DE102007002684A1

DE102007002684A1 - Servolenkung

Info

Publication number: DE102007002684A1
Application number: DE200710002684
Authority: DE
Inventors: Martin Budaker; Helmut KNÖDLER; Michael Ochs
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2008-07-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung (1), insbesondere eine Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug, mit einem Servomotor (2) an einem Gestell (3), der über ein Zugmittelgetriebe (4) mit einem axial verlagerbaren Bauteil (5) der Servolenkung (1) unter Bildung einer Bewegungsschraube (6) wirkverbunden ist. Um eine Servolenkung zu schaffen, die einfach und bei geringstem Bauraumbedarf darstellbar ist, ist vorgesehen, dass das Zugmittelgetriebe (4) in einem Gestellteil (7) vormontiert ist, wobei ein Zugmittel (8) über eine zu dem Zugmittelgetriebe (4) gehörige erste Scheibe (9) und über ein die Position einer zweiten Scheibe (10) an einer mit dem Servomotor (2) wirkverbundenen Abtriebswelle (11) vor der Montage der Servolenkung (1) einnehmendes Montagewerkzeug (12) gelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung, insbesondere eine Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Montage einer Servolenkung nach dem Anspruch 15.
Die DE 100 52 275 A1 beschreibt ein Zugmittelgetriebe mit einem Zahnriemen zur Erzeugung einer Lenkhilfskraft eines axial verlagerbaren Bauelements, das mit einer drehfest mit einer Riemenscheibe des Zugmittelgetriebes verbundenen Mutter eine Bewegungsschraube bildet. Das beschriebene Zugmittelgetriebe stellt zwar eine spielfreie und im Betrieb geräuscharme Verbindung zwischen dem Servomotor und dem Lenkgetriebe dar, in der Praxis sind solche Lenkgetriebe von Servolenkungen aber zeitaufwändig zu montieren und im Bauraum nicht optimiert, da zur Erzeugung einer definierten Vorspannung des Zugmittels zusätzlich Spanneinrichtungen nötig sind.
Es sind Servolenkungen bekannt, die eine Aufhängung des Servomotors und/oder des axial verlagerbaren Bauteils in einem Gestell oder Lenkgetriebegehäuse an einem Exzenter vorsehen. Dadurch lässt sich der Achsabstand einer Abtriebswelle des Servomotors und des axial verlagerbaren Bauteils variieren und beispielsweise zu Montagezwecken verringern, sodass die Montage des Zugmittels vorspannungsfrei erfolgen kann.
Der Bauraumbedarf solcher Servolenkungen ist nicht optimiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkung und ein Verfahren zur Montage der Servolenkung anzugeben, die einfach und bei geringstem Bauraumbedarf darstellbar ist.
Die Aufgabe wird mit einer Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren zur Montage und/oder Einstellung der Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Dadurch dass das Zugmittelgetriebe der Servolenkung in einem Gestellteil oder Teil eines Lenkgetriebegehäuses vormontiert ist, wobei ein Zugmittel des Getriebes über eine erste Scheibe und über ein, die Position einer zweiten Scheibe des Zugmittelgetriebes an einer mit dem Servomotor wirkverbundenen Abtriebswelle vor der Montage der Servolenkung einnehmenden Montagewerkzeug gelegt ist, ist eine konstruktive Möglichkeit geschaffen, den schwierig zu montierenden Teil der Servolenkung, nämlich das Zugmittelgetriebe mit vorzuspannendem Zugmittel, komplett vor dessen Einbau in die Servolenkung vorzumontieren. Das Montagewerkzeug wird nach der Verbindung des Zugmittelgetriebes mit der zweiten Scheibe oder der Abtriebswelle des Servomotors entfernt. Die zweite Scheibe ersetzt dieses sodann.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im Gestellteil mit dem Zugmittelgetriebe ist das Zugmittel mit definierter Vorspannung über die erste Scheibe und das Montagewerkzeug gespannt, sodass das Zugmittel anschließend rasch und ohne Schwierigkeiten über die zweite Scheibe geschoben werden kann.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Servolenkung ist das Gestell als Lenkgetriebegehäuse und das Gestellteil als Gehäusedeckel gebildet, die zusammen ein Lenkgetriebegehäuse für eine Zahnstangenlenkung ergeben. Das Montagewerkzeug zum Halten und Vorspannen des Zugmittels ist in eine Öffnung des Gehäusedeckels von außen eingeschoben und formschlüssig lösbar darin festgelegt. Das Montagewerkzeug ist als zylinderförmiger Bolzen oder als Rohr gebildet das einen ähnlichen Durchmesser wie die zweite, auf der Abtriebswelle des Servomotors oder einer damit wirkverbundenen Welle drehfest sitzenden Scheibe hat. Dadurch ist ein Aufschieben des Zugmittels auf die zweite Scheibe ohne Schwierigkeiten möglich.
Die Abtriebswelle ist bevorzugt parallel zu dem axial verlagerbaren Bauteil in dem Gestell oder Lenkgetriebegehäuse angeordnet, wodurch eine bauraumsparende Anordnung des Servomotors und des axial verlagerbaren Bauteils gegeben ist. Es ist bevorzugt zumindest in einem Teilabschnitt mit einem Gewinde versehen, das mit einem Kugelumlaufgewinde einer axial unverschieblich in dem Gestell gehaltenen und um das axial verlagerbare Bauteil drehbaren Mutter in Eingriff ist.
Das Gestellteil oder der Gehäusedeckel ist mit seinen Befestigungsmitteln so gestaltet, dass es an dem Gestell oder Lenkgetriebegehäuse in radialer Richtung zu dem axial verlagerbaren Bauteil oder zu dem Servomotor zumindest begrenzt verschoben werden kann und kraftschlüssig und/oder formschlüssig festgelegt werden kann, nachdem der Gehäusedeckel justiert und das Zugmittel auf eine definierte Vorspannung eingestellt wurde. Das Zugmittelgetriebe wird in dem an dem Lenkgetriebegehäuse montierten Zustand ohne Spannmittel im Dehnungsbetrieb betrieben, wobei die ungespannte Länge des Zugmittels kleiner als seine Betriebslänge ist. Ist das Zugmittel u. U. vorgestreckt worden, so ergeben sich im Betrieb kleinere bleibende Längungen. Das Gestellteil oder der Gehäusedeckel ist bevorzugt mit Schraubbolzen an dem Gestell oder an dem Lenkgetriebegehäuse festgelegt. Die Schraubbolzen sind dabei mit Radialspiel in dem Gestellteil oder Gehäusedeckel in Langlöchern oder dergleichen geführt.
Ein geräuscharm arbeitendes Zugmittelgetriebe lässt sich mit einem Keilriemen oder Keilrippenriemen oder mit einem Zahnriemen als Zugmittel darstellen.
Um einen flächenschlüssigen Verbund zwischen dem Lenkgetriebegehäuse und dem Gehäusedeckel zu ermöglichen kann es zweckmäßig sein, dass an axialen Stirnflächen zwischen dem Gehäusedeckel oder Gestellteil und dem Lenkgetriebegehäuse oder dem Gestell Vertiefungen eingebracht sind, auf und in denen ein flächiges Dichtmittel, wie etwa eine Scheibendichtung zum Liegen kommt. Es kann auch in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Servolenkung eine Scheibe zwischen den axialen Stirnflächen angeordnet sein, die Erhebungen aufweist, welche sich im montierten Zustand des Lenkgetriebegehäuses in die axialen Stirnflächen graben. In diesem Fall übernimmt ein Dichtmittel in Form eines O-Rings die Abdichtung zwischen Lenkgetriebegehäuse und Gehäusedeckel.
Der Servomotor ist bevorzugt als Elektromotor und als Synchronmaschine ausgelegt.
Die Servolenkung und insbesondere deren Lenkgetriebe mit Aktuator kann wesentlich rascher als die aus dem Stand der Technik bekannten Servolenkungen montiert werden, indem beispielsweise zunächst der Servomotor im Gestell oder Lenkgetriebegehäuse festgelegt wird. Der Gehäusedeckel mit der Bewegungsschraube und dem Zugmittelgetriebe wird als komplette Einheit vormontiert indem zunächst die Mutter und die erste Scheibe mit einem Radiallager in dem Gestellteil oder dem Gehäusedeckel fixiert wird und das axial verlagerbare Bauteil mit der Mutter zu einer Bewegungsschraube zusammengefügt wird. Das axial verlagerbare Bauteil ist in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel als Zahnstange mit einem Gewinde- oder Spindelabschnitt gebildet, auf dem einerseits ein mit einer Lenkhandhabe wirkverbundenes Ritzel kämmt und andererseits die Mutter darum rotieren kann.
Als nächster Montageschritt wird ein Montagewerkzeug durch die Öffnung des Gehäusedeckels von dessen Außenseite zur Innenseite geschoben und das Zugmittel über die erste Scheibe und das Montagewerkzeug gespannt. Anschließend wird der Gehäusedeckel mit dem Zugmittelgetriebe und der Bewegungsschraube an das Lenkgetriebegehäuse gefahren, wobei das axial verlagerbare Bauteil in die Bohrung des Lenkgetriebegehäuses geschoben wird. Der Gehäusedeckel wird mit radialem Versatz in Richtung zu der zweiten Scheibe auf der Abtriebswelle des Servomotors dem Lenkgetriebegehäuse und dessen axialer Stirnfläche oder Trennfläche angenähert um ein leichtes Übergleiten des Zugmittels von dem Montagewerkzeug auf die zweite Scheibe zu ermöglichen. Zuvor ist ein Dichtmittel in Form eines O-Ringes oder ein flächiges Dichtelement zwischen Lenkgetriebegehäuse und Gehäusedeckel gelegt worden. Der Spalt zwischen Gehäusedeckel und Lenkgetriebegehäuse ist nun nahezu Null. Es folgt ein loses Einschrauben von Schraubbolzen oder sonstigen Verbindungsmitteln durch den Gehäusedeckel in das Lenkgetriebegehäuse. Der Gehäusedeckel mit dem Zugmittelgetriebe und dem axial verlagerbaren Bauteil wird nun mit einer definierten Kraft in radialer Richtung gedrückt und das Zugmittel gespannt. Unter Einwirkung dieser Vorspannkraft werden nun die Schraubbolzen festgezogen. In Betriebsstellung liegt der Mittelpunkt des axial verlagerbaren Bauteils dann genau im theoretischen Mittelpunkt der Bohrung des Lenkgetriebegehäuses für das axial verlagerbare Bauteil.

1: Servolenkung
2: Servomotor
3: Gestell
4: Zugmittelgetriebe
5: Bauteil, axial verlagerbar
6: Bewegungsschraube
7: Gestellteil
8: Zugmittel
9: Scheibe, erste
10: Scheibe, zweite
11: Abtriebswelle
12: Montagewerkzeug
13: Lenkgetriebegehäuse
14: Gehäusedeckel
15: Öffnung
16: Bolzen
17: Gewinde, an 5
18: Kugelumlaufgewinde, an 19
19: Mutter
20: Schraubbolzen
21: Zahnriemen
22, 22': Stirnfläche, axial
23: Vertiefung
24: Dichtelement, flächig
25: Scheibendichtung
26: Scheibe
27: Erhebung, an 26
28: Radiallager
29: Dichtmittel
30: Bohrung, in 13
31: Zahnstange
32: Radialflansch
33: Verzahnungsabschnitt
34: Lenkwelle
35: Spindelabschnitt
36: Stopfen
x: radialer Versatz
F: Querkraft
y: Pfeil

Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben. In der Zeichnung zeigt:
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Servolenkung im montierten Zustand,
2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Servolenkung in 1 in Montagestellung,
3 ein Ausführungsbeispiel einer Scheibe zwischen dem Lenkgetriebegehäuse und dem Gehäusedeckel.
In 1 ist in einem Längsschnitt eine als elektrische Zahnstangen-Hilfskraftlenkung gebildete Servolenkung für einen Personenkraftwagen gezeigt. In einem als zylinderförmiges Lenkgetriebegehäuse 13 gebildeten, eine Bohrung 30 aufweisenden Gestell 3 ist ein als Zahnstange 31 gebildetes, axial verlagerbares Bauteil 5 gelagert. Parallel zu der Zahnstange 31 ist an einem Radialflansch 32 des Lenkgetriebegehäuses 13 ein elektrischer Servomotor 2 festgelegt. Die Zahnstange 31 kämmt an einem Verzahnungsabschnitt 33 mit einem nicht gezeigten Ritzel einer Lenkwelle 34 und weist ein Gewinde 17 an einem Spindelabschnitt 35 auf, welches in Eingriff mit einem Kugelumlaufgewinde 18 einer Mutter 19 ist. Die Mutter 19 und der Spindelabschnitt 35 bilden eine Bewegungsschraube 6. Die Mutter 19 ist drehfest mit einer ersten Scheibe 9 verbunden und über ein Radiallager 28 in einem als Gehäusedeckel 14 gebildeten Gestellteil 7 gelagert. Auf einer Abtriebswelle 11 des elektrischen Servomotors 2 ist eine zweite, im Durchmesser kleinere Scheibe 10 festgelegt. Ein als Zahnriemen 21 gebildetes Zugmittel 8 ist über die erste und zweite Scheibe gespannt und bildet zusammen mit diesen ein im Dehnungsbetrieb ohne Spannmittel betriebenes Zugmittelgetriebe 4.
Eine Öffnung 15 in Front der zweiten Scheibe 10 in dem Gehäusedeckel 14 dient zur Aufnahme eines als Bolzen 16 gebildeten Montagewerkzeugs 12 (vgl. 2) und ist mit einem Stopfen 36 verschlossen.
Zwischen einer axialen Stirnfläche 22' des Lenkgetriebegehäuses 13, die zum Großteil sich an dem Radialflansch 32 erstreckt, und einer axialen Stirnfläche 22 des Ge häusedeckels 14 ist ein O-Ring-Dichtmittel 29 zur Abdichtung des Lenkgetriebegehäuses 13 zu dem Gehäusedeckel 14 gelegt.
2 zeigt dieselbe Servolenkung 1 in einer Montagestellung in der der Gehäusedeckel 14 mit der Bewegungsschraube 6 und dem Zugmittelgetriebe 4 noch nicht an dem Lenkgetriebegehäuse 13 festgelegt ist. Für gleiche Bauteile gelten dieselben Bezugszeichen wie in 1
Das Montagewerkzeug 12 übernimmt die Aufgabe der zweiten Scheibe 10 auf der Abtriebswelle 11 des Servomotors 2. Das Zugmittelgetriebe 4 ist im Übrigen zusammen mit der Zahnstange 31 in dem Gehäusedeckel 14 vormontiert. Die Zahnstange 31 ist in der Bohrung 30 mit radialem Versatz x zu ihrer späteren Betriebsposition. Die gesamte Einheit wird so weit nach links verschoben, bis der Spalt zwischen den axialen Stirnflächen 22, 22' nahezu Null ist.
Nun wird der Gehäusedeckel 14 mittels mehrerer am Umfang verteilter Schraubbolzen 20 mit dem Lenkgetriebegehäuse 13 verbunden, wobei noch ein minimaler Spalt zwischen dem Gehäusedeckel 14 und dem Lenkgetriebegehäuse 13 verbleibt. Das Montagewerkzeug 12 ist aus der Öffnung 15 gezogen und der Zahnriemen 21 liegt auf der zweiten Scheibe 10 auf. In diesem Zustand wird nun die Einheit mit dem Gehäusedeckel 14 mittels einer definierten Querkraft F in Richtung des Pfeils y gedrückt und der Zahnriemen 21 gespannt. Unter Einwirkung der Querkraft F werden nun die Schraubbolzen 20 mit einem definierten Drehmoment angezogen. In Betriebsstellung in 1 fallen die Längsachsen der Zahnstange 31 und der Bohrung 30 zusammen.
In 3 ist eine zusätzliche Maßnahme gezeigt, den Reibschluss zwischen den axialen Stirnflächen 22, 22' zu verbessern. Eine Scheibe 26 aus Metall oder einem anderen, härteren Werkstoff wie die Lenkgetriebeteile ist zwischen die axialen Stirnflächen 22, 22' gelegt und gräbt sich mit nasenartigen Erhebungen 27 in die axialen Stirnflächen 22, 22' ein. Es kann auch zweckmäßig sein auf eine andere Weise form- oder flächenschlüssig das Lenkgetriebegehäuse 13 und den Gehäusedeckel 14 zu verbinden, etwa indem Vertiefungen 23 in die axialen Stirnflächen 22, 22' eingebracht werden und anstelle der Scheibe 26 ein flächiges Dichtelement 24 in der Art einer plastisch und/oder elastisch verformbaren Scheibendichtung 25 vorzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10052275 A1 [0002]

Claims

Servolenkung, insbesondere Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug, mit einem Servomotor (2) an einem Gestell (3), der über ein Zugmittelgetriebe (4) mit einem axial verlagerbaren Bauteil (5) der Servolenkung (1) unter Bildung einer Bewegungsschraube (6) wirkverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittelgetriebe (4) in einem Gestellteil (7) vormontiert ist, wobei ein Zugmittel (8) über eine zu dem Zugmittelgetriebe (4) gehörige, erste Scheibe (9) und über ein, die Position einer zweiten Scheibe (10) an einer mit dem Servomotor (2) wirkverbundenen Abtriebswelle (11) vor der Montage der Servolenkung (1) einnehmenden Montagewerkzeug (12) gelegt ist.
Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (8) mit definierter Vorspannung über die erste Scheibe (9) und das Montagewerkzeug (12) gespannt ist.
Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (3) ein Lenkgetriebegehäuse (13) ist und das Gestellteil (7) ein Gehäusedeckel (14) ist, wobei das Montagewerkzeug (12) in einer Öffnung (15) des Gehäusedeckels (14) formschlüssig lösbar festgelegt ist.
Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Montagewerkzeug (12) ein zylinderförmiger Bolzen (16) oder Rohr ist.
Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (11) des Servomotors (2) parallel zu dem axial verlagerbaren Bauteil (5) in dem Gestell (3) oder Lenkgetriebegehäuse (13) angeordnet ist.
Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verlagerbare Bauteil (5) ein Gewinde (17) aufweist, das mit einem Kugelumlaufgewinde (18) einer Mutter (19) in Eingriff ist.
Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestellteil (7) oder der Gehäusedeckel (14) an dem Gestell (3) oder Lenkgetriebegehäuse (13) in radialer Richtung zu dem axial verlagerbaren Bauteil (5) oder zu dem Servomotor (2) verschiebbar kraftschlüssig und/oder form schlüssig festgelegt ist.
Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittelgetriebe (4) im montierten Zustand im Dehnungsbetrieb ohne Spannmittel für das Zugmittel (8) betrieben ist.
Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestellteil (7) oder der Gehäusedeckel (14) mit Schraubbolzen (20) an dem Gestell (3) oder an dem Lenkgetriebegehäuse (13) festgelegt ist, wobei die Schraubbolzen (20) mit Radialspiel in dem Gestellteil (7) oder Gehäusedeckel (14) geführt sind.
Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (8) ein Keilriemen oder ein Keilrippenriemen oder ein Zahnriemen (21) ist.
Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an axialen Stirnflächen (22, 22') zwischen dem Gehäusedeckel (14) oder Gestellteil (7) und dem Lenkgetriebegehäuse (13) oder dem Gestell (3) Vertiefungen (23) eingebracht sind, auf denen ein flächiges Dichtelement (24) zum Liegen kommt.
Servolenkung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Dichtelement (24) eine Scheibendichtung (25) ist.
Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den axialen Stirnflächen (22, 22') des Gestellteils (7) oder Gehäusedeckels (14) und des Lenkgetriebegehäuses (13) oder Gestells (3) eine Scheibe (26) angeordnet ist, die Erhebungen (27) aufweist, welche sich im montiertem Zustand der Servolenkung (1) in die axialen Stirnflächen (22, 22') graben.
Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Servomotor (2) ein Elektromotor ist.
Verfahren zur Montage und/oder Einstellung einer Servolenkung (1) gemäß den Ansprüchen 1 bis 14 mit folgenden Schritten: a) Der Servomotor (2) wird in dem Gestell (3) oder Lenkgetriebegehäuse (13) festgelegt, b) Festlegen der Mutter (19) und Scheibe (9) mit einem Radiallager (28) in dem Gestellteil (7) oder Gehäusedeckel (14) und Montieren des axial verlagerbaren Bauteils (5) zu der Bewegungsschraube (6), c) Einführen des Montagewerkzeugs (12) in die Öffnung (15), sowie Legen des Zugmittels (8) über das Montagewerkzeug (12) und die erste Scheibe (9), d) Montieren des Gehäusedeckels (14) oder Gestellteils (7) mit dem Zugmittelgetriebe (4) durch Annähern an das Lenkgetriebegehäuse (13) und Führen des Zugmittels (8) über die zweite Scheibe (10) an der Abtriebswelle (11) des Servomotors (2) nach vorherigem Zwischenlagern eines Dichtmittels (29) und/oder des flächigen Dichtelements (24), e) Loses Einschrauben der Schraubbolzen (20) durch den Gestellteil (7) oder Gehäusedeckel (14) in das Lenkgetriebegehäuse (13), f) Aufbringen einer definierten Kraft (F) in radialer Richtung des Servomotors (2) oder axial verlagerbaren Bauteils (5) auf den Gestellteil (7) oder den Gehäusedeckel (14), g) Festziehen der Schraubbolzen (20) wenn das axial verlagerbare Bauteil (5) mittig in einer Bohrung (30) des Gestells (3) oder Lenkgetriebegehäuses (13) liegt.