DE102011014922A1

DE102011014922A1 - Elektromechanische Lenkung für ein Fahrzeug und elastischer Endanschlag dazu

Info

Publication number: DE102011014922A1
Application number: DE201110014922
Authority: DE
Inventors: Benjamin Richter; Thomas Schneider
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-09-27

Abstract

Vorgeschlagen wird u. a. ein Elektromechanische Lenkung für ein Fahrzeug, mit einem Lenkungsgehäuse (1), mit einem im Lenkungsgehäuse (1) angeordneten Kugelgewindetrieb und mit elastischen Endanschlägen (20), die den Hub einer Lenkspindel (2) des Kugelgewindetriebs in beiden axialen Verstellrichtungen begrenzen, wobei die Lenkspindel (2) an ihren axialen Enden jeweils ein Axialgelenk (14) mit einer Kugelaufnahme (15) und einer in derselben gehaltenen Kugel (16) einer Gelenkstange (17) aufweist, und wobei die Lenkspindel (2) in wenigstens einer axialen Verstellrichtung bei maximalem Hub über zumindest einen elastischen Endanschlag (20) an einer Kugelgewindemutter (3) des Kugelgewindetriebs axial abgestützt ist. Vorteilhaft bildet im Anschlagfall eine Stirnfläche der mit der Lenkspindel (2) fest verbundenen Kugelaufnahme (15) des zu besagtem Endanschlag (20) benachbarten Axialgelenks (14) eine Kontaktfläche (21) zu einer zu derselben korrespondierenden Anschlagfläche (22) des Endanschlags (20) aus.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Lenkung für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2 der Erfindung. Die Erfindung betrifft ferner einen elastischen Endanschlag zur Verwendung in besagter elektromechanischer Lenkung gemäß Patentanspruch 10 der Erfindung.
Aus der Praxis ist es seit geraumer Zeit bekannt, über eine Kugelgewindemutter ein Antriebsmoment eines Motors, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Getriebes, in eine Translationsbewegung einer Lenkspindel umzusetzen und über Axialgelenke und Gelenkstangen an Rädern eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, zur Wirkung zu bringen. Eine Hubbegrenzung der Lenkspindel kann durch den Kontakt von Axialgelenk und Lenkungsgehäuse umgesetzt werden. Wird die Spindel mit hoher Hubgeschwindigkeit in den Anschlag gefahren, entstehen durch schlagartiges Abbremsen der bewegten Massen innerhalb der Lenkung, insbesondere der rotierenden Massen, die an der Kugelgewindemutter zerren, hohe Massenkräfte. Der Kraftfluss verläuft dabei ausgehend vom Axialgelenk direkt in das Lenkungsgehäuse und weiter über Wälzlager und Kugelgewindemutter in die Lenkspindel mit besagtem Axialgelenk. Während des Anschlagens des Axialgelenks am Lenkungsgehäuse sind des Weiteren störende Anschlaggeräusche zu verzeichnen. Um diesem Problem zu begegnen und insbesondere die besagten Massenkräfte beschädigungsfrei abbauen zu können, ist es aus der DE 10 2005 050 798 A1 bekannt, am Lenkungsgehäuse elastische Endanschläge vorzusehen. Aus der JP 10119795 A ist es demgegenüber bekannt, die Massenkräfte direkt über die Kugelgewindemutter aufzunehmen, wodurch das Lenkungsgehäuse, das oder die Hauptlager samt Verschraubung im Lenkungsgehäuse für die Kugelgewindemutter entlastet werden. Hierzu sind axial beidseitig der Kugelgewindemutter an der Lenkspindel Vorsprünge vorgesehen, die ihrerseits in Abhängigkeit von der aktuellen Verstellrichtung bei maximalem Hub der Lenkspindel gegen stirnseitig an der Kugelgewindemutter angeordnete Kontaktelemente anlaufen. Eine zur vorbeschriebenen vergleichbare und für die in Rede stehende Erfindung gattungsbildende Lösung ist auch aus der DE 10 2009 008 591 A1 bekannt, wobei hier die vorgesehenen Endanschläge jeweils elastisch respektive als Feder- und/oder Dämpferelemente, beispielsweise als Kunststofffeder mit Dämpfer oder als Elastomerblock ausgebildet sind. Die besagten Endanschläge können dabei jeweils an der Lenkspindel befestigt sein, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines an der Lenkspindel vorgesehenen Stützelementes, und mit der zugeordneten Stirnseite der Kugelgewindemutter korrespondieren oder an besagter Stirnseite der Kugelgewindemutter befestigt sein und mit einem an der Lenkspindel befestigten oder ausgebildeten Vorsprung korrespondieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte elektromechanische Lenkung der vorstehend bestimmten Gattung zu schaffen, welche gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung einfacher gestaltet sowie in der Herstellung kostengünstiger ist und gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung es gestattet. Massenkräfte noch besser beschädigungsfrei abzubauen, die ihrerseits aus einer Hubbegrenzung der Spindel resultieren. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, einen im Hinblick auf besagte elektromechanische Lenkung geeigneten elastischen Endanschlag zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus der Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 bzw. 2 sowie der Merkmalskombination des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Nach Anspruch 1 wird ausgehend von einer elektromechanischen Lenkung für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Lenkungsgehäuse, mit einem im Lenkungsgehäuse angeordneten Kugelgewindetrieb, der seinerseits durch eine sich durch das Lenkungsgehäuse hindurch erstreckende, axial verstellbare Lenkspindel und durch eine Kugelgewindemutter gebildet ist, welche ihrerseits am Lenkungsgehäuse drehbar gelagert und axial festgelegt ist sowie mit der Lenkspindel über Kugeln in Gewindeeingriff steht, und mit elastischen Endanschlägen, die den Hub der Lenkspindel in beiden axialen Verstellrichtungen begrenzen, wobei die Lenkspindel an ihren axialen Enden jeweils ein Axialgelenk mit einer Kugelaufnahme und einer in derselben gehaltenen Kugel einer Gelenkstange aufweist, und wobei die Lenkspindel in wenigstens einer axialen Verstellrichtung bei maximalem Hub über zumindest einen elastischen Endanschlag an der Kugelgewindemutter axial abgestützt ist, die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass im Anschlagfall eine Stirnfläche der mit der Lenkspindel fest verbundenen Kugelaufnahme des zu besagtem Endanschlag benachbarten Axialgelenks eine Kontaktfläche zu einer zu derselben korrespondierenden Anschlagfläche des Endanschlags bildet.
Durch diese Maßnahme ist im Hinblick auf den Stand der Technik, insbesondere im Hinblick auf die JP 10119795 A und die DE 10 2009 008 591 A1 der Herstellungs-, Montage- und Materialaufwand zur Ausbildung einer Hubbegrenzung vorteilhaft verringert, da dieselbe mittels eines elastischen Endanschlags bewirkt ist, welcher zwischen einer Stirnfläche der Kugelgewindemutter und einer von einer Kugelaufnahme eines Axialgelenks gebildeten Kontaktfläche angeordnet ist. Zusätzliche aufwendige Maßnahmen insbesondere zur Ausbildung besagter Kontaktfläche an der Lenkspindel, wie es der Stand der Technik favorisiert, sind somit entbehrlich.
Die elektromechanische Lenkung nach Anspruch 2, mit einem Lenkungsgehäuse, mit einem im Lenkungsgehäuse angeordneten Kugelgewindetrieb, der seinerseits durch eine sich durch das Lenkungsgehäuse hindurch erstreckende, axial verstellbare Lenkspindel und durch eine Kugelgewindemutter gebildet ist, welche ihrerseits am Lenkungsgehäuse drehbar gelagert und axial festgelegt ist sowie mit der Lenkspindel über Kugeln in Gewindeeingriff steht, und mit elastischen Endanschlägen, die den Hub der Lenkspindel in beiden axialen Verstellrichtungen begrenzen, wobei die Lenkspindel in wenigstens einer Verstellrichtung bei maximalem Hub über zumindest einen elastischen Endanschlag an der Kugelgewindemutter axial abgestützt ist, zeichnet sich dadurch aus, dass der zumindest eine elastische Endanschlag im Anschlagfall nach Art einer Kupplung temporär mittel- oder unmittelbar reib- und/oder formschlüssig mit der Kugelgewindemutter und/oder der Lenkspindel verbindbar oder verbunden und Anschlagenergie absorbierend sowohl axial verformbar als auch tordierbar ist.
In umfangreichen Versuchen zum Erfindungsgegenstand wurde gefunden, dass durch diese Maßnahme Massenkräfte, die ihrerseits aus einer Hubbegrenzung der Lenkspindel resultieren, noch besser beschädigungsfrei abgebaut werden können, da vorteilhaft eine definierte axiale Verformung des elastischen Endanschlags mit einer definierten Verformung infolge Torsion desselben kombiniert ist. Durch die Kombination besagter Verformungen werden die einwirkenden Anstoßkräfte schneller und auch bauteilschonender abgebaut. Ferner kann durch diese Maßnahme der erforderliche Bauraum für besagten elastischen Endanschlag minimiert werden, da dieser nicht nur axial, sondern auch in Torsionsrichtung desselben energieverzehrend wirkt, wobei die besagte Torsionsrichtung durch die Drehrichtung der Kugelgewindemutter bestimmt ist.
Der zumindest eine elastische Endanschlag kann beispielgebend gemäß den drei nachfolgend widergegebenen Einbau- bzw. Anbauvarianten zum Einsatz kommen, wodurch in weiten Grenzen eine Anpassung desselben an die aktuellen Einbauverhältnisse, an das gewünschte Maß der Energieabsorption und dgl. mehr gestattet ist, So kann der Endanschlag gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltungsvariante einenends drehfest an der Kugelgewindemutter befestigt sein und im Anschlagfall anderenends mittels einer stirnseitigen ersten Anschlagfläche mit einer mittel- oder unmittelbar an der Lenkspindel fest angeordneten ersten Kontaktfläche temporär reib- und/oder formschlüssig verbindbar oder verbunden sein. Demgegenüber kann der Endanschlag in kinematischer Umkehr der vorstehenden Variante auch einenends mittel- oder unmittelbar an der Lenkspindel festgelegt und im Anschlagfall anderenends mittels einer zweiten Anschlagfläche mit einer an der Kugelgewindemutter fest angeordneten zweiten Kontaktfläche temporär reib- und/oder formschlüssig verbindbar oder verbunden sein. Die dritte Ausgestaltungsvariante stellt auf einen in Grenzen axial frei beweglichen elastischen Endanschlag ab, der im Anschlagfall einenends mittels einer ersten Anschlagfläche mit einer an der Lenkspindel mittel- oder unmittelbar fest angeordneten ersten Kontaktfläche und anderenends mittels einer zweiten Anschlagfläche mit einer an der Kugelgewindemutter fest angeordneten zweiten Kontaktfläche temporär reib- und/oder formschlüssig verbindbar oder verbunden ist.
Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die erste Kontaktfläche durch die Stirnfläche einer Kugelaufnahme eines fest mit der Lenkspindel verbindbaren oder verbundenen Axialgelenks gebildet ist, Sicherlich ist es auch denkbar und demgemäß durch die Erfindung mit erfasst, zusätzliche Maßnahmen zur Ausbildung besagter Kontaktfläche unmittelbar an der Lenkspindel, wie sie der Stand der Technik vorschlägt, vorzusehen. Jedoch geht die bevorzugte Lösung mit einem geringeren Herstellungs-, Montage- und Materialaufwand einher. Vorteilhaft kann die zweite Kontaktfläche durch eine Stirnfläche der Kugelgewindemutter gebildet sein.
Wie die Erfindung noch vorsieht, können die Kontaktflächen und/oder die Anschlagflächen eine den Reibschluss erhöhende Oberflächengestaltung und/oder Werkstoffbeschichtung aufweisen oder selbst aus einem einen hohen Reibschluss bewirkenden Werkstoff bestehen. In Kombination mit der vorstehenden Maßnahme oder auch in Alleinstellung können die zueinander korrespondierenden Kontakt- und Anschlagflächen des Weiteren eine besagten Formschluss realisierende Oberflächengestaltung aufweisen. Ein derartiger Formschluss ist vorteilhafterweise allein durch die Translationsbewegung der Lenkspindel bewirkbar aber auch wider lösbar und kann beispielsweise durch zueinander korrespondierende Wellenstrukturen in den Kontakt- und Anschlagflächen gebildet sein. Durch diese Maßnahmen ist es gestattet, noch besser auf insbesondere das energieverzehrende Verhalten des elastischen Endanschlags Einfluss zu nehmen, der somit sowohl in axialer Richtung als auch in Torsionsrichtung elastisch ausgebildet ist.
Vorteilhaft kann der zumindest eine elastische Endanschlag beispielgebend überwiegend durch eine Spiralfeder aus Metall oder Kunststoff, ein Elastomer, ein Drahtfederkissen oder Drahtfedergeflecht aus Metall oder Kunststoff oder durch eine beliebige Kombination aus zwei oder mehreren derselben gebildet sein. Ferner kann der zumindest eine Endanschlag einen ringförmigen Körper ausbilden und weitestgehend konzentrisch zur Lenkspindel angeordnet sowie auf derselben aufgefädelt sein. Durch diese Maßnahme ist der Endanschlag weitestgehend verliersicher angeordnet.
Die Erfindung betrifft auch einen elastischen Endanschlag zur Verwendung in einer elektromechanischen Lenkung der vorstehend beschriebenen Art. Dieser zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der elastische Endanschlag derart ausgebildet ist, dass derselbe sowohl Druck- und/oder Scherkräfte, resultierend aus einer Translationsbewegung der Lenkspindel, als auch Torsionskräfte, resultierend aus einer Drehbewegung der Kugelgewindemutter, energieverzehrend aufnehmen kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten elektromechanischen Lenkung im Anschlagfall mit einem elastischen Endanschlag in einer Schnittdarstellung.
2 eine Schnittdarstellung einer elektromechanischen Lenkung im Anschlagfall mit einem elastischen Endanschlag gemäß einer ersten möglichen Ausführungsvariante.
3 eine Detailansicht des elastischen Endanschlags nach 2.
4 eine Schnittdarstellung einer elektromechanischen Lenkung im Anschlagfall mit einem elastischen Endanschlag gemäß einer zweiten möglichen Ausführungsvariante.
5 eine Detailansicht des elastischen Endanschlags nach 4.
6 ein elastischer Endanschlag gemäß einer dritten möglichen Ausführungsvariante.
7 ein elastischer Endanschlag gemäß einer vierten möglichen Ausführungsvariante.
8 eine Schnittdarstellung einer elektromechanischen Lenkung im Anschlagfall mit einem elastischen Endanschlag gemäß einer fünften möglichen Ausführungsvariante.
9 eine Detailansicht des elastischen Endanschlags nach 8.
10 eine Schnittdarstellung einer elektromechanischen Lenkung im Anschlagfall mit einem elastischen Endanschlag gemäß einer sechsten möglichen Ausführungsvariante.
11 eine Detailansicht des elastischen Endanschlags nach 10, und
12 ein elastischer Endanschlag gemäß einer siebten möglichen Ausführungsvariante.
1 zeigt eine elektromechanische Lenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem in einem Lenkungsgehäuse 1 angeordneten Kugelgewindetrieb, der seinerseits durch eine sich durch das Lenkungsgehäuse 1 hindurch erstreckende, axial verstellbare Lenkspindel 2 und durch eine Kugelgewindemutter 3 gebildet ist. Das Lenkungsgehäuse 1 ist vorliegend zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Gehäuseteile 1a, 1b mittels an sich bekannter und demgemäß hier nicht näher dargestellter mechanischer Befestigungselemente, wie Befestigungsschrauben untereinander fest verbunden sind. An der Lenkspindel 2 greift ein nicht näher dargestelltes Lenkungsritzel an, um einen vom Fahrzeugführer über ein an sich bekanntes Lenkrad aufgebrachten Lenkbefehl an die Fahrzeugräder zu übertragen. Weiterhin ist in dem Lenkungsgehäuse 1 achsparallel zur Lenkspindel 2 ein Elektromotor 4 zur Erzeugung einer Lenkunterstützung angeordnet. Das Abtriebsmoment des Elektromotors 4 wird über eine Getriebestufe und besagtem Kugelgewindetrieb als axiale Hilfskraft an der Lenkspindel 2 zur Wirkung gebracht. Die Getriebestufe ist vorliegend beispielgebend als Riementrieb ausgebildet. Dabei sitzt eine erste Riemenscheibe auf einer nicht näher dargestellten Abtriebswelle des Elektromotors 4. Eine zweite Riemenscheibe 5 ist an der Kugelgewindemutter 3 des Kugelgewindetriebs angeflanscht und vorliegend mittels Befestigungsschrauben 6 oder anderer an sich bekannter geeigneter Befestigungsmaßnahmen an derselben befestigt. Der Übertragungsriemen des Riementriebs ist in 1 mit dem Bezugszeichen 7 versehen.
Die Kugelgewindemutter 3 ist ihrerseits am Lenkungsgehäuse 1 drehbar gelagert und axial festgelegt, indem sich dieselbe zum einen über zumindest ein mittels vorliegend Befestigungsschrauben 8 oder anderer an sich bekannter geeigneter Befestigungsmaßnahmen am Lenkungsgehäuse 1 festgelegtes Wälzlager 9 mit einem Lageraußenring 10 und einem Lagerinnenring 11, zwischen denen eine Mehrzahl Wälzkörper 12, vorliegend Kugeln angeordnet sind, im Lenkungsgehäuse 1 abstützt und zum anderen über Kugeln 13 in an sich bekannter Art und Weise mit der Lenkspindel 2 im Gewindeeingriff steht. Der Lagerinnenring 11 des Wälzlagers 9 ist vorliegend integral in der Außenmantelfläche der Kugelgewindemutter 3 ausgebildet.
An ihren axialen Enden der Lenkspindel 2 weist dieselbe jeweils ein Axialgelenk 14 mit einer Kugelaufnahme 15 und einer in derselben gehaltenen Kugel 16 einer Gelenkstange 17 auf, die ihrerseits mit den nicht näher dargestellten Fahrzeugrädern wirkverbunden ist. Das Axialgelenk 14 respektive dessen Kugelaufnahme 15 weist eine Gewindezapfen 18 auf, der seinerseits von einer stirnseitig der Lenkspindel 2 vorgesehenen Gewindebohrung 19 aufgenommen ist und eine einfache Montage und Demontage des Axialgelenks 14 gestattet. In 1 ist der Einfachheit halber lediglich ein Axialgelenk 14 dargestellt.
Die elektromechanische Lenkung weist ferner elastische Endanschläge 20 auf, die den Hub der Lenkspindel 2 in beiden axialen Verstellrichtungen begrenzen, Vorliegend ist lediglich ein elastischer Endanschlag 20 gezeigt, der sich seinerseits im Anschlagfall, d. h., bei maximalem Hub der Lenkspindel 2 in der betreffenden Verstellrichtung einenends an der Kugelgewindemutter 3, vorzugsweise an der zum elastischen Endanschlag 20 benachbarten Stirnfläche der Kugelgewindemutter 3 abstützt. Anderenends stützt sich der besagte Endanschlag 20 nach einer einfachen und kostengünstigen und demgemäß bevorzugten Ausführung mittelbar über die vorhandene Kugelaufnahme 15 des benachbarten Axialgelenks 14 axial an der Lenkspindel 2 ab. Der elastische Endanschlag 20 bildet vorliegend einen ringförmigen Körper aus und ist weitestgehend konzentrisch zur Lenkspindel 2 angeordnet sowie auf derselben aufgefädelt.
Der andere, für die axial gegenüberliegende Verstellrichtung der Lenkspindel 2 vorgesehene elastische Endanschlag 20 kann beispielsweise nach dem Stand der Technik am Lenkungsgehäuse 1 abgestützt sein (nicht näher dargestellt).
Demgegenüber kann es jedoch auch angezeigt sein, bei geeigneter axial fester Lagerung der Kugelgewindemutter 3 im Lenkungsgehäuse 1 beide elastischen Endanschläge 20 einenends jeweils an axial gegenüberliegenden Stirnflächen der Kugelgewindemutter 3 abzustützen. Da sowohl bei Links- als auch bei Rechtslenkung bekanntermaßen unterschiedliche Beabstandungen zwischen dem linken Axialgelenk 14 und dem Kugelgewindetrieb sowie dem rechten Axialgelenk 14 und dem Kugelgewindetrieb zu verzeichnen sind, kann es sich im Hinblick auf die größere Beabstandung als zweckmäßig erweisen, in diesem Fall den betreffenden elastischen Endanschlag 20 entweder über abstandsausgleichende Elemente an der zugeordneten Kugelaufnahme 15 des Axialgelenks 14 abzustützen oder den elastischen Endanschlag 20 über separate respektive zusätzliche Abstützelemente in Form von Vorsprüngen, die an der Lenkspindel 2 ausgeformt oder angebracht sind, an derselben abzustützen (nicht näher dargestellt).
Im Hinblick auf die bevorzugte Ausführung der elektromechanischen Lenkung bildet demnach im Anschlagfall bei maximalem Hub der Lenkspindel 2 in wenigstens einer axialen Verstellrichtung eine Stirnfläche einer mit der Lenkspindel 2 fest verbundenen Kugelaufnahme 15 eines Axialgelenks 14 eine erste Kontaktfläche 21 zu einer zu derselben korrespondierenden stirnseitigen ersten Anschlagfläche 22 des elastischen Endanschlags 20 aus. Die zur ersten Anschlagfläche 22 axial gegenüberliegende stirnseitige zweite Anschlagfläche 23 des elastischen Endanschlags 20 korrespondiert mit einer stirnseitigen zweiten Kontaktfläche 24 der Kugelgewindemutter 3.
Gemäß 1 kann vorgesehen sein, dass der elastische Endanschlag 20 einenends mittels seiner zweiten Anschlagfläche 23 drehfest an der Kugelgewindemutter 3 bzw. deren Kontaktfläche 24 befestigt, beispielsweise mit derselben verklebt, und im Anschlagfall mittels der besagten ersten Anschlagfläche 22 mit der ersten Kontaktfläche 21 der Kugelaufnahme 15 des Axialgelenks 14 verbindbar oder verbunden ist.
In kinematischer Umkehr dieser Anordnung kann auch vorgesehen sein, dass der elastische Endanschlag 20 einenends mittels seiner ersten Anschlagfläche 22 drehfest an der ersten Kontaktfläche 21 der Kugelaufnahme 15 des Axialgelenks 14 befestigt, beispielsweise mit derselben verklebt, und im Anschlagfall mittels der besagten zweiten Anschlagfläche 23 mit der Kugelgewindemutter 3 bzw. deren Kontaktfläche 24 verbindbar oder verbunden ist.
Weiter kann es auch angezeigt sein, den elastischen Endanschlag 20 in Grenzen axial frei beweglich auszubilden, wobei dann im Anschlagfall derselbe einenends mittels der Anschlagfläche 22 mit der ersten Kontaktfläche 21 und anderenends mittels der zweiten Anschlagfläche 23 mit der an der Kugelgewindemutter 3 vorgesehenen zweiten Kontaktfläche 24 verbindbar oder verbunden ist.
Durch vorstehende Maßnahmen werden zunächst aus der Hubbegrenzung resultierende Massenkräfte infolge axialer Verformung des elastischen Endanschlags 20 abgebaut. Wie bereits vorstehend ausgeführt, kann dieser Effekt noch verbessert werden, indem vorteilhaft eine definierte axiale Verformung des elastischen Endanschlags 20 mit einer definierten Verformung infolge Torsion desselben kombiniert ist/wird. Hierbei wird in vorteilhafter Weise die Drehbewegung (Bezugszeichen 25) der Kugelgewindemutter 3 zum Zeitpunkt des Anschlags genutzt. Durch die Kombination besagter Verformungen des elastischen Endanschlags 20 werden die durch die Translationsbewegung (Bezugszeichen 26) der Lenkspindel 2 auf den Endanschlag 20 bewirkten Anstoßkräfte schneller und auch bauteilschonender abgebaut und werden nachteilige Rückfederungseffekte infolge Dämpfung unterbunden, zumindest jedoch maßgeblich gemindert. Ferner kann durch diese Maßnahme der erforderliche Bauraum für besagten elastischen Endanschlag 20 minimiert werden, da dieser nicht nur axial, sondern auch in Torsionsrichtung energieverzehrend wirkt.
Im Hinblick darauf ist vorgesehen, den elastischen Endanschlag 20 im Anschlagfall nach Art einer Kupplung temporär mittel- oder unmittelbar reib- und/oder formschlüssig mit der Kugelgewindemutter 3 und/oder der Lenkspindel 2 zu verbinden, so dass der elastische Endanschlag 20 Anschlagenergie absorbierend sowohl axial verformbar als auch tordierbar ist.
Vorteilhaft können dabei die Kontaktflächen 21, 24 und/oder Anschlagflächen 22, 23, die im Anschlagfall untereinander temporär reibschlüssig verbindbar oder verbunden sind, eine den Reibschluss erhöhende Oberflächengestaltung, beispielsweise eine erhöhte Oberflächenrauigkeit, und/oder eine den Reibschluss erhöhende Werkstoffbeschichtung aus beispielsweise einem geeigneten Kunststoff oder Elastomer, aufweisen und/oder selbst aus einem einen hohen Reibschluss bewirkenden Werkstoff, beispielsweise einem Kunststoff oder einem Elastomer bestehen.
In Kombination mit vorstehender Maßnahme oder in Alleinstellung kann es auch angezeigt sein, die Kontaktflächen 21, 24 und/oder Anschlagflächen 22, 23 beispielsweise mit zueinander korrespondierenden, umlaufenden Wellenstrukturen oder anderen gleichwirkenden Oberflächenstrukturen auszubilden, wodurch dieselben im Anschlagfall untereinander temporär formschlüssig verbindbar oder verbunden sind, jedoch wiederum die leichte Trennung derselben ermöglichen, wenn das Lenkrad in entgegengesetzte Richtung geschlagen wird (nicht näher dargestellt).
Einzig maßgebend ist entsprechend der gewählten Ausbildung eine temporäre reib- und/oder formschlüssige Verbindung der beschriebenen Art im Anschlagfall zwischen dem elastischen Endanschlags 20 und der Kugelgewindemutter 3 und/oder der Lenkspindel 2, vorliegend mittelbar über die Kugelaufnahme 15 des Axialgelenks 14. In der Folge ist zum einen eine Verformung des elastischen Endanschlags 20 in axialer Richtung und zum anderen eine Verformung des elastischen Endanschlags 20 infolge Torsion zu verzeichnen, da derselbe im Anschlagfall durch den bewirkten Reib- und/oder Formschluss sozusagen zwischen Kugelgewindemutter 3 und der Lenkspindel 2 in Grenzen eingespannt ist.
Wie bereits oben ausgeführt, bieten sich vorteilhaft ringförmige Endanschläge 20 an, die ihrerseits beispielsweise durch überwiegend eine Spiralfeder aus Metall oder Kunststoff, ein Elastomer respektive einen Formkörper aus einem Elastomer, ein Drahtfederkissen oder Drahtfedergeflecht aus Metall oder Kunststoff oder durch eine beliebige geeignete Kombination aus zwei oder mehreren derselben gebildet sein kann.
Das Energieabsorptionsvermögen des elastischen Endanschlags 20 ist bezüglich der auf denselben im Anschlagfall einwirkenden Kräfte durch die Wahl des/r verwendeten Werkstoffs/e und durch die Dimensionierung desselben und durch die Intensität des realisierten Reib- und/oder Formschlusses in weiten Grenzen einstellbar. Somit kann in Anpassung an die aktuellen Einbauverhältnisse und die zu erwartenden auf den elastischen Endanschlag 20 einwirkenden Kräfte bei Erreichen des maximalen Hubs der Lenkspindel 2 der elastische Endanschlag 20 hinsichtlich seiner Wirkung optimal ausgelegt werden.
Gemäß 1 ist infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung der elektromechanischen Lenkung im Anschlagfall ausgehend vom Axialgelenk 14 ein Kraftfluss 27 über den elastischen Endanschlag 20 in die Kugelgewindemutter 3 und weiter über die Lenkspindel 2 zurück in das Axialgelenk 14 zu verzeichnen.
Vorstehende Ausführungsvarianten stellen auf einen elastischen Endanschlag 20 ab, der im Anschlagfall nach Art einer Kupplung temporär mittel- oder unmittelbar reib- und/oder formschlüssig mit der Kugelgewindemutter 3 und/oder der Lenkspindel 2 verbindbar oder verbunden ist.
Hieraus resultiert, dass sich die Erfindung nicht auf einen elastischen Endanschlag 20 beschränkt, der sich im Anschlagfall einenends an der Kugelgewindemutter 3 und anderenends mittelbar über die Kugelaufnahme 15 des Axialgelenks 14 an der Lenkspindel 2 abstützt, sondern erfasst auch Ausführungen, die eine unmittelbare Abstützung des elastischen Endanschlags 20 an der Lenkspindel 2 vorsehen. So kann dieselbe beispielsweise einen oder mehrere nicht näher dargestellte Fortsätze aufweisen, die mit dem elastischen Endanschlag 20 fest verbunden oder im Anschlagfall reib- und/oder formschlüssig verbindbar sind (nicht näher dargestellt).
Was den elastischen Endanschlag 20 an sich anbelangt, kann derselbe wie bereits oben angedeutet, unterschiedlichste Ausgestaltungsvarianten aufweisen.
Variante 1
So zeigen die 2 und 3 innerhalb einer elektromechanischen Lenkung der oben beschriebenen Art einen elastischen Endanschlag 20 nach Art einer Spiralfeder aus Metall, insbesondere Federstahl, oder aus einem geeigneten federelastischen Kunststoff. Die Spiralfeder verfügt beidenends stirnseitig über an derselben fest angeordnete ringförmige Anlageelemente 28, 29 aus Metall oder Kunststoff, vorliegend Ringscheiben. In Abhängigkeit der aktuell gewählten Verbindung des elastischen Endanschlags in Form besagter Spiralfeder mit der Kugelgewindemutter 3 und der Lenkspindel 2 bildet zumindest eines der Anlageelemente 28, 29 im Anschlagfall eine Anschlagfläche 22 bzw. 23 aus, welche wie oben dargelegt, temporär reib- und/oder formschlüssig mit einer korrespondierenden Kontaktfläche 24 der Kugelgewindemutter 3 bzw. Kontaktfläche 21 der Lenkspindel 2 verbindbar ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein zusätzliches Befestigungselement 30 am Anlageelement 28 vorgesehen, das ebenfalls ringscheibenförmig ausgebildet ist und die erste Anschlagfläche 22 ausbildet sowie dazu dient, den elastischen Endanschlag 20 einenends an einer Stirnfläche der Kugelaufnahme 15 des Axialgelenks 14 festzulegen, beispielsweise vermittels an sich bekannter und demgemäß hier nicht näher dargestellter mechanischer Befestigungselemente, wie Befestigungsschrauben, oder stoffschlüssig durch beispielsweise Klebung oder formschlüssig mittels beispielsweise an sich bekannter und demgemäß hier nicht näher dargestellter Verrastungsmittel. Über seine zweite Anschlagfläche 23, die vorliegend das Anlageelement 29 ausbildet, ist der elastische Endanschlag 20 mit der korrespondierenden zweiten Kontaktfläche 24 der Kugelgewindemutter 3 reib- und/oder stoffschlüssig verbindbar/verbunden.
Alternativen, die beispielsweise auf besagte Anlageelemente 28, 29 und/oder separate Befestigungselemente 30 verzichten, sind durch die Erfindung ebenfalls mit erfasst (nicht näher dargestellt).
Im Anschlagfall wird der elastische Endanschlag 20 in Form besagter Spiralfeder sowohl auf Druck, resultierend aus der Translationsbewegung 26 der Lenkspindel 2, als auch auf Torsion, resultierend aus der Drehbewegung der Kugelgewindemutter 3 belastet und kann somit in diesen beiden Richtungen energieverzehrend wirken.
Variante 2
Das Ausführungsbeispiel gemäß den 4 und 5 unterscheidet sich zum Ausführungsbeispiel nach Variante 1 dadurch, dass statt einer Spiralfeder ein ringförmiger Elastomerblock verwendet wird, der seinerseits im Anschlagfall ebenfalls sowohl auf Druck, resultierend aus der Translationsbewegung 26 der Lenkspindel 2, als auch auf Torsion, resultierend aus der Drehbewegung der Kugelgewindemutter 3 belastbar/belastet ist und somit in diesen beiden Richtungen energieverzehrend wirken kann. Anlageelemente 28, 29 und Befestigungselement 30 sind hier ebenfalls vorgesehen.
Variante 3
Das Ausführungsbeispiel gemäß 6 unterscheidet sich zum Ausführungsbeispiel nach Variante 2 dadurch, dass der ringförmige Elastomerblock statt überwiegend auf Druck und Torsion nunmehr überwiegend auf Scherung und Torsion belastbar/belastet ist, da die Anlageelemente 28, 29 nicht mehr stirnseitig des Elastomerblocks, sondern radial innen bzw. radial außen am Elastomerblock festgelegt sind und entsprechende Mittel aufweisen, um eine axiale und Torsionsbelastung auf den Elastomerblock zu übertragen. Vorliegend ist das innenliegende Anlageelement 28 hülsenförmig ausgebildet und verfügt über einen abgestellten Ringflansch 31 zur mittelbaren oder unmittelbaren Befestigung an der hier nicht näher dargestellten Lenkspindel 2. Das radial außen liegende, ebenfalls hülsenförmige Anlageelement 29 ist dagegen stirnseitig mit der hier nicht näher gezeigten Kugelgewindemutter 3 reib- und/oder formschlüssig verbindbar.
Variante 4
Der in 7 gezeigte elastische Endanschlag 20 zeichnet sich dadurch aus, dass derselbe durch ein Paket aus einer Mehrzahl ringförmiger Elastomerblöcke und Scheiben aus Metall oder Kunststoff in abwechselnder Reihenfolge gebildet ist.
Variante 5
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 8 und 9 ist ein elastischer Endanschlag 20 vorgesehen, der seinerseits durch eine an sich bekannte sogenannte Ringfeder, auch als Reibungsfeder bezeichnet, gebildet ist, die ihrerseits aus zwei oder mehr konischen Innen- und Außenringen 32, 33 besteht, die sich auf ihren Konusflächen 34 berühren und eine Säule bilden. Unter Druckbeanspruchung der gebildeten Säule sorgt die Keilwirkung (Keilwinkel so gewählt, dass keine Selbsthemmung eintritt) der Konusflächen 34 für eine Dehnung der Außenringe 33 und eine Verkleinerung der Innenringe 32, was zu einer axialen Verschiebung führt und somit zur Aufnahme der auf die Ringfeder wirkenden Druckbelastung. Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass die Ringfeder gemäß den 8 und 9 radial beabstandet zur Lenkspindel 2 oder zu einem geeigneten Federkern in Form eines Anschlag- und Führungselementes 35 und zum Lenkungsgehäuse 1 angeordnet sein muss, um besagte radiale Eigenbewegung im Belastungsfall zu gestatten. Gleichzeitig gestattet ein derart ausgebildeter Endanschlag 20 auch die Aufnahme von Torsionsbelastungen, da sich Innen- und Außenringe 32, 33 relativ zueinander in Umfangsrichtung bewegen können.
Variante 6
Der in 10 und 11 gezeigte elastische Endanschlag 20 unterscheidet sich zu den vorstehend beschriebenen Varianten dadurch, dass derselbe durch ein ringförmiges Drahtfederkissen aus Metall oder Kunststoff gebildet ist. Vorliegend verfügt das Drahtfederkissen ebenfalls über stirnseitige Anlageelemente 28, 29, wobei das axialgelenkseitige Anlageelement 28 hohlzylindrisch ausgebildet und auf der Lenkspindel 3 radial fest angeordnet ist. Das Anlageelement 28 kann beispielsweise als separates Bauteil unmittelbar oder mittelbar über die Kugelaufnahme 15 des benachbarten Axialgelenks 14 mit der Lenkspindel 3 fest verbunden sein oder integraler Bestandteil des Axialgelenks 14 sein (nicht näher dargestellt). Derartige elastische Endanschläge 20 zeichnen sich durch eine hohe Energieabsorption und Dämpfung durch Reibung der zahlreichen Drähte untereinander bei geringen Federwegen aus.
Variante 7
Der in 12 gezeigte elastische Endanschlag 20 unterscheidet sich zu dem Endanschlag nach 10 und 11 im Wesentlichen dadurch, dass hier ein Drahtfedergeflecht Verwendung findet, welches neben den Axialbelastungen besonders vorteilhaft den erfindungsgemäß zu berücksichtigenden Torsionsbelastungen desselben gerecht wird. Das Geflecht ist zopfartig ausgebildet und zu einem spiralförmigen Hohlkörper gewunden.
All den vorstehenden Ausführungsvarianten eines elastischen Endanschlags 20 ist gemein, dass dieselben in weiten Grenzen an die zu erwartenden Belastungen anpassbar sind bzw. dass im Hinblick auf besagte Belastungen aus denselben gewählt werden kann. Ferner können zur Auslegung eines geeigneten Endanschlags 20 die vorstehenden Varianten auch beliebig kombiniert werden, um beispielsweise einen kontinuierlichen oder auch stufenweisen Abbau von Anstoßenergie bei gegebenenfalls unterschiedlichen Absorptionsgraden nachbilden zu können.
Bezugszeichenliste

1: Lenkungsgehäuse
1a: Gehäuseteil
1b: Gehäuseteil
2: Lenkspindel
3: Kugelgewindemutter
4: Elektromotor
5: Riemenscheibe
6: Befestigungsschraube (Riemenscheibe 5)
7: Übertragungsriemen
8: Befestigungsschraube (Wälzlager 9)
9: Wälzlager
10: Lageraußenring
11: Lagerinnenring
12: Wälzkörper
13: Kugeln
14: Axialgelenk
15: Kugelaufnahme
16: Kugel
17: Gelenkstange
18: Gewindezapfen
19: Gewindebohrung
20: elastischer Endanschlag
21: erste Kontaktfläche (Kugelaufnahme 15)
22: erste Anschlagfläche (elastischer Endanschlag 20)
23: zweite Anschlagfläche (elastischer Endanschlag 20)
24: zweite Kontaktfläche (Kugelgewindemutter 3)
25: Drehbewegung (Kugelgewindemutter 3)
26: Translationsbewegung (Lenkspindel 2)
27: Kraftfluss
28: Anlageelement
29: Anlageelement
30: Befestigungselement
31: Ringflansch
32: Innenring
33: Außenring
34: Konusfläche
35: Anschlag- und Führungselement (Federkern)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005050798 A1 [0002]
JP 10119795 A [0002, 0006]
DE 102009008591 A1 [0002, 0006]

Claims

Elektromechanische Lenkung für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Lenkungsgehäuse (1), mit einem im Lenkungsgehäuse (1) angeordneten Kugelgewindetrieb, der seinerseits durch eine sich durch das Lenkungsgehäuse (1) hindurch erstreckende, axial verstellbare Lenkspindel (2) und durch eine Kugelgewindemutter (3) gebildet ist, welche ihrerseits am Lenkungsgehäuse (1) drehbar gelagert und axial festgelegt ist sowie mit der Lenkspindel (2) über Kugeln (16) in Gewindeeingriff steht, und mit elastischen Endanschlägen (20), die den Hub der Lenkspindel (2) in beiden axialen Verstellrichtungen begrenzen, wobei die Lenkspindel (2) an ihren axialen Enden jeweils ein Axialgelenk (14) mit einer Kugelaufnahme (15) und einer in derselben gehaltenen Kugel (16) einer Gelenkstange (17) aufweist, und wobei die Lenkspindel (2) in wenigstens einer axialen Verstellrichtung bei maximalem Hub über zumindest einen elastischen Endanschlag (20) an der Kugelgewindemutter (3) axial abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschlagfall eine Stirnfläche der mit der Lenkspindel (2) fest verbundenen Kugelaufnahme (15) des zu besagtem Endanschlag (20) benachbarten Axialgelenks (14) eine Kontaktfläche (21) zu einer zu derselben korrespondierenden Anschlagfläche (22) des Endanschlags (20) bildet.
Elektromechanische Lenkung für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Lenkungsgehäuse (1), mit einem im Lenkungsgehäuse (1) angeordneten Kugelgewindetrieb, der seinerseits durch eine sich durch das Lenkungsgehäuse (1) hindurch erstreckende, axial verstellbare Lenkspindel (2) und durch eine Kugelgewindemutter (3) gebildet ist, welche ihrerseits am Lenkungsgehäuse (1) drehbar gelagert und axial festgelegt ist sowie mit der Lenkspindel (2) über Kugeln (16) in Gewindeeingriff steht, und mit elastischen Endanschlägen (20), die den Hub der Lenkspindel (2) in beiden axialen Verstellrichtungen begrenzen, wobei die Lenkspindel (2) in wenigstens einer Verstellrichtung bei maximalem Hub über zumindest einen elastischen Endanschlag (20) an der Kugelgewindemutter (3) axial abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine elastische Endanschlag (20) im Anschlagfall nach Art einer Kupplung temporär mittel- oder unmittelbar reib- und/oder formschlüssig mit der Kugelgewindemutter (3) und/oder der Lenkspindel (2) verbindbar oder verbunden und Anschlagenergie absorbierend sowohl axial verformbar als auch tordierbar ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine elastische Endanschlag (20) entweder – einenends drehfest an der Kugelgewindemutter (3) befestigt ist und im Anschlagfall anderenends mittels einer stirnseitigen ersten Anschlagfläche (22) mit einer mittel- oder unmittelbar an der Lenkspindel (2) fest angeordneten ersten Kontaktfläche (21) temporär reib- und/oder formschlüssig verbindbar oder verbunden ist, oder – einenends mittel- oder unmittelbar an der Lenkspindel (2) festgelegt und im Anschlagfall anderenends mittels einer zweiten Anschlagfläche (23) mit einer an der Kugelgewindemutter (3) fest angeordneten zweiten Kontaktfläche (24) temporär reib- und/oder formschlüssig verbindbar oder verbunden ist, oder – in Grenzen axial frei beweglich ist und im Anschlagfall einenends mittels einer ersten Anschlagfläche (22) mit einer an der Lenkspindel (2) mittel- oder unmittelbar fest angeordneten ersten Kontaktfläche (21) und anderenends mittels einer zweiten Anschlagfläche (23) mit einer an der Kugelgewindemutter (3) fest angeordneten zweiten Kontaktfläche (24) temporär reib- und/oder formschlüssig verbindbar oder verbunden ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktfläche (21) durch die Stirnfläche einer Kugelaufnahme (15) eines fest mit Lenkspindel (2) verbindbaren oder verbundenen Axialgelenks (14) gebildet ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontaktfläche (24) durch eine Stirnfläche der Kugelgewindemutter (3) gebildet ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (21, 24) und/oder die Anschlagflächen (22, 23) eine den Reibschluss erhöhende Oberflächengestaltung und/oder Werkstoffbeschichtung aufweisen oder selbst aus einem einen hohen Reibschluss bewirkenden Werkstoff bestehen.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zueinander korrespondierenden Kontakt- und Anschlagflächen (21, 22; 23, 24) eine den Formschluss realisierende Oberflächengestaltung aufweisen.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine elastische Endanschlag (20) überwiegend durch eine Spiralfeder aus Metall oder Kunststoff, ein Elastomer, ein Drahtfederkissen oder Drahtfedergeflecht aus Metall oder Kunststoff oder durch eine beliebige Kombination aus zwei oder mehreren derselben gebildet ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Endanschlag (20) einen ringförmigen Körper ausbildet und weitestgehend konzentrisch zur Lenkspindel (2) angeordnet sowie auf derselben aufgefädelt ist.
Elastischer Endanschlag (20) zur Verwendung in einer elektromechanischen Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Endanschlag (20) derart ausgebildet ist, dass derselbe sowohl Druck- und/oder Scherkräfte, resultierend aus einer Translationsbewegung der Lenkspindel (2), als auch Torsionskräfte, resultierend aus einer Drehbewegung der Kugelgewindemutter (3), energieverzehrend aufnehmen kann.