DE102011114296A1

DE102011114296A1 - Elektromechanische Lenkung

Info

Publication number: DE102011114296A1
Application number: DE102011114296A
Authority: DE
Inventors: Christoph Losch; Johannes Jochen Scheerer; Rainer Kötke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2013-03-28

Abstract

Eine elektromechanische Fahrzeuglenkung umfasst ein Lenkgetriebegehäuse (2), eine Lenkstange mit einem Spindelabschnitt, eine Kugelgewindemutter, die mit dem Spindelabschnitt der Lenkstange über Kugeln in Eingriff steht, ein Wälzlager (13), durch das die Kugelgewindemutter am Lenkgetriebegehäuse abgestützt ist, und eine Lagerklemmscheibe (20), die axial mit dem Lenkgetriebegehäuse (2) verspannt ist. Ein Lageraußenring (14) des Wälzlagers (13) ist zwischen einer Anlagefläche (16) des Lenkgetriebegehäuses (2) und der Lagerklemmscheibe (20) axial festgelegt. Die Lagerklemmscheibe (20) weist einen Befestigungsabschnitt (26) auf, der sich axial gegen das Lenkgetriebegehäuse (2) abstützt, sowie einen Halteabschnitt (27), der axial gegen den Lageraußenring (14) anliegt. Die Lagerklemmscheibe (20) weist zwischen dem Befestigungsabschnitt (26) und dem Halteabschnitt (27) eine Vertiefung (28) auf, die den Halteabschnitt (27) von dem Befestigungsabschnitt (26) trennt. Hierdurch werden bei einer hohen axialen Vorspannung der Lagerklemmscheibe (20) gegen das Lenkgetriebegehäuse (2) die Laufeigenschaften des Kugelgewindetriebhauptlagers (13) verbessert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung, umfassend ein Lenkgetriebegehäuse, eine Lenkstange mit einem Spindelabschnitt, eine Kugelgewindemutter, die mit dem Spindelabschnitt der Lenkstange über Kugeln in Eingriff steht, ein Wälzlager, durch das die Kugelgewindemutter am Lenkgetriebegehäuse abgestützt ist, und eine Lagerklemmscheibe, die axial mit dem Lenkgetriebegehäuse verspannt ist, wobei ein Lageraußenring des Wälzlagers zwischen einer Anlagefläche des Lenkgetriebegehäuses und der Lagerklemmscheibe axial festgelegt ist, und wobei die Lagerklemmscheibe einen Befestigungsabschnitt aufweist, der sich axial gegen das Lenkgetriebegehäuse abstützt, sowie einen Halteabschnitt, der axial gegen den Lageraußenring anliegt.
Lenkungen der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus DE 10 2007 049 302 A1 und DE 10 2009 037 872 A1 bekannt. Bei diesen Lenkungen besteht das Problem, dass der Lageraußenring des Wälzlagers beim axialen Verspannen der Lagerklemmscheibe mit dem Lenkgetriebegehäuse etwas verformt wird. Aufgrund der an der Kugelgewindemutter angreifenden Kräfte sowie der Notwendigkeit einer exakten Positionierung der Kugelgewindemutter im Lenkgetriebegehäuse muss die Verspannung der Lagerklemmscheibe mit einer sehr hohen Kraft ausgeführt werden. Üblicherweise erfolgt die Festlegung der Lagerklemmscheibe am Lenkgetriebegehäuse mittels Befestigungsschrauben. Hierdurch kommt es zu einer punktuellen Krafteinleitung in den Lageraußenring und dementsprechend zu geringfügigen lokalen Veränderung der Laufbahngeometrie. Dies kann zu Unstetigkeiten wie Slip-Stick-Effekten im Wälzlager, einer erhöhten Lagerreibung und akustischen Auffälligkeiten führen.
Diese Problematik wird dadurch verschärft, dass im Hinblick auf die Vermeidung von Klappergeräuschen in der Lenkung üblicherweise Wälzlager mit kleinem Lagerspiel zum Einsatz kommen, welche auf Verformungen besonders empfindlich reagieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, die Laufeigenschaften des Kugelgewindetriebhauptlagers einer elektromechanischen Lenkung der eingangs genannten Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Lenkung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenkung umfasst ein Lenkgetriebegehäuse, eine Lenkstange mit einem Spindelabschnitt, eine Kugelgewindemutter, die mit dem Spindelabschnitt der Lenkstange über Kugeln in Eingriff steht, ein Wälzlager, durch das die Kugelgewindemutter am Lenkgetriebegehäuse abgestützt ist, und eine Lagerklemmscheibe, die axial mit dem Lenkgetriebegehäuse verspannt ist, wobei ein Lageraußenring des Wälzlagers zwischen einer Anlagefläche des Lenkgetriebegehäuses und der Lagerklemmscheibe axial festgelegt ist, und wobei die Lagerklemmscheibe einen Befestigungsabschnitt aufweist, der sich axial gegen das Lenkgetriebegehäuse abstützt, sowie einen Halteabschnitt, der axial gegen den Lageraußenring anliegt. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die Lagerklemmscheibe zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Halteabschnitt eine Vertiefung aufweist, die den Halteabschnitt von dem Befestigungsabschnitt trennt.
Hieraus resultiert eine Kraftflussoptimierung in der Lagerklemmscheibe, durch die Spannungsspitzen, welche im Befestigungsabschnitt infolge der hohen axialen Vorspannkräfte auftreten, bis zum Halteabschnitt und zum Lageraußenring hin vermindert oder weitestgehend abgebaut werden. Dies schlägt sich in einer deutlich verringerten Verformung des Lageraußenrings nieder, so dass Unstetigkeiten im Wälzlager vermieden und die Laufeigenschaften des Lagers verbessert werden. Insbesondere sind keine akustischen und haptischen Beeinträchtigungen in der Lenkung mehr spürbar.
Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich an bestehenden Lagerklemmscheiben ohne großen Mehraufwand realisieren. Diese können wie bisher als einfache und platzsparende Bauteile ausgeführt und in herkömmlicher Weise montiert werden.
An dem Befestigungsabschnitt der Lagerklemmscheibe können hohe axiale Befestigungskräfte aufgebracht werden, welche eine sichere und steife Befestigung des Wälzlagers am Lenkgetriebegehäuse gewährleisten.
Zur Befestigung der Lagerklemmscheibe können Normschrauben eingesetzt werden. Auch der Lageraußenring benötigt keine spezielle Anpassung an die Einbausituation und kann eine einfache Geometrie aufweisen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Zur Festlegung der Lagerklemmscheibe am Lenkgetriebegehäuse kann diese an dem Befestigungsabschnitt axiale Befestigungsöffnungen aufweisen, die von dem Halteabschnitt beabstandet sind. Die axialen Befestigungsöffnungen können sich dabei bis in die Vertiefung erstrecken. Der Haltebereich bleibt durch die Befestigungsöffnungen jedoch unbeeinträchtigt. Hierdurch wird zum einen eine einfache Befestigung der Lagerklemmscheibe am Lenkgetriebegehäuse ermöglicht, zum anderen werden Spannungsspitzen im Haltebereich vermieden.
Eine Vertiefung zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Halteabschnitt lässt beispielsweise durch eine entsprechende Verformung der Lagerklemmscheibe im verspannten Zustand erzielen, beispielsweise indem sich die Lagerklemmscheibe infolge der Vorspannkraft verwölbt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Befestigungsabschnitt und der Vertiefung jedoch eine umlaufende Kante und/oder Stufe ausgebildet. Hierdurch lässt sich die Vertiefung gezielt gegenüber dem Befestigungsabschnitt abgrenzen. Durch eine solche Kante oder Stufe wird ein Großteil der Vorspannkraft in das Lenkgetriebegehäuse und nicht in das Wälzlager eingeleitet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt die Lagerklemmscheibe auf einem Strahl, der sich vom Mittelpunkt der Lagerklemmscheibe durch die Mitte einer Befestigungsöffnung radial nach außen erstreckt, radial außerhalb der Befestigungsöffnung gegen das Lenkgetriebegehäuse an, ist jedoch im Bereich radial innerhalb der Befestigungsöffnung von dem Lageraußenring durch einen Spalt axial beabstandet. Hierdurch wird eine sehr homogene axiale Belastung des Lageraußenrings des Wälzlagers erzielt, da der Bereich der größten Vorspannung um die Befestigungsöffnungen herum im Halteabschnitt freigestellt ist. Dies lässt sich auch ohne die Ausbildung einer Vertiefung zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Halteabschnitt oder einer Stufe oder Kante zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Halteabschnitt realisieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Halteabschnitt in Umfangsrichtung wellenförmig und weist Wellenberge zur Anlage gegen den Lageraußenring auf. Die Wellenberge sind dabei in Umfangsrichtung zwischen den Befestigungsöffnungen angeordnet.
Hingegen korrespondieren zwischen den Wellenbergen liegende Wellentäler bezüglich ihrer Lage in Umfangsrichtung mit den Befestigungsöffnungen. Durch die wellige Freimachung kommt es zu einer annähernd flächigen Anlage der Lagerklemmscheiben am Lageraußenring. Dies ermöglicht eine besonders homogene Krafteinleitung in den Lageraußenring, wobei insbesondere im Bereich der Befestigungsschrauben Spannungsspitzen am Halteabschnitt vermieden werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegen die Wellenberge im unverformten Zustand der Lagerklemmscheibe in einer Ebene mit einer Anlagefläche des Befestigungsabschnitts, über die der Befestigungsabschnitt gegen das Lenkgetriebegehäuse verspannt wird. Die Lagerklemmscheibe bleibt so ein einfach herstellbares Bauteil mit einer wenig aufwändigen Geometrie.
Vorzugsweise weist die Lagerklemmscheibe daher abgesehen von den Wellentälern sowie abgesehen von einer gegebenenfalls vorhandenen zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Halteabschnitt ausgebildeten Vertiefung eine konstante Dicke auf. Sie kann dadurch sehr einfach beispielsweise aus einer Blechplatine umformtechnisch hergestellt werden. Dies gestattet eine kostengünstige Fertigung.
Die Wellentäler können an ihrer tiefsten Stelle soweit eingeschnitten sein wie die Vertiefung zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Halteabschnitt.
Ferner kann die Lagerklemmscheibe gerundete Außen- und Innenkanten aufweisen welche sich insbesondere umformtechnisch besonders einfach realisieren lassen. Da sich die Lagerklemmscheiben beim Verspannen etwas verformt, werden durch die abgerundeten Außen- und Innenkanten hohe Kantenpressungen vermieden. Hierdurch wird eine gute Anlage am jeweiligen Gegenstück erzielt, ohne dieses zu beschädigen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lenkung im Schnitt,
2 eine räumliche Ansicht einer Lagerklemmscheibe nach der Erfindung,
3 eine Ansicht der Lagerklemmscheibe in Blickrichtung der Längsachse derselben,
4 eine Schnittansicht der Lagerklemmscheibe,
5 eine Detailansicht zur Veranschaulichung der Wellenform des Halteabschnitts,
6 eine Detailansicht des Bereichs um eine Befestigungsöffnung,
7 eine Detailansicht der Einbaulage der Lagerklemmscheibe im Schnitt,
8 eine räumliche Ansicht einer weiteren Lagerklemmscheibe nach der Erfindung von hinten,
9 eine räumliche Ansicht der weiteren Lagerklemmscheibe nach der Erfindung von vorne, und in
10 eine Detailansicht der Einbaulage der weiteren Lagerklemmscheibe im Schnitt.
1 zeigt eine elektromechanische Lenkung 1 für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkgetriebegehäuse 2, einem elektrischen Motor 3, einem Kugelgewindetrieb 4 und einer Lenkstange 5.
Das Antriebsmoment des Elektromotors 3 wird über ein Getriebe 6 sowie den Kugelgewindetrieb 4 in eine Translation der Lenkstange 5 übersetzt, welche sich durch das Lenkgetriebegehäuse 2 erstreckt. Letzteres besteht vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung. Die Lenkstange 5 ist an ihren Enden über nicht näher dargestellte Spurstangen mit ebenfalls nicht näher dargestellten Radträgern gekoppelt, um einen fahrerseitig generierten Lenkbefehl an den zugehörigen Fahrzeugrädern zur Wirkung zu bringen. Mit der Lenkstange 5 kämmt ein Lenkungsritzel, das in an sich bekannter Art und Weise über eine Lenkwelle mit einer Lenkungshandhabe, insbesondere einem Lenkrad verbunden ist. In einer steer-by-wire-Ausführung können die Lenkwelle und das Lenkungsritzel sowie eine entsprechende Verzahnungsstruktur an der Lenkstange 5 jedoch entfallen.
Das Lenkgetriebegehäuse 2 nimmt den Elektromotor 3, den Kugelgewindetrieb 4, das Getriebe 6 und das Lenkgetriebe mit dem Lenkungsritzel auf.
Das Getriebe 6 ist nachfolgend beispielhaft anhand eines Riementriebs näher erläutert. Jedoch können auch andere Getriebetypen zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann das Getriebe als Zahnradgetriebe oder Schneckenradgetriebe ausgebildet sein. Ferner ist es möglich, den Elektromotor 3 ohne Zwischenschaltung eines Getriebes unmittelbar mit der Kugelgewindemutter 11 zu koppeln oder die Kugelgewindemutter 11 in den Rotor eines Elektromotors zu integrieren.
Der beispielhaft dargestellte Zahnriementrieb umfasst einen Riemen 7, ein antreibendes Riemenrad 8, das fest mit einer Abtriebswelle 9 des Elektromotors 3 gekoppelt ist, sowie ein angetriebenes Riemenrad 10, das fest mit einer Kugelgewindemutter 11 des •Kugelgewindetriebs 4 gekoppelt ist. Die Kugelgewindemutter 11 steht dabei mit einem Spindelabschnitt 5a der Lenkstange 5 über Kugeln 12 in Gewindeeingriff und ist in dem Lenkgetriebegehäuse 2 über ein Wälzlager 13 drehbar gelagert und axial festgelegt. Dabei bilden das angetriebene Riemenrad 10, die Kugelgewindemutter 11 und das Wälzlager 13 eine Baugruppe, deren radiale Position im Lenkgetriebegehäuse 6 für die Einstellung der Riemenvorspannkraft maßgeblich ist und dementsprechend genau eingestellt werden muss.
Das Wälzlager 13, das vorliegend beispielhaft als einbahniges Rillenkugellager ausgeführt ist, weist einen Lageraußenring 14 auf, der am Lenkgetriebegehäuse 2 festgelegt ist. Hierzu weist das Lenkgetriebegehäuse 2 eine Ausnehmung 15 zur Aufnahme des Wälzlagers 13 auf. Die Ausnehmung 15 weist eine axiale Stirnwand als axiale Anlagefläche 16 für den Lageraußenring 14 auf. Ferner weist die Ausnehmung 15 in Radialrichtung einen größeren Durchmesser als der Lageraußenring 14 auf, so dass zwischen dem Außenumfang des Lageraußenrings 14 und dem Innenumfang der Ausnehmung 15 ein radialer Spalt 17 gebildet wird. Die Spaltweite ist so gewählt, dass unter Berücksichtigung der Wärmedehnung des Lenkgetriebegehäuses 2 und der Komponenten des Kugelgewindetriebs 4 einschließlich des Wälzlagers 13 im Betriebstemperaturbereich der Lenkung von –40°C bis +125°C stets Luft verbleibt. Bei Raumtemperatur liegt die Spaltweite im Bereich von 0,5 bis 3 mm. Zur Radialabstützung des Wälzlagers 13 können am Innenumfang der Ausnehmung 15 und/oder Außenumfang des Lageraußenrings 14 geeignete lokale Vorsprünge ausgebildet oder angebracht sein. Ferner entspricht die Axiallänge der Ausnehmung 15 der Axiallänge des Lageraußenrings 14.
Weiterhin weist das Wälzlager 13 einen Lagerinnenring 18 auf, der vorliegend in die Kugelgewindemutter 11 integriert ist. Es ist jedoch auch möglich, einen separaten Lagerinnenring 18 vorzusehen und an der Kugelgewindemutter 11 zu befestigen. Mit dem Bezugszeichen 19 sind die Kugeln des Wälzlagers 13 gekennzeichnet, das in Hinblick auf die Vermeidung von Klappergeräuschen vorzugsweise mit geringem Lagerspiel bzw. geringer Lagerluft ausgeführt ist.
Zur axialen Festlegung des Lageraußenrings 14 des Wälzlagers 13 dient eine Lagerklemmscheibe 20, welche ihrerseits mittels Befestigungsschrauben 21 mit dem Lenkgetriebegehäuse 2 axial verspannt ist. Die in den 2 bis 6 näher dargestellte Lagerklemmscheibe 20 umfasst einen ringförmigen Grundkörper 22, welcher für die Kugelgewindemutter 11 eine zentrale Durchgangsöffnung und für die Befestigungsschrauben 21 entsprechende Befestigungsöffnungen 23 aufweist. Die Befestigungsöffnungen 23 sind vorzugsweise gleichbeabstandet über den Umfang des ringförmigen Grundkörpers 22 verteilt angeordnet. Die Befestigungsschrauben 21 sind in entsprechende Gewindeöffnungen 24 des Lenkgetriebegehäuses 2 eingeschraubt.
Wie insbesondere 1 entnommen werden kann, ist die Lagerklemmscheibe 20 zwischen dem Riemenrad 10 und dem Lenkgetriebegehäuse 2 angeordnet, wobei bei der hier dargestellten Ausführungsform die Lagerklemmscheibe 20 von dem Riemenrad 10 überdeckt wird. Die Befestigungsschrauben 21, die von der Seite des Riemenrads 10 her gespannt sind, werden dementsprechend von dem Riemenrad 10 verdeckt. Um einen Zugang zu den Befestigungsschrauben 21 zu ermöglichen, weist das Riemenrad 10 zu den Gewindeöffnungen 24 korrespondierende Zugangsöffnungen 25 auf.
Wird die Lagerklemmscheibe 20 vor einer Montage des Riemenrads 10 an der Kugelgewindemutter 11 mit dem Lenkgetriebegehäuse 2 verspannt, können die Zugangsöffnungen 25 an dem Riemenrad 10 weggelassen werden. Ferner ist es grundsätzlich möglich, die Lagerklemmscheibe 20 mit einem größeren Außendurchmesser auszuführen, so dass die Befestigungsschrauben 21 radial außerhalb des Außenumfangs des Riemenrads 10 liegen.
Zur Verbesserung der Laufeigenschaften des Hauptlagers der Lenkung, nämlich des Wälzlagers 13 der vorstehend erläuterten elektromechanischen Lenkung 1, ist die Lagerklemmscheibe 20 in der nachfolgend näher erläuterten Art und Weise ausgebildet.
Die Lagerklemmscheibe 20 ist als Ring mit im Wesentlichen rechteckförmigem Querschnitt ausgebildet. Sie weist mit Ausnahme der nachfolgend näher erläuterten Modifikationen eine konstante Wanddicke auf und kann beispielsweise aus einer Blechplatine umformtechnisch hergestellt werden.
Wir bereits oben ausgeführt, wird die Lagerklemmscheibe 20 axial mit dem Lenkgetriebegehäuse 2 verspannt und dementsprechend am Lenkgetriebegehäuse 2 befestigt. Gleichzeitig dient diese der axialen Lagefixierung der Wälzlagers 13 gegenüber dem Lenkgetriebegehäuse 2, indem der Lageraußenring 14 des Wälzlagers 13 zwischen der Anlagefläche 16 des Lenkgetriebegehäuses 2 und der Lagerklemmscheibe 20 axial festgelegt wird.
Die Verspannung gegen das Lenkgetriebegehäuse 2 und die Abstützung des Lageraußenrings 14 erfolgt über separate Teilabschnitte der Lagerklemmscheibe 20, nämlich durch einen Befestigungsabschnitt 26, der sich axial gegen das Lenkgetriebegehäuse 2 abstützt, und einen Halteabschnitt 27, der axial gegen den Lageraußenring 14 anliegt.
Wie insbesondere in 7 gut zu erkennen ist, weist die Lagerklemmscheibe 20 zwischen dem Befestigungsabschnitt 26 und dem Halteabschnitt 27 eine Vertiefung 28 auf, die den Halteabschnitt 27 von dem Befestigungsabschnitt 26 trennt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Vertiefung 28 durch eine Ringnut 29 erzeugt, die an der zum Wälzlager 13 weisenden Stirnseite der Lagerklemmscheibe 20 ausgebildet ist. Durch die Ringnut 29 ergibt sich zwischen dem Befestigungsabschnitt 26 und der Vertiefung 28 eine erste umlaufende Stufe 30 sowie zwischen der Vertiefung 28 und dem Halteabschnitt 27 eine zweite Stufe 31. Hierdurch wird eine Entkopplung zwischen dem Befestigungsabschnitt 26 und dem Halteabschnitt 27 erzeugt. Die Vorspannkraft zur Befestigung der Lagerklemmscheibe 20 am Lenkgetriebegehäuse 2 wird vorwiegend über den Befestigungsabschnitt 26 in das Lenkgetriebegehäuse 2 eingeleitet, während die Axialkräfte am Halteabschnitt 27 und am Lageraußenring 14 des Wälzlagers 13 deutlich geringer ausfallen. Dementsprechend wird der Lageraußenring 14 weniger stark verformt, was sich positiv auf die Laufeigenschaften des Wälzlagers 13 auswirkt.
Das Profil der Ringnut 28 ist im Wesentlichen rechteckig. Es sind jedoch auch andere Profilformen möglich. Beispielsweise kann der Übergang zur Vertiefung 28 weniger abrupt ausgeführt werden, indem der Befestigungsabschnitt 26 und/oder der Halteabschnitt 27 über eine Kante in eine abfallende Schräge übergeht oder eine Krümmung vorgesehen wird.
Die Befestigungsöffnungen 23 der Lagerklemmscheibe 20 liegen entweder gänzlich im Befestigungsabschnitt 26 oder erstrecken sich, wie in den 2 bis 7 dargestellt, teilweise in die Vertiefung 28 hinein. Die Befestigungsöffnungen 23 sind jedoch von dem Halteabschnitt 27 beabstandet.
Durch die Befestigungsschrauben 21 werden gerade im Bereich um die Befestigungsöffnungen 23 hohe mechanische Spannungen verursacht. Durch die vorstehend erläuterte Vertiefung 28 wird die Ausdehnung entsprechender Spannungsspitzen in den Halteabschnitt 27 vermindert und hierdurch die vom Halteabschnitt 27 auf den Lageraußenring 14 übertragene Belastung vergleichmäßigt.
Eine weitere Entkopplung von derartigen Spannungsspitzen kann durch eine spezielle Ausgestaltung des Halteabschnitts 27 erzielt werden. Dazu ist der Halteabschnitt 27 so ausgebildet, dass dieser im Bereich der Befestigungsöffnungen 23 nicht oder allenfalls mit reduzierter Kraft gegen den Lageraußenring 14 anliegt. Die Lagerklemmscheibe 20 liegt auf einem Strahl, der sich vom Mittelpunkt M1 der Lagerklemmscheibe 20 durch die Mitte M2 einer Befestigungsöffnung 23 radial nach außen erstreckt, lediglich radial außerhalb der Befestigungsöffnung 23 gegen das Lenkgetriebegehäuse 2 an. Im Bereich radial innerhalb der Befestigungsöffnung 23, d. h. insbesondere im Bereich des Halteabschnitts 27 ist die Lagerklemmscheibe 20 auf dem genannten Strahl von dem Lageraußenring 14 durch einen Spalt 32 axial beabstandet.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Halteabschnitt 27 in Umfangsrichtung wellenförmig. Er weist Wellenberge 33 zur Anlage gegen den Lageraußenring 14 auf, die in Umfangsrichtung zwischen den Befestigungsöffnungen 23, jedoch radial weiter innen angeordnet sind, sowie zwischen den Wellenbergen 33 liegende Wellentäler 34, deren Lage mit den Befestigungsöffnungen 23 korrespondiert. Zur besseren Anlage gegen den Lageraußenring 14 können die Wellenberge 33 abgeflacht sein und eine im Wesentlichen ebene Scheitelfläche aufweisen.
5 zeigt ein Wellental 34 zwischen zwei Wellenbergen 33. Während die abgeflachten Wellenberge 34 im unverformten Zustand der Lagerklemmscheibe 20 in einer Ebene mit einer Anlagefläche 35 des Befestigungsabschnitts 26 liegen, ist das Wellental 34 gegenüber dieser Ebene zurückgesetzt. Die Wellenberge 33 gehen über einen ersten konvex gekrümmten Bogenabschnitt 36 in einen konkav gekrümmten Bogenabschnitt 37 über. Die konkav gekrümmten Bogenabschnitt 37 können über einen gegebenenfalls ebenen Boden 38 miteinander verbunden sein oder unmittelbar an einander anschließen.
Die Wellentäler 34 sind an ihrer tiefsten Stelle soweit eingeschnitten wie die Vertiefung 28 zwischen dem Befestigungsabschnitt 26 und dem Halteabschnitt 27.
Die Eintiefung der Vertiefung 28 beträgt das 0,05 bis 0,2-fache der Dicke der Lagerklemmscheibe 20, welche abgesehen von den Wellentälern 34 sowie abgesehen von der zwischen dem Befestigungsabschnitt 26 und dem Halteabschnitt 27 ausgebildeten Vertiefung 28 bzw. Ringnut 29 eine konstante Dicke aufweist.
Beim Verspannen der Lagerklemmscheibe 20 mit dem Lenkgetriebegehäuse 2 kann diese etwas verformt werden, so dass sich der Halteabschnitt 26 annähernd flächig an den Lageraußenring 14 anschmiegt, d. h. auch im Bereich der konvex gekrümmten Bogenabschnitte 36 und gegebenenfalls auch im Bereich der konkav gekrümmten Bogenabschnitte 27 den Lageraußenring 14 kontaktiert. Im Bereich des Bodens 38 des Wellentals 34 bleibt jedoch vorzugsweise der Spalt 32 bestehen.
Allerdings ist auch eine Anschmiegung bis in den Bereich des Bodens 38 möglich, wobei jedoch dann durch das Ausmaß der Eintiefung sichergestellt wird, dass Spannungsspitzen um die Befestigungsöffnungen 23 sich nicht bis dorthin ausdehnen oder zumindest hinreichend abgeklungen sind.
Weiterhin weist die Lagerklemmscheibe 20 gerundete Außen- und Innenkanten 39 und 40 auf, um Kantenpressungen zu vermeiden und die gewünschte geringförmige Verformung zu begünstigen. Sie ist vorzugsweise als Umformteil hergestellt.
In den 8 bis 10 ist eine weitere Lagerklemmscheibe 20' dargestellt, die auch anstelle der vorstehend erläuterten Lagerklemmscheibe 20 zur axialen Fixierung des Hauptlagers 13 einer elektromechanischen Lenkung gemäß 1 eingesetzt werden kann.
Die Lagerklemmscheibe 20' gemäß den 8 bis 10 ist als Ring mit konstanter Wanddicke ausgebildet und als Umformteil aus einer Blechplatine hergestellt. Sie weist einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt auf. Die Verspannung gegen das Lenkgetriebegehäuse 2 und die Abstützung des Lageraußenrings 14 erfolgt über separate Teilbereiche an der Lagerklemmscheibe 20', nämlich durch einen Befestigungsabschnitt 26', der sich axial gegen das Lenkgetriebegehäuse 2 abstützt, und einen Halteabschnitt 27, der axial gegen den Lageraußenring 14 anliegt.
Im Unterschied zu der zuerst beschriebenen Ausführungsvariante bilden im unverformten Zustand der Lagerklemmscheibe 20' der Befestigungsabschnitt 26' und der Halteabschnitt 27' eine verbundene ebene Fläche. Durch die Verspannung mit dem Lenkgetriebegehäuse 2 kommt es jedoch zu der in 10 erkennbaren Verwölbung, so dass im Einbauzustand zwischen dem Befestigungsabschnitt 26' und dem Halteabschnitt 27' wiederum eine Vertiefung 28' entsteht, welche die oben bereits im Zusammenhang mit der Ringnut 29 erläuterte Wirkung im Hinblick auf die Unterdrückung der Ausdehnung von Spannungsspitzen in den Halteabschnitt 27' hat. Die Vertiefung 28' trennt auch hier den Befestigungsabschnitt 26' von dem Halteabschnitt 27'. Die Befestigungsöffnungen 23' befinden sich allein im Befestigungsabschnitt 26'.
Zur Vermeidung von Kantenpressungen sind die Außen- und Innenkanten 39 und 40 der Lagerklemmscheibe 20' mit Rundungen versehen.
Eine weitere Entkopplung von Spannungsspitzen, welche beim Verspannen der Lagerklemmscheibe 20' mit dem Lenkgetriebegehäuse 2 um die Befestigungsöffnungen 23' entstehen, wird durch die spezielle Ausgestaltung des Halteabschnitts 27' im Bereich radial innerhalb der Befestigungsöffnungen 23' erzielt. Die Lagerklemmscheibe 20 liegt auf einem sich vom Mittelpunkt M1 der Lagerklemmscheibe 20' durch die Mitte M2 einer Befestigungsöffnung 23' erstreckenden Strahl radial außerhalb der Befestigungsöffnung 23' gegen das Lenkgetriebegehäuse 2 an. Radial innerhalb der Befestigungsöffnung 23' ist die Lagerklemmscheibe 20' von dem Lageraußenring 14 durch einen Spalt 32' axial beabstandet.
Hierzu befinden sich an dem Halteabschnitt 27' Ausnehmungen 41', die jeweils radial einwärts der Befestigungsöffnungen 23' angeordnet sind. In Umfangsrichtung ergibt sich durch die Ausnehmungen 41' wiederum eine Wellenanordnung aus abgeflachten Wellenbergen 33' und Wellentälern 34', wobei die abgeflachten Wellenberge 33' der Anlage gegen den Lageraußenring 14 dienen. Die Wellenberge 33' liegen dabei in Bezug auf die Winkellage in Umfangsrichtung zwischen den Befestigungsöffnungen 23', während die Lage der Wellentäler 34' den Befestigungsöffnungen 23' entspricht. Die Wellenberge 33' gehen im Bereich der Wellentäler 34' über einen ersten konvex gekrümmten Bogenabschnitt 36' in einen zweiten konkav gekrümmten Bogenabschnitt 37' über. Die konkav gekrümmten Bogenabschnitte 37' können über einen ebenen Boden 38' miteinander verbunden sein oder unmittelbar an einander anschließen.
Beim Verspannen der Lagerklemmscheibe 20' begünstigen die Ausnehmungen 41' die in 10 dargestellte Verwölbung der Lagerklemmscheibe 20', wodurch sich eine homogene Krafteinleitung in den Lageraußenring 14 bewerkstelligen lässt.
Durch die wellige Freimachung und die elastische Verformung der Lagerklemmscheibe 20' kommt es, wie auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach den 2 bis 7, zu einer annähernd flächigen Anlage der Klemmscheibe 20' am Lageraußenring 14.
Ein Großteil der Kräfte wird hierdurch in das Lenkgetriebegehäuse 2 und nicht in das Wälzlager 13 eingeleitet.
Die Ausbildung einer Vertiefung 28 zwischen dem Befestigungsabschnitt 26 und dem Halteabschnitt 27 lässt sich auch ohne die Ausbildung einer Wellenstruktur an dem Halteabschnitt 27 realisieren.
Umgekehrt kann an dem Halteabschnitt 27 eine Wellenstruktur vorgesehen werden, ohne dass eine spezifische Ringnut 29 oder Vertiefung 28 zwischen dem Halteabschnitt 27 und dem Befestigungsabschnitt 26 vorgesehen wird.
Durch beide Maßnahmen wird eine nicht-punktuelle Krafteinleitung in den Lageraußenring 14 ermöglicht, welche zu verbesserten Laufeigenschaften des Lagers 13 führt. Beide Maßnahmen ergänzen sich jedoch gegenseitig und werden daher idealerweise miteinander kombiniert.
Durch die Erfindung wird eine spielfreie axiale Festlegung eines Wälzlagers 13, insbesondere des Hauptlagers einer elektromechanischen Fahrzeuglenkung zur Übertragung sehr großer Kräfte im Bereich von 60 bis 120 kN bei Wälzlageraußendurchmessern im Bereich von 70 bis 80 mm erzielt, ohne die Laufeigenschaften des Wälzlagers 13 zu beeinflussen. Insbesondere werden Slip-Stick-Effekte und akustische Auffälligkeiten vermieden. Es ergibt sich eine hohe Lastübertragbarkeit bei minimaler Spielbeeinflussung des Wälzlagers 13 unter Verwendung eines Standard-Wälzlagers.
Gleichwohl können einfache Komponenten wie Standard-Außenringgeometrien am Lageraußenring 14 und Normschrauben als Befestigungsschrauben 21 verwendet werden. Auch die Lagerklemmscheibe 20 bzw. 20' bleibt trotz der beschriebenen Modifikationen ein einfach herstellbares Bauteil, so dass sich die erfindungsgemäße Lösung als insgesamt wenig aufwändig und besonders kostengünstig darstellt.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie zahlreicher Abwandlungen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: elektromechanische Fahrzeuglenkung
2: Lenkgetriebegehäuse
3: Elektromotor
4: Kugelgewindetrieb
5: Lenkstange
5a: Spindelabschnitt
6: Getriebe
7: Riemen
8: antreibendes Riemenrad
9: Antriebswelle
10: angetriebenes Riemenrad
11: Kugelgewindemutter
12: Kugeln
13: Wälzlager
14: Lageraußenring
15: Ausnehmung
16: axiale Stirnwand bzw. Anlagefläche
17: Spalt
18: Lagerinnenring
19: Kugeln
20, 20': Lagerklemmscheibe
21: Befestigungsschraube
22, 22': ringförmiger Grundkörper
23, 23': Befestigungsöffnung
24: Gewindeöffnung
25: Zugangsöffnung
26, 26': Befestigungsabschnitt
27, 27': Halteabschnitt
28, 28': Vertiefung
29: Ringnut
30: Stufe
31: Stufe
32, 32': Spalt
33, 33': Wellenberg
34, 34': Wellental
35, 35': Anlagefläche
36, 36': konvexer Bogenabschnitt
37, 37': konkaver Bogenabschnitt
38, 38': Boden
39, 39': Außenkante
40, 40': Innenkante
41': Ausnehmung
M1: Mittelpunkt der Lagerklemmscheibe
M2: Mittelpunkt der Befestigungsöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007049302 A1 [0002]
DE 102009037872 A1 [0002]

Claims

Elektromechanische Lenkung, umfassend: ein Lenkgetriebegehäuse (2), eine Lenkstange (5) mit einem Spindelabschnitt (5a), eine Kugelgewindemutter (11), die mit dem Spindelabschnitt (5a) der Lenkstange (5) über Kugeln (12) in Eingriff steht, ein Wälzlager (13), durch das die Kugelgewindemutter (11) am Lenkgetriebegehäuse (2) abgestützt ist, und eine Lagerklemmscheibe (20; 20'), die axial mit dem Lenkgetriebegehäuse (2) verspannt ist, wobei ein Lageraußenring (14) des Wälzlagers (13) zwischen einer Anlagefläche (16) des Lenkgetriebegehäuses (2) und der Lagerklemmscheibe (20; 20') axial festgelegt ist, und wobei die Lagerklemmscheibe (20; 20') einen Befestigungsabschnitt (26; 26') aufweist, der sich axial gegen das Lenkgetriebegehäuse (2) abstützt, sowie einen Halteabschnitt (27; 27'), der axial gegen den Lageraußenring (14) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerklemmscheibe (20; 20') zwischen dem Befestigungsabschnitt (26; 26') und dem Halteabschnitt (27; 27') eine Vertiefung (28; 28') aufweist, die den Halteabschnitt (27; 27') von dem Befestigungsabschnitt (26; 26') trennt.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerklemmscheibe (20; 20') an dem Befestigungsabschnitt (26; 26') axiale Befestigungsöffnungen (23; 23') aufweist, die von dem Halteabschnitt (27; 27') beabstandet sind.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die axialen Befestigungsöffnungen (23) bis in die Vertiefung (28) erstrecken.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Befestigungsabschnitt (26) und der Vertiefung (28) eine umlaufenden Kante und/oder Stufe (30) ausgebildet ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerklemmscheibe (20; 20') auf einem Strahl, der sich vom Mittelpunkt (M1) der Lagerklemmscheibe (20; 20') durch die Mitte (M2) einer Befestigungsöffnung (23; 23') radial nach außen erstreckt, radial außerhalb der Befestigungsöffnung (23; 23') gegen das Lenkgetriebegehäuse (2) anliegt und im Bereich radial innerhalb der Befestigungsöffnung (23; 23') von dem Lageraußenring (14) durch einen Spalt (32) axial beabstandet ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteabschnitt (27; 27') in Umfangsrichtung wellenförmig ist und Wellenberge (33; 33') zur Anlage gegen den Lageraußenring (14) aufweist, die in Umfangsrichtung zwischen den Befestigungsöffnungen (23; 23') angeordnet sind, sowie zwischen den Wellenbergen (33; 33') liegende Wellentäler (34; 34'), deren Lage mit den Befestigungsöffnungen (33; 33') korrespondiert.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenberge (33; 33') im unverformten Zustand der Lagerklemmscheibe (20; 20') in einer Ebene mit einer Anlagefläche (35; 35') des Befestigungsabschnitts (26; 26'), über die der Befestigungsabschnitt (26; 26') gegen das Lenkgetriebegehäuse (2) verspannt ist, liegen.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellentäler (34; 34') an ihrer tiefsten Stelle soweit eingeschnitten sind wie die. Vertiefung (28; 28') zwischen dem Befestigungsabschnitt (26; 26') und dem Halteabschnitt (27; 27').
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerklemmscheibe (20; 20') abgesehen von den Wellentälern (34; 34') sowie abgesehen von einer gegebenenfalls vorhandenen zwischen dem Befestigungsabschnitt (26; 26') und dem Halteabschnitt (27; 27') vorgesehenen Vertiefung (28; 28') eine konstante Dicke aufweist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerklemmscheibe (20; 20') gerundete Außen- und Innenkanten (39, 40; 39', 40') aufweist und/oder als Umformteil hergestellt ist.