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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Im Stand der Technik sind Lenksysteme für Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen eine Betätigung eines Lenkrads durch einen Fahrer zu einer Zahnstangenbewegung mittels eines Schraubradgetriebes (Ritzel-Zahnstangenverbindung) führt. Neben der Hauptaufgabe der Übertragung des manuellen Lenkmoments des Fahrers auf das Lenksystem, ergibt sich durch die Ritzel-Zahnstangenanordnung des Lenkgetriebes automatisch eine Verdrehsicherung für die betreffende Zahnstange.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der Begriff Zahnstange wird synonym für eine Lenkstange, die axial verschiebbar ist, verstanden, welche mit Spurstangen verbunden ist, wodurch angelenkte Räder von Fahrzeugen eingeschlagen werden können.
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Bei PKW-Lenkungen des Typs EPSapa wird durch die Kombination aus Kugelmutter und Spindel (Kugelgewinde ist auf der Zahnstange angeordnet), ein Drehmoment eines Servomotors in eine Zahnstangenkraft in Zahnstangenlängsrichtung umgewandelt wird. Das Drehmoment des Servomotors wird hierbei mittels Zahnriemen formschlüssig über eine kleine Zahnscheibe, die als separates Bauteil mit der Motorwelle verbunden ist, auf eine große Zahnscheibe, die als ein separates Bauteil mit der Kugelmutter verbunden ist, übertragen.
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Bei einem „Steer by Wire“-Lenksystem auf Basis einer EPSapa-Lenkung ohne mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Zahnstangenlenkung, liegt keine Ritzel-Zahnstangenanordnung vor. Die Lenkleistung wir hierbei allein durch einen Elektroservomotor aufgebracht und die Lenkung des betreffenden Fahrzeugs vorgenommen. Nachteiligerweise entfällt mit dem Verzicht auf die Ritzel-Zahnstangenanordnung gleichzeitig die Verdrehsicherung der Zahnstange, welche für die Funktionsweise des Kugelgewindetriebes essentiell ist.
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Eine Aufgabe ist daher, ein Lenksystem zur Verfügung zu stellen, das die Lenkbarkeit der Zahnstangenlenkung über einen Kugelgewindetrieb ohne zusätzliche Ritzel-Zahnstangenverbindung ermöglicht, indem eine möglichst spiel- und verschleißfreie Verdrehsicherung der Zahnstange realisiert wird.
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Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem mit einer Lenkunterstützung zur Lenkung eines Rads eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, wobei das Lenksystem aufweist: eine Spurstange zur Auslenkung des Rads, eine Zahnstange zur Ansteuerung der Spurstange und ein Gehäuse, wobei die Zahnstange in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei zwischen der Zahnstange und dem Gehäuse ein erster Wälzkörper angeordnet ist, wobei der erste Wälzkörper zur Sicherstellung einer Verdrehsicherung zwischen Zahnstange und Gehäuse an einer Führungsfläche und/oder an einer Führungsnut und/oder an einer Führungsrille des Gehäuses und/oder der Zahnstange eingreifend oder anliegend ausgebildet ist und/oder wobei der Wälzkörper an der Zahnstange oder dem Gehäuse angeordnet ist.
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Ein Wälzkörper kann als Wälzlager ausgebildet sein. Durch ein Wälzlager oder einen Wälzkörper an einem Gehäuse und eine komplementäre Führungsrille in einer Zahnstange, wobei der Wälzkörper oder das Wälzlager in die Führungsrille eingreift, kann eine Verdrehung der Zahnstange in dem Gehäuse verhindert werden.
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Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei der erste Wälzkörper an einem ersten Spannring angeordnet ist.
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Durch einen Spannring ergibt sich eine einfache Anordnung des Wälzkörpers zwischen Zahnstange und Gehäuse.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei der erste Spannring mit einem ersten Spannbolzen mit dem Gehäuse verbunden ist, und wobei der erste Wälzkörper an einer Führungsfläche der Zahnstange anliegend ausgebildet ist oder wobei der erste Spannring mit einem ersten Spannbolzen mit der Zahnstange verbunden ist und wobei der erste Wälzkörper an einer Führungsfläche des Gehäuses anliegend ausgebildet ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei das Lenksystem einen zweiten Wälzkörper an einem zweiten Spannring aufweist.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei der erste Spannring in Uhrzeigerrichtung durch einen ersten Spannbolzen vorgespannt ist und wobei der zweite Spannring in Gegenuhrzeigerrichtung durch einen zweiten Spannbolzen vorgespannt ist.
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Durch eine Verwendung zweier Spannringe, die in gegensätzlichen Richtungen vorgespannt sind, kann ein Verdrehen der Zahnstange spielfrei bzw. spielarm und sicher vermieden werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei der erste Wälzkörper bezüglich der Zahnstange gegenüber dem zweiten Wälzkörper angeordnet ist.
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Durch eine symmetrische Ausbildung kann ein kräftetechnisches Optimum erreicht werden.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei der Spannring zwei Wälzkörper aufweist und/oder wobei die Wälzkörper gegenüberliegend angeordnet sind.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei der Spannring 2, 3, 4, 5, 6 oder beliebig viele Wälzkörper aufweist und/oder wobei die Wälzkörper um die Zahnstangenlängsachse symmetrisch angeordnet sind.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei das Lenksystem zum hochautonomen Fahren des Fahrzeugs geeignet ist und/oder wobei das Lenksystem für eine Steer-by-Wire-Lenkung geeignet ist und/oder wobei das Lenksystem als Hinterachslenkung eines Fahrzeugs geeignet ist.
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Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, einen Wälzkörper, insbesondere ein Wälzlager, derart an der Zahnstange anzuordnen, dass sich durch eine formschlüssige Verbindung eine Verdrehsicherung ergibt.
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Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
- 1 einen perspektivisch angeordneten Teillängsschnitt einer Zahnstange 1 mit Spannringen 3 und 4, mit jeweils einem Wälzkörper 2,
- 2 einen perspektivisch angeordneten Querschnitt der Zahnstange 1,
- 3 ein Gehäuse 7 einer Zahnstange, wobei in dem Gehäuse 7 vier Spannbolzen gelagert sind,
- 4 einen Längsschnitt des Gehäuses mit zwei Spannringen 10, wobei an den Spannringen 10 jeweils zwei Wälzlager 2 angeordnet sind,
- 5 einen Querschnitt mit der Zahnstange 1 und einem Spannring 10 und
- 6 eine schematische Darstellung der Lenkung eines Fahrzeugs.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Längsschnitts einer Zahnstange 1, an der zwei Spannringe 3 und 4 angeordnet sind. Diese Spannringe 3 und 4 dienen dazu, Wälzkörper, insbesondere Wälzlager, zu lagern, die innerhalb einer Längsnut der Zahnstange 1 eingreifen können, wodurch sich eine Verdrehsicherung ergibt. Das Wälzlager 2 erfüllt daher zwei Aufgaben. Zum einen wird eine Längsbewegung der Zahnstange 1 reibungsarm ermöglicht. Zum anderen ergibt sich durch den Eingriff des Wälzlagers 2 in eine Nut, einer Führungsrille oder einer Ausnehmung der Zahnstange 1, eine Verdrehsicherung. Vorteilhafterweise werden zwei Spannringe 3 und 4 mit jeweils einem Wälzkörper 2 eingesetzt, wobei der eine Spannring 3 mit einem Spannbolzen 6 in Uhrzeigerrichtung vorgespannt ist und ein zweiter Spannring 4 mit einem weiteren Spannbolzen 5 in Gegenuhrzeigersinn vorgespannt ist. Hierdurch ergibt sich, dass die Wälzkörper 2 bezüglich der Zahnstange 1 ortsfest gehalten werden können.
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2 zeigt in einem Querschnitt die Zahnstange 1, in die ein Wälzkörper 2 in eine Führungsrille der Zahnstange 1 eingreift. Die Spannbolzen 5 und 6 sind angefedert, wodurch sich bei der Verwendung von zwei Spannringen, die gegensätzlich vorgespannt sind, eine „spielfreie“ Verdrehsicherung ergibt. Zur Herstellung der verdrehsicheren Zahnstange 1 wird zunächst beispielsweise durch ein spanendes Verfahren in die runde Außenkontur der Zahnstange 1 eine Führungsrille bzw. eine Führungsnut bzw. eine Längsnut eingebracht. In diese Längsnut können die Wälzlager bzw. Wälzkörper 2 eingreifen. Die Wälzlager 2 selbst sind an den Spannringen 3 und 4 angeordnet, die durch die Spannbolzen 5 und 6 fest mit dem Gehäuse 7 der Zahnstange 1 verbunden werden können. Werden die Wälzkörper bzw. Wälzlager 2 am Umfang verteilt angeordnet, können diese auch zur Lagerung der Zahnstange 1 verwendet werden. In diesem Fall müssen auch in der Zahnstange 1 korrespondierende Führungsnuten vorhanden sein.
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3 zeigt ein Gehäuse 7 einer Zahnstange mit vier Schrauben 9 zum Vorspannen von Spannbolzen.
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4 zeigt einen Längsschnitt mit zwei Spannringen 10, wobei an den Spannringen 10 jeweils zwei Wälzlager bzw. Wälzkörper 2 angeordnet sind. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine bessere Verteilung der Angriffskräfte erreicht werden.
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5 zeigt einen Querschnitt mit zwei Wälzlagern bzw. Wälzkörpern 2, die gegenüberliegend an einem Spannring 10 angeordnet sind. Durch die doppelte Anordnung der Wälzlager 2 ergibt sich eine kräftetechnisch vorteilhafte Situation, d.h. die Anordnung des Spannrings 10 ist stabiler und die entstehenden Kräfte gleichen sich aus. In einer alternativen Ausführungsform weist ein Spannring 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder beliebig viele Wälzlager 2 auf.
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6 zeigt eine schematische Darstellung des Lenksystems eines Fahrzeugs mit der Lenksäule 14, die über einen Ritzel 12 zu einer Bewegung der Zahnstange 1 entlang ihrer Längsachse führt. Die Drehung bzw. Position und Drehmoment des Ritzels 11 wird über einen Sensor 12 erfasst und an ein Steuergerät 13 übermittelt. Das Steuergerät 13 steuert den Servomotor 17 derart an, dass sich eine Lenkunterstützung ergibt. Der Servomotor 17 treibt einen Riemen 15 an, der den Kugelgewindetrieb 16 ansteuert.
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Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
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Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zahnstange
- 2
- Wälzkörper
- 3
- Spannring
- 4
- Spannring
- 5
- Spannbolzen
- 6
- Spannbolzen
- 7
- Gehäuse der Zahnstange
- 9
- Schrauben zum Vorspannen der Spannbolzen 6
- 10
- Spannring mit zwei Wälzlager
- 11
- Spurstange
- 12
- Momentensensor
- 13
- Steuergerät
- 14
- Lenksäule
- 15
- Riemen
- 16
- Kugelgewindetrieb
- 17
- Servomotor
