WO2021148327A1 - Schneckengetriebeanordnung für eine elektromechanische hilfskraftlenkung, hilfskraftlenkung und fahrzeug - Google Patents

Schneckengetriebeanordnung für eine elektromechanische hilfskraftlenkung, hilfskraftlenkung und fahrzeug Download PDF

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WO2021148327A1
WO2021148327A1 PCT/EP2021/050827 EP2021050827W WO2021148327A1 WO 2021148327 A1 WO2021148327 A1 WO 2021148327A1 EP 2021050827 W EP2021050827 W EP 2021050827W WO 2021148327 A1 WO2021148327 A1 WO 2021148327A1
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rotor shaft
shaft
worm gear
housing
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Tobias Sachs
Stefan Wilske
Mirko TRAUE
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/22—Toothed members; Worms for transmissions with crossing shafts, especially worms, worm-gears
    • F16H55/24—Special devices for taking up backlash

Definitions

  • the present invention relates to a worm gear arrangement for an electromechanical power steering system of a vehicle, an electromechanical power steering system with an electric motor and a vehicle with an electromechanical power steering system.
  • Steering systems in motor vehicles generally have electromechanical steering assistance that assists a driver in steering by means of a steering intervention.
  • steering systems of this type have, in particular, a steering drive which, when appropriately activated, introduces a steering assistance force and / or a steering assistance torque into the steering system and assists or automatically executes a steering movement.
  • a generic steering drive has an electric motor.
  • the quality of the steering assistance torque and / or the steering assistance force of an electric motor depends, among other things, on the correct positioning of the rotor in relation to the stator and, accordingly, on an air gap that is as uniform as possible between the rotor and the stator during operation of the electric motor.
  • An unfavorable mounting or an offset of the rotor to the stator lead to torque ripples and a noticeable feel.
  • a worm gear arrangement for an electromechanical power steering system of a vehicle has a rotor shaft for driving a rotor in an electric motor of the electromechanical power steering, a worm shaft non-rotatably connected to the rotor shaft, a housing in which the rotor shaft is at least partially arranged, and a bearing arrangement for the resilient mounting of the rotor shaft.
  • the bearing arrangement has a spring means which, with respect to a spring force direction of the spring means, is arranged parallel to the axial direction for a spring-loaded displacement of the rotor shaft in an axial direction of the rotor shaft.
  • Spring means can consequently be understood as a spring unit to compensate for play, in particular when deflecting with the power steering from one steering direction to another.
  • the position of the rotor in relation to the stator and / or the rotor position sensors of the rotor shaft are not or only insignificantly influenced here.
  • the wobbling of the drive shaft which includes the rotor shaft and the worm shaft, can be prevented or at least inhibited before this has any effect on the electric motor and / or the rotor position sensors.
  • the bearing arrangement according to the invention including the spring means can therefore be understood as a floating bearing arrangement for the rotor shaft to avoid and / or inhibit the wobbling of the drive shaft caused by the worm shaft or the worm gear.
  • the worm gear arrangement can have a worm gear which has the worm shaft and a worm wheel which is in engagement with the worm shaft.
  • the fact that the drive shaft is at least partially located in the housing can be understood to mean that the drive shaft extends at least partially through the housing.
  • the drive shaft is preferably arranged completely in the housing.
  • the housing can be understood as the motor housing of the electric motor, in which, however, not only the stator and the rotor, but also the worm gear are arranged. That is, the housing can be designed as a motor housing for receiving the rotor and an associated stator, the bearing arrangement being arranged within the housing.
  • the fact that the spring means is arranged parallel to the axial direction of the rotor shaft with respect to the spring force direction of the spring means can be understood to mean that the spring means is arranged parallel to the axial direction with respect to the main effective direction of the spring means.
  • the main direction of action can be understood to mean the direction in which the spring means can develop the strongest spring action.
  • the axial direction of the rotor shaft can be understood to mean a direction in which a central axis of the rotor shaft extends.
  • the parallelism between the direction of the spring force of the spring means and the axial direction can depend on a current deflection of the spring means and on any slight wobbling movement of the drive shaft. Accordingly, the parallel arrangement does not necessarily have to be understood as a perfectly parallel arrangement. Rather, the arrangement of the spring means parallel to the axial direction of the rotor shaft can be understood to mean a substantially parallel arrangement to the axial direction of the rotor shaft.
  • One side of the spring means can be attached to the housing and in particular to an inner wall of the housing.
  • the spring means is preferably attached directly or essentially directly to the housing or to the inner wall of the housing.
  • the bearing arrangement can thus be arranged in the housing in a particularly space-saving manner.
  • the spring means preferably has at least one helical spring and / or at least one plate spring.
  • the spring means can thus be made available in a cost-effective and structurally simple manner.
  • the spring means can furthermore have a plurality of spring elements which are each arranged with respect to a spring force direction of the respective spring element for a spring-loaded displacement of the rotor shaft in an axial direction of the rotor shaft, parallel to the axial direction. A particularly uniform application of spring force to the rotor shaft can thus be achieved.
  • the spring elements are preferably arranged next to one another in the circumferential direction of the rotor shaft.
  • the worm shaft is integrally connected to the rotor shaft, the electromechanical power steering being designed in a single pinion, dual pinion or C-EPS construction.
  • the spring means has a first spring element and a second spring element, with the first spring element being arranged in a first radial direction of the rotor shaft above the rotor shaft with a view to a cross section of the rotor shaft and the second spring element is arranged below the rotor shaft in a second radial direction of the rotor shaft, which extends opposite to the first radial direction.
  • the two spring elements are preferably arranged at a distance of approximately 180 ° from one another in the circumferential direction of the rotor shaft.
  • the spring means it is nevertheless possible for the spring means to have not only two, but also, for example, three, four or more spring elements.
  • the spring elements are preferably arranged at equal intervals from one another. With three spring elements, for example, by approx. 120 ° and with four spring elements, for example, by approx. 90 ° in the circumferential direction of the rotor shaft.
  • the spring means is an integral part of the housing. That is, parts of the housing can take over the function of the spring means, in particular of spring elements of the spring means, as they are described here. The degree of complexity of the worm gear arrangement can thus be further reduced.
  • the bearing arrangement in the case of a worm gear arrangement according to the invention, it is also possible for the bearing arrangement to have a floating bearing with a bearing play for the resilient deflection of the floating bearing by the spring means in the axial direction.
  • the rotor shaft can be moved, in particular displaced, in the axial direction of the rotor shaft by means of the bearing arrangement not only over the spring travel of the spring arrangement, but also essentially free of forces over the bearing play.
  • a particularly fast and low-resistance movement compensation of the tumbling drive shaft or worm shaft can be realized.
  • the fact that the bearing play is designed for the resilient deflection of the floating bearing in the axial direction can be understood to mean that parts of the floating bearing are mounted so as to be displaceable relative to one another in the axial direction of the rotor shaft by the spring means.
  • the floating bearing can be designed in the form of a ball or roller bearing with two bearing shells and a roller bearing, which is arranged between the two bearing shells and in particular has several balls or rollers, the bearing play being formed between the roller bearing and the bearing shells in the axial direction or the direction of the spring force .
  • the floating bearing has a shaft bearing attached to the rotor shaft, a housing bearing attached to the housing and a roller bearing positioned between the shaft bearing and the housing bearing, the shaft bearing and the housing bearing in the axial direction Are arranged non-destructively displaceable to one another.
  • the spring means is preferably arranged between the housing bearing and the housing. That is to say, the spring means is fastened to the housing with one end of the spring means and is fastened to the housing bearing with another end of the spring means.
  • the spring means has several spring elements, for example in the form of several helical springs or plate springs, one end of the respective spring element can be attached to an associated and separate housing bearing and another end of the respective spring element can be attached to an associated section of the housing, in particular on an inner wall or inner wall surface be attached to the housing.
  • Non-destructive displaceability can be understood to mean displaceability beyond a bearing clearance due to manufacturing tolerances. So can the bearing play between roller bearing and housing bearing and / or shaft bearing in the axial direction, for example, be more than 1 m or more than 3 mm.
  • the shaft bearing can be connected in one piece to the rotor shaft. This leads to a space-saving and stable construction of the worm gear arrangement.
  • the fact that the shaft bearing is integrally connected to the rotor shaft can be understood to mean that the rotor shaft is configured in one piece and / or monolithically including the shaft bearing.
  • the shaft bearing can be designed as an integral part of the rotor shaft during the manufacture of the rotor shaft or the drive shaft, which can include the rotor shaft and the worm shaft.
  • the housing bearing is connected in one piece to the housing in a worm gear arrangement according to the invention.
  • This also leads to a correspondingly space-saving and stable construction of the worm gear arrangement.
  • the fact that the housing bearing is connected in one piece to the housing can be understood to mean that the housing is designed in one piece and / or monolithically including the housing bearing.
  • the housing bearing can be designed as an integral part of the housing during manufacture of the housing.
  • the one-piece design of the housing including the housing bearing makes it possible to reliably and easily prevent the housing bearing from being inadvertently detached from the housing and / or a corresponding movement of the housing bearing relative to the housing.
  • fastening means for fastening a separate housing bearing to the housing can be dispensed with. This not only leads to a reduced degree of complexity of the worm gear arrangement, but also to advantageous component logistics.
  • the housing bearing is preferably configured on an inner wall section of the housing.
  • the bearing arrangement is arranged in the axial direction between the rotor and the worm shaft.
  • the bearing arrangement thus includes both a motor bearing and the spring bearing previously positioned on the drive shaft or worm shaft end can replace.
  • the worm gear arrangement or the electromechanical power steering as already mentioned above, can be configured with only two shaft bearings instead of three. This creates a reduced degree of complexity and a reduced weight, which is particularly advantageous in mobile applications. In addition, this can save costs.
  • the rotor shaft has a taper in a transition region from the rotor shaft to the worm shaft.
  • the bearing arrangement is preferably positioned between the taper and the rotor.
  • an electromechanical power steering system for a vehicle with an electric motor and a worm gear arrangement.
  • the power steering system according to the invention thus brings the same advantages as have been described in detail with reference to the worm gear arrangement according to the invention.
  • the electromechanical power steering is preferably configured in a single pinion, dual pinion or C-EPS design.
  • the rotor shaft and the worm shaft are preferably part of a one-piece drive shaft or a drive shaft made from one casting.
  • a vehicle with an electromechanical power steering system as described above is provided.
  • the vehicle thus also has the advantages described above.
  • the vehicle can be understood to mean, in particular, a road vehicle such as a car, a utility vehicle and a robot.
  • FIG. 1 shows an electromechanical power steering system with a worm gear arrangement according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows an enlarged detailed illustration of the power steering system shown in FIG. 1, and
  • FIG. 3 shows a vehicle with a power steering system according to the invention.
  • the power steering system 11 has an electric motor 16 and a worm gear arrangement 10.
  • the worm gear arrangement 10 has a rotor 14 for driving a rotor shaft 13 in an electric motor 16 of the electromechanical power steering system 11.
  • the electric motor 16 also has a stator 15, the rotor 14 being non-rotatably connected to the rotor shaft 13.
  • the rotor 14 and rotor shaft 13 are rotatably mounted in the stator 15.
  • the worm gear arrangement further comprises a worm shaft 17 connected in a rotationally fixed manner to the rotor shaft 13. More precisely, the rotor shaft 13 and the worm shaft 17 are designed as part of a one-piece drive shaft 28.
  • the power steering 11 is designed according to the single pinion design.
  • the worm gear arrangement 10 also has a housing 18 in which the drive shaft 28 including the rotor shaft 13 and the worm shaft 17 is arranged. Furthermore, the housing comprises the rotor 14 and the stator 15 of the electric motor 16. In addition, the worm gear arrangement 10 has a bearing arrangement 19 for the resilient mounting of the rotor shaft 13.
  • the bearing arrangement 19 comprises a spring means 20 which, with respect to a spring force direction F1 of the spring means 20, is arranged for a spring-loaded displacement of the rotor shaft 13 in an axial direction D1 of the rotor shaft 13, parallel to the axial direction D1.
  • the spring means 20 has a first spring element 21 and a second spring element 22, with the first spring element 21 in a first radial direction R1 of the rotor shaft 13 above the rotor shaft 13 looking at a cross section of the rotor shaft 13 is arranged and the second spring element 22 is arranged in a second radial direction R2 of the rotor shaft 13, which extends opposite to the first radial direction R1, under the rotor shaft 13.
  • the illustrated bearing arrangement 19 is arranged between the rotor 14 and the worm shaft 17 in the axial direction D1.
  • FIG. 2 shows an enlarged detailed illustration of the worm gear arrangement 10 shown in FIG the rotor shaft 13 has.
  • the floating bearing 23 has a shaft bearing 24 fastened to the rotor shaft 13, a housing bearing 25 fastened to the housing 18 and a roller bearing 26 positioned between the shaft bearing 24 and the housing bearing 25.
  • the shaft bearing 24 and the housing bearing 25 are each designed in cross section in the form of a bearing shell.
  • the roller bearing 26 has a plurality of cylindrical rollers.
  • the shaft bearing 24, the housing bearing 25 and the roller bearing 26 are accordingly designed in the form of a roller bearing. Due to the bearing play in the roller bearing, the shaft bearing 24 and the housing bearing 25 are arranged to be displaceable to one another in the axial direction D1 or the spring force direction F1, respectively, without being destroyed.
  • a vehicle 12 is shown in the form of a car with an electromechanical power steering system 11 as described above, which is arranged in the front part of the vehicle near the wheels.
  • the invention permits further design principles.
  • the invention should not be viewed as restricted to the exemplary embodiments explained with reference to the figures. It is thus possible for the shaft bearing 24 to be connected in one piece to the rotor shaft 13.
  • the housing bearing 25 can also be connected in one piece to the housing 18.
  • a corresponding ball bearing could also be used in the bearing arrangement 19.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schneckengetriebeanordnung (10) für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung (11) eines Fahrzeugs (12), aufweisend eine Rotorwelle (13) zum Antreiben eines Rotors (14) in einem Elektromotor (16) der elektromechanischen Hilfskraftlenkung (11), eine drehfest mit der Rotorwelle (13) verbundene Schneckenwelle (17), ein Gehäuse (18), in welchem die Rotorwelle (13) wenigstens teilweise angeordnet ist, und eine Lageranordnung (19) zur federnden Lagerung der Rotorwelle (13), wobei die Lageranordnung (19) ein Federmittel (20) aufweist, das mit Bezug auf eine Federkraftrichtung (F1) des Federmittels (20), für eine gefederte Verschiebung der Rotorwelle (13) in einer Axialrichtung (D1) der Rotorwelle (13), parallel zur Axialrichtung (D1) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine elektromechanische Hilfskraftlenkung (11) mit einer erfindungsgemäßen Schneckengetriebeanordnung (10) sowie ein Fahrzeug (12) mit einer erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkung (11).

Description

Beschreibung
Schneckengetriebeanordnung für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung,
Hilfskraftlenkung und Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneckengetriebeanordnung für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung eines Fahrzeugs, eine elektromechanische Hilfskraftlenkung mit einem Elektromotor sowie ein Fahrzeug mit einer elektromechanischen Hilfskraftlenkung.
Lenksysteme in Kraftfahrzeugen weisen in der Regel eine elektromechanische Lenkunterstützung auf, die einen Fahrer bei der Lenkung durch einen Lenkeingriff unterstützt. Dafür weisen derartige Lenksysteme insbesondere einen Lenkantrieb auf, der bei entsprechender Ansteuerung eine Lenkunterstützungskraft und/oder ein Lenkunterstützungsmoment in das Lenksystem einbringt und eine Lenkbewegung unterstützt oder selbsttätig ausführt. Zur Umsetzung einer solchen Kraft und/oder eines solchen Drehmoments weist ein gattungsgemäßer Lenkantrieb einen Elektromotor auf.
Die Qualität des Lenkunterstützungsmoments und/oder der Lenkunterstützungskraft eines Elektromotors hängt unter anderem von der korrekten Positionierung des Rotors zum Stator und entsprechend von einem möglichst gleichmäßigen Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator während eines Betriebs des Elektromotors ab. Eine ungünstige Lagerung bzw. ein Versatz des Rotors zum Stator führen zu Drehmomentwelligkeiten und einer auffälligen Haptik.
Eine zufriedenstellende Positionierung wird regelmäßig über zwei Motorlager sichergestellt. Weitere Lager nehmen axiale und radiale Kräfte auf und sorgen für genügend Anpresskraft zwischen den Getriebestufen, insbesondere bei Schneckenrädern von Schneckengetrieben, welche zum Beispiel in sogenannten Single-Pinion-, Dual-Pinion- oder auch C-EPS Systemen zu finden sind. Bei elektrischen Hilfskraftlenkungen gemäß der Single-Pinion-, Dual-Pinion- oder C-EPS-Bauweise wird die Schneckenwelle an das Schneckenrad angepresst, um das Getriebe- bzw. Umkehrspiel zu minimieren. Dazu wird in der Regel ein federnd gelagertes Lager an einem Ende der Schneckenwelle verwendet. Aus der deutschen Patentanmeldung DE 102 17 123 A1 ist hierzu beispielsweise ein spielfreies Lenkgetriebe mit einem gattungsgemäßen Elektromotor bekannt.
Im Stand der Technik werden hierfür regelmäßig mehrteilige Wellen verwendet, bei welchen die Schneckenwelle und die Rotorwelle als separate Bauteile ausgestaltet sind. Für zukünftige Systeme wäre es nun wünschenswert, wenn eine einstückige Antriebswelle bereitgestellt werden könnte, welche die Schneckenwelle sowie die Rotorwelle umfasst. D.h., die Schneckenwelle soll in Zukunft auch die Motorwelle sein. Bei solchen Systemen resultieren Kräfte im Schneckengetriebe allerdings in einer relativ auffälligen Taumelbewegung der Antriebswelle. Dies führt wiederum zu einer Taumelbewegung des Rotors und folglich zu einem sich verändernden Luftspalt zwischen Rotor und Stator während eines Betriebs des Elektromotors.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehenden Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Schneckengetriebeanordnung für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung in Single-Pinion-, Dual-Pinion- oder C-EPS-Bauweise zur Verfügung zu stellen, mit Hilfe der Rotor und Stator eines Elektromotors der Hilfskraftlenkung während eines Betriebs der Hilfskraftlenkung möglichst korrekt zueinander ausgerichtet sind.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch die Schneckengetriebeanordnung gemäß Anspruch 1 , die elektromechanische Hilfskraftlenkung gemäß Anspruch 10 sowie das Fahrzeug gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit der Schneckengetriebeanordnung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkung, dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird oder werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Schneckengetriebeanordnung für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt. Die Schneckengetriebeanordnung weist eine Rotorwelle zum Antreiben eines Rotors in einem Elektromotor der elektromechanischen Hilfskraftlenkung, eine drehfest mit der Rotorwelle verbundene Schneckenwelle, ein Gehäuse, in welchem die Rotorwelle wenigstens teilweise angeordnet ist, und eine Lageranordnung zur federnden Lagerung der Rotorwelle auf. Erfindungsgemäß weist die Lageranordnung ein Federmittel auf, das mit Bezug auf eine Federkraftrichtung des Federmittels, für eine gefederte Verschiebung der Rotorwelle in einer Axialrichtung der Rotorwelle, parallel zur Axialrichtung angeordnet ist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Federmittels können Bewegungen der Schneckenverzahnung bzw. ein Bewegungsspiel im Schneckengetriebe zwischen der Schneckenwelle und einem Schneckenrad aufgenommen und/oder ausgeglichen werden. Das Federmittel kann folglich als Anfedereinheit zum Spielausgleich, insbesondere bei einem Umlenken mit der Hilfskraftlenkung von einer Lenkrichtung in eine andere, verstanden werden. Die Position des Rotors zum Stator und/oder die Rotorlagesensorik der Rotorwelle werden hierbei nicht oder nur unwesentlich beeinflusst. D.h., das Taumeln der Antriebswelle, welche die Rotorwelle sowie die Schneckenwelle umfasst, kann verhindert oder zumindest gehemmt werden, noch bevor dies Auswirkung auf den Elektromotor und/oder die Rotorlagesensorik hat. Die erfindungsgemäße Lageranordnung einschließlich des Federmittels kann mithin als Loslageranordnung für die Rotorwelle zur Vermeidung und/oder Hemmung des durch die Schneckenwelle bzw. das Schneckengetriebe verursachten Taumelns der Antriebswelle verstanden werden.
Elektromotoren besitzen klassisch an zwei Seitenabschnitten je ein Motorlager zum Lagern der Rotorwelle. Bei einer gattungsgemäßen Hilfskraftlenkung mit Schneckengetriebe und einstückiger Antriebswelle würden sich dadurch drei Lagerstellen ergeben. Die erfindungsgemäße Lageranordnung einschließlich des Federmittels übernimmt die Funktion eines Motorlagers sowie eines Federlagers zum Andrücken der Schneckenwelle an das Schneckenrad des Schneckengetriebes. Folglich kann unter Verwendung der vorgeschlagenen Lageranordnung auf eine dritte Lagerstelle verzichtet werden. Dadurch können die Kosten gesenkt und Gewicht sowie Komplexitätsgrad in der elektromechanischen Hilfskraftlenkung reduziert werden.
Die Schneckengetriebeanordnung kann ein Schneckengetriebe aufweisen, welches die Schneckenwelle sowie ein mit der Schneckenwelle in Eingriff stehendes Schneckenrad aufweist. Dass sich die Antriebswelle wenigstens teilweise im Gehäuse befindet kann dahingehend verstanden werden, dass sich die Antriebswelle wenigstens teilweise durch das Gehäuse erstreckt. Vorzugsweise ist die Antriebswelle vollständig im Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse kann als Motorgehäuse des Elektromotors verstanden werden, in welchem jedoch nicht nur der Stator und der Rotor, sondern auch das Schneckengetriebe angeordnet sind. D.h., das Gehäuse kann als Motorgehäuse zur Aufnahme des Rotors sowie eines zugehörigen Stators ausgestaltet sein, wobei die Lageranordnung innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
Darunter, dass das Federmittel mit Bezug auf die Federkraftrichtung des Federmittels parallel zur Axialrichtung der Rotorwelle angeordnet ist kann verstanden werden, dass das Federmittel mit Bezug auf die Hauptwirkrichtung des Federmittels parallel zur Axialrichtung angeordnet ist. Unter der Hauptwirkrichtung kann die Richtung verstanden werden, in welcher das Federmittel die stärkste Federwirkung entfalten kann. Unter der Axialrichtung der Rotorwelle kann eine Richtung verstanden werden, in welcher sich eine Mittelachse der Rotorwelle erstreckt. Die Parallelität zwischen der Federkraftrichtung des Federmittels und der Axialrichtung kann von einer aktuellen Auslenkung des Federmittels sowie von einer etwaigen, leichten Taumelbewegung der Antriebswelle abhängen. Demnach muss die parallele Anordnung nicht zwangsweise als perfekt parallele Anordnung verstanden werden. Vielmehr kann unter der Anordnung des Federmittels parallel zur Axialrichtung der Rotorwelle eine im Wesentlichen parallele Anordnung zur Axialrichtung der Rotorwelle verstanden werden.
Das Federmittel kann mit einer Seite am Gehäuse und insbesondere an einer Innenwandung des Gehäuses befestigt sein. Das Federmittel ist vorzugsweise direkt oder im Wesentlichen direkt am Gehäuse bzw. an der Innenwandung des Gehäuses befestigt. Die Lageranordnung kann damit besonders platzsparend im Gehäuse angeordnet sein.
Das Federmittel weist bevorzugt wenigstens eine Schraubenfeder und/oder wenigstens eine Tellerfeder auf. Damit kann das Federmittel kostengünstig und bautechnisch einfach zur Verfügung gestellt werden. Das Federmittel kann ferner mehrere Federelemente aufweisen, die jeweils mit Bezug auf eine Federkraftrichtung des jeweiligen Federelements, für eine gefederte Verschiebung der Rotorwelle in einer Axialrichtung der Rotorwelle, parallel zur Axialrichtung angeordnet sind. Damit kann eine besonders gleichmäßige Federkraftbeaufschlagung auf die Rotorwelle realisiert werden. Die Federelemente sind hierzu vorzugsweise in Umfangsrichtung der Rotorwelle nebeneinander angeordnet.
Bei einer erfindungsgemäßen Schneckengetriebeanordnung ist die Schneckenwelle einstückig mit der Rotorwelle verbunden, wobei die elektromechanische Hilfskraftlenkung in einer Single- Pinion-, Dual-Pinion- oder C-EPS-Bauweise ausgestaltet ist.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einer Schneckengetriebeanordnung das Federmittel ein erstes Federelement und ein zweites Federelement aufweist, wobei, mit Blick auf einen Querschnitt der Rotorwelle, das erste Federelement in einer ersten Radialrichtung der Rotorwelle über der Rotorwelle angeordnet ist und das zweite Federelement in einer zweiten Radialrichtung der Rotorwelle, die sich entgegengesetzt zur ersten Radialrichtung erstreckt, unter der Rotorwelle angeordnet ist. Wie vorstehend bereits erwähnt, kann dadurch eine gleichmäßige Federkraftbeaufschlagung auf die Rotorwelle erzielt werden. Die beiden Federelemente sind in Umfangsrichtung der Rotorwelle vorzugsweise um ca. 180° voneinander beabstandet angeordnet. Gleichwohl ist es möglich, dass das Federmittel nicht nur zwei, sondern beispielsweise auch drei, vier oder mehr Federelemente aufweist. Die Federelemente sind bevorzugt jeweils in gleichen Abständen zueinander angeordnet. Bei drei Federelementen also beispielsweise um ca. 120° und bei vier Federelementen um beispielsweise ca. 90° in Umfangsrichtung der Rotorwelle. Gemäß einerweiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einer Schneckengetriebeanordnung das Federmittel integraler Bestandteil des Gehäuses ist. D.h., Teile des Gehäuses können die Funktion des Federmittels, insbesondere von Federelementen des Federmittels, wie sie vorliegend beschrieben sind, übernehmen. Damit kann der Komplexitätsgrad der Schneckengetriebeanordnung weiter reduziert werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Schneckengetriebeanordnung ist es ferner möglich, dass die Lageranordnung ein Loslager mit einem Lagerspiel zur federnden Auslenkung des Loslagers durch das Federmittel in der Axialrichtung aufweist. So kann die Rotorwelle mittels der Lageranordnung nicht nur über den Federweg der Federanordnung, sondern auch noch im Wesentlichen kräftefrei über das Lagerspiel in Axialrichtung der Rotorwelle bewegt, insbesondere verschoben, werden. Dadurch kann ein besonders schneller und widerstandsarmer Bewegungsausgleich der taumelnden Antriebswelle bzw. Schneckenwelle realisiert werden. Drunter, dass das Lagerspiel zur federnden Auslenkung des Loslagers in Axialrichtung ausgestaltet ist kann verstanden werden, dass Teile des Loslagers in Axialrichtung der Rotorwelle durch das Federmittel relativ zueinander verschiebbar gelagert sind. Das Loslager kann in Form eines Kugel- oder Rollenlagers mit zwei Lagerschalen und einem zwischen den beiden Lagerschalen angeordneten Rolllager, das insbesondere mehrere Kugeln oder Rollenaufweist, ausgestaltet sein, wobei zwischen dem Rolllager und den Lagerschalen in der Axialrichtung bzw. der Federkraftrichtung das Lagerspiel gebildet ist.
Von weiterem Vorteil kann es sein, wenn bei einer Schneckengetriebeanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung das Loslager ein an der Rotorwelle befestigtes Wellenlager, ein am Gehäuse befestigtes Gehäuselager und ein zwischen dem Wellenlager und dem Gehäuselager positioniertes Rolllager aufweist, wobei das Wellenlager und das Gehäuselager in der Axialrichtung zerstörungsfrei verschiebbar zueinander angeordnet sind. Damit lässt sich die gewünschte Möglichkeit zur adaptiven Axialverschiebung der Antriebwelle auf einfache und platzsparende Weise realisieren. Das Federmittel ist bei einer solchen Anordnung vorzugsweise zwischen dem Gehäuselager und dem Gehäuse angeordnet. D.h., das Federmittel ist mit einem Ende des Federmittels am Gehäuse befestigt und mit einem anderen Ende des Federmittels am Gehäuselager befestigt. Wenn das Federmittel mehrere Federelemente, beispielsweise in Form von mehreren Schraubenfedern oder Tellerfedern, aufweist, kann ein Ende des jeweiligen Federelements an einem zugehörigen und separaten Gehäuselager und ein anderes Ende des jeweiligen Federelements an einem zugehörigen Abschnitt des Gehäuses, insbesondere an einer Innenwand bzw. Innenwandoberfläche des Gehäuses befestigt sein. Unter der zerstörungsfreien Verschiebbarkeit kann eine Verschiebbarkeit über ein fertigungstoleranzbedingtes Lagerspiel hinaus verstanden werden. So kann das Lagerspiel zwischen Rolllager und Gehäuselager und/oder Wellenlager in der Axialrichtung beispielsweise mehr als 1 m oder mehr als 3mm betragen.
Das Wellenlager kann bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung einstückig mit der Rotorwelle verbunden sein. Dies führt zu einer platzsparenden und stabilen Bauweise der Schneckengetriebeanordnung. Darunter, dass das Wellenlager einstückig mit der Rotorwelle verbunden ist kann verstanden werden, dass die Rotorwelle einstückig und/oder monolithisch einschließlich des Wellenlagers ausgestaltet ist. Das Wellenlager kann während der Herstellung der Rotorwelle bzw. der Antriebswelle, welche die Rotorwelle sowie die Schneckenwelle umfassen kann, als integraler Bestandteil der Rotorwelle ausgestaltet werden. Durch die einstückige Ausgestaltung der Rotorwelle einschließlich des Wellenlagers kann ein unbeabsichtigtes Lösen des Wellenlagers von der Rotorwelle und/oder eine entsprechende Relativbewegung des Wellenlagers zur Rotorwelle zuverlässig und einfach verhindert werden. Darüber hinaus kann auf Befestigungsmittel zum Befestigen eines separaten Wellenlagers an der Rotorwelle verzichtet werden. Dies führt nicht nur zu einem verringerten Komplexitätsgrad der Schneckengetriebeanordnung, sondern auch zu einer vorteilhaften Bauteillogistik.
In analoger Weise ist es möglich, dass bei einer erfindungsgemäßen Schneckengetriebeanordnung das Gehäuselager einstückig mit dem Gehäuse verbunden ist. Dies führt ebenfalls zu einer entsprechend platzsparenden und stabilen Bauweise der Schneckengetriebeanordnung. Darunter, dass das Gehäuselager einstückig mit dem Gehäuse verbunden ist kann verstanden werden, dass das Gehäuse einstückig und/oder monolithisch einschließlich dem Gehäuselager ausgestaltet ist. Das Gehäuselager kann während der Herstellung des Gehäuses als integraler Bestandteil des Gehäuses ausgestaltet werden. Durch die einstückige Ausgestaltung des Gehäuses einschließlich des Gehäuselagers kann ein unbeabsichtigtes Lösen des Gehäuselagers vom Gehäuse und/oder eine entsprechende Relativbewegung des Gehäuselagers zum Gehäuse zuverlässig und einfach verhindert werden. Darüber hinaus kann auf Befestigungsmittel zum Befestigen eines separaten Gehäuselagers am Gehäuse verzichtet werden. Dies führt nicht nur zu einem verringerten Komplexitätsgrad der Schneckengetriebeanordnung, sondern auch zu einer vorteilhaften Bauteillogistik. Das Gehäuselager ist vorzugsweise an einem Innenwandabschnitt des Gehäuses ausgestaltet.
Weiterhin ist es bei einer Schneckengetriebeanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass die Lageranordnung in der Axialrichtung zwischen dem Rotor und der Schneckenwelle angeordnet ist. Bei experimentellen Versuchen im Rahmen der Erfindung hat sich überraschend herausgestellt, dass die Lageranordnung damit sowohl ein Motorlager als auch das bisher am Antriebswellen- bzw. Schneckenwellenende positionierte Federlager ersetzen kann. Damit kann die Schneckengetriebeanordnung bzw. die elektromechanische Hilfskraftlenkung, wie vorstehend bereits erwähnt, an Stelle mit drei mit nur zwei Wellenlagern konfiguriert sein. Dies schafft einen reduzierten Komplexitätsgrad sowie ein verringertes Gewicht, welches insbesondere bei mobilen Anwendungen von Vorteil ist. Darüber hinaus können dadurch Kosten eingespart werden.
Bei einer wie vorstehend beschriebene Schneckengetriebeanordnung kann es ferner von Vorteil sein, wenn die Rotorwelle in einem Übergangsbereich von der Rotorwelle zur Schneckenwelle eine Verjüngung aufweist. Dadurch kann eine definierte Nachgiebigkeit, Federwirkung und/oder elastische Verformbarkeit der Antriebswelle realisiert werden, durch welche Kräfte aus einer Übertragung des Drehmomentes aufgenommen werden können. Die Lageranordnung ist in diesem Fall vorzugsweise zwischen der Verjüngung und dem Rotor positioniert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektromechanische Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug mit einem Elektromotor und einer Schneckengetriebeanordnung zur Verfügung gestellt. Damit bringt die erfindungsgemäße Hilfskraftlenkung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schneckengetriebeanordnung beschrieben worden sind. Die elektromechanische Hilfskraftlenkung ist vorzugsweise in Single-Pinion-, Dual-Pinion- oder C- EPS-Bauweise konfiguriert. Die Rotorwelle und die Schneckenwelle sind vorzugsweise Bestandteil einer einstückigen bzw. aus einem Guss hergestellten Antriebswelle.
Darüber hinaus wird im Rahmen der Erfindung ein Fahrzeug mit einer wie vorstehend beschriebenen, elektromechanischen Hilfskraftlenkung bereitgestellt. Somit weist auch das Fahrzeug die oben beschriebenen Vorteile auf. Unter dem Fahrzeug kann insbesondere ein Straßenfahrzeug wie ein PKW, ein Nutzfahrzeug sowie ein Roboter verstanden werden.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 eine elektromechanische Hilfskraftlenkung mit einer Schneckengetriebeanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Figur 2 eine vergrößerte Detaildarstellung der in Fig. 1 gezeigten Hilfskraftlenkung, und
Figur 3 ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkung.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt die erfindungswesentliche Bauteilanordnung einer elektromechanischen Hilfskraftlenkung 11 für ein in Fig. 3 dargestelltes Fahrzeug 12. Die Hilfskraftlenkung 11 weist einen Elektromotor 16 und eine Schneckengetriebeanordnung 10 auf. Die Schneckengetriebeanordnung 10 weist einen Rotor 14 zum Antreiben einer Rotorwelle 13 in einem Elektromotor 16 der elektromechanischen Hilfskraftlenkung 11 auf. Der Elektromotor 16 weist neben dem Rotor 14 noch einen Stator 15 auf, wobei der Rotor 14 drehfest mit der Rotorwelle 13 verbunden ist. Rotor 14 und Rotorwelle 13 sind drehbar im Stator 15 gelagert.
Die Schneckengetriebeanordnung umfasst ferner eine drehfest mit der Rotorwelle 13 verbundene Schneckenwelle 17. Genauer gesagt sind die Rotorwelle 13 und die Schneckenwelle 17 als Bestandteil einer einstückigen Antriebswelle 28 ausgestaltet. Die Hilfskraftlenkung 11 ist nach Single-Pinion-Bauweise ausgestaltet.
Die Schneckengetriebeanordnung 10 weist ferner ein Gehäuse 18 auf, in welchem die Antriebswelle 28 einschließlich der Rotorwelle 13 und der Schneckenwelle 17 angeordnet ist. Ferner umfasst das Gehäuse den Rotor 14 und den Stator 15 des Elektromotors 16. Darüber hinaus weist die Schneckengetriebeanordnung 10 eine Lageranordnung 19 zur federnden Lagerung der Rotorwelle 13 auf. Die Lageranordnung 19 umfasst hierzu ein Federmittel 20, das mit Bezug auf eine Federkraftrichtung F1 des Federmittels 20, für eine gefederte Verschiebung der Rotorwelle 13 in einer Axialrichtung D1 der Rotorwelle 13, parallel zur Axialrichtung D1, angeordnet ist.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform weist das Federmittel 20 ein erstes Federelement 21 und ein zweites Federelement 22 auf, wobei, mit Blick auf einen Querschnitt der Rotorwelle 13, das erste Federelement 21 in einer ersten Radialrichtung R1 der Rotorwelle 13 über der Rotorwelle 13 angeordnet ist und das zweite Federelement 22 in einer zweiten Radialrichtung R2 der Rotorwelle 13, die sich entgegengesetzt zur ersten Radialrichtung R1 erstreckt, unter der Rotorwelle 13 angeordnet ist. Die dargestellte Lageranordnung 19 ist in der Axialrichtung D1 zwischen dem Rotor 14 und der Schneckenwelle 17 angeordnet ist. Genauer gesagt ist die Lageranordnung 19 in der Axialrichtung D1 zwischen dem Rotor 14 und einer Verjüngung angeordnet, die an der Rotorwelle 13 in einem Übergangsbereich 27 von der Rotorwelle 13 zur Schneckenwelle 17 gebildet ist. Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Detaildarstellung der in Fig. 1 gezeigten Schneckengetriebeanordnung 10. In Fig. 2 kann insbesondere erkannt werden, dass die Lageranordnung 19 ferner ein Loslager 23 mit einem Lagerspiel zur federnden Auslenkung des Loslagers 23 durch das Federmittel 20 in der Axialrichtung D1 der Rotorwelle 13 aufweist.
Gemäß Fig. 2 weist das Loslager 23 ein an der Rotorwelle 13 befestigtes Wellenlager 24, ein am Gehäuse 18 befestigtes Gehäuselager 25 und ein zwischen dem Wellenlager 24 und dem Gehäuselager 25 positioniertes Rolllager 26 auf. Das Wellenlager 24 und das Gehäuselager 25 sind im Querschnitt jeweils in Form einer Lagerschale ausgestaltet. Das Rolllager 26 weist mehrere zylinderförmige Rollen auf. Das Wellenlager 24, das Gehäuselager 25 und das Rolllager 26 sind demnach in Form eines Rollenlagers ausgestaltet. Durch das Lagerspiel im Rollenlager sind das Wellenlager 24 und das Gehäuselager 25 in der Axialrichtung D1 bzw. Federkraftrichtung F1 zerstörungsfrei verschiebbar zueinander angeordnet.
In Fig. 3 ist ein Fahrzeug 12 in Form eines PKWs mit einer wie vorstehend beschriebenen elektromechanischen Hilfskraftlenkung 11 dargestellt, die im vorderen Teil des Fahrzeuges nahe den Rädern angeordnet ist.
Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D.h., die Erfindung soll nicht auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden. So ist es möglich, dass das Wellenlager 24 einstückig mit der Rotorwelle 13 verbunden ist. Ebenso kann das Gehäuselager 25 einstückig mit dem Gehäuse 18 verbunden sein. An Stelle des Rollenlagers könnte auch ein entsprechendes Kugellager in der Lageranordnung 19 verwendet werden.
Bezugszeichenliste
10 Schneckengetriebeanordnung
11 Hilfskraftlenkung
12 Fahrzeug
13 Rotorwelle
14 Rotor
15 Stator
16 Elektromotor
17 Schneckenwelle
18 Gehäuse
19 Lageranordnung 0 Federmittel 1 erstes Federelement 2 zweites Federelement
23 Loslager
24 Wellenlager
25 Gehäuselager
26 Rolllager
27 Übergangsbereich
28 Antriebswelle
D1 Axialrichtung
R1 erste Radialrichtung
R2 zweite Radialrichtung

Claims

Ansprüche
1. Schneckengetriebeanordnung (10) für eine elektromechanische Hilfskraftlenkung (11) eines Fahrzeugs (12), aufweisend eine Rotorwelle (13) zum Antreiben eines Rotors (14) in einem Elektromotor (16) der elektromechanischen Hilfskraftlenkung (11), eine drehfest mit der Rotorwelle (13) verbundene Schneckenwelle (17), ein Gehäuse (18), in welchem die Rotorwelle (13) wenigstens teilweise angeordnet ist, und eine Lageranordnung (19) zur federnden Lagerung der Rotorwelle (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (19) ein Federmittel (20) aufweist, das mit Bezug auf eine Federkraftrichtung (F1) des Federmittels (20), für eine gefederte Verschiebung der Rotorwelle (13) in einer Axialrichtung (D1) der Rotorwelle (13), parallel zur Axialrichtung (D1) angeordnet ist.
2. Schneckengetriebeanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel (20) ein erstes Federelement (21) und ein zweites Federelement (22) aufweist, wobei, mit Blick auf einen Querschnitt der Rotorwelle (13), das erste Federelement (21) in einer ersten Radialrichtung (R1) der Rotorwelle (13) über der Rotorwelle (13) angeordnet ist und das zweite Federelement (22) in einer zweiten Radialrichtung (R2) der Rotorwelle (13), die sich entgegengesetzt zur ersten Radialrichtung (R1) erstreckt, unter der Rotorwelle (13) angeordnet ist.
3. Schneckengetriebeanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (19) ein Loslager (23) mit einem Lagerspiel zur federnden Auslenkung des Loslagers (23) durch das Federmittel (20) in der Axialrichtung (D1) aufweist.
4. Schneckengetriebeanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Loslager (23) ein an der Rotorwelle (13) befestigtes Wellenlager (24), ein am Gehäuse (18) befestigtes Gehäuselager (25) und ein zwischen dem Wellenlager (24) und dem Gehäuselager (25) positioniertes Rolllager (26) aufweist, wobei das Wellenlager (24) und das Gehäuselager (25) in der Axialrichtung (D1) zerstörungsfrei verschiebbar zueinander angeordnet sind.
5. Schneckengetriebeanordnung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenlager (24) einstückig mit der Rotorwelle (13) verbunden ist.
6. Schneckengetriebeanordnung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuselager (25) einstückig mit dem Gehäuse (18) verbunden ist.
7. Schneckengetriebeanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (19) in der Axialrichtung (D1) zwischen dem Rotor (14) und der Schneckenwelle (17) angeordnet ist.
8. Schneckengetriebeanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (13) in einem Übergangsbereich (27) von der Rotorwelle (13) zur Schneckenwelle (17) eine Verjüngung aufweist.
9. Schneckengetriebeanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel (20) als integraler Bestandteil des Gehäuses (18) ausgestaltet ist.
10. Elektromechanische Hilfskraftlenkung (11) für ein Fahrzeug (12) mit einem Elektromotor (16) und einer Schneckengetriebeanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche.
11. Fahrzeug (12) mit einer elektromechanischen Hilfskraftlenkung (11) nach Anspruch 10.
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