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Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Lenkung mit einer Lenkstange, die einerseits mit einem Lenkritzel und andererseits mit einem von einem Elektromotor antreibbaren Kugelgewindetrieb in Wirkverbindung steht, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer elektromechanischen Lenkung.
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Elektromechanische Lenkungen sind bekannt. So ist beispielsweise aus
DE 10 2005 051 220 A1 eine Servolenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bekannt, die einen Elektromotor, der eine lenkunterstützende Kraft mittels eines Riemengetriebes auf ein Kugelmutter-Spindel-Getriebe zum Auslenken von Fahrzeugrädern überträgt, umfasst. Es ist ein Exzenter vorgesehen, über den das Kugelmutter-Spindel-Getriebe und/oder der Elektromotor in einem Lenkgehäuse gelagert ist. Durch eine Verdrehung des Exzenters im Lenkgehäuse ist die Spannung eines Riemens des Riemengetriebes einstellbar. An eine Lenkstange greift ferner ein Lenkritzel einer Lenksäule an. Bei dieser bekannten Servolenkung ist nachteilig, dass es durch ein Spannen des Riemens zu einer Deachsierung der Längsachse der Lenkstange und der Antriebsachse des Elektromotors kommt.
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Aus
DE 103 10 492 A1 ist eine weitere Servolenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bekannt, die ein Lenkungsgehäuse, einen Elektromotor und eine Schubstange zum Auslenken von Fahrzeugrädern aufweist. Eine Ausgangswelle des Elektromotors und die Schubstange sind jeweils mit einer Riemenscheibe verbunden, wobei die Riemenscheibe der Ausgangswelle mit der Riemenscheibe der Schubstange mittels eines Riemens antriebsmäßig verbunden ist. Der Elektromotor und/oder die Schubstange sind mittels eines Exzenters derart gelagert, dass der Achsabstand zwischen der Ausgangswelle und der Schubstange variierbar ist. Auch hier kommt es beim Variieren des Achsabstandes zwischen der Ausgangswelle des Elektromotors und der Schubstange zu einer Deachsierung, das heißt, es ist keine exakte Parallelität mehr zwischen Ausgangswelle des Elektromotors und Schubstange (Lenkstange) gegeben.
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DE 10 2004 020 981 A1 offenbart eine gattungsgemäße elektrische Servolenkvorrichtung mit einer Lenkwellenführungseinrichtung. Mittels der Lenkwellenführungseinrichtung ist die Lenkwelle geführt und in axialer Richtung hin zu einem Ritzel vorgespannt.
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US 2009/0107271 A1 offenbart eine Getriebeanordnung, mittels der eine Lenkbewegung einer Lenkwelle auf Lenkstangen übertragen werden kann. Hierbei ist eine Lenkstange mittels eines Druckstückes gegen einen Ritzel der Lenkwelle spannbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Lenkung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der einerseits die Möglichkeit des Spannens eines Riemens zwischen einer Ausgangswelle eines Elektromotors und einer Lenkstange möglich ist und andererseits eine Deachsierung weitgehend ausgeschlossen werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine elektromechanische Lenkung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, eine Deachsierung der Lenkachse der Lenkstange zur Ausgangswelle des Antriebmotors zu kompensieren oder eine gezielte Deachsierung zu erreichen. Die Aufgabe wird ferner durch ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen elektromechanischen Lenkung gelöst.
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Entsprechend einer tatsächlich erfolgten Spannposition eines Riemens, das heißt der den Riemen tragenden Riemenscheiben, wird die Position der Lenkstange zu dem Lenkritzel entsprechend angepasst. Hierdurch wird eine weitgehende Parallelität zwischen der Lenkstange und der Ausgangswelle des Elektromotors auch nach erfolgter Spannung des Riemens sichergestellt. Dies führt zu einem verschleißfreieren Betrieb der elektromechanischen Lenkung, da die beteiligten Bauelemente in definierter Position verbleiben.
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Die Einstellbarkeit des Eingriffsbereiches des Lenkritzels mit der Lenkstange kann auch dazu genutzt werden, eine gezielte, das heißt bewusste, Verspannung oder Deachsierung des Kugelgewindetriebes hervorzurufen. Hierdurch wird beispielsweise möglich, insbesondere bei Kugelgewindetrieben, die nicht durch ein Riemengetriebe angetrieben werden, ein Kugelspiel des Kugelgewindetriebes zu minimieren. Hiermit sind Geräuschverminderungen, die durch ein so genanntes Umlenkklacken auftreten können, möglich.
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Es ist vorgesehen, dass der Eingriffsbereich des Lenkritzels mit der Lenkstange mittels eines in seiner Position veränderbaren Druckstückes einstellbar ist, das die Lenkstange in Richtung des Lenkritzels mit einer Kraft beaufschlagt. Hierdurch wird in besonders einfacherer Weise ein Ausgleich einer Deachsierung durch Spannen eines Riemens des Kugelgewindetriebes möglich.
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Es ist vorgesehen, dass das Druckstück eine mit der Kontur der Lenkstange korrespondierende und der Lenkstange zugewandte randoffene Ausnehmung aufweist. Hierdurch wird in einfacherer Weise eine Positionierung des Druckstückes in Bezug zu der Lenkstange möglich, so dass über die Position des Druckstückes gleichzeitig der Eingriffsbereich zwischen dem Lenkritzel und der Lenkstange einstellbar ist.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Druckstück ein Zylinder ist, dessen die Ausnehmung aufweisende Stirnfläche gegen die Lenkstange spannbar ist, wobei vorzugsweise die Ausnehmung exzentrisch zu einer Längsachse des Druckstückes_angeordnet ist. Hierdurch kann in einfacher Weise eine bistabile Positionierung des Druckstückes erreicht werden, wobei je nach tatsächlicher Anordnung der zwei möglichen Positionen des Druckstückes die Position der Lenkstange veränderbar ist. So kann eine Deachsierung durch Spannen des Riemens der elektromechanischen Lenkung ausgeglichen werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Perspektivansicht einer elektromechanischen Lenkung;
- 2 eine schematische Draufsicht auf einen Riementrieb der elektromechanischen Lenkung;
- Figuren verschiedene Einbaupositionen eines Druckstückes der elektromechanischen 3, 4 und 5 Lenkung und
- 6 eine schematische Ansicht eines Kugelgewindetriebes.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine insgesamt mit 10 bezeichnete elektromechanische Lenkung. Die elektromechanische Lenkung 10 umfasst eine Lenkstange 12, die einerseits mit einem Lenkritzel 14 einer Lenksäule 16 und andererseits mit einem von einem Elektromotor 18 antreibbaren Kugelgewindetrieb 20 in Wirkverbindung steht.
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Der Kugelgewindetrieb 20 umfasst eine Kugelgewindemutter 22, die auf einem Gewindeabschnitt 24 der Lenkstange 12 angeordnet ist. Die Kugelgewindemutter 22 ist mit einer Riemenscheibe 26 versehen, über die ein Riemen 28 geführt ist. Der Riemen 28 ist ferner über eine Riemenscheibe 30 geführt, die auf einer Ausgangswelle 32 des Elektromotors 18 angeordnet ist.
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Das Lenkritzel 14 steht in einem Eingriffsbereich 34 in Eingriff mit der Lenkstange 12. Das Lenkritzel 14 und die Lenkstange 12 besitzen hierzu in dem Eingriffsbereich 34 miteinander korrespondierende Kraftübertragungselemente, insbesondere Verzahnungen. Die Lenkstange 12 wird mittels eines Druckstückes 36 mit einer Kraft in Richtung des Lenkritzels 14 beaufschlagt. Das Druckstück 36 ist als Zylinder ausgebildet und innerhalb einer entsprechenden Ausnehmung eines Gehäuses 38 gelagert. Zu Aufbau und Wirkungsweise des Druckstückes 36 wird anhand der 3 und 4 noch näher eingegangen.
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Auf der Lenksäule 16 ist ein Drehmomentsensor 40 angeordnet, der über eine Steuerleitung 42 den Elektromotor 18 ansteuert.
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Aufbau und Wirkungsweise der elektromechanischen Lenkung 10 sind allgemein bekannt, so dass im Rahmen der folgenden Beschreibung hierauf nicht näher eingegangen werden soll.
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Bei der elektromechanischen Lenkung 10 bildet die Kugelgewindemutter 22 gleichzeitig die abtriebsseitige Riemenscheibe 26 eines Riementriebes aus. Für eine zuverlässige Funktion der elektromechanischen Lenkung 10 ist ein fester Achsabstand zwischen der abtriebsseitigen Riemenscheibe 26 und der antriebsseitigen Riemenscheibe 30, die auf der Antriebswelle 32 des Elektromotors 18 angeordnet ist, wichtig. Dieser feste Achsabstand muss während des bestimmungsgemäßen Einsatzes der elektromechanischen Lenkung 10 konstant eingehalten werden.
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Aufgrund von Fertigungstoleranzen des eingesetzten Riemens 28 muss dieser entweder klassiert zugeordnet oder durch Verändern des Achsabstandes zwischen der Ausgangswelle 32 des Elektromotors 18 und der Längsachse der Lenkstange 12 gespannt werden. Eine bekannte Möglichkeit, den Riemen 28 zu spannen, besteht durch Auslenken des Kugelgewindetriebes 20, hier durch einen Pfeil 44 in angedeuteter Richtung. Dies kann beispielsweise durch Exzenteranordnungen oder dergleichen erfolgen.
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Durch Spannen des Riemens 28 kommt es zu einer Deachsierung des Kugelgewindetriebes 20, das heißt, die Längsachse der Ausgangswelle 32 des Elektromotors 18 und die Längsachse der Lenkstange 12 verlaufen nicht mehr parallel zueinander, sondern unter einem durch die Spannposition des Riemens 28 bestimmten Winkel.
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2 verdeutlicht in einer Draufsicht nochmal die Anordnung des Kugelgewindetriebes 20. Der Riemen 28 umgreift einerseits die auf der Ausgangswelle 32 des Elektromotors 18 angeordnete Riemenscheibe 30 und andererseits die auf der Kugelgewindemutter 22 angeordnete Riemenscheibe 26. Die Kugelgewindemutter 22 wiederum ist koaxial auf der Lenkstange 12 angeordnet. Mit dem Pfeil 44 angedeutet ist hier wieder die Verlagerung der Riemenscheibe 26 relativ zu der Riemenscheibe 30, damit der Riemen 28 gespannt werden kann. Die in 2 dargestellte Pfeilrichtung 44 tritt bei einem Riemen 28 mit positiver Toleranz, also einer zu großen Länge auf. Bei Riemen 28 mit negativer Toleranz, das heißt mit zu kleiner Länge, erfolgt eine Verlagerung der Riemenscheibe 26 in Richtung des Pfeiles 44'.
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In 3 ist die Deachsierung der Ausgangswelle 32 zur Längsachse der Lenkstange 12 nochmal veranschaulicht. Bei einem zu langen Riemen 28 ergibt sich gemäß Darstellung der 3 oben der Winkel α, das heißt, die Längsachse der Lenkstange 12 verläuft in einem positiven nach oben gerichteten Winkel α zur Ausgangswelle 32.
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Gemäß der Darstellung der 3 unten verläuft bei einem zu kurzen Riemen 28 die Längsachse der Lenkstange 12 in einem nach unten gerichteten negativen Winkel α' zur Längsachse der Ausgangswelle 32.
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Die Darstellung in 3 ist nur rein schematisch und soll das Problem verdeutlichen.
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Zum Ausgleich dieser Deachsierung, das heißt zum Ausgleich der Winkel α beziehungsweise α', ist nunmehr vorgesehen, dass das Druckstück 36 in zwei unterschiedlichen definierten Positionen lagerichtig verbaut werden kann. In den 4 und 5 sind diese beiden möglichen Positionen veranschaulicht.
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Das Druckstück 36 ist als Zylinder ausgebildet und weist an seiner der Lenkstange 12 zugewandten Stirnseite 46 eine randoffene Ausnehmung 48 auf, deren Kontur mit der Kontur der Lenkstange 12 korrespondiert. Die Lenkstange 12 besitzt üblicherweise eine kreisrunde Form, die dann entsprechend in die Ausnehmung 48 spielfrei passt. Das Druckstück 36 besitzt eine Mittelachse 50. Die Ausnehmung 48 ist mit einer Exzentrizität 52 zu der Mittelachse 50 in der Stirnfläche 46 ausgebildet.
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Entsprechend den Darstellungen in den 4 und 5 kann das Druckstück 36 in zwei Positionen verbaut werden. Der jeweilige Unterschied besteht darin, ob die Exzentrizität 52 der Ausnehmung 48 gemäß der Darstellung in der Papierebene oberhalb der Mittelachse 50 ( 5) oder unterhalb der Mittelachse 50 (4) des Druckstückes 36 liegt.
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Je nachdem, ob der Riemen 28 des Kugelgewindetriebes 20 eine über der Norm liegende Länge oder eine unter der Norm liegende Länge aufweist, wird das Druckstück 36 entweder der in 4 oder der in 5 gezeigten Position verbaut.
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Bei über der Norm liegender Länge des Riemens 28 wird zum Ausgleich des Winkels α (3) das Druckstück 36 der in 5 gezeigten Position verbaut. Hierdurch erfolgt ein Anheben der Position der Lenkstange 12 durch die jetzt über der Mittelachse 50 des Druckstückes 36 liegende Exzentrizität 52. Das Druckstück 36 besitzt immer eine definierte feste Position innerhalb des Gehäuses 40 der Lenkung 10. Je nach Einbaulage entsprechend der 4 und 5 wird hierdurch die Lenkstange 12 im Eingriffsbereich 34 mit dem Lenkritzel 14 (1) höher oder niedriger positioniert.
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Bei zu kurzem Riemen 38 wird das Druckstück 36, gemäß der in 4 gezeigten Position, eingebaut. Hierdurch erhält die Lenkstange 12 eine niedrigere Position, die zum Ausgleich des Winkels α' (3) führt. Hierdurch wird die Deachsierung zwischen der Ausgangswelle 32 und der Längsachse der Lenkstange 12 im Bereich des Kugelgewindetriebes 20 zumindest teilweise ausgeglichen.
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Insgesamt wird deutlich, dass je nachdem, ob das Druckstück 36 in der in 4 oder in der in 5 gezeigten Position verbaut wird, ein Ausgleich des Winkels α' beziehungsweise α zumindest teilweise möglich ist. Hierdurch wird die durch das Spannen des Riemens 28 sich ergebende Deachsierung der Längsachse der Ausgangswelle 32 zur Längsachse der Lenkstange 12 kompensiert.
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In 6 ist eine weitere Einsatzmöglichkeit des Druckstückes 36 angedeutet. Hierzu ist schematisch ein Kugelgewindetrieb 20 angedeutet. Dieser umfasst die Kugelgewindemutter 22, die über Kugeln 54 in Eingriff mit einem nicht dargestellten Gewindeabschnitt 24 der Lenkstange 12 steht. Die Kugelgewindemutter 22 wird hier durch einen koaxial angeordneten Unterstützungsmotor angetrieben, von dem lediglich eine Lagerung 56 angedeutet ist. Die Kugelgewindemutter 22 und die Lagerung 56 stehen über ein Wälzlager 58, von dem hier die kugelförmigen Wälzkörper 60 angedeutet sind, in Verbindung.
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Mittels des Druckstückes 36 kann nun je nach Einbau, wie dies in den 4 und 5 dargestellt ist, eine Deachsierung der Lenkstange 12 erfolgen. Entsprechend einem in 6 dargestellten Doppelpfeil 62 ergibt sich eine Verlagerung der Lenkstange 12 entweder nach unten (gemäß der Darstellung in der Papierebene) bei eingebautem Druckstück 36 gemäß 5 oder nach oben bei eingebautem Druckstück 36 entsprechend der Darstellung in 4.
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Durch diese Deachsierung der Lenkstange 12 kann ein Spiel 64 der Kugeln 54 und/oder ein Spiel 66 der Kugeln 60 minimiert werden. Es erfolgt quasi ein Verspannen der Lenkstange 12 zu der Kugelgewindemutter 22 beziehungsweise ein Verspannen der Kugelgewindemutter 22 zu der Lagerung 56.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektromechanische Lenkung
- 12
- Lenkstange
- 14
- Lenkritzel
- 16
- Lenksäule
- 18
- Elektromotor
- 20
- Kugelgewindetrieb
- 22
- Kugelgewindemutter
- 24
- Gewindeabschnitt
- 26
- Riemenscheibe
- 28
- Riemen
- 30
- Riemenscheibe
- 32
- Ausgangswelle
- 34
- Eingriffsbereich
- 36
- Druckstück
- 38
- Gehäuse
- 40
- Drehmomentsensor
- 42
- Steuerleitung
- 44
- Pfeil
- 46
- Stirnfläche
- 48
- Ausnehmung
- 50
- Mittelachse
- 52
- Exzentrizität
- 54
- Kugeln
- 56
- Lagerung
- 58
- Wälzlager
- 60
- Wälzkörper
- 62
- Verlagerung der Lenkstange
- 64
- Spiel der Kugeln 54
- 66
- Spiel der Kugeln 60
- α
- Winkel
- α'
- Winkel
