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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein mechanisches Untersetzungsgetriebe
der Bauart mit Schnecke und Schneckenrad und im Spezielleren ein
Untersetzungsgetriebe dieser Bauart, das in ein elektrisches Servolenkungssystem
für Kraftfahrzeuge
eingebaut ist, in welchem Fall sich das Getriebe einerseits zwischen
der Welle des elektrischen Hilfsmotors und andererseits einem beweglichen
Element eingeschoben befindet, das ein Teil der Lenksäule oder
das Lenkritzel direkt sein kann, das mit der Zahnstange der Lenkung
in Eingriff gelangt.
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Da
in einer elektrischen Servolenkung die Drehmomente, die dem Lenkritzel
abverlangt werden, hoch sind, während
die abverlangten Drehzahlen gering bleiben, ist der elektrische
Hilfsmotor für gewöhnlich mit
einem Übertragungsmechanismus verbunden,
der ein Untersetzungsgetriebe, also einen Drehmomentvervielfacher
bildet. Meistens ist der Übertragungsmechanismus
ein Untersetzungsgetriebe der Bauart mit Schnecke und Schneckenrad,
das hier aufgrund seines hohen Untersetzungsverhältnisses gewählt wird.
Die Schnecke kann koaxial zur Welle des elektrischen Hilfsmotors
angebracht sein, wobei sie mit dieser Welle drehfest verbunden ist.
Das Schneckenrad, dessen Zahnung mit der Schnecke in Eingriff gelangt,
ist zum Beispiel drehfest mit der Lenksäule des betreffenden Fahrzeugs verbunden,
oder ist direkt drehfest mit dem Lenkritzel verbunden, um zum Drehantrieb
der Säule oder
des Ritzels beizutragen.
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Wie
jedes Getriebe ist auch ein solches Untersetzungsgetriebe mit Schnecke
und Schneckenrad im Gebrauch der Wirkung eines Eingriffsspiels der
Zahnungen ausgesetzt, das hier der Ursprung von Stößen zwischen
dem Schneckenrad und der Schnecke ist, wodurch dann im Lenkungssystem
in der Lenkung des Fahrzeugs Schwingungen und unerwünschte Geräusche verursacht
werden. Wenn sich die an das Schneckenrad des Untersetzungsgetriebes
angelegte Kraft aufgrund einer Einwirkung des Fahrers des Fahrzeugs
oder der Einwirkung des Profils der Straße auf das Fahrwerk umkehrt,
vollzieht sich nämlich
ein ”Verschwenken” der Schnecke in
Bezug auf das Rad. Nach einer Drehung des Schneckenrads, die dem
Wert seines Winkeleingriffsspiels entspricht, und wenn die Umkehrung
der Kraft ausreichend schnell ist, findet bei der Kontaktwiederaufnahme
der jeweiligen Zahnungen des Schneckenrads und der Schnecke ein
Aufprall statt, wobei dieser Aufprall ein Klappergeräusch erzeugt.
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Um
dieses Geräusch
einzuschränken,
das die Folge des Spiels im Untersetzungsgetriebe ist, wurden bereits
verschiedene Lösungen
vorgeschlagen, um dieses Spiel zu reduzieren und zu regeln.
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Im
Allgemeinen handelt es sich darum, eine Feder vorzusehen, die eine
elastische Rückstellkraft an
ein Lager anlegt, das die Schnecke führt, und die es somit ermöglicht,
die Schnecke und das Schneckenrad unter unterschiedlichen Fahrbedingungen
in Kontakt halten zu können.
Genauer ausgedrückt
wird hier für
gewöhnlich
eine Blattfeder aus Metall verwendet, die im Wesentlichen in der
axialen Richtung auf eines der Lager und damit also auf die Schnecke wirkt.
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Eine
solche Ausführung
behält
verschiedene Nachteile bei:
- – An erster
Stelle impliziert sie, da sie vollkommen aus Metall besteht, insbesondere
einen Metallkontakt zwischen der Feder und dem Außenring des
Lagers der Schnecke, was Geräusche
erzeugen kann, wo doch aber das Ziel gerade darin liegt, diese auszumerzen.
- – Es
besteht eine starke Streuung, was die Kraftwerte anbelangt, die
von der Feder angelegt werden.
- – Da
die Feder im Wesentlichen in der axialen Richtung wirkt, bietet
sie nicht die Möglichkeit, eine
radiale Verschiebung zu verhindern.
- – Auch
besteht ein nicht zu vernachlässigendes Risiko,
dass die Blattfeder bricht.
- – Was
die Montage und den Einbau dieser Feder betrifft, so sind für gewöhnlich ein
manueller Vorgang und mehr oder weniger komplizierte Innenformen
für das
Gehäuse
des Untersetzungsgetriebes vorzusehen.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, alle diese Nachteile zu umgehen,
und hat es somit zum Ziel, ein Untersetzungsgetriebe mit Schnecke und
Schneckenrad bereitzustellen, das geräuschärmer ist und entlang aller
Achsen des Raums wirkt, wobei dieses Getriebe einfach und vor allem
automatisch montiert werden kann.
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Dazu
hat die Erfindung ein Untersetzungsgetriebe mit Schnecke und Schneckenrad
von der hier in Frage kommenden Bauart zum Gegenstand, d. h., das
im Inneren eines Gehäuses
eine mit einem ihrer Enden drehfest mit einem motorbetriebenen Antriebsglied
zu verbindende Schnecke aufweist, die ihrerseits drehbar in Führungslagern
gelagert ist, die an ihren beiden Enden vorgesehen und im Gehäuse angebracht
sind, wobei die Schnecke mit der Zahnung eines Schneckenrads in
Eingriff steht, das mit einem anzutreibenden Glied verbunden ist,
und wobei ein elastisches Element zum Spielausgleich dem Lager der
Schnecke zugeordnet ist, das sich dem Antriebsglied entgegengesetzt
befindet, um die Schnecke und die Zahnung des Schneckenrads in Kontakt zu
halten, wobei sich dieses Untersetzungsgetriebe im Wesentlichen
dadurch auszeichnet, dass das elastische Element zum Spielausgleich
durch ein in der Axialrichtung und Querrichtung elastisch verformbares
Glied gebildet ist, das im Wesentlichen entlang der Achse der Schnecke
angeordnet ist, und das einen am Lager der Schnecke angreifenden
ersten endständigen
Stützabschnitt,
der sich dem Antriebsglied entgegengesetzt befindet, und einen zweiten
endständigen
Stützabschnitt
umfasst, der an der Innenwand des Gehäuses des Getriebes anliegend
angeordnet ist.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung weist das verformbare elastische Glied mit Spielausgleichsfunktion
eine Kurzmuffe aus elastisch verformbarem Material auf, die zwischen
dem betreffenden Lager der Schnecke und der Innenwand des Gehäuses des
Getriebes angebracht ist, wobei die Achse der Muffe im Wesentlichen
mit der Achse der Schnecke zusammenfällt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Kurzmuffe durch eine mit Ringen versehene Muffe aus elastisch
verformbarem Material gebildet, die mit einem Ende mit einer ersten
starren Manschette verbunden ist, die am betreffenden Lager der
Schnecke, insbesondere am Außenring
dieses Lagers angreift, und mit ihrem anderen Ende mit einer zweiten
starren Manschette verbunden ist, die an der Innenwand des Gehäuses des
Getriebes anliegend angeordnet ist.
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Die
Enden der mit Ringen versehenen Muffe aus elastisch verformbarem
Material, wie etwa Elastomer, können
durch Ankleben mit den beiden Manschetten verbunden sein. Weitere
Verbindungsarten wie etwa Anschweißen, Überformen oder Einrasten sind
hier auch denkbar.
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Vorteilhafter
Weise ist die zweite Manschette an der Innenwand des Gehäuses anliegend
so angeordnet, dass die Mittelachse dieser Manschette von der Seite
des Schneckenrads her in Bezug auf die Mittelachse der Schnecke
exzentrisch ist. Auf diese Weise wird von der mit Ringen versehenen
Muffe permanent eine radiale Kraft auf die Schnecke ausgeübt, um diese
gegen die Zahnung des Schneckenrads zu drücken.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist das elastisch verformbare Glied mit Spielausgleichsfunktion
eine Schraubenfeder, die eine elastische Verformungsfähigkeit
in der Axialrichtung und in der Querrichtung besitzt, wobei diese
Feder zwischen dem betreffenden Lager der Schnecke und der Innenwand
des Gehäuses
des Getriebes angebracht ist, wobei die Achse der Feder im Wesentlichen
mit der Achse der Schnecke zusammenfällt.
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Ingesamt
weisen das erfindungsgemäße Untersetzungsgetriebe
und insbesondere das erfindungsgemäße elastische Element oder
Glied zum Spielausgleich die folgenden Vorteile auf:
- – Das
elastische Glied wirkt durch eine ”Schubwirkung” (mit Bezug
auf die Achse der Schnecke) entlang aller Achsen des Raums, insbesondere axial
und auch radial.
- – Das
elastische Glied kann in einer beliebigen Ausrichtung, also auf
einfache Weise und mit der Möglichkeit
einer automatisierten Montage angebracht werden.
- – Die
insbesondere durch maschinelle Bearbeitung am Gehäuse des
Getriebes zur Unterbringungen und Positionierung des elastischen
Glieds auszubildenden Formen sind besonders einfach.
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Besonders
in dem Fall, in dem die zweite Manschette in ihrer Mitte einen ringförmigen Fortsatz aufweist,
genügt
es, an der Innenwand des Gehäuses
eine diesem ringförmigen
Fortsatz entsprechende Bohrung vorzusehen, welche Bohrung den Fortsatz
aufnimmt, um die zweite Manschette zu positionieren.
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Jedenfalls
wird die Erfindung anhand der folgenden Beschreibung mit Bezug auf
die beigefügte Schemazeichnung
besser verständlich,
die beispielhaft zwei Ausführungsformen
dieses Untersetzungsgetriebes mit Schnecke und Schneckenrad darstellt:
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1 ist
eine Ansicht im Längsschnitt
eines Untersetzungsgetriebes nach der Erfindung, das mit einem elektrischen
Hilfsmotor gekoppelt ist;
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2 stellt
im Teilschnitt das elastische Glied zum Spielausgleich alleine in
einer ersten Ausführungsart
dar;
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3 ist
eine Schnittansicht, die durch die Mittelachse dieses elastischen
Glieds verläuft;
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4 ist
eine 1 ähnliche
Teilansicht im Längsschnitt,
die eine zweite Ausführungsart
darstellt.
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1 zeigt
ein zu einer elektrischen Servolenkung eines Kraftfahrzeugs gehörendes mechanisches
Untersetzungsgetriebe mit Schnecke 2 und Schneckenrad 3.
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Die
Schnecke 2 ist koaxial zur Welle 4 eines elektrischen
Hilfs- oder Servomotors 5 (nur stark teilweise dargestellt)
in einem Gehäuse 6 des
Untersetzungsgetriebes angebracht und drehfest mit dieser Welle 4 verbunden.
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Das
mit der Schnecke 2 in Eingriff stehende Schneckenrad 3 ist
drehfest mit der (nicht dargestellten) Lenksäule oder dem Lenkritzel des
Fahrzeugs verbunden, um den Drehantrieb dieser Lenksäule oder
dieses Lenkritzels zu unterstützen.
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Die
Schnecke 2 ist drehbar in zwei Führungskugellagern 7 und 8 gelagert,
die im Gehäuse 6 angebracht
sind. Das erste Lager 7 befindet an dem Ende der Schnecke 2,
das mit der Welle 4 des elektrischen Hilfsmotors 5 gekoppelt
ist. Das zweite Lager 8 befindet sich am anderen Ende der
Schnecke 2, d. h. ihrem Ende, das der Welle 4 entgegengesetzt ist.
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Ein
elastisches Glied 9 zum Spielausgleich, das in den 2 und 3 allein
dargestellt ist, ist im Inneren des Gehäuses 6 des Getriebes
zu dem Ende der Schnecke 2 hin angebracht, das von der Welle 4 des
elektrischen Hilfsmotors 5 entfernt ist, wobei das elastische
Glied 9 dazu konzipiert ist, die Schnecke 2 axial
und auch quer (in Bezug auf die Mittelachse der Schnecke 2)
zu beaufschlagen.
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Dieses
elastische Glied 9, das eine Hohlstruktur hat, setzt sich
aus einer Kurzmuffe 10 aus Elastomer und zwei starren,
beispielsweise aus Metall bestehenden Manschetten 11 und 12 zusammen, die
jeweils durch Ankleben mit den beiden Enden der Muffe 10 verbunden
sind.
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Die
Muffe 10 aus Elastomer weist ein mit Ringen versehenes Äußeres auf;
wie 3 zeigt, besitzt diese Muffe 10 eine
konstante Dicke.
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Wenn
das elastische Element 9 in das Innere des Gehäuses 6 eingesetzt
ist, überdeckt
die erste Manschette 11 den Außenring des Lagers 8.
Die zweite Manschette 12 weist in ihrer Mitte einen ringförmigen Fortsatz 13 auf,
der in einer entsprechenden Bohrung 14 angeordnet ist,
die an der Innenwand des Gehäuses 6,
gegenüber
dem betreffenden Ende der Schnecke 2 ausgebildet ist.
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Die
Mittelachse B der Bohrung 14 ist um einen Exzentrikwert
e in Bezug auf die Mittelachse A der Schnecke 2 exzentrisch,
und zwar auf der Seite des Schneckenrads 3, wie im linken
Teil der 1 gezeigt ist. Somit ist die
Mittelachse der zweiten Manschette 12 wiederum auch in
Bezug auf die Mittelachse A der Schnecke 2 exzentrisch.
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Aufgrund
dieser exzentrischen Anordnung und angesichts der Elastizität der mit
Ringen versehenen Muffe 10 legt das elastische Element 9 eine permanente
Kraft an das Lager 8 an und beaufschlagt. die Schnecke 2 gleichzeitig
axial und radial, wodurch Spielräume
vermieden werden und die Schnecke 2 gegen die Zahnung des
Schneckenrads 3 gedrückt
wird.
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4 zeigt
eine andere mögliche
Ausführungsform
für das
elastische Glied 9 zum Spielausgleich. Dieses Glied nimmt
hier die Form einer Schraubenfeder aus Stahl an, die eine elastische Verformungsfähigkeit
in der Richtung der Mittelachse A der Schnecke 2 besitzt,
die auch ihre Einbaurichtung ist, und besitzt auch eine elastische
Verformungsfähigkeit
quer zu dieser Achse A. Es ist festzustellen, dass diese Feder einen
zentralen Körper 15, welcher
der Muffe der vorhergehenden Ausführungsform entspricht, ein
erstes Ende 16, das aus mehreren Windungen mit größerem Durchmesser
ausgebildet ist, das den Außenring
des Lagers (wie die erste Manschette 11) überdeckt,
und ein zweites Ende 17 mit kleinerem Durchmesser aufweist,
das aus nebeneinander liegenden Windungen gebildet ist und in einer
Bohrung 14 des Gehäuses 6 angeordnet
ist (wie der Fortsatz 13 der Manschette 12).
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf die einzigen Ausführungsformen dieses Untersetzungsgetriebes
mit Schnecke und Schneckenrad beschränkt, die vorstehend beispielhaft
beschrieben wurden; vielmehr umfasst sie alle Ausführungs-
und Anwendungsvarianten, die demselben Prinzip gehorchen.
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So
würde man
insbesondere nicht vom Rahmen der Erfindung abweichen:
- – wenn
die Muffe des elastischen Elements aus einem beliebigen geeigneten
Material hergestellt wäre,
bei dem es sich um einen Kunststoff oder Kautschuk, ja sogar ein
Metall, vor allem einen Federstahl handeln kann;
- – wenn
die beiden Manschetten durch ein beliebiges Verfahren mit den Enden
dieser Muffe verbunden würden:
Schweißen,
Kleben, Überformen,
Einrasten, usw.;
- – wenn
das Untersetzungsgetriebe für
jede Art von elektrischer Servolenkung bestimmt wäre, wobei
das mit Hilfe dieses Getriebes angetriebene Glied die Lenksäule, das
Lenkritzel oder die Zahnstange sein kann;
- – wenn
die Erfindung auf Untersetzungsgetriebe angewendet würde, die
in anderen Vorrichtungen, Systemen oder Maschinen als Kraftfahrzeuglenkungssystemen
eingebaut sind, und zwar auf allen technischen und industriellen
Gebieten.