WO2021139916A1 - Schneckengetriebe - Google Patents

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Abstract

Schneckengetriebe für eine Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs mit einem Schneckenrad (3), mit einer Schnecke (1), welche im Eingriff mit dem Schneckenrad (3) ist, mit einem elektrischen Motor (8), welcher die Schnecke (1) antreibt, wobei die Schnecke (1) auf der einen Seite durch eine Kupplung mit dem elektrischen Motor (8) verbunden ist, wobei die Schnecke (1) auf der anderen Seite in einem Loslager (10) gelagert ist, wobei die Kupplung aus einer Nabe (4) und einer elastische Federbuchse (2) besteht; wobei das Loslager (10) oval geformt ist um vertikale Bewegungen der Schnecke (1) zu ermöglichen; und wobei die Schnecke (1) auf das Schneckenrad (3) durch die Kupplung vorgespannt ist.

Description

Beschreibung
Titel
Schneckengetriebe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneckengetriebe für ein Hilfskraftlenksystem eines Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik
Das durch den Elektromotor zur Verfügung gestellte Unterstützungsmoment wird mit Hilfe des Servogetriebes auf die Zahnstange übertragen. Dazu wird die rotierende Bewegung des
Elektromotors in eine translatorische Bewegung der Zahnstange umgewandelt. Außerdem muss das vom Elektromotor gelieferte Drehzahl- und Drehmomentniveau über ein entsprechendes Übersetzungsverhältnis des Servogetriebes an die Anforderungen der Lenkung angepasst werden. Dazu kommen in elektrischen Servolenkungen oft Schneckengetriebe zum Einsatz.
Problematisch bei solchen Schneckengetrieben ist das Getriebespiel, das sich aufgrund von Bauteiltoleranzen, unterschiedlicher Wärmedehnung der Getriebeelemente und aufgrund von Verschleiß ausbildet. Insbesondere beim sogenannten Wechsellenken, d.h. bei dem direkt aufeinander folgenden Lenken mit wechselndem Lenkeinschlag, erzeugt ein solches Getriebespiel unerwünschte Geräusche, die aus dem sich abwechselnden Anliegen gegenüberliegender Flanken der Zähne von Schnecke und Zahnrad resultieren.
Bekannt ist es, dieses Getriebespiel dadurch zu eliminieren, dass die Schnecke angefedert und verschwenkbar gelagert ist. Dies erfolgt über spezielle Federbleche, welche über Halter oder Hülsen mit dem Festlager der Schnecke verbunden und über eine Stellschraube im Gehäuse befestigt werden. Diese Konstruktion ist allerdings aufwändig und teuer.
Ausgehend von diesem Stand der Technik war es die Aufgabe der Erfindung, ein Schneckengetriebe mit einer vereinfachten Anfederung bereitzustellen. Durch ein schlankeres Design und weniger Bauteile sollen die Kosten des Schneckengetriebes und zudem das Gewicht gesenkt werden. Ferner soll die Geräuschdämpfung bei dynamischen Einflüssen auf das Schneckengetriebe verbessert werden.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Da die Schnecke beim Abwälzvorgang leichte Pendelbewegungen ausführt, muss zwischen der Antriebswelle des Motors und der Schnecke eine Kupplung eingesetzt werden. Erfindungsgemäß besteht die Kupplung aus einer Nabe und einer elastischen Federbuchse. Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Kupplung mehrere Funktionen übernimmt.
Drehmomentübertragung
Zunächst überträgt die Kupplung das Drehmoment. Die Schnecke ist dazu mit der elastischen Federbuchse durch eine Presspassung verbunden. Auf der anderen Seite ist die Nabe mit der Antriebswelle vom Motor durch eine Presspassung verbunden. Zudem ist die Federbuchse mit der Nabe durch eine Presspassung verbunden. Zusätzlich kann als
Sicherung gegen Durchdrehen bei Drehmomentspitzen eine Nut an der elastischen Federbuchse vorgesehen sein, welche in eine integrierte Feder an der Nabe eingreift.
Schneckenfestlagerung
Die elastische Federbuchse übernimmt auch die Schneckenfestlagerung. Ein zusätzliches Schneckenfestlager entfällt hierdurch. Das eigentliche Festlager befindet sich auf der
Antriebswelle des Motors.
Schneckenanfederung
Die elastische Federbuchse übernimmt zudem die Anfederung der Schnecke um einen spielfreien Zahneingriff zu gewährleisten. Sobald das Schneckenrad montiert worden ist, stellt sich eine Vorspannung der Schnecke auf das Schneckenrad ein. Der Achsabstand a zwischen Schnecke und Schneckenrad wird hierzu um ein Vorspannmaß x (z.B. 0,5mm) verkleinert, um die gewünschte Vorspannkraft der Schnecke auf das Schneckenrad zu realisieren. Die Rundlauftoleranzen von Schnecke und Schneckenrad sowie die Zahnprofilabnutzung des Schneckenrades werden hierdurch über die Lebenszeit des Getriebes spielfrei ausgeglichen, so dass die Zahnflanken in jedem Lastzustand der Lenkunterstützung und zu jedem Zeitpunkt aneinander anliegen. Dies garantiert eine spielfreie Lenkunterstützung und verhindert Geräusche durch die Schnecke, welche durch Fahrzeugvibrationen und Richtungswechsel entstehen könnten. Die gummielastische Federung sorgt zusätzlich dafür, dass Drehmomentspitzen, welche durch die Fahrdynamik entstehen, gedämpft bzw. abgefedert werden. Dies schont die Bauteile des Getriebes und verhindert störende Geräusche. Die Shore Härte der gummielastischen Federung wird so ausgewählt, dass das Leerdurchdrehmoment des Schneckengetriebes möglichst niedrig und die Anfederung der Schnecke auf das Schneckenrad möglichst straff ist. Das Optimum wird durch Versuche ermittelt. Das elastische Material kann hierbei aus Elastomer oder Gummi bestehen.
Loslagerbuchse
Die Schnecke ist auf der anderen Seite mit einer ovalen Loslagerbuchse verbunden. Die ovale Form der Loslagerbuchse lässt den Anfederweg der Schnecke für den Spielausgleich zu, verhindert aber das seitliches Abdriften der Schnecke während des Abwälzvorgangs. Bei
Getrieben mit höheren Drehmomenten kann ebenfalls eine Anfederung durch gummielastisches Material zwischen Innen- und Außenring vorgesehen sein. Bei Getrieben mit kleineren Drehmomenten ist eine solche zusätzliche Anfederung nicht notwendig.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen: Figur 1 das erfindungsgemäße Schneckengetriebe
Figur 2 die Nabe der Kupplung
Figur 3 die elastische Federbuchse
Figur 4 die zusammengesetzte Kupplung mit Nabe und Federbuchse In der Figur 1 ist das erfindungsgemäße Schneckengetriebe zu sehen. Ein elektrischer Motor
8 treibt eine Schnecke 1 an. Die Schnecke 1 ist im Eingriff mit dem Schneckenrad 3. Die Antriebswelle 5 des elektrischen Motors 8 ist mit der Schnecke 1 über eine Kupplung verbunden, wobei die Kupplung aus einer Nabe 4 und einer elastischen Federbuchse 2 besteht. Die Nabe 4 ist dabei auf die Antriebswelle 5 aufgepresst. Die elastische Federbuchse 2 ist auf die Schnecke 1 aufgepresst. Die Nabe 4 weist eine Öffnung auf, in welche die elastische Federbuchse 2 eingepresst ist.
Die Schnecke ist dann auf der einen Seite durch das Festlager 6 auf der Antriebswelle 5 des elektrischen Motors 8 gelagert. Auf der anderen Seite ist die Schnecke durch das ovale Loslager 10 gelagert. In der Figur 1 ist das ovale Loslager 10 nochmal in einer weiteren vergrößerten Ansicht zu sehen. Die ovale Form erlaubt vertikale Bewegungen der Schnecke 1 für den Spielausgleich, während ein seitliches Abdriften der Schnecke 1 verhindert wird.
Für die Vorspannung der Schnecke 1 auf das Schneckenrad 3 wird der Achsabstand a um ein Vorspannmaß x bei der Montage verkleinert. In der Figur 2 ist die Nabe 4 als einzelnes Bauelement zu sehen. Die Nabe 4 weist auf der einen Seite eine Bohrung auf, mit der die Nabe 4 auf die Antriebswelle 5 gepresst wird. Auf der anderen Seite weist die Nabe 4 eine größere Bohrung auf, in welche die elastische Federbuchse 2 eingepresst werden kann. In dieser Bohrung kann eine Feder 9 angeordnet sein, welche vorzugsweise mit der Nabe integriert aus einem Sinterwerkstoff ausgeführt ist. In diese Feder 9 kann dann die elastische Federbuchse 2 über eine Nut eingreifen um eine zusätzliche Sicherung zur Drehmomentübertragung zu erhalten.
Am Außenumfang der Nabe 4 ist ein Einstich vorgesehen, welche als Montagehilfe dient, indem dort ein Montagewerkzeug eingreifen kann.
In der Figur 3 ist die elastische Federbuchse 2 als einzelnes Bauteil dargestellt. Dabei ist ein gummielastischer Werkstoff zwischen einem Außen- und Innenring angeordnet.
Vorzugsweise wird dieser durch Extrudieren oder Vulkanisieren in den Ringen gefertigt, so dass eine feste Verbindung zwischen dem gummielastischen Werkstoff und den beiden Ringen entsteht. Die Federbuchse 2 kann so axiale und radiale Kräfte dämpfen, das Drehmoment übertragen und die Schnecke anfedern. An der Federbuchse 2 kann eine Nut 11 vorgesehen sein, welche in eine Feder 9 in der Nabe
4 eingreift. Zwischen der Feder und der Nut befindet sich Spiel. Die Nut des Innenrings liegt nur bei einer entsprechenden Überlast an der Feder an. So kann eine sichere Drehmomentübertragung gewährleistet werden. In der Figur 4 ist die komplette Kupplung aus Nabe 4 und elastischer Federbuchse 2 dargestellt. Die elastische Federbuchse 2 ist in die Nabe 4 eingepresst. Dabei greift sie über eine Nut in die Feder 9 der Nabe 4 ein.

Claims

Ansprüche
1. Schneckengetriebe für eine Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs mit einem Schneckenrad (3), mit einer Schnecke (1), welche im Eingriff mit dem Schneckenrad (3) ist, mit einem elektrischen Motor (8), welcher die Schnecke (1) antreibt, wobei die Schnecke (1) auf der einen Seite durch eine Kupplung mit dem elektrischen Motor (8) verbunden ist, wobei die Schnecke (1) auf der anderen Seite in einem Loslager (10) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung aus einer Nabe (4) und einer elastische Federbuchse (2) besteht; dass das Loslager (10) oval geformt ist um vertikale Bewegungen der Schnecke (1) zu ermöglichen; und dass die Schnecke (1) auf das Schneckenrad (3) durch die Kupplung vorgespannt ist.
2. Schneckengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke (1) durch das Festlager (6) auf der Antriebswelle (5) des elektrischen Motors (8) gelagert ist.
3. Schneckengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (4) auf die Antriebswelle (5) des elektrischen Motors (8) aufgepresst ist; und dass die Schnecke (1) in die elastische Federbuchse (2) eingepresst ist.
4. Schneckengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (4) eine integrierte Feder (9) aufweist, in welche die elastische Federbuchse (2) über eine Nut (11) eingreift.
5. Schneckengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Federbuchse (2) aus einem Außen- und Innenring besteht, wobei dazwischen ein gummielastisches Material angeordnet ist.
6. Schneckengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Außen- und Innenring des Loslagers (10) ein gummielastisches Material angeordnet ist.
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