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Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Lenkungsgehäuse, einer Zahnstange, die im Lenkungsgehäuse aufgenommen und längs einer Zahnstangenachse verschieblich ist, einem elektromotorisch betätigbaren Getriebe, das ein mit der Zahnstange gekoppeltes Getriebeelement aufweist, sowie einem Ritzel, das mit einem Lenkrad gekoppelt und um eine Ritzelachse drehbar ist, wobei das Getriebeelement zur Längsverschiebung der Zahnstange in einen ersten Kopplungsabschnitt der Zahnstange eingreift und wobei das Ritzel zur Längsverschiebung der Zahnstange in einen zweiten Kopplungsabschnitt der Zahnstange eingreift. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Einstellung eines Spiels in einer solchen Hilfskraftlenkung.
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Zahnstangenlenkungen mit elektromechanischer Hilfskraftunterstützung sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und kommen insbesondere bei Personenkraftwagen im Fahrzeugbau zum Einsatz, wobei das elektromotorisch betätigbare Getriebe meist ein riemengetriebener Kugelmuttergewindetrieb ist. Trotz gering ausgelegter Toleranzen der verbauten Lenkungskomponenten im Bereich des Getriebes können bei ungünstigen Toleranzpaarungen Klappergeräusche auftreten. Darüber hinaus kann es auch bei einem schnellen Wechsel der Lenkdrehrichtungen zu unerwünschten Geräuschen in der Hilfskraftlenkung kommen.
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Im Stand der Technik sind bereits verschiedene Maßnahmen beschrieben, um ein geräuschverursachendes Spiel in elektromechanischen Hilfskraftlenkungen zu minimieren.
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So schlägt die
DE 10 2009 046 608 A1 beispielsweise eine technisch aufwendige Exzenterverstellung zur Anpassung eines Achsabstands zwischen der Zahnstangenachse und einer Antriebsachse des Elektromotors vor.
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In der
WO 2011/113730 A1 werden mehrteilige Lagerringe mit elastischen Zwischenelementen und unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten eingesetzt, um ein temperaturbedingtes Spiel in Hilfskraftlenkungen zu kompensieren.
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Die
WO 02/076808 A1 schlägt die Verwendung von elastischen Elementen in den Lagerungen der Lenkstange vor, um zusätzliche Freiheitsgrade zu erzielen.
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In der gattungsgemäßen
DE 10 2011 012 311 A1 ist schließlich eine elektromechanische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge offenbart, bei der ein im Bereich des Ritzels angeordnetes Druckstück eine exzentrische Ausnehmung zur Gleitlagerung der Zahnstange aufweist. Das Druckstück lässt sich demzufolge in zwei unterschiedlichen Einbaupositionen montieren. Abhängig von der Einbauposition erfolgt mittels des Druckstücks eine sogenannte Deachsierung der Zahnstange, das heißt eine Lageänderung der Zahnstange im Bereich des Ritzels. Konkret wird durch einer Änderung der Einbauposition des Druckstücks die Zahnstange im Bereich des Ritzels im Wesentlichen längs der Ritzelachse in zwei Montagepositionen verschoben bzw. verschwenkt, um ein Spiel in der elektromechanischen Hilfskraftlenkung zu minimieren.
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Ausgehend von der
DE 10 2011 012 311 A1 ist es Aufgabe der Erfindung, eine alternative elektromechanische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, bei der sich ein Lenkungsspiel der elektromechanische Hilfskraftlenkung mit geringem konstruktiven Aufwand und vorbestimmbarer Genauigkeit verfahrenstechnisch einfach einstellen lässt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektromechanische Hilfskraftlenkung der eingangs genannten Art, bei der zum Einstellen eines gewünschten Lenkungsspiels in der Hilfskraftlenkung ein Abstand zwischen der Zahnstangenachse und der Ritzelachse veränderbar ist. Diese Veränderung des Achsabstands führt zu einer Deachsierung der Zahnstange und ermöglicht eine einfache Anpassung des Lenkungsspiels.
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Insbesondere weist die Zahnstangenachse eine Konstruktions-Solllage auf und ist durch Zusammenwirken mit dem Ritzel gegenüber dieser Konstruktions-Solllage deachsiert. „Deachsiert“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Zahnstange durch Einwirkung des Ritzels gegenüber der Konstruktions-Solllage verschwenkt oder zumindest abschnittsweise elastisch gebogen ist.
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Das Ritzel ist dabei bevorzugt aus mehreren Ritzeln mit unterschiedlichen geometrischen Abmessungen, insbesondere unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern, ausgewählt. Die Auswahl des Ritzels erfolgt so, dass das Lenkungsspiel innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbands liegt. Auf diese Weise lässt sich das Lenkungsspiel durch einfache Bereitstellung unterschiedlicher Ritzelgrößen in weiten Grenzen beliebig präzise anpassen.
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In einer Ausführungsform der Hilfskraftlenkung ist das Ritzel aus einer von mehreren Ritzelklassen ausgewählt, wobei jede Ritzelklasse über einen individuellen, vorgegebenen Teilkreisdurchmesser-Wertebereich definiert ist. Je genauer das Lenkungsspiel einstellbar sein soll, desto mehr unterschiedliche Ritzelgrößen werden benötigt, was jedoch gleichzeitig mit einem zunehmenden Herstellungsund Lagerhaltungsaufwand verbunden ist. Durch die Größenklassifizierung der Ritzel wird ein vorgegebener Größenbereich stufenweise abgedeckt, wobei die Anzahl der Ritzelklassen einen Kompromiss zwischen hoher Einstellgenauigkeit des Lenkungsspiels und geringem Herstellungs- und Lagerhaltungsaufwand darstellt.
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Vorzugsweise sind drei oder vier Ritzelklassen mit unterschiedlichen, sich nicht überschneidenden Teilkreisdurchmesser-Wertebereichen vorgesehen. Es hat sich herausgestellt, dass drei bis vier Ritzelgrößen in der Praxis eine zufriedenstellende Einstellung des Lenkungsspiels bei akzeptablem Herstellungs- und Lagerungsaufwand ermöglichen.
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Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch ein Verfahren zur Einstellung des Lenkungsspiels in einer oben genannten, elektromechanischen Hilfskraftlenkung gelöst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen eines Lenkungsgehäuses und einer Zahnstange;
- b) Montage eines elektromotorisch betätigbaren Getriebes, sodass ein Getriebeelement zur Längsverschiebung der Zahnstange in einen ersten Kopplungsabschnitt der Zahnstange eingreift;
- c) Montage der Zahnstange, sodass sie im Lenkungsgehäuse aufgenommen und längs einer Zahnstangenachse verschieblich ist;
- d) Auswahl eines Ritzels aus mehreren Ritzeln mit unterschiedlichen geometrischen Abmessungen, wobei ein Abstand zwischen der Zahnstangenachse und der Ritzelachse so eingestellt wird, dass das Lenkungsspiel innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbands liegt;
- e) Montage des ausgewählten Ritzels, sodass es mit einem Fahrzeuglenkrad gekoppelt ist und zur Längsverschiebung der Zahnstange in einen zweiten Kopplungsabschnitt der Zahnstange eingreift.
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Auf diese Weise lässt sich das Lenkungsspiel durch einfache Auswahl eines geeigneten Ritzels bzw. einer geeigneten Ritzelgröße beim Zusammenbau der elektromechanischen Hilfskraftlenkung mit geringem Aufwand einstellen, insbesondere minimieren. Hierbei sollte das Lenkungsspiel groß genug sein, um eine klemmfreie, leichtgängige Bewegung der Zahnstange über den gesamten Lenkausschlag zu gewährleisten. Gleichzeitig sollte das Lenkungsspiel klein genug sein, um beispielsweise bei einem schnellen Wechsel der Lenkdrehrichtung eine unerwünschte Geräuschentwicklung in der Hilfskraftlenkung zu vermeiden.
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Vorzugsweise wird das Ritzel in Schritt d) aus einer von mehreren Ritzelklassen ausgewählt, wobei die Ritzelklassen über vorbestimmbare, sich nicht überschneidende geometrische Wertebereiche, insbesondere Teilkreisdurchmesser-Wertebereiche, definiert sind. Diese Größenklassifikation der Ritzel ermöglicht eine hinreichend genaue Einstellbarkeit des Lenkungsspiels bei akzeptablem Herstellungs- und Lagerhaltungsaufwand.
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In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird zur Auswahl des Ritzels in Schritt d) wird wenigstens einer der nachfolgenden Parameter berücksichtigt:
- – Ein Spiel zwischen dem Getriebeelement und dem ersten Kopplungsabschnitt der Zahnstange;
- – ein Spiel innerhalb des Getriebes;
- – ein Gehäusefehler, insbesondere ein Winkelfehler im Lenkungsgehäuse bei einem Getriebe-Lagersitz.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der eine erfindungsgemäße elektromechanische Hilfskraftlenkung schematisch dargestellt ist.
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Die einzige Figur zeigt eine elektromechanische Hilfskraftlenkung 10 eines Kraftfahrzeugs, mit einem Lenkungsgehäuse 12, einer Zahnstange 14, die im Lenkungsgehäuse 12 aufgenommen und längs einer Zahnstangenachse A verschieblich ist, und einem elektromotorisch betätigbaren Getriebe 16, das ein mit der Zahnstange gekoppeltes Getriebeelement 18 aufweist. Es ist ein Ritzel 20 vorgesehen, das mit einem Lenkrad 22 gekoppelt und um eine Ritzelachse B drehbar ist. Das Getriebeelement 18 greift zur Längsverschiebung der Zahnstange 14 in einen ersten Kopplungsabschnitt 24 der Zahnstange 14 ein, und das Ritzel 20 greift zur Längsverschiebung der Zahnstange 14 in einen zweiten Kopplungsabschnitt 26 der Zahnstange 14 ein.
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Die Funktionsweise einer solchen elektromechanischen Hilfskraftlenkung 10, bei der die Zahnstange 14 als zweiten Kopplungsabschnitt 26 einen Verzahnungsabschnitt zur mechanischen Kopplung mit dem Lenkrad 22 sowie als ersten Kopplungsabschnitt 24 einen Gewindeabschnitt zur mechanischen Kopplung mit einem Elektromotor 28 über das Getriebe 16 aufweist, ist aus dem Stand der Technik bereits allgemein bekannt, sodass darauf im Folgenden nicht näher eingegangen wird.
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Die Besonderheit der elektromechanischen Hilfskraftlenkung 10 liegt darin, dass zum Einstellen eines gewünschten Lenkungsspiels in der Hilfskraftlenkung 10 ein Abstand x zwischen der Zahnstangenachse A und der Ritzelachse B veränderlich ist. Da die Ritzelachse B mittels einer Lenksäule 30 definiert und damit im Wesentlichen ortsfest vorgegeben ist, kann der Achsabstand x nur durch eine Bewegung der Zahnstange 14 im Bereich des Ritzels 20 verändert werden. Die Zahnstange 14 weist generell eine vorgegebene Konstruktions-Solllage auf und wird zur Veränderung des Abstands x durch Zusammenwirken mit dem Ritzel 20 gegenüber dieser Konstruktions-Solllage deachsiert. Eine Deachsierung der Zahnstange 14 bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Zahnstange 14 gegenüber ihrer Konstruktions-Solllage durch das Ritzel 20 verschwenkt oder zumindest abschnittsweise elastisch gebogen ist.
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In der Figur ist die Zahnstange 14 mit der Zahnstangenachse A in der Konstruktions-Solllage eingezeichnet. Außerdem sind in der Figur auch Zahnstangenachsen A' und A'' dargestellt, welche beispielhaft eine Deachsierung der Zahnstange 14 symbolisieren.
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Gemäß der Figur ist das Ritzel 20 zur Einstellung des Achsabstands x aus mehreren Ritzeln 20, 20', 20'' mit unterschiedlichen geometrischen Abmessungen, insbesondere unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern d, d', d'' ausgewählt. In der Figur sind außer dem Ritzel 20 mit dem Teilkreisdurchmesser d beispielhaft noch zwei weitere, alternative Ritzel 20', 20'' mit den Teilkreisdurchmessern d', d'' gestrichelt angedeutet, sodass sich insgesamt drei unterschiedliche Achsabstände x, x', x'' ergeben. Aus diesen mehreren Ritzeln 20, 20', 20'' wird dann individuell für jede einzelne Hilfskraftlenkung 10 dasjenige Ritzel 20, 20', 20'' ausgewählt, bei dem das Lenkungsspiel innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbands liegt.
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Um den Aufwand zur Herstellung und Lagerung der unterschiedlichen Ritzel 20, 20', 20'' in Grenzen zu halten, ist jedes Ritzel 20, 20', 20'' aus einer von mehreren Ritzelklassen ausgewählt, wobei jede Ritzelklasse über einen vorgegebenen, spezifischen Teilkreisdurchmesser-Wertebereich definiert ist. Vorzugsweise sind drei oder vier Ritzelklassen mit unterschiedlichen, sich nicht überschneidenden Teilkreisdurchmesser-Wertebereichen vorgesehen. Gemäß der Figur sind beispielhaft drei unterschiedliche Ritzelklassen dargestellt, deren Teilkreisdurchmesser-Wertebereich jeweils dem Teilkreisdurchmesser d, d', d'' ± einer vorgegebenen Maßtoleranz entspricht.
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Besonders bevorzugt werden die unterschiedlichen Ritzel 20, 20', 20'' aus einem einzigen Ritzelrohling hergestellt und erhalten ihre unterschiedlichen Teilkreisdurchmesser d, d', d'' aufgrund einer unterschiedlichen radialen Eindringtiefe eines Werkzeugs beim Herstellen einer Ritzelverzahnung.
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Im Folgenden wird kurz auf das Verfahren zur Einstellung des Spiels in der oben beschriebenen, elektromechanischen Hilfskraftlenkung 10 eingegangen. Zunächst wird das Lenkungsgehäuse 12 bereitgestellt, welches in gewissen Grenzen eine Deachsierung der Zahnstange 14 erlaubt. Anschließend wird das elektromotorisch betätigbare Getriebe 16 so montiert, dass das Getriebeelement 18 zur Längsverschiebung der Zahnstange 14 in den ersten Kopplungsabschnitt 24 der Zahnstange 14 eingreift. Ferner wird die Zahnstange 14 so montiert, dass sie im Lenkungsgehäuse 12 aufgenommen und längs der Zahnstangenachse A verschieblich ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Kopplungsabschnitt 24 ein Gewindeabschnitt und das Getriebeelement 18 eine Kugelgewindemutter, sodass die Zahnstange 14 über das als riemengetriebener Kugelmuttergewindetrieb ausgebildete Getriebe 16 vom Elektromotor 28 axial verstellbar ist.
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Nachfolgend wird aus mehreren Ritzeln 20, 20', 20'' mit unterschiedlichen geometrischen Abmessungen ein Ritzel 20, 20', 20'' ausgewählt, wobei der Abstand x, x', x'' zwischen der Zahnstangenachse A, A', A'' und der Ritzelachse B so eingestellt wird, dass das Lenkungsspiel innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbands liegt.
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Schließlich wird das ausgewählte Ritzel 20, 20', 20'' so montiert, dass es mit dem Fahrzeuglenkrad 22 gekoppelt und zur Längsverschiebung der Zahnstange 14 in den zweiten Kopplungsabschnitt 26 der Zahnstange 14 eingreift. Der zweite Kopplungsabschnitt 26 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Verzahnungsabschnitt, insbesondere ein Schrägverzahnungsabschnitt, in den eine entsprechende Ritzelverzahnung eingreift, um die Zahnstange 14 durch eine Verdrehung des Fahrzeuglenkrads 22 axial verschieben zu können.
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Das jeweilige Ritzel 20, 20', 20'' wird bevorzugt aus einer von mehreren Ritzelklassen ausgewählt, wobei die Ritzelklassen über vorbestimmbare, sich nicht überschneidende geometrische Wertebereiche, insbesondere Teilkreisdurchmesser-Wertebereiche, definiert sind.
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Im Übrigen wird zur Auswahl des Ritzels 20, 20', 20'' wenigstens einer der nachfolgenden Parameter berücksichtigt:
- – Ein Spiel zwischen dem Getriebeelement 18 und dem ersten Kopplungsabschnitt 24 der Zahnstange 14, konkret also das Spiel zwischen der Kugelgewindemutter und dem Gewindeabschnitt der Zahnstange 14;
- – ein Spiel in der Lagerung der Kugelgewindemutter, insbesondere im Vierpunktlager;
- – ein Spiel innerhalb des Getriebes 16, konkret also des riemengetriebenen Kugelmuttergewindetriebs; sowie
- – ein Gehäusefehler im Lenkungsgehäuse 12, insbesondere ein Winkelfehler bei einem Lagersitz für das Getriebe 16.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009046608 A1 [0004]
- WO 2011/113730 A1 [0005]
- WO 02/076808 A1 [0006]
- DE 102011012311 A1 [0007, 0008]
