außenseite der
Getriebemutter sowohl in axialer als auch radialer Richtung führt. Dabei ist die
Schwenkbarkeit der Getriebemutter innerhalb der Lageranordnung trotz einer elastischen Beaufschlagung zur Erzielung einer Spielfreiheit im Wesentlichen nicht mit der Erzeugung eines elastischen Rückstellmoments verbunden, weil die
Schwenkbarkeit, anders als gemäß dem Stand der Technik üblich, nicht auf einer Deformation eines elastischen Deformationselements beruht. Folglich kann die Reibung sowohl zwischen der Getriebemutter und den kugelförmigen
Übertragungselementen des Kugelgewindetriebs als auch zwischen der Lenkstange und den kugelförmigen Übertragungselementen auch dann gering gehalten werden, wenn die Getriebemutter infolge einer Biegung der Lenkstange gegenüber der Lageranordnung relativ weit gekippt ist (d.h. ein Winkel größer null zwischen den Längsachsen der Getriebemutter und der Drehlager vorliegt).
In einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lenksystems kann vorgesehen sein, dass Außenringe der Drehlager jeweils (und gegebenenfalls ausschließlich) auf derjenigen Seite, die distal bezüglich des jeweils anderen
Drehlagers angeordnet ist, unter Zwischenschaltung eines Federelements, das beispielsweise in Form einer ringförmigen Wellfeder oder Tellerfeder ausgebildet sein kann, (direkt oder indirekt) an dem Gehäuse abgestützt sind.
Insbesondere bei einer solchen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lenksystems kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Drehlager vorzugsweise einreihige
Schrägkugellager und insbesondere Schulterkugellager sind. Diese können weiterhin bevorzugt in einer X-Anordnung angeordnet sein, wodurch eine sichere Übertragung der axialen Belastung durch das oder die Federelemente von den Außenringen auf die Innenringe gewährleistet werden kann, was dann zu der gewollten Beaufschlagung der Innenringe aufeinander zu führt, durch die die Spielfreiheit der Lagerung der
Getriebemutter in der Lageranordnung gewährleistet wird. Gleichzeitig wird dadurch auch in vorteilhafter Weise eine weitgehende Spielfreiheit der Elemente, aus denen sich die Drehlager zusammensetzen, realisiert.
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lenksystems kann vorgesehen sein, dass im Bereich des Schwenklagers zwischen den
Innenflächen der Innenringe und der Außenfläche der Getriebemutter (im Bereich der Krümmung(en)) mindestens ein Gleitelement, das beispielsweise in Form einer Gleitfolie ausgebildet sein kann, angeordnet ist. Das Gleitelement beziehungsweise die Gleitfolie kann vorzugsweise (zumindest teilweise) aus Kunststoff ausgebildet sein und insbesondere PTFE umfassen. Durch ein solches Gleitelement beziehungsweise eine solche Gleitfolie kann eine relativ reibungsarme Kippbewegung für die Getriebemutter realisiert werden, wodurch die Reibungsverluste im Kugelgewindetrieb ebenfalls gering gehalten werden können.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass ein erfindungsgemäßes Lenksystem ein Zugmittelgetriebe umfasst, das dazu dient, eine Antriebsleistung, die von dem vorzugsweise elektrischen, gegebenenfalls auch hydraulischen Lenkmotor erzeugt wird, auf die Getriebemutter zu übertragen und dabei gegebenenfalls auch eine Übersetzung für die Antriebsdrehzahl und das Antriebsmoment zu erreichen. Das Zugmittelgetriebe kann insbesondere in Form eines Riementriebs ausgebildet sein, wobei der Riementrieb sowohl kraftschlüssig (z.B. als Flachriemen- oder
Keilriementrieb) als auch primär formschlüssig (z.B. als Zahnriementrieb) ausgebildet sein kann. Bei einem solchen Lenksystem könnte, wenn, wie dies von konventionellen Lenksystemen bekannt ist, ein Getrieberad (Riemenrad) des Zugmittelgetriebes (Riementriebs) direkt mit der Getriebemutter des Kugelgewindetriebs verbunden ist, ein Kippen der Getriebemutter zu einem entsprechenden Kippen des Getrieberads führen, wodurch eine ausreichend sichere Übertragung der Antriebsleistung durch das Zugmittelgetriebe negativ beeinflusst und/oder die Belastung für das Zugmittelgetriebe erhöht werden könnte. Um dies zu vermeiden kann bei einem erfindungsgemäßen Lenksystem vorzugsweise vorgesehen sein, dass ein solches Getrieberad eines Zugmittelgetriebes, über das eine Antriebsleistung des Lenkmotors auf die
Getriebemutter übertragbar ist, mit dem Innenring (zumindest und insbesondere ausschließlich) eines der Drehlager verbunden ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft vermieden werden, dass ein Kippen der Getriebemutter des Kugelgewindetriebs auf das Getrieberad des Zugmittelgetriebes übertragen wird. Die Verbindung des Getrieberads mit dem Innenring sollte dabei zumindest so sein, dass ein Kippen der Rotationsachse des Getrieberads relativ zu der Längsachse des Innenrings
beziehungsweise des entsprechenden Drehlagers insgesamt vermieden wird. Eine drehmomentübertragende Verbindung kann vorgesehen sein, ist funktional jedoch nicht zwingend erforderlich. Besonders bevorzugt, unter anderem auch, weil eine solche konstruktiv besonders einfach umsetzbar ist, kann eine starre, d.h. vollkommen unbewegliche, Verbindung zwischen dem Getrieberad und dem entsprechenden Innenring vorgesehen sein.
Gleichzeitig sollte jedoch eine Übertragung der Antriebsleistung des Lenkmotors von dem Getrieberad des Zugmittelgetriebes auf die Getriebemutter des
Kugelgewindetriebs sichergestellt werden. Dies kann grundsätzlich gemäß der aus der DE 10 201 1 1 17 723 A1 bekannten Ausgestaltung eines Kugelgewindetriebs dadurch erfolgen, dass der oder die Innenringe der Drehlager, die mit dem Getrieberad des Zugmittelgetriebes drehmomentübertragend verbunden sind, auch
drehmomentübertragend mit der Getriebemutter des Kugelgewindetriebs verbunden sind. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass das Getrieberad mittels einer
(vorzugsweise dauerhaft verbindenden beziehungsweise nicht funktional zu öffnenden) Kupplung drehmomentübertragend mit der Getriebemutter verbunden ist, wobei die Kupplung weiterhin bevorzugt derart ausgebildet ist, dass ein Kippen der
Getriebemutter relativ zu dem Getrieberad möglich ist. Durch diese Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lenksystems kann eine konstruktiv relativ einfache
Übertragung der Antriebsleistung von dem Getrieberad des Zugmittelgetriebes auf die Getriebemutter des Kugelgewindetriebs realisiert werden. Dies gilt insbesondere auch im Vergleich zu dem aus der DE 10 201 1 1 17 723 A1 bekannten Kugelgewindetrieb, weil dadurch nicht erforderlich ist, eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen dem mit dem Getrieberad verbundenen Innenring und der Getriebemutter vorzusehen, die gleichzeitig die Schwenkbarkeit sowie die spielfreien Lagerung, die durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Lenkgetriebes erreicht wird, gewährleisten müsste.
In einer bevorzugten Weiterbildung eines solchen erfindungsgemäßen Lenksystems kann vorgesehen sein, dass die Kupplung derart ausgebildet ist, dass ein Kippen der Getriebemutter relativ zu dem Getrieberad aufgrund einer elastischen Deformation eines Deformationselements möglich ist. Ein solches Deformationselement ermöglicht in vorteilhafter Weise sowohl die vorgesehene Möglichkeit eines Kippens der
Getriebemutter relativ zu dem Getrieberad als auch eine Übertragung eines Drehmoments von dem Getrieberad auf die Getriebemutter, die zudem spielfrei sein kann, wodurch ungewollte Geräuschentwicklung, insbesondere bei einem
Wechsellenken, vermieden werden können.
In einer insbesondere aus konstruktiven Gründen bevorzugten Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Lenksystems mit einer Kupplung zur Übertragung eines
Drehmoments zwischen dem Getrieberad und der Getriebemutter kann vorgesehen sein, dass die Kupplung als Klauenkupplung mit ineinander greifenden Klauen des Getrieberads und der Getriebemutter ausgebildet ist. Dabei kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass zwischen Klauen des Getrieberads und der Getriebemutter ein elastisches Deformationselement angeordnet ist. Die Klauen der Getriebemutter können zudem von einem (vorzugsweise ringförmigen) Klauenelement ausgebildet sein, das zumindest drehmomentübertragend und bevorzugt starr mit einem
Grundkörper der Getriebemutter verbunden ist. Eine solche Ausgestaltung der
Kupplung kann sich insbesondere hinsichtlich der Herstellbarkeit und/oder der
Montage des erfindungsgemäßen Lenksystems vorteilhaft auswirken.
Eine Verbindung eines solchen Klauenelements mit dem Grundkörper der
Getriebemutter kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, dass das Klauenelement ringförmig ausgebildet ist und auf einem Schaftabschnitt des Grundkörpers gelagert ist. Eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen dem Klauenelement und dem Grundkörper kann dann mittels eines oder mehrerer, in Vertiefungen einer Innenfläche des Klauenelements und einer Außenfläche des Schaftabschnitts angeordneten Mitnahmeelementen, die beispielsweise in Form von Spannstiften und insbesondere in Form von Schwerspannstiften ausgebildet sein können, realisiert sein. Dies stellt u.a. eine konstruktiv einfache und vorteilhaft zu montierende Verbindung zwischen dem Klauenelement und dem Grundkörper der Getriebemutter dar. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass das vorzugsweise ringförmige Klauenelement an einer Stirnseite an einem längsaxialen Ende des Grundkörpers befestigt ist.
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lenksystems, bei dem eine Antriebsleistung von einem Getrieberad eines Zugmittelgetriebes auf die Getriebemutter des Kugelgewindetriebs mittels einer Kupplung übertragen wird, kann zudem eine Ausgestaltung der Kupplung derart vorgesehen sein, dass diese ein Kippmoment auf die Getriebemutter ausübt. Dies kann dazu dienen, durch ein „Verkanten" der Lenkstange innerhalb der Getriebemutter unter Zwischenschaltung der Kugeln des Kugelgewindetriebs eine Relativbewegung zwischen der Lenkstange und der Getriebemutter, die insbesondere durch eine Bewegungsanregung der Lenkstange im Betrieb eines das Lenksystem umfassenden Kraftfahrzeugs begründet sein kann, zu unterdrücken. Dadurch kann verhindert werden, dass die kugelförmigen
Übertragungselemente des Kugelgewindetriebs in den hierfür vorgesehenen Rillen der Kugelumlaufgewinde der Lenkstange und der Getriebemutter hin und her bewegt werden, was ansonsten zu einer ungewollten Geräuschentwicklung führen könnte.
Eine insbesondere aus konstruktiver Hinsicht vorteilhafte Möglichkeit zur Erzeugung eines solchen Kippmoments kann darin liegen, dass ein Kupplungselement der Kupplung exzentrisch bezüglich des Grundkörpers der Getriebemutter angeordnet ist. Besonders bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass bei einem
erfindungsgemäßen Lenksystem, bei dem die als Klauenkupplung ausgebildete Kupplung ein (vorzugsweise ringförmiges) Klauenelement umfasst, das Zentrum des (ringförmigen) Klauenelements radial beabstandet bezüglich der Längsachse des Grundkörpers angeordnet ist, wodurch sich eine Exzentrizität des Klauenelements im Bezug zu dem Grundkörper ergibt. Diese Exzentrizität bewirkt in Verbindung mit einem axialen Abstand zu zumindest einem Abschnitt des von der Getriebemutter
ausgebildeten Kugelumlaufgewindes die vorgesehene Erzeugung eines Kippmoments. Gleichzeitig kann dabei durch das ein Kippen der Getriebemutter relativ zu dem Getrieberad ermöglichende Zusammenwirken des ringförmigen Klauenelements mit den Klauen des Getrieberads verhindert werden, dass sich die Exzentrizität des ringförmigen Klauenelements auf den Rundlauf des (an dem Innenring zumindest eines der Drehlager gelagerten bzw. befestigten) Getrieberads negativ auswirkt.
Das erfindungsgemäße Lenksystem kann vorzugsweise als Hilfskraftlenksystem ausgebildet sein und somit ermöglichen, ein über eine Lenkhandhabe (z.B. Lenkrad) und vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Lenksäule auf ein Lenkgetriebe übertragenes, manuell erzeugtes Lenkmoment durch ein von dem Lenkmotor erzeugtes Lenkmoment überlagern zu lassen, um die Höhe des für ein Lenken erforderlichen manuell zu erzeugenden Lenkmoments zu begrenzen. Das Lenkgetriebe kann dabei insbesondere ein mit einer von der Lenkstange in einem Abschnitt ausgebildeten Verzahnung zusammenwirkendes Lenkritzel umfassen. Dabei kann das Lenkritzel beispielsweise als gerad-, schräg- oder spiralverzahntes Stirnzahnrad ausgebildet sein, das mit einem als Zahnstange ausgebildeten Abschnitt der
Lenkstange zusammenwirkt. Das Lenksystem kann andererseits auch so ausgebildet sein, dass der Lenkmotor die gesamte für ein Lenken erforderliche Antriebsleistung bereitstellt.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes
Kraftfahrzeug, vorzugsweise einen PKW oder LKW, mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem.
Die unbestimmten Artikel („ein",„eine",„einer" und„eines"), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden
Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 : eine erste Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Lenksystems in einem teilweisen Längsschnitt;
Fig. 2: einen Querschnitt durch das Lenksystem entlang der Schnittebene II - II in der Fig. 1 ;
Fig. 3: einen teilweisen Längsschnitt durch die Kombination aus Lenkstange,
Kugelgewindetrieb, Lagerung für den Kugelgewindetrieb und Riemenrad des Lenksystems in einer Seitenansicht;
Fig. 4: einen Querschnitt durch die Kombination aus Lenkstange, Kugelgewindetrieb,
Lagerung für den Kugelgewindetrieb und Riemenrad des Lenksystems entlang der Schnittebene IV - IV in der Fig. 3;
Fig. 5: einen teilweisen Längsschnitt durch die Kombination aus Lenkstange,
Kugelgewindetrieb, Lagerung für den Kugelgewindetrieb und Riemenrad des Lenksystems in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 6: eine Explosionsdarstellung einer Kombination aus Kugelgewindetrieb,
Lagerung für den Kugelgewindetrieb und Riemenrad des Lenksystems in einer perspektivischen Ansicht; Fig. 7: eine Explosionsdarstellung der Kombination aus Kugelgewindetrieb,
Lagerung für den Kugelgewindetrieb und Riemenrad des Lenksystems in einer Seitenansicht;
Fig. 8: in einer Seitenansicht einen teilweisen Längsschnitt durch eine Kombination aus Lenkstange, Kugelgewindetrieb, Lagerung für den Kugelgewindetrieb und Riemenrad des Lenksystems für eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenksystems;
Fig. 9: in einer perspektivischen Ansicht einen teilweisen Längsschnitt durch die
Kombination aus Lenkstange, Kugelgewindetrieb, Lagerung für den
Kugelgewindetrieb und Riemenrad des Lenksystems gemäß der Fig. 8;
Fig. 10: eine Vorderansicht auf die Kombination aus Lenkstange, Kugelgewindetrieb,
Lagerung für den Kugelgewindetrieb und Riemenrad des Lenksystems gemäß den Fig. 8 und 9;
Fig. 1 1 : in einer perspektivischen Ansicht eine Explosionsdarstellung einer
Kombination aus Kugelgewindetrieb, Lagerung für den Kugelgewindetrieb und Riemenrad des Lenksystems gemäß den Fig. 8 bis 10; und
Fig. 12: in einer Seitenansicht eine Explosionsdarstellung der Kombination aus
Kugelgewindetrieb, Lagerung für den Kugelgewindetrieb und Riemenrad des Lenksystems gemäß den Fig. 8 bis 1 1 .
Die Fig. 1 zeigt eine erste Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen
Lenksystems, das als Hilfskraftlenksystem ausgebildet ist.
Das Lenksystem umfasst hierzu ein mehrteiliges, im Wesentlichen rohrförmiges Gehäuse 1 , innerhalb dessen eine Lenkstange 2 längsaxial, d.h. entlang ihrer
Längsachse 7 beweglich, gelagert ist. An ihren beiden Enden ist die Lenkstange 2 jeweils mit einem Kugelgelenk (nicht dargestellt) verbunden, wobei die Kugelgelenke wiederum der Verbindung mit jeweils einem Radlenkhebel (nicht dargestellt) dienen. Die Radlenkhebel übersetzen eine längsaxiale Bewegung der Lenkstange 2 in ein Schwenken von gelenkten Rädern (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeugs.
Eine längsaxiale Bewegung der Lenkstange 2 wird zum einen durch das Erzeugen einer Drehbewegung einer Lenkhandhabe (nicht dargestellt), insbesondere eines Lenkrads, des Kraftfahrzeugs bewirkt, wobei diese Drehbewegung der Lenkhandhabe über eine Lenksäule (nicht dargestellt) auf ein Lenkritzel (nicht sichtbar), das Teil eines Lenkgetriebes 3 des Lenksystems ist, übertragen wird. Das Lenkritzel kann hierzu mit einem als Zahnstange ausgebildeten Abschnitt der Lenkstange 2 zusammenwirken, um die Drehbewegung des Lenkritzels in eine translatorische Bewegung der
Lenkstange 2 entlang ihrer Längsachse 4 zu übersetzen.
Eine längsaxiale Bewegung der Lenkstange 2 kann weiterhin durch die Erzeugung eines Hilfslenkmoments mittels eines Lenkmotors 5, der im vorliegenden
Ausgestaltungsbeispiel elektrisch ausgebildet ist, bewirkt werden. Die Antriebsleistung des Lenkmotors 5 wird hierzu u.a. mittels eines Gewindetriebs in Form eines
Kugelgewindetriebs 6 auf die Lenkstange 2 übertragen, wozu die Lenkstange 2 in einem Abschnitt ein Kugelumlaufgewinde 7 mit teilkreisförmigem
Gewindenutquerschnitt ausbildet. Innerhalb eines beim Lenken veränderlichen
Abschnitts des Kugelumlaufgewindes 7 sind eine Vielzahl von kugelförmigen
Übertragungselementen 8 angeordnet, die zudem innerhalb von ebenfalls
teilkreisförmige Querschnitte aufweisenden Laufrillen eines Kugelumlaufgewindes aufgenommen sind, das an der Innenseite eines Grundkörpers 14 einer Getriebemutter 9 des Kugelgewindetriebs 6 ausgebildet sind. Die Getriebemutter 9 des
Kugelgewindetriebs 6 ist infolge einer entsprechenden Lagerung in einer
Lageranordnung drehbar, gleichzeitig jedoch bezüglich ihrer längsaxialen Richtungen im Wesentlichen fest in das Gehäuse 1 integriert. Ein drehender Antrieb der
Getriebemutter 9 erfolgt unter Zwischenschaltung einer weiteren Getriebestufe, die in dem gezeigten Ausgestaltungsbeispiel in Form eines Riementriebs ausgebildet ist, wozu die Getriebemutter 9 mit einem ersten Getrieberad (Riemenrad) 10 drehfest beziehungsweise drehmomentübertragend verbunden ist. Das erste Riemenrad 10 ist teilweise von einem Riemen 1 1 , beispielsweise einem Zahn- oder Flachriemen, umschlungen ist, wobei der Riemen 1 1 weiterhin über ein zweites Getrieberad 12, das drehfest mit einer Abtriebswelle 13 des Lenkmotors 5 verbunden ist, geführt ist.
Folglich wird eine Drehbewegung der Abtriebswelle 13 des Lenkmotors 5 über den Riementrieb auf die Getriebemutter 9 des Kugelgewindetriebs 7 übertragen, wobei eine Untersetzung (Übersetzungsverhältnis i > 1 ) der Drehgeschwindigkeit erfolgt. Diese Drehbewegung der Getriebemutter 9 wird dann durch ihr Zusammenwirken mit dem in der Außenseite des entsprechenden Abschnitts der Lenkstange 2 ausgebildeten Kugelumlaufgewinde 7 in eine translatorische Bewegung der Lenkstange 2 gewandelt. Da bei der Wandlung einer längsaxialen Bewegung der Lenkstange 2 in eine
Schwenkbewegung der Räder des Kraftfahrzeugs über die Radlenkhebel erhebliche Querkräfte auf die Enden der Lenkstange 2 wirken können, ergibt sich in Kombination mit den relativ großen Abständen zwischen den Enden der Lenkstange 2 und der eine radiale Abstützung der Lenkstange 2 bewirkenden Getriebemutter 9 des
Kugelgewindetriebs 6 ein relativ großes Potenzial für eine Biegeauslenkung der Enden der Lenkstange 2. Eine solche Biegeauslenkung kann gegebenenfalls dadurch möglichst klein gehalten werden, dass die Lenkstange 2 in der Nähe der längsaxialen Enden des Gehäuses 1 zusätzlich gelagert und dadurch radial abgestützt ist. Dennoch lässt sich eine relevante Schrägstellung beziehungsweise ein Kippen der Lenkstange 2 im Bereich der Getriebemutter 9 des Kugelgewindetriebs 9 nicht immer vermeiden.
Um einen möglichst reibungsarmen Betrieb des Kugelgewindetriebs 9 auch bei einer solchen Schrägstellung der Lenkstange 2 im Bereich der Getriebemutter 9 zu gewährleisten, sollte die Getriebemutter 9 ebenfalls in eine entsprechende
Schrägstellung kippbar sein. Gleichzeitig müssen mittels der Lagerung der
Getriebemutter 9 innerhalb des Gehäuses 1 jedoch auch die auf die Lenkstange 2 aufgebrachten Längskräfte und Querkräfte abgestützt werden. Hierzu sollte sowohl die Lageranordnung möglichst spielfrei in längsaxialer als auch radialer Richtung innerhalb des Gehäuses 1 als auch die Getriebemutter 9 entsprechend spielfrei innerhalb der Lageranordnung aufgenommen sein.
Die Lageranordnung umfasst hierzu zwei Drehlager 15 in Form von einreihigen Schulterkugellagern, die eine X-Anordnung (Lage der Druckmittelpunkte der Drehlager 15 zwischen den Drehlagern 15) aufweisen, wobei zwischen den Drehlagern 15 ein definierter Abstand vorgesehen ist. Innenringe 16 der Drehlager 15 sind weiterhin jeweils derart gekrümmt (mit übereinstimmenden Krümmungsradien) ausgebildet, dass beide Drehlager 15 in Kombination miteinander mit ihren der Getriebemutter 9 zugewandten Innenflächen eine teilsphärische Schwenklageraufnahme ausbilden, in der ein ebenfalls teilsphärischer Schwenklagerabschnitt, der von der entsprechend gekrümmt (mit zu den Krümmungen der Innenringe 16 der Drehlager 15
übereinstimmendem Krümmungsradius) geformten Außenfläche der Getriebemutter 9 in einem Abschnitt ausgebildet ist, beweglich aufgenommen ist. Dadurch wird von den Drehlagern 15 und der Getriebemutter 9 ein Schwenklager 17 ausgebildet, das grundsätzlich sowohl ein Verdrehen um die Längsachse 4 der Getriebemutter 9 als auch in Grenzen ein Kippen um alle Achsen, die radial bezüglich dieser Längsachse 4 ausgerichtet sind, ermöglicht. Dabei ist für die Funktion des Lenksystems jedoch lediglich ein Kippen der Getriebemutter 9 innerhalb der von den beiden Drehlagern 15 ausgebildeten Lageranordnung relevant, weil sich im Betrieb des Lenksystems bei der Übertragung einer Antriebsleistung von dem Lenkmotor 5 auf die Lenkstange 2 die Getriebemutter 9 mit im Wesentlichen der gleichen Drehgeschwindigkeit wie die Innenringe 16 der Drehlager 15 oder zumindest wie der Innenring16 des dem ersten Getrieberad 10 benachbarten Drehlagers 15 drehen soll.
Für die Spielfreiheit der Lagerung der Getriebemutter 9 innerhalb des Gehäuses 1 sowohl in axialer Richtung (bezüglich der Längsachse 4) als auch in radialer Richtung (bezüglich der Längsachse 4) sind Außenringe 18 der Drehlager 15 jeweils auf derjenigen Seite, die distal bezüglich des jeweils anderen Drehlagers 15 angeordnet ist, unter Zwischenschaltung eines vorgespannten Federelements 19 in Form einer ringförmigen Wellfeder an dem Gehäuse 1 abgestützt. Diese axial Beaufschlagung der Außenringe 18 der Drehlager 15 in Richtung aufeinander zu, die infolge der
Ausgestaltung der Drehlager 15 als Schulterkugellager und infolge deren X-Anordnung auch auf die Innenringe 16 der Drehlager 15 übertragen wird, führt dazu, dass sowohl ein längsaxiales Spiel der Lageranordnung innerhalb des Gehäuses 1 als auch ein längsaxiales sowie radiales Spiel der Aufnahme der Getriebemutter 9 innerhalb der Innenringe 16 der Drehlager 15 verhindert ist, weil die aufeinander zu beaufschlagten Innenringe 16 der Drehlager 15 dadurch zunehmend auf die diesbezüglich jeweils ansteigenden Krümmungen auf der Außenseite der Getriebemutter 9 aufgeschoben werden.
Zur Vereinfachung der Montage des Lenksystems sind die zwei Drehlager 15 im unbelasteten Zustand in einem definierten Abstand zueinander mittels eines
Halteelements 20 verbunden, die jedoch die für das Erreichen der Spielfreiheit vorgesehene Belastung beziehungsweise Bewegung der Drehlager 15 aufeinander zu mittels der Federelemente 19 nicht in einem relevanten Maße behindern.
Um trotz der weitgehenden Spielfreiheit des von der Lageranordnung und der
Getriebemutter ausgebildeten Schwenklagers 17 ein möglichst reibungsarmes Kippen der Getriebemutter 9 innerhalb der Lageranordnung zu gewährleisten, ist im Bereich des Schwenklagers 17 zwischen den Innenflächen der Innenringe 16 der Drehlager 15 und der Außenfläche der Getriebemutter 9 jeweils ein Gleitelement 21 in Form einer Gleitfolie angeordnet. Dabei bilden die Gleitelemente 21 an dem einander
zugewandten Ende einen radial ausgerichteten Abschnitt 33 auf, der dafür vorgesehen ist, in den Zwischenraum zwischen den Innenringen 16 der Drehlager 15 einzugreifen, wodurch verhindert wird, dass sich die Gleitelemente 21 bei einem Kippen der Getriebemutter 9 innerhalb der Lageranordnung mit der Getriebemutter 9 relativ zu den Drehlagern 15 verschieben. Eine gleitende Relativbewegung infolge eines Kippen der Getriebemutter 9 ist folglich lediglich zwischen der Oberfläche in dem
Schwenklagerabschnitt des Grundkörpers 14 der Getriebemutter 9 und den
Innenflächen der Gleitelemente 21 vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des zwischen der Lageranordnung und der Getriebemutter 9 ausgebildeten Schwenklagers 17 ermöglicht trotz der Spielfreiheit, die insbesondere für einen geräuscharmen Betrieb des Lenksystems vorteilhaft ist, ein Schwenken oder Kippen der Getriebemutter 9, das, weil es nicht auf einer elastischen Deformation eines Deformationselements beruht, weitgehend frei von
Rückstellmomenten ist, wodurch eine relativ reibungsarme Funktion des
Kugelgewindetriebs 6 auch dann gewährleistet werden kann, wenn die Lenkstange 2 in dem von der Getriebemutter 9 aufgenommenen Abschnitt infolge einer Biegebelastung eine relativ große Schrägstellung aufweist, die sich auf die Getriebemutter 9 überträgt.
Eine solche Schrägstellung beziehungsweise ein solches Kippen der Lenkstange 2 und der Getriebemutter 9 soll sich nicht auf das erste Getrieberad 10 des Riementriebs übertragen, weil sich dies negativ auf die Fähigkeit zur Übertragung relativ hoher Antriebsleistungen auswirken kann und/oder die Belastung für den Riementrieb und insbesondere den Riemen 1 1 erhöhen kann. Für das erste Getrieberad 10 ist folglich stets eine möglichst parallele Anordnung seiner Rotationsachse 22 zu den
Längsachsen 22 der Drehlager 15 vorgesehen, die dadurch erreicht wird, dass das erste Getrieberad 10 an dem Innenring 16 des diesem benachbarten, in den Fig. 1 , 3 und 5 bis 7 links dargestellten Drehlagers 15 befestigt ist. Hierzu sind mehrere
Schrauben 23 vorgesehen, die durch Durchgangsöffnungen in Klauen 24, die auf der Innenseite des hohlen ersten Getrieberads 10 angeordnet sind, hindurch geführt und in dazugehörige Innengewinde des Innenrings 16 des benachbarten Drehlagers 15 eingeschraubt sind (vgl. insbesondere Fig. 3 und 6).
Wie bereits beschrieben worden ist, ist die kippbare Aufnahme der Getriebemutter 9 innerhalb der von den beiden Drehlagern 15 ausgebildeten Lageranordnung derart, dass eine Übertragung eines Drehmoments in relevanter Höhe zwischen den
Innenringen 16 der Drehlager 15 und der Getriebemutter 9 nicht möglich ist. Da das erste Getrieberad 10 an dem Innenring 16 des diesem benachbarten Drehlagers 15 gelagert ist, gleichzeitig jedoch eine Übertragung der Antriebsleistung von dem ersten Getrieberad 10 auf die Getriebemutter 9 erfolgen soll, um die Funktionsfähigkeit des Lenksystems zu gewährleisten, ist weiterhin eine Kupplung vorgesehen, durch die das erste Getrieberad 10 drehmomentübertragend mit der Getriebemutter 9
zusammenwirkt.
Diese Kupplung ist als Klauenkupplung ausgebildet und umfasst neben den bereits genannten Klauen 24, die auf der Innenseite des hohlen ersten Getrieberads 10 angeordnet sind, noch Klauen 25 der Getriebemutter 9, die von einem ringförmigen Klauenelement 26 (vgl. insbesondere Fig. 6 und 7) ausgebildet sind, das
drehmomentübertragend mit dem Grundkörper 14 der Getriebemutter 9 verbunden und Teil eines Kupplungselements 35 der Getriebemutter 9 ist. Die Verbindung zwischen dem ringförmigen Klauenelement 26 und dem Grundkörper 14 der Getriebemutter 9 ist dadurch realisiert, dass das ringförmige Klauenelement 26 mit seiner Innenseite auf einem axial von dem gekrümmt ausgebildeten Schwenklagerabschnitt beabstandet angeordneten Schaftabschnitt des Grundkörpers 14 gelagert ist. Weiterhin sind sowohl in die Innenseite des Klauenelements 26 als auch in die Außenseite des
Schaftabschnitts des Grundkörpers 14 mehrere (im vorliegenden
Ausgestaltungsbeispiel jeweils vier) sich parallel zur Längsachse 4 der Getriebemutter 9 erstreckende Vertiefungen 27, 28 mit teilkreisförmigem Querschnitt eingebracht, wobei die Vertiefungen 27 des Klauenelements 26 in Überdeckung mit den
Vertiefungen 28 des Grundkörpers 14 gebracht werden können. Die so ausgebildeten Hohlräume dienen der Aufnahme jeweils eines Mitnahmeelements 29 in Form eines (in Längsrichtung geschlitzten) Spannstifts, wobei die Spannstifte beim Einsetzen in die Hohlräume geringfügig radial deformiert werden, so dass durch die elastische und aufweitend wirkende Rückstellwirkung der Spannstifte eine im Wesentlichen spielfreie Verbindung zwischen dem Klauenelement 26 und dem Schaftbereich des
Grundkörpers 14 der Getriebemutter 9 realisiert wird (vgl. insbesondere Fig. 4 bis 6).
Wie bereits beschrieben worden ist, ist vorgesehen, dass die Getriebemutter 9 kippbar sein soll, während ein solches Kippen der Getriebemutter 9 nicht auf das erste
Getrieberad 10 übertragen werden soll. Um dies bei einer im Wesentlichen spielfreien Übertragung der Antriebsleistung mittels der Klauen 24, 25 des ersten Getrieberads 10 und des der Getriebemutter 9 zugehörigen Klauenelements 26 zu erreichen, umfasst das Kupplungselement 35 der Getriebemutter 9 weiterhin ein ringförmiges
Deformationsbauteil 30, das mehrere Deformationselemente 31 umfasst, von denen jedes zur Anordnung zwischen benachbarten Kontaktflächen der Klauen 24, 25 des ersten Getrieberads 10 und des Klauenelements 26 unter elastischer Vorspannung vorgesehen ist. Die Deformationselemente 31 ermöglichen aufgrund ihrer elastischen Verformbarkeit eine definierte Relativbewegung zwischen den Klauen 24, 25 und insbesondere auch eine solche Relativbewegung, die sich aus einem Kippen der Getriebemutter 9 relativ zu den Drehlagern 15 und damit auch relativ zu dem ersten Getrieberad 10 ergibt. Infolge ihrer elastischen Vorspannung verhindern die
Deformationselemente 31 gleichzeitig ein Spiel zwischen den ineinander greifenden Klauen 24, 25 sowie einen direkten Kontakt der beispielsweise aus Metall
ausgebildeten Klauen 24, 25, was sich positiv auf die Geräuschentwicklung im Betrieb des Lenksystems auswirkt.
Um eine Montage der Kupplung zu vereinfachen, sind die in Umfangsrichtung des ringförmigen Deformationselements 30 jeweils benachbart angeordneten
Deformationselemente 31 über jeweils einen Verbindungsabschnitt 32 miteinander verbunden, wodurch ermöglicht wird, das Deformationsbauteil 30 und damit sämtliche Deformationselemente 31 als ein zusammenhängendes (gegebenenfalls auch einstückiges) Bauteil zu handhaben.
Das Klauenelement 26 ist derart ausgebildet, dass dessen Innenfläche geringfügig exzentrisch bezüglich einer Außenfläche des Klauenelements 26 ausgebildet ist. Diese Exzentrizität bewirkt in Verbindung mit einem axialen Abstand zu dem Abschnitt des von der Getriebemutter 9 ausgebildeten Kugelumlaufgewindes, in dem die
kugelförmigen Übertragungselemente 8 angeordnet sind, die Erzeugung eines auf die Getriebemutter 9 wirkenden Kippmoments. Dies dient dazu, durch ein„Verkanten" der Lenkstange 2 innerhalb der Getriebemutter 9 unter Zwischenschaltung der
Übertragungselemente 8 eine Relativbewegung zwischen der Lenkstange 2 und der Getriebemutter 9, die insbesondere durch eine Bewegungsanregung der Lenkstange 2 im Betrieb eines das Lenksystem umfassenden Kraftfahrzeugs begründet sein kann, zu unterdrücken, wodurch verhindert wird, dass die kugelförmigen
Übertragungselemente 8 des Kugelgewindetriebs 6 in den Rillen der
Kugelumlaufgewinde der Lenkstange 2 und der Getriebemutter 9 hin und her bewegt werden, was ansonsten zu einer ungewollten Geräuschentwicklung führen könnte.
In den Fig. 8 bis 12 ist eine Kombination aus Kugelgewindetrieb 6, Lagerung für den Kugelgewindetrieb 6 und (erstem) Getrieberad 10 (Riemenrad) in einer zweiten Ausgestaltungsform dargestellt, wobei die Fig. 8 bis 10 zusätzlich noch eine dazugehörige Lenkstange 2 zeigen. Diese zweite Ausgestaltungsform ist als
Bestandteil eines erfindungsgemäßen Lenksystems vorgesehen, das ansonsten noch zumindest diejenigen zusätzlichen Komponenten umfasst, die in der Fig. 1 für die erste Ausgestaltungsform gezeigt und anhand der Fig. 1 bereits beschrieben worden sind. Im Folgenden soll lediglich auf die relevanten Unterschiede zwischen der ersten Ausgestaltungsform gemäß den Fig. 1 bis 7 einerseits und der zweiten
Ausgestaltungsform gemäß den Fig. 8 bis 12 eingegangen werden.
Die zweite Ausgestaltungsform gemäß den Fig. 8 bis 12 zeichnet sich grundsätzlich durch eine höhere Funktionsintegration aus, was sich in einer deutlich reduzierten Teileanzahl widerspiegelt. Auch bei dieser zweiten Ausgestaltungsform ist ein mit einer Lenkstange 2 zusammenwirkender Kugelgewindetrieb 6 vorgesehen, wobei der Kugelgewindetrieb 6 eine Getriebemutter 9 mit einem Grundkörper 14 umfasst. Der Grundkörper 14 bildet in einem Schwenklagerabschnitt eine teilsphärisch gekrümmte Außenfläche auf, die mit entsprechend teilsphärisch gekrümmten Innenflächen von Innenringen 16 von zwei Drehlagern 15 (einreihige Schulterkugellagern, die eine X- Anordnung aufweisen) zusammenwirken, um ein Schwenklager 17 auszubilden, das ein begrenztes Kippen der Getriebemutter 9 infolge einer entsprechenden
Schrägstellung der von der Getriebemutter 9 aufgenommenen Lenkstange 2 innerhalb der von den Drehlagern 15 ausgebildeten Lageranordnung zu ermöglichen. Dabei sind, wie bei der ersten Ausgestaltungsform gemäß den Fig. 1 bis 7, zwischen der
Getriebemutter 9 und den Innenringen 16 der Drehlager 15 zwei Gleitelemente 21 , jeweils bestehend aus einer teilsphärisch gekrümmten, halbschalenförmigen Gleitfolie. Anders als bei der ersten Ausgestaltungsform gemäß den Fig. 1 bis 7 erstrecken sich die beiden Gleitelemente 21 (in Richtung der Längsachse 4 der Getriebemutter beziehungsweise der Lenkstange 2) entlang beider Innenringe 16 der Drehlager 15, so dass nicht, wie bei der ersten Ausgestaltungsform, jedem Innenring 16 ein separates Gleitelement 21 zugeordnet ist. Die beiden Gleitelemente 21 weisen auf ihren der Oberfläche des Grundkörpers 14 der Getriebemutter 9 zugewandten Innenseiten jeweils einen mittig (bezüglich der längsaxialen Enden) angeordneten, umlaufenden und radial ausgerichteten Abschnitt beziehungsweise Vorsprung 33 auf (vgl. Fig. 1 1 ), der dafür vorgesehen ist, in eine komplementäre umlaufende Vertiefung 34 in dem Schwenklagerabschnitt des Grundkörpers 14 der Getriebemutter 9 einzugreifen, wodurch sichergestellt wird, dass sich die Gleitelemente 212 bei einem Kippen der Getriebemutter 9 relativ zu der Lageranordnung stets mit der Getriebemutter 9 mitbewegen. Bei der zweiten Ausgestaltungsform gemäß den Fig. 8 bis 12 ist demnach vorgesehen, dass die gleitende Relativbewegung bei einem Kippen der Getriebemutter 9 relativ zu der Lageranordnung zwischen den Außenflächen der Gleitelemente 21 und den Innenflächen der Innenringe 16 der Drehlager 15 stattfindet, während dies bei der ersten Ausgestaltung gemäß den Fig. 1 bis 7 zwischen den Innenflächen der dortigen Gleitelemente 21 und der Außenfläche des dortigen Grundkörpers 14 der
Getriebemutter 9 erfolgt. Ein Vorteil, der mit der Ausgestaltung gemäß der zweiten Ausgestaltungsform erreicht werden kann, liegt darin, dass auf eine Feinbearbeitung des teilsphärisch gekrümmten Schwenklagerabschnitts der Oberfläche des
Grundkörpers 14 der Getriebemutter 9 verzichtet werden kann (diese somit
insbesondere lediglich durch Drehen hergestellt werden kann und nicht mehr durch z.B. Schleifen nachbearbeitet werden muss). Da es sich bei den Drehlagern 15 insbesondere um Zukaufteile handeln kann, die ohnehin regelmäßig entsprechend nachbearbeitete Innenflächen der Innenringe 16 aufweisen, kann dadurch der
Herstellungsaufwand für ein erfindungsgemäßes Lenksystem gering gehalten werden.
Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen dem Lenksystem gemäß den Fig. 1 bis 7 einerseits und demjenigen gemäß den Fig. 8 bis 12 andererseits liegt in der einteiligen Ausgestaltung des Kupplungselements 35, das mit dem Grundkörper 14 der Getriebemutter 9 verbunden ist und Teil der zur Übertragung eines Drehmoments von dem ersten Getrieberad 10 auf die Getriebemutter 9 vorgesehenen Klauenkupplung ist. Das Kupplungselement 35 integriert in einem Bauteil die bei der ersten
Ausgestaltungsform gemäß den Fig. 1 bis 7 noch separaten Bauteile: Klauenelement 26 und Deformationsbauteil 30. Dazu umfasst das Kupplungselement 35 das im Wesentlichen ringförmige Klauenelement 26, das umfangsseitig in gleichmäßiger Teilung eine Mehrzahl von Klauen 25 ausbildet, die für ein Zusammenwirken mit Klauen 24, die auf die Innenfläche des (ersten) Getrieberads 10 angeordnet sind, vorgesehen sind, indem die Klauen 24, 25 des Klauenelement 26 und des ersten Getrieberads 10 ineinander greifen. Dabei stützen sich diese unter Zwischenschaltung von Deformationselementen 31 ab, die jeweils beidseitig (in Umfangsrichtung) an jede der Klauen 25 des Klauenelements 26 anschließend angeordnet sind. Eine Herstellung des Kupplungselements 35 kann in vorteilhafter Weise durch 2-Komponenten- Spritzguss erfolgen, wobei in einem Spritzgussvorgang das Klauenelement 26 aus beispielsweise einem thermoplastischen Kunststoff und die mit dem Klauenelement 26 verbundenen Deformationselemente 31 aus einem Elastomer ausgebildet werden können.
Anders als bei der Ausgestaltungsform gemäß den Fig. 1 bis 7 ist bei der zweiten Ausgestaltungsform zudem vorgesehen, das Kupplungselement 35 mittels
Befestigungselementen 37 (z.B. Schrauben oder Spannstifte) an einer längsaxialen Stirnseite des Grundkörpers 14 der Getriebemutter 9 zu befestigen, wobei
diesbezüglich eine definierte Exzentrizität zwischen dem Kupplungselement 35 und dem Grundkörper 14 der Getriebemutter 9 vorgesehen ist (vgl. Fig. 10), um die bereits für die erste Ausgestaltungsform gemäß den Fig. 1 bis 7 beschriebene Erzeugung eines auf die Getriebemutter 9 wirkenden Kippmoments zu realisieren.
Das Kupplungselement 35 weist weiterhin die Funktion eines Deckels für den
Grundkörper 14 der Getriebemutter 9 auf, wozu in der ersten Ausgestaltungsform gemäß den Fig. 1 bis 7 noch ein separater Deckel 38 vorgesehen ist. Hierbei bildet das Kupplungselement 35 auch einen Führungsabschnitt 39 auf, der in eine entsprechende Vertiefung des Grundkörpers 14 eingreift und Teil einer Rückführung für die
kugelförmigen Übertragungselemente 8 des Kugelgewindetriebs 6 ist. An dem bezüglich des Kupplungselements 35 distal gelegenen längsaxialen Ende wird der Grundkörper 14 auch bei der zweiten Ausgestaltungsform durch einen separaten Deckel 38 verschlossen, der in diesem Fall jedoch ebenfalls, wie das
Kupplungselement 35, mittels mehrerer (konkret drei) Befestigungselemente 37 (z.B. Schrauben oder Spannstifte) an dem Grundkörper 14 befestigt ist, wohingegen bei der erste Ausgestaltungsform hierfür ein Sprengring 36 vorgesehen ist.
Bezugszeichenliste
1 Gehäuse
2 Lenkstange
3 Lenkgetriebe
4 Längsachse der Lenkstange /der Getriebemutter
5 Lenkmotor
6 Kugelgewindetrieb
7 Kugelumlaufgewinde
8 Übertragungselement
9 Getriebemutter
10 erstes Getrieberad
1 1 Riemen
12 zweites Getrieberad
13 Abtriebswelle des Lenkmotors
14 Grundkörper der Getriebemutter
15 Drehlager
16 Innenring eines Drehlagers
17 Schwenklager
18 Außenring eines Drehlagers
19 Federelement
20 Halteelement
21 Gleitelement
22 Längsachse eines Drehlagers / Rotationsachse des ersten Getrieberads
23 Schraube
24 Klaue des ersten Getrieberads
25 Klaue der Getriebemutter
26 Klauenelement
27 Vertiefung des Klauenelements
28 Vertiefung des Grundkörpers der Getriebemutter
29 Mitnahmeelement
30 Deformationsbauteil
31 Deformationselement
32 Verbindungsabschnitt des Deformationsbauteils
33 radial ausgerichteter Abschnitt / Vorsprung eines Gleitelements
34 Vertiefung des Grundkörpers der Getriebemutter Kupplungselement
Sprengring
Befestigungselement
Deckel der Getriebemutter
Führungsabschnitt des Deckels der Getriebemutter

Claims

Patentansprüche:
1 . Lenksystem mit einer in einem Gehäuse (1 ) längsaxial verschiebbar gelagerten Lenkstange (2) und mit einem Lenkmotor (5), der über einen Kugelgewindetrieb (6) auf die Lenkstange (2) wirkt, wozu die Lenkstange (2) in zumindest einem Abschnitt ein Kugelumlaufgewinde (7) ausbildet, das über kugelförmige
Übertragungselemente (8) mit einer von dem Lenkmotor (5) antreibbaren Getriebemutter (9) zusammenwirkt, wobei die Getriebemutter (9) mittels einer Lageranordnung in dem Gehäuse (1 ) gelagert und dabei axial unter
Zwischenschaltung mindestens eines Federelements (19) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung zwei axial beabstandete Drehlager (15) umfasst, deren Innenringe (16) auf einer Außenfläche der Getriebemutter (9) beweglich geführt sind, wobei die Innenringe (16) der Drehlager (15) und/oder die Außenfläche der Getriebemutter (9) gekrümmt ausgebildet ist/sind, um ein Schwenklager (17) auszubilden.
2. Lenksystem gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Außenringe (18) der Drehlager (15) jeweils auf derjenigen Seite, die distal bezüglich des jeweils anderen Drehlagers (15) angeordnet ist, unter Zwischenschaltung eines Federelements (19) an dem Gehäuse (1 ) abgestützt sind.
3. Lenksystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehlager (15) Schrägkugellager in einer X-Anordnung sind.
4. Lenksystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im Bereich des Schwenklagers (17) zwischen den Innenringen (16) und der Getriebemutter (9) ein Gleitelement (21 ) angeordnet ist.
5. Lenksystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Getrieberad (10) eines Zugmittelgetriebes, über das eine Antriebsleistung des Lenkmotors (5) auf die Getriebemutter (9) übertragbar ist, mit dem Innenring (16) zumindest eines der Drehlager (15) verbunden ist.
6. Lenksystem gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das
Getrieberad (10) mittels einer Kupplung drehmomentübertragend mit der Getriebemutter (9) zusammenwirkt.
7. Lenksystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung derart ausgebildet ist, dass ein Kippen der Getriebemutter (9) relativ zu dem Getrieberad (10) möglich ist.
8. Lenksystem gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung derart ausgebildet ist, dass ein Kippen der Getriebemutter (9) relativ zu dem Getrieberad (10) aufgrund einer elastischen Deformation eines
Deformationselements (31 ) möglich ist.
9. Lenksystem gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung als Klauenkupplung mit ineinander greifenden Klauen (24, 25) des Getrieberads (10) und der Getriebemutter (9) ausgebildet ist.
10. Lenksystem gemäß Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (31 ) zwischen Klauen (24, 25) des Getrieberads (10) und der Getriebemutter (9) angeordnet ist.
1 1 . Lenksystem gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauen (25) der Getriebemutter (9) von einem Klauenelement (26) ausgebildet sind, das drehmomentübertragend mit einem Grundkörper (14) der
Getriebemutter (9) verbunden ist.
12. Lenksystem gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Klauenelement (26) ringförmig ausgebildet ist und auf einem Schaftabschnitt des Grundkörpers (14) gelagert ist, wobei eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen dem Klauenelement (26) und dem Grundkörper (14) mittels eines oder mehrerer, in Vertiefungen (27, 28) einer Innenfläche des Klauenelements (26) und einer Außenfläche des Schaftabschnitts
angeordneten Mitnahmeelementen (29) realisiert ist, oder das Klauenelement (26) an einer Stirnseite an einem längsaxialen Ende des Grundkörpers (14) fixiert ist..
13. Lenksystem gemäß einem der Ansprüche 6 bis 12, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung der Kupplung derart, dass diese ein Kippmoment auf die Getriebemutter (9) ausübt.
14. Lenksystem gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Kupplungselement (35) exzentrisch bezüglich eines/des Grundkörpers (14) der Getriebemutter (9) angeordnet ist.
15. Lenksystem gemäß Anspruch 1 1 oder 12 und gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrum des ringförmigen Klauenelements (26) radial beabstandet bezüglich der Längsachse des Grundkörpers (14) angeordnet ist.
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