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Die
Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung, umfassend
ein Lenkungsgehäuse, eine Lenkstange, die sich durch das
Lenkungsgehäuse erstreckt, einen Elektromotor mit einer
Motorwelle, die achsparallel zur Lenkstange angeordnet ist, und
ein Getriebe, über das eine Drehbewegung des Motors in
eine Axialbewegung der Lenkstange übersetzt wird, wobei
die Motorwelle die Eingangswelle des Getriebes bildet und lediglich
durch ein erstes motorseitiges Lager und ein zweites getriebeseitiges
Lager gelagert ist.
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Eine
Lenkung der eingangs genannten Art ist aus der
DE 10 2004 007 354 A1 bekannt.
Hierbei sitzt das Getriebe unmittelbar neben dem Elektromotor, so
dass durch eine stabile Lagerung der Motorwelle gewährleistet
werden kann, dass sich Rotor und Stator des Elektromotors nicht
berühren. Beide Lager der Motorwelle sind an einem Motorgehäuse
zentriert.
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Muss
das das Getriebe in größerem Abstand zu dem Elektromotor
angeordnet werden, können beide Lager nicht mehr im Motorgehäuse
untergebracht werden, da ansonsten die Biegekräfte, welche aus
dem Angriff des Getriebes an der Motorwelle entstehen, nicht mehr
vernünftig abgestützt werden können.
Es muss daher ein Lager nahe dem Getriebe und außerhalb
des Motors angeordnet werden. Dabei besteht jedoch die Gefahr, dass
aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten sowie aufgrund etwaiger Durchbiegungen
der Motorwelle beim Transport Rotor und Stator gegeneinander schlagen
und beschädigt werden.
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Dem
ließe sich durch eine steifere Welle entgegenwirken, was
jedoch zu einem höheren Bauteilgewicht und größeren
Abmessungen führen würde.
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Ferner
wäre es möglich, die Welle in beispielsweise zwei
Teilwellen aufzuteilen, welche separat gelagert und durch eine Ausgleichskupplung
miteinander verbunden werden. Eine solche Lösung ist jedoch
fertigungs- und montagetechnisch aufwändig.
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Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische
Lenkung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der trotz vergrößertem
Abstand von Getriebe und Motor mit geringem Aufwand eine Beschädigung
von Rotor und Stator vermieden werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Lenkung gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenkung
zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das getriebeseitige
Lager und das motorseitige Lager über das Lenkungsgehäuse
zueinander zentriert sind.
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Hierdurch
kann eine lange, einstückige Welle zum Einsatz kommen,
welche einenends den Rotor des Motors darstellt und anderenends
die Eingangswelle des Getriebes bildet. Eine Aufteilung in zwei
separate Teilwellen sowie deren Kupplung durch eine Ausgleichskupplung
ist in diesem Fall nicht erforderlich. Vielmehr wird durch die erfindungsgemäße
Zentrierung über das Lenkungsgehäuse eine toleranzgünstige
Konfiguration erzielt, welche nicht nur eine Berührung
zwischen Rotor und Stator verhindert, sondern zusätzlich
eine exakte Führung des Rotors zum Stator gewährleistet.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung
besteht darin, dass eine Vorprüfung des Elektromotors bereits
lieferantenseitig über eine Vorrichtung, welche das getriebeseitige
Lager aufnimmt, erfolgen kann.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen
angegeben.
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Wird
der Stator unmittelbar in das Lenkungsgehäuse eingebaut,
erfolgte die Zentrierung des motorseitigen Lagers unmittelbar am
Lenkungsgehäuse. Vorzugsweise ist der Elektromotor jedoch
als Baueinheit ausgeführt, die eigens am Lenkungsgehäuse
montiert wird. In diesem Fall ist es von Vorteil, die Zentrierung
des motorseitigen Lagers am Lenkungsgehäuse über
ein Motorgehäuse vorzunehmen, wobei das motorseitige Lager
am Motorgehäuse und das Motorgehäuse am Lenkungsgehäuse zentriert
sind.
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Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das getriebeseitige
Lager ein Loslager und das motorseitige Lager ein Festlager. Dies
erleichtert die Montage am Lenkungsgehäuse insbesondere
dann, wenn der Elektromotor einschließlich Motorwelle als
Baueinheit zur Verfügung gestellt wird.
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Weiterhin
können das getriebeseitige Lager und der Motor durch einen
rohrförmigen Abschnitt des Lenkungsgehäuses, welcher
gegenüber dem Querschnitt des Motors verjüngt
ist, voneinander beabstandet sein. Insbesondere bei rechtsgelenken Fahrzeugen
bietet sich eine solche Bauweise zur Bereitstellung eines Abstands
zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe an.
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Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Radialanschlag
für die Motorwelle vorgesehen. Hierdurch kann die Transportsicherheit
im Hinblick auf ein Vermeiden eines Anschlages des Rotors gegen
den Stator weiter verbessert werden. Der Radialanschlag ist dabei
so angeordnet, dass ein Dauerkontakt unterbleibt, um Reibung zu
vermeiden. Eine zu große Durchbiegungen der Motorwelle,
welche zu einem Anschlagen des Rotors gegen den Stator führen
würde, wird jedoch zuverlässig unterbunden.
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Der
Radialanschlag kann beispielsweise sehr einfach durch einen Wandabschnitt
des Motorgehäuses gebildet werden.
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Ferner
ist es möglich, als Radialanschlag einen Stützring
vorzusehen, der beispielsweise am Motorgehäuse oder am
Lenkungsgehäuse festgelegt ist.
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Die
Funktion des Radialanschlags bzw. Stützrings kann zum Beispiel
auch durch einen Kunststoffring zwischen Rotor und Stator übernommen
werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Radialanschlag
zwischen dem getriebeseitigen Lager und dem motorseitigen Lager angeordnet,
wodurch sich aufgrund des großen Abstands der Lager für
die Führung der Motorwelle günstige Hebelverhältnis
ergeben und gleichzeitig etwaigen Durchbiegungen der Motorwelle
effizient begegnet wird.
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Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das
Motorgehäuse ein Statorgehäuse mit einem an diesem
befestigten Stator und einen Motorschild, welcher das Statorgehäuse
axial verschließt. Vorzugsweise ist in diesem Fall das
Statorgehäuse am Lenkungsgehäuse zentriert.
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Das
Motorgehäuse kann beispielsweise mit dem Statorgehäuse
in das Lenkungsgehäuse eingesteckt sein, wobei die Befestigung
sehr einfach durch Warmfügen erfolgen kann. Der Motorschild
steht dabei über das Lenkungsgehäuse hinaus. Er
ist seinerseits zum Statorgehäuse zentriert.
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Bevorzugt
sind der Radialanschlag am Statorgehäuse und das motorseitige
Lager am Motorschild vorgesehen. Es ist doch auch möglich,
den Radialanschlag am Motorschild und das motorseitige Lager am
Statorgehäuse anzuordnen.
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Zur
Herstellung eines konzentrischen Sitzes des Motors und des getriebeseitigen
Lagers ist das Lenkungsgehäuse derart konfiguriert, dass
der Motorsitz und die Lageraufnahme in einer Aufspannung am Lenkungsgehäuse
herstellbar sind. Vorzugsweise sind Motorsitz und Lageraufnahme
an einem einstückigen Bauteil des Lenkungsgehäuses
ausgebildet, so dass Montagetoleranzen, welche die Ausrichtung von
Motor und getriebeseitigem Lager beeinträchtigen könnten,
ausgeschaltet sind.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine
Längsschnittansicht durch eine elektromechanische Fahrzeuglenkung
nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei
lediglich die Anordnung des Elektromotors und dessen Ankopplung
an ein Getriebe näher dargestellt sind,
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2 eine
Längsschnittansicht durch eine elektromechanische Fahrzeuglenkung
nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, und in
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3 eine
Längsschnittansicht durch eine elektromechanische Fahrzeuglenkung
nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Die
nachfolgend näher erläuterten Ausführungsbeispiele
beziehen sich jeweils auf eine elektromechanische Fahrzeuglenkung 1,
die hier beispielhaft als Zahnstangenlenkung für ein Personkraftfahrzeug
ausgebildet ist. Die Fahrzeuglenkung 1 umfasst ein Lenkungsgehäuse 2,
durch das sich eine Lenkstange 3 erstreckt. An den Enden
der Lenkstange 3 ist jeweils eine zu einem lenkbaren Fahrzeugrad
führende Spurstange über ein Spurstangengelenk
angeschlossen. An der Lenkstange 3 greift ein nicht näher dargestelltes
Lenkungsritzel an, um einen vom Fahrer aufgebrachten Lenkbefehl
an die Fahrzeugräder zu übertragen. Weiterhin
ist in dem Lenkungsgehäuse 2 achsparallel zu der
Lenkstange 3 ein Elektromotor 4 zur Erzeugung
einer Lenkunterstützung angeordnet. Das Abtriebsmoment
des Elektromotors 4 wird über ein Getriebe 5 als
axiale Hilfskraft an der Lenkstange 3 zur Wirkung gebracht.
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Das
Getriebe 5 ist hier beispielhaft als Riementrieb mit nachgeschaltetem
Kugelgewindetrieb ausgebildet. Dabei sitzt eine erste Riemenscheibe 6 auf
einer Motorwelle 7 des Elektromotors 4. Eine zweite
Riemenscheibe ist an einer Kugelgewindemutter des Kugelgewindetriebs
angeflanscht. Beide Riemenscheiben sind über einen Riemen
antriebsmäßig miteinander gekoppelt. Die Kugelgewindemutter,
welche axial im Lenkungsgehäuse 2 festgehalten ist
und über Kugeln mit der Lenkstange 3 in Gewindeeingriff
steht, dient dazu, ein rotatorisches Antriebsmoment des Elektromotors 4 in
eine translatorische Bewegungskomponente an der Lenkstange 3 zu übersetzten,
um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen. Bei einem Ausfall
der elektrischen Lenkkraftunterstützung kann das Fahrzeug
weiterhin manuell gelenkt werden.
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Wie 1 zeigt,
sind der Elektromotor 4 und das Getriebe 5 nicht
unmittelbar nebeneinander angeordnet, so dass der Abstand zwischen
dem Elektromotor 4 und dem Getriebe 5 überbrückt
werden muss. Dies erfolgt vorliegend durch die Motorwelle 7, welche
einstückig ausgeführt ist und einenends den Rotor 8 des
Elektromotors 4 sowie anderenends die Eingangswelle des
Getriebes 5 darstellt. An der Motorwelle 7 sind
dementsprechend die Rotorwicklungen des Motors 4 angeordnet.
Der Abstand zwischen dem Elektromotor 4 und dem Getriebe 5 liegt
vorzugsweise in der Größenordnung der axialen
Baulänge des Elektromotors 4 oder darüber.
Er beträgt jedoch mindestens 10 cm, vorzugsweise mindestens 15
cm. Am Lenkungsgehäuse 2 ist hierzu ein rohrförmiger
Abschnitt 9 ausgebildet, dessen Querschnitt gegenüber
dem Querschnitt des Elektromotors 4 verjüngt ist.
Der rohrförmige Abschnitt 9 verbindet einen topfförmigen
Motorsitz 10 im Lenkungsgehäuse 2 mit der
Getriebeseite desselben.
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Die
Motorwelle 7 ist lediglich durch ein erstes motorseitiges
Lager 11 und ein zweites getriebeseitiges Lager 12 gelagert,
wobei beide Lager 11 und 12 der Motorwelle 7 über
das Lenkungsgehäuse 2 zueinander zentriert sind.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 ist
das getriebeseitige Lager 12 als Loslager ausgebildet und
an einer getriebeseitigen Lageraufnahme 13 in dem rohrförmigen
Abschnitt 9 angeordnet. Das motorseitige Lager 11,
welches als Festlager ausgeführt ist, befindet sich an
einem Motorgehäuse 14, das seinerseits am Lenkungsgehäuse 2,
nämlich am Motorsitz 10 desselben zentriert ist.
Da die Lageraufnahme 13 und der Motorsitz 10 am
gleichen Bauteil des Lenkungsgehäuses 2 vorgesehen
sind und in einer Aufspannung gefertigt werden können,
lässt sich ein guter konzentrischer Sitz zwischen den Lagern 11 und 12 gewährleisten.
Dies gestattet wiederum eine exakte Anordnung des Rotors 8 innerhalb
des Stators 15 des Motors 4.
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Das
Motorgehäuse 14 umfasst ein Statorgehäuse 16,
an dem der Stator 15 festgelegt ist. Weiterhin umfasst
das Motorgehäuse 14 einen Motorschild 17,
der das Statorgehäuse 16 axial abschließt.
Das Motorgehäuse 14 erstreckt sich mit dem Statorgehäuse 16 in
den Motorsitz 10 des Lenkungsgehäuses 2.
Die Befestigung erfolgt bevorzugt durch Warmfügen, kann
jedoch auch auf andere Art und Weise bewerkstelligt werden. Über
den Motorsitz 10 ist das Statorgehäuse 16 zum
Lenkungsgehäuse 2 und damit zum getriebeseitigen
Lager 11 zentriert. Der Motorschild 17 steht hingegen über
das Lenkungsgehäuse 2 vor. Er nimmt bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel das motorseitige Lager 11 auf.
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Um
einen sicheren Transport zu gewährleisten, insbesondere
um ein Anschlagen des Rotors 8 am Stator 15 zu
vermeiden, ist ein Radialanschlag 18 für die Motorwelle 7 vorgesehen.
Wie 1 zeigt, kann dieser Radialanschlag 18 durch
einen Wandabschnitt des Motorgehäuses 14 gebildet
werden. Vorliegend ist hierzu an einer zu dem Getriebe 5 weisende
Stirnwand des Statorgehäuses 16 ein Stützring 19 ausgeformt,
der im Normalbetrieb zu der Motorwelle 7 einen Ringspalt
bildet. Bei einem Durchbiegen der Motorwelle 7 gelangt
diese in Anlage gegen den Radialanschlag 18 bzw. Stützring 19, so
dass der Rotor 8 nicht in Kontakt mit dem Stator 15 gelangt.
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2 zeigt
eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels, bei der
der Radialanschlag 18 nicht durch einen Wandabschnitt des
Motorgehäuses 14, sondern durch einen separaten,
an diesem befestigten Stützring 20 gebildet wird,
der ebenfalls einen Ringspalt zur Motorwelle 7 aufweist.
An der zu dem Getriebe 5 weisenden Stirnwand des Statorgehäuses 16 ist
hierzu eine ringförmige Stützringaufnahme 21 ausgebildet.
Der separate Stützring 20 besteht bevorzugt aus
Kunststoffmaterial, kann jedoch auch aus anderen Werkstoffen hergestellt
sein. Die Geometrie des Stützrings 20 in Verbindung
mit dem jeweiligen Material ist dabei stets so gewählt,
dass die Dauerfestigkeit der Motorwelle 7 nach einem radialen Anschlag
am Stützring 20 nicht durch Riefen, Kerben, Spanbildung,
plastische Verformung, etc., vermindert wird.
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3 zeigt
eine weitere Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels,
bei der das motorseitige Lager 11 in Axialrichtung zwischen
dem getriebeseitigen Lager 12 und dem Radialanschlag 18 angeordnet
ist. Dies wird durch Ausbildung einer entsprechenden Lageraufnahme 22 an
der getriebeseitigen Stirnwand des Statorgehäuses 16 erzielt.
Der Radialanschlag 18 ist in diesem Fall zwischen dem Motorschild 17 und
der Motorwelle 7 vorgesehen. Er kann wie bei dem ersten
Ausführungsbeispiel unmittelbar durch einen Wandabschnitt
des Motorschilds 17 oder aber auch durch einen separaten
Stützring, der am Motorschild befestigt ist, bereitgestellt
werden.
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Die
Funktion des Radialanschlags 18 kann auch durch einen Kunststoffring
zwischen Rotor 8 und Stator 15 bereitgestellt
werden, wobei der Kunststoffring entweder am Rotor 8 oder
am Stator 15 festgelegt ist.
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Bei
der Montage wird der Motor 4 einschließlich der
Motorwelle 7 als Baueinheit in das Lenkungsgehäuse 2 montiert.
Eine Vorprüfung des Motors 4 lässt sich
sehr einfach mittels einer Vorrichtung vornehmen, welche das getriebeseitige
Lager 12 aufnimmt. Die Montage erfolgt durch einfaches
Warmfügen des Motors 4 in das Lenkungsgehäuse 2.
Hierbei verhindert der Radialanschlag 18 einen Kontakt
zwischen der Riemenscheibe 6 und dem Lenkungsgehäuse 2.
Ein Klappern des als Loslager ausgeführten getriebeseitigen
Lagers 12 kann ausgeschlossen werden, da über
das Getriebe 5, beispielsweise einen Zahnriemen, ständig
eine Vorspannung aufgebaut wird.
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Durch
die Verwendung einer langen Motorwelle 7 in Verbindung
mit einer toleranzgünstigen Konfiguration des Lenkungsgehäuses 2 wird
eine konzentrische Anordnung zwischen Rotor 8 und Stator 15 des
Elektromotors 4 gewährleistet und insbesondere
eine Berührung zwischen Rotors 8 und Stator 15 vermieden.
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Die
vorstehend erläuterten Lösungen kommen darüber
hinaus mit einer geringen Anzahl von Bauteilen aus und ermöglichen
eine einfache und sichere Montage.
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Die
Erfindung eignet sich insbesondere für rechtsgelenkte Fahrzeuge,
ist jedoch auch bei linksgelenkten Fahrzeugen einsetzbar.
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In
Abwandlung der dargestellten Ausführungsbeispiele ist es
ferner möglich, den Motor 4 ohne Motorgehäuse
unmittelbar in das Lenkungsgehäuse 2 zu montieren,
wobei dann der Stator 15 unmittelbar am Lenkungsgehäuse 2 festgelegt
wird.
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Ferner
ist es möglich, das motorseitige Lager 11 als
Loslager und das getriebeseitige Lager 12 als Festlager
auszubilden.
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Auch
kann das Lenkungsgehäuse 2 mit anderer Geometrie
als dargestellt hergestellt werden. Insbesondere kann der rohrförmige
Abschnitt 9 entfallen, solange gewährleistet ist,
dass der Motorsitz 10 und die Lageraufnahme für
das getriebeseitige Lager 12 über das Lenkungsgehäuse 2 zueinander zentriert
werden bzw. in einer Aufspannung zentriert zueinander herstellbar
sind.
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Die
Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen
und weiteren Abwandlungen näher erläutert. Sie
ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern umfasst alle
durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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- 1
- elektromechanische
Lenkung
- 2
- Lenkungsgehäuse
- 3
- Lenkstange
- 4
- Elektromotor
- 5
- Getriebe
- 6
- Riemenscheibe
- 7
- Motorwelle
- 8
- Rotor
- 9
- rohrförmiger
Abschnitt des Lenkungsgehäuses
- 10
- Motorsitz
- 11
- motorseitiges
Lager
- 12
- getriebeseitiges
Lager
- 13
- Lageraufnahme
des getriebeseitigen Lagers
- 14
- Motorgehäuse
- 15
- Stator
- 16
- Statorgehäuse
- 17
- Motorschild
- 18
- Radialanschlag
- 19
- Stützring
- 20
- separater
Stützring
- 21
- Stützringaufnahme
- 22
- Lageraufnahme
des motorseitigen Lagers am Statorgehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004007354
A1 [0002]