DE102008049701A1

DE102008049701A1 - Elektromechanische Lenkung

Info

Publication number: DE102008049701A1
Application number: DE200810049701
Authority: DE
Inventors: Joachim Thies; André Huk
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-01

Abstract

Eine elektromechanische Lenkung umfasst ein Lenkgehäuse (1), eine Lenkstange (2), die in dem Lenkgehäuse (1) axial bewegbar gelagert ist und einen Spindelabschnitt (11) aufweist, eine Kugelgewindemutter (10), die in dem Lenkgehäuse (1) drehbar gelagert, jedoch axial gehalten ist und mit dem Spindelabschnitt (11) in Eingriff steht, und eine biegeweiche Gleitlagerung (20), die im Bereich des Spindelabschnitts (11) am Lenkgehäuse (1) gehalten ist und eine Gleitfläche (21, 31, 41) zur Abstützung des Spindelabschnitts (11) aufweist. Hierdurch kann die Kugelgewindemutter (10) gegen Überlastungen geschützt werden. Gleichwohl bleiben im Bereich der Gleitlagerung (20) die Kantenpressungen am Spindelabschnitt (11) gering.
Weiterhin wird eine besonders reibungsarme Variante offenbart.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung, umfassend ein Lenkgehäuse, eine Lenkstange, die in dem Lenkgehäuse axial bewegbar gelagert ist und einen Spindelabschnitt aufweist, und eine Kugelgewindemutter, die in dem Lenkgehäuse drehbar gelagert, jedoch axial gehalten ist und mit dem Spindelabschnitt in Eingriff steht.
Bei elektromechanischen Lenkungen wird eine den Fahrer beim Lenken unterstützende Kraft durch einen Elektromotor aufgebracht. Das Antriebsmoment des Elektromotors wird auf eine Kugelgewindemutter eines Kugelgewindetriebs übertragen. Je nach Anordnung des Motors, die achsparallel oder koaxial zur Lenkstange erfolgen kann, ist die Kugelgewindemutter entweder über ein Zahnriemengetriebe mit dem Motor gekoppelt oder unmittelbar mit diesem verbunden. Der Kugelgewindetrieb umfasst weiterhin einen Spindelabschnitt an der Lenkstange. Über die Kugelgewindemutter und den Spindelabschnitt wird die Drehbewegung des Motors in eine für eine Lenkbewegung erforderliche Translationsbewegung der Lenkstange übersetzt.
Aufgrund räumlicher Gegebenheiten ist die Kugelgewindemutter verhältnismäßig weit von den die Lenkstange im Lenkgehäuse abstützenden Lagern sowie vom Lenkungsritzel einer zum Lenkrad führenden Lenkwelle entfernt. Aus dieser Abstützung der Lenkstange resultiert ein verhältnismäßig großer Hebelarm und ein dementsprechend hohes Moment, welches auf die Lenkstange einwirkt, so dass sich die Lenkstange mitunter stark durchbiegt. Hierdurch ergeben sich hohe Belastungen für die Kugelgewindemutter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, die Belastung der Kugelgewindemutter zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch eine elektromechanische Lenkung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenkung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass zusätzlich eine biegeweiche Gleitlagerung vorgesehen ist, die im Bereich des Spindelabschnitts am Lenkgehäuse gehalten ist und eine Gleitfläche zur Abstützung des Spindelabschnitts aufweist.
Aufgrund der Gewindeform des Spindelabschnitts steht an diesem eine relativ kleine tragende Gleitfläche zur Verfügung. Durch die biegeweiche Ausgestaltung der Gleitlagerung wird jedoch eine Abstützung des Spindelabschnitts über mehrere Windungen ermöglicht, so dass die an dem Spindelabschnitt entstehenden Kantenpressungen beherrschbar bleiben. Das biegeweiche Gleitlager folgt der Biegelinie der Lenkstange und ermöglicht eine große Tragfläche im Gleitbereich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
So kann beispielsweise die biegeweiche Gleitlagerung derart konfiguriert sein, um erst ab einer bestimmten Durchbiegung der Lenkstange zu tragen. Durch eine solche lastabhängige Abstützung im Bereich des Spindelabschnitts kann die Reibung im Normallastbetrieb gering gehalten werden. Die stützende Wirkung der Gleitlagerung setzt vorzugsweise bei solchen Lasten bzw. einer solchen Durchbiegung ein, welche ansonsten eine Schädigung der Kugelgewindemutter verursachen würden. Durch diese Abstimmung bleibt die Grundsystemreibung gering. Zudem wird eine Überlastung des Kugelgewindetriebs vermieden, woraus eine erhöhte Lebensdauer des Kugelgewindetriebs resultiert.
Die lastabhängige Abstützung lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass die Gleitfläche der biegeweichen Gleitlagerung zu dem Spindelabschnitt Spiel aufweist, welches derart eingestellt ist, dass mit zunehmender Durchbiegung der Lenkstange der Spindelabschnitt in Anlage gegen die Gleitfläche gelangt und durch diese gestützt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Längsschnittansicht einer elektromechanischen Lenkung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei hier lediglich der Kugelgewindetrieb und Gleitlagerung des Spindelabschnitts der Lenkstange näher dargestellt sind,
2 eine Längsschnittansicht entsprechend 1 für ein zweites Ausführungsbeispiel, und in
3 eine Längsschnittansicht entsprechend 1 für ein drittes Ausführungsbeispiel.
Die in 1 beispielhaft dargestellte elektromechanische Lenkung umfasst ein Lenkgehäuse 1, in dem eine Lenkstange 2 über nicht näher dargestellte Lager axial bewegbar gelagert ist. An den Enden der Lenkstange 2 ist jeweils eine Spurstange über ein Spurstangengelenk angekoppelt, so dass durch eine Axialverschiebung der Lenkstange 2 im Lenkgehäuse 1 ein Lenkwinkel an den Rädern einer gelenkten Fahrzeugachse einstellbar ist. An der Lenkstange 1 greift ein Lenkungsritzel einer Lenksäule an, um die Übertragung eines fahrerseitigen Lenkbefehls an die Fahrzeugräder zu ermöglichen. Zur Lenkunterstützung ist ein Elektromotor vorgesehen, der vorzugsweise achsparallel oder koaxial zur Lenkstange 2 angeordnet ist. Der Elektromotor ist über ein Getriebe mit der Lenkstange 2 gekoppelt, um ein Antriebsmoment als Axialkraft an der Lenkstange 2 zur Wirkung zu bringen.
Das Getriebe umfasst einen Kugelgewindetrieb mit einer Kugelgewindemutter 10, die über hier nicht näher dargestellte Kugeln mit einem Spindelabschnitt 11 der Lenkstange 2 in Gewindeeingriff steht. Die Kugelgewindemutter 10 stützt sich über ein Hauptlager 12 im Lenkgehäuse 1 ab, so dass diese gegenüber dem Lenkgehäuse 1 drehbar ist, in Axialrichtung jedoch festgehalten ist. Die Lenkstange 2 ist beispielsweise durch das Lenkungsritzel gegen ein Drehen im Lenkgehäuse 1 abgestützt.
Im Bereich des Spindelabschnitts 11 der Lenkstange 2 ist eine biegeweiche Gleitlagerung 20 vorgesehen, die am Lenkgehäuse 1 gehalten ist und eine Gleitfläche 21 zur Abstützung des Spindelabschnitts 11 aufweist.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die biegeweiche Gleitlagerung als Pendellager ausgeführt.
Die biegeweiche Gleitlagerung des ersten Ausführungsbeispiels weist einen Gleitkörper 22 mit einer Kugelkalotte auf, welche in einer Lagerschale 23 schwenkbar gehalten ist. Der Gleitkörper 22 besitzt eine längliche, kreiszylindrische Durchgangsöffnung, die an ihrem Innenumfang die Gleitfläche 21 ausbildet. Dabei ist die Länge der Durchgangsöffnung so bemessen, das sich der Spindelabschnitt 11 mit mehreren Windungen an der Gleitfläche 21 abstützen kann. Der Gleitkörper 22 kann aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt werden, wobei neben metallischen Werkstoffen vor allem auch Kunststoffe infrage kommen. Entscheidende Auswahlkriterien sind die Laufruhe, der Verschleiß, die Druckfestigkeit und die Reibung. Die Lagerschale 23 ist am Lenkgehäuse 1 festgelegt. Zur Festsetzung der Lagerschale 23 in einem Deckelabschnitt des Lenkgehäuses 1 können Sicherungsringe 24, Gewinderinge und dergleichen verwendet werden. Bei Belastung bzw. Durchbiegung der Lenkstange 2 kann sich der Gleitkörper 22 durch Drehen der Kugelkalotte in der Lagerschale 23 an die Biegelinie der Lenkstange 2 anpassen, so dass dem Spindelabschnitt 11 die gesamte Gleitlänge der Gleitfläche 21 zur Abstützung zur Verfügung steht.
Durch ein definiertes radiales Spiel zwischen der Gleitfläche 21 des Gleitkörpers 22 und dem Spindelabschnitt 11 lässt sich das System so einstellen, dass eine Abstützung bzw. Lagerung der Spindel 11 erst ab einer bestimmten Last wirksam wird. Hierdurch kann im Normalbetrieb eine zusätzliche Reibung vermieden oder zumindest gering gehalten werden. Treten an der Lenkstange 2 hingegen höhere Lasten bzw. Durchbiegungen auf, welche die Kugelgewindemutter 10 schädigen könnten, wird die biegeweiche Gleitlagerung 20 wirksam und stützt die Lenkstange 2 im Bereich des Spindelabschnitts 11 zusätzlich ab. Da sich die Gleitlagerung 20 flexibel an die Biegelinie der Lenkstange 2 anpasst, werden hohe Kantenpressungen am Spindelabschnitt 11 vermieden. Die Kugelkalotte des Gleitkörpers 22 ermöglicht dabei eine weitgehend momentenfreie Kraftabstützung des Spindelabschnitts 11 in Radialrichtung.
Durch eine elastische Aufnahme des Spindelabschnitts 11 kann eine besonders gute Anpassung an die Biegelinie erzielt werden. Zudem kann die biegeweiche Gleitlagerung so abgestimmt werden, dass mit zunehmender Durchbiegung der Lenkstange 2 die Abstützkräfte zunehmen.
2 zeigt eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels, die sich lediglich durch die Ausgestaltung der biegeweichen Gleitlagerung 20 unterscheidet.
Die biegeweiche Gleitlagerung des zweiten Ausführungsbeispiels umfasst ein vorzugsweise ringförmiges Lagerinnenteil 30, welches an seinem Innenumfang eine kreiszylindrische Gleitfläche 31 ausbildet. Die Gleitfläche 31 ist wiederum zur Abstützung mehrerer Windungen des Spindelabschnitts 11 geeignet. Weiterhin umfasst die Gleitlagerung des zweiten Ausführungsbeispiels ein am Lenkgehäuse 1 festgelegtes Lageraußenteil 32, das vorzugsweise ringförmig ausgebildet ist. Zwischen dem Lagerinnenteil 30 und dem Lageraußenteil 32 ist ein Elastomerkörper 33 angeordnet, und zwar derart, dass das Lagerinnenteil 30 gegenüber dem Lageraußenteil 32 unter Verformung des Elastomerkörpers 33 schwenkbar ist. Hierdurch kann die oben bereits erläuterte dynamische Anpassung des Gleitlagers an die Biegelinie der Lenkstange 2 bewirkt werden. Zudem kann wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel zwischen der Gleitfläche 31 und dem Spindelabschnitt 11 wiederum ein anfängliches Spiel vorgesehen seien, um im Normalbetrieb die durch die Gleitlagerung verursachte Reibung minimal zu halten, bei höheren Lasten und einer verstärkten Durchbiegung der Lenkstange 2 diese zum Schutz der Kugelgewindemutter 10 jedoch zusätzlich am Lenkgehäuse 1 abzustützen.
Der Elastomerkörper 33 kann an dem Lagerinnenteil 30 und dem Lageraußenteil 32 anvulkanisiert sein. Durch Auswahl einer geeigneten Steifigkeit des Elastomerkörpers 33 in Bezug auf die Materialmischung und Shore-Härte lässt sich die Kraft einstellen, ab der die Gleitlagerung ihre tragende Funktion übernimmt. Zudem lässt sich einstellen, in welchem Umfang die Gleitlagerung trägt. So kann beispielsweise bei geringer Belastung bzw. Durchbiegung des Spindelabschnitts 11 auch nur eine geringe Tragfunktion ausgeführt werden.
3 zeigt eine Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels. Auch hier ist gegenüber 1 lediglich die biegeweiche Gleitlagerung verändert. Diese umfasst wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 ein ringförmiges Lagerinnenteil 40 mit einer kreiszylindrischen Gleitfläche 41 am Innenumfang und ein am Lenkgehäuse 1 festgelegtes ringförmiges Lageraußenteil 42. Zwischen dem Lagerinnenteil 40 und dem Lageraußenteil 42 ist wiederum ein Elastomerkörper 43 angeordnet, um eine Verschwenkbarkeit zwischen dem Lagerinnenteil 40 und dem Lageraußenteil 42 zu gewährleisten und so eine Anpassung des Lagers an die Biegelinie des Spindelabschnitts 11 zu ermöglichen. Wie in 3 weiter zeigt, bildet das Lageraußenteil 42 in Richtung des Lagerinnenteils 40 sich verjüngende Nocken 44 aus. Dabei sind die freien Enden der Nocken 44 durch den Elastomerkörper 43 von dem Lagerinnenteil 40 beabstandet. Diese Nocken 44 sollen ab einer bestimmten Überlastung, hervorgerufen durch die Verbiegung des Spindelabschnitts 11, dass Lagerinnenteil 40 am Lageraußenteil 42 abstützen. Die Nocken 44 sind in ihrer Höhe abfallend ausgeführt, so dass das Lagerinnenteil 40 zunächst der Biegelinie der Lenkstange 2 folgen kann und dann entsprechend an den Nocken 44 in Anlage gelangt. Die Form und Höhe der Nocken 44 lassen sich entsprechend dem jeweiligen Belastungsfall variieren. Wie 3 zeigt, erstreckt sich der Elastomerkörper 43 auch zwischen die Nocken 44.
In einer weiteren Abwandlung kann die biegeweiche Gleitlagerung als gekapseltes Gleitlager mit Elastomerfüllung zwischen einem die Gleitfläche aufweisenden Lagerinnenring und einem am Lenkgehäuse festgelegten Lageraußenring ausgeführt werden.
Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen ist der Kugelgewindetrieb zwischen der biegeweiche Gleitlagerung und dem Lenkungsritzel angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die biegeweiche Gleitlagerung zwischen dem Kugelgewindetrieb und dem Lenkungsritzel anzuordnen.
Ferner ist die Lenkstange 2 an mindestens einem Abschnitt außerhalb des Spindelabschnitts 11 am Lenkgehäuse 1 gelagert. Vorzugsweise sind zwei solcher Abschnitte an den beiden Endabschnitten der Lenkstange 2 vorgesehen und am Lenkgehäuse 1 axial geführt.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und weiterer Abwandlungen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.

1: Lenkgehäuse
2: Lenkstange
10: Kugelgewindemutter
11: Spindelabschnitt der Lenkstange
12: Hauptlager der Kugelgewindemutter
20: biegeweiche Gleitlagerung
21: Gleitfläche
22: Gleitkörper mit Kugelkalotte
23: Lagerschale
24: Sicherungsring
30: Lagerinnenteil
31: Gleitfläche
32: Lageraußenteil
33: Elastomerkörper
40: Lagerinnenteil
41: Gleitfläche
42: Lageraußenteil
43: Elastomerkörper
44: Nocken
45: Sicherungsring

Claims

Elektromechanische Lenkung, umfassend: ein Lenkgehäuse (1), eine Lenkstange (2), die in dem Lenkgehäuse (1) axial bewegbar gelagert ist und einen Spindelabschnitt (11) aufweist, eine Kugelgewindemutter (10), die in dem Lenkgehäuse (1) drehbar gelagert, jedoch axial gehalten ist und mit dem Spindelabschnitt (11) in Eingriff steht, gekennzeichnet durch eine biegeweiche Gleitlagerung (20), die im Bereich des Spindelabschnitts (11) am Lenkgehäuse (1) gehalten ist und eine Gleitfläche (21, 31, 41) zur Abstützung des Spindelabschnitts (11) aufweist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die biegeweiche Gleitlagerung (20) derart konfiguriert ist, um erst ab einer bestimmten Durchbiegung der Lenkstange (2) zu tragen.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (21, 31, 41) der biegeweichen Gleitlagerung zu dem Spindelabschnitt (11) Spiel aufweist, welches derart eingestellt ist, dass mit zunehmender Durchbiegung der Lenkstange der Spindelabschnitt in Anlage gegen die Gleitfläche (21, 31, 41) gelangt und durch diese gestützt wird.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die biegeweiche Gleitlagerung (20) als Pendellager ausgeführt ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die biegeweiche Gleitlagerung (20) einen Gleitkörper (22) mit einer Kugelkalotte aufweist, welche in einer Lagerschale (23) schwenkbar gehalten ist, wobei der Gleitkörper (22) eine Durchgangsöffnung aufweist, die an ihrem Innenumfang die Gleitfläche (21) ausbildet, und die Lagerschale (23) am Lenkgehäuse (1) festgelegt ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die biegeweiche Gleitlagerung (20) ein Lagerinnenteil (30) mit der Gleitfläche (31), ein am Lenkgehäuse (1) festgelegtes Lageraußenteil (32) und einen zwischen diesen angeordneten Elastomerkörper (33) aufweist, wobei das Lagerinnenteil (30) gegenüber dem Lageraußenteil (32) unter Verformung des Elastomerkörpers (33) schwenkbar ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (33) an dem Lagerinnenteil (30) und dem Lageraußenteil (32) anvulkanisiert ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lageraußenteil (42) in Richtung des Lagerinnenteils (40) sich verjüngende Nocken (44) ausbildet, wobei die Enden der Nocken (44) durch den Elastomerkörper (42) von dem Lagerinnenteil (40) beabstandet sind und der Elastomerkörper (42) sich auch zwischen die Nocken (44) erstreckt.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die biegeweiche Gleitlagerung ein gekapseltes Gleitlager mit Elastomerfüllung zwischen einem die Gleitfläche aufweisenden Lagerinnenring und einem am Lenkgehäuse festgelegten Lageraußenring ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkstange (2) mit mindestens einen Abschnitt außerhalb des Spindelabschnitts (11) am Lenkgehäuse (1) gelagert ist.