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Die Erfindung betrifft eine Lenkgetriebeanordnung für ein zweispuriges Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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An der Vorderachse eines solchen Fahrzeugs ist eine Lenkgetriebeanordnung verbaut, deren in der Fahrzeugquerrichtung hubverstellbare Zahnstange beidseitig über Spurstangen mit Radträgern verbunden sind, die die Vorderräder tragen und die über Radlenker am Fahrzeugaufbau angelenkt sind. Der maximal mögliche Lenkhubweg der Zahnstange ist mittels mechanischer Endanschläge begrenzt, die im Lenkgetriebegehäuse ausgebildet sind. Zur Übertragung einer fahrerseitigen manuellen Lenkbetätigung auf die gelenkten Vorderräder kann die Zahnstange mit einer Ritzelwelle in Zahneingriff sein, die wiederum über eine Lenksäule momentenübertragend mit einer fahrerseitigen Lenkhandhabe verbunden ist.
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Aus der
DE 11 2005 003 002 T5 ist eine gattungsgemäße Lenkgetriebeanordnung bekannt, bei der zur Unterstützung der fahrerseitigen Lenkbetätigung eine elektronische Servolenkungseinheit vorgesehen ist. Diese weist einen zur Zahnstange achsparallelen Elektromotor auf, der über eine Riemengetriebestufe mit einem Kugelgewindetrieb der Zahnstange trieblich verbunden ist. Der Kugelgewindetrieb weist eine Gewindemutter auf, die mit einem Außengewindeabschnitt der Zahnstange zusammenwirkt. An der Gewindemutter ist zudem ein Riemenhohlrad drehfest montiert, der ein abtriebsseitiger Bestandteil der Riemengetriebestufe ist.
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In der
DE 11 2005 003 002 T5 ist der mechanische Lenkanschlag zur Begrenzung des Zahnstangen-Hubweges fahrzeugaußen im Lenkgetriebegehäuse angeordnet. Im weiteren Verlauf in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeuginnen folgen zunächst der Kugelgewindetrieb und anschließend das Riemenhohlrad der Riemengetriebestufe, an der sich ein mittleres, durchmesserkleines Zahnstangengehäuseteil des Lenkgetriebegehäuses anschließt. Die obigen in der Fahrzeugquerrichtung hintereinander angeordneten Lenkgetriebe-Komponenten, nämlich mechanischer Endanschlag, Kugelgewindetrieb und Riemengetriebestufe, sind somit in der Fahrzeugquerrichtung mit großer Breitenmaßkette, d.h. bauraumintensiv, verbaut. Dies ist bei einem elektrisch betriebenen Fahrzeug mit quer oder längs zur Fahrtrichtung eingebauter Elektromaschine, die über ein Vorderachsdifferenzial mit den beiden Vorderrädern verbunden ist, von Nachteil. Der Maschinendurchmesser sowie die Maschinenbreite der Elektromaschine ist nämlich im Hinblick auf eine ausreichende Leistungsfähigkeit möglichst groß auszulegen, wodurch es zu einem Bauraumkonflikt mit der Lenkgetriebeanordnung kommen kann, da das Lenkgetriebe aus achskinematischen Gründen nicht beliebig weit von der Radmitte der Vorderräder entfernt angeordnet werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lenkgetriebeanordnung bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise mit reduziertem Bauraum ausführbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass die im Vergleich zur Zahnstange durchmessergroßen Lenkgetriebe-Komponenten, nämlich Kugelgewindetrieb, Riemengetriebestufe, mechanische Endanschläge sowie Ritzelwelle, baulich günstig in der Fahrzeugquerrichtung möglichst fahrzeugaußen am Lenkgetriebe positioniert sein sollen. Auf diese Weise verbleibt im mittleren Lenkgetriebe-Bereich lediglich das durchmesserkleine Zahnstangengehäuseteil, wodurch dort zusätzlicher Bauraum zum Beispiel für die Anordnung eines Fahrzeug-Antriebsaggregats gewonnen ist. Vor diesem Hintergrund überragt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 das Riemenhohlrad der Riemengetriebestufe in der Fahrzeugquerrichtung mit einem axialen Überstand die Gewindemutter nach fahrzeugaußen. Im vom Riemenhohlrad begrenzten Innenraum, durch den sich die Zahnstange erstreckt, ist der mechanische Endanschlag angeordnet ist, wodurch die Breitenmaßkette der Lenkgetriebe-Komponenten, nämlich Kugelgewindetrieb, Riemengetriebestufe und mechanischer Endanschlag, reduziert ist, und zwar unter Gewinn von Bauraum, der z.B. vom Antriebsaggregat eingenommen werden kann.
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In einer technischen Umsetzung kann dem Lenkgetriebegehäuse eine seitlich äußere Stirnwand zugeordnet sein, die eine Durchführungsöffnung aufweist, durch die die Zahnstange mit ihrem Ende nach fahrzeugaußen geführt ist. Bevorzugt kann der mechanische Endanschlag am Öffnungsrandbereich der Durchführungsöffnung der Stirnwand ausgebildet sein. Gegebenenfalls kann der mechanische Endanschlag als ein ringförmiger Anschlagdämpfer realisiert sein, der die Durchführungsöffnung der Lenkgetriebegehäuse-Stirnwand umzieht.
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Die obige Lenkgetriebegehäuse-Stirnwand kann als ein Profilboden eines topfförmigen oder hülsenförmigen Anschlaggehäuseteils ausgebildet sein. Das topfförmige Anschlaggehäuseteil und das Riemenhohlrad der Riemengetriebestufe können dabei zur Reduzierung der Breitenmaßkette eine axial verschachtelte Anordnung bilden, bei der das Anschlaggehäuseteil in der Axialrichtung in den Innenraum des Riemenhohlrades einragt.
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Das Lenkgetriebegehäuse kann für jede Lenkgetriebe-Komponente jeweils eigene Gehäuseteile aufweisen, nämlich ein in der Fahrzeugquerrichtung mittleres Zahnstangengehäuseteil, ein Gewindetriebgehäuseteil, in dem die Gewindemutter axial ortsfest sowie drehbar gelagert ist, ein Riementriebgehäuseteil, in dem das Riemenhohlrad positioniert ist, sowie das bereits erwähnte Anschlaggehäuseteil. Von diesem Gehäuseteilen ist das mittlere Zahnstangengehäuseteil durchmesserkleiner ausgeführt als das Gewindetriebgehäuseteil sowie das Riementriebgehäuseteil. Im Hinblick auf einen Bauraumgewinn im mittleren Bereich des Lenkgetriebes ist es von Vorteil, wenn das Zahnstangengehäuseteil, das Gewindetriebgehäuseteil, das Riementriebgehäuseteil und das Anschlaggehäuseteil in dieser Reihenfolge in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeugaußen axial hintereinander angeordnet sind.
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Zur Übertragung der manuellen, fahrerseitigen Lenkbetätigung kann die Zahnstange bevorzugt mit einer Ritzelwelle in Zahneingriff sein. Diese kann über eine Lenksäule momentenübertragend mit einer fahrerseitigen Lenkhandhabe verbunden sein. Die Ritzelwelle ist in einem radial nach außen vom Lenkgetriebegehäuse abragenden Ritzelwellengehäuseteil drehbar gelagert und dort in Zahneingriff mit der Zahnstange.
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In der obigen Anordnung ist, in der Fahrzeugquerrichtung betrachtet, zwischen dem Ritzelwellengehäuseteil und dem Gewindetriebgehäuseteil des Lenkgetriebes ein Quer-Bauraum begrenzt, in dem beispielhaft ein Antriebsaggregat, das heißt die oben erwähnte Elektromaschine mit Achsdifferenzial, positioniert ist. Bevorzugt ist das Antriebsaggregat so in dem Quer-Bauraum positioniert, dass es sich in der Fahrzeuglängsrichtung bis unmittelbar an das durchmesserkleine Zahnstangengehäuseteil erstreckt, und zwar unter Bildung eines dazwischen befindlichen Freigangs. Auf diese Weise ergibt sich zwischen dem Antriebsaggregat und den durchmessergrößeren Lenkgetriebe-Gehäuseteilen (das heißt dem Ritzelwellengehäuseteil und dem Gewindetriebgehäuseteil) eine verschachtelte Anordnung, bei der das Antriebsaggregat mit einem Längsversatz die durchmessergrößeren Gehäuseteile des Lenkgetriebegehäuses überlappt.
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Die Riemengetriebestufe weist außerdem eine drehfest auf der Elektromotor-Welle angeordnete Riemenscheibe auf, die über einen Riemen trieblich mit dem Riemenhohlrad verbunden ist. Im Hinblick auf einen einfachen Zusammenbau sowie eine einfache Demontage ist es bevorzugt, wenn das Anschlaggehäuseteil und das Riementriebgehäuseteil als separate Bauteile am Gewindegehäuseteil montierbar sind. Das Gewindegehäuseteil sowie das durchmesserkleine Zahnstangengehäuseteile können dagegen zu einer materialeinheitlichen sowie einstückigen Baueinheit zusammengefasst sein.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 in einer Ansicht von oben eine Fahrzeug-Vorderachse mit zugehöriger Lenkgetriebeanordnung sowie angedeutetem Antriebsaggregat;
- 2 eine Teilschnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A aus der 1;
- 3 die Einbaulage des Antriebsaggregates und der Lenkgetriebeanordnung in einer Seitenansicht;
- 4 das Antriebsaggregat und die Lenkgetriebeanordnung in einer Ansicht von vorne für ein Rechtslenker-Fahrzeug; und
- 5 eine Ansicht entsprechend der 4, in der die Lenkgetriebeanordnung für ein Linkslenker-Fahrzeug angeordnet ist.
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In der 1 ist die Fahrzeug-Vorderachse eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges grob schematisch dargestellt. Die Fahrzeug-Vorderachse ist in der 1 nur insoweit angedeutet, als es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. So sind die beiden Vorderräder 1 jeweils von Radträgern 3 getragen, die über nicht gezeigte Radlenker am Fahrzeugaufbau angelenkt sind. An der Fahrzeug-Vorderachse ist zudem ein Antriebsaggregat 4 verbaut, das eine querverbaute Elektromaschine 5 aufweist, die über ein Vorderachsdifferenzial 7 sowie weiter über Gelenkwellen 9 trieblich mit den gelenkten Fahrzeug-Vorderrädern 1 verbunden ist. Zudem weist die Fahrzeug-Vorderachse ein Lenkgetriebe mit einem Lenkgetriebegehäuse 11 auf, in dem in der Fahrzeugquerrichtung y eine Zahnstange 13 hubverstellbar geführt ist. Die Zahnstange 13 ist beidseitig über ein angedeutetes Gelenk 14 sowie über Spurstangen 15 mit den Radträgern 3 der gelenkten Vorderräder 1 verbunden.
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Wie aus der 1 hervorgeht, ist eine fahrerseitige Lenkhandhabe 17 über eine Lenksäule 19 mit einer Ritzelwelle 21 momentenübertragend gekoppelt. Die Ritzelwelle 21 ist in Zahneingriff mit der Zahnstange 13. Eine manuelle fahrerseitige Lenkbetätigung der Lenkhandhabe 17 wird über die Ritzelwelle 21 auf die Zahnstange 13 übertragen, die sich um einen Lenkhubweg in der Fahrzeugquerrichtung y verstellt. Der Lenkhubweg ist mittels mechanischer Endanschläge 23 (2) im Lenkgetriebe begrenzt, die mit Gegenkonturen 24 (2) zusammenwirken, die am Zahnstangenende ausgebildet sind.
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Zudem wird die fahrerseitige Lenkbetätigung durch eine elektronische Servolenkungseinheit 25 unterstützt. Diese weist einen zur Zahnstange 13 achsparallelen Elektromotor 27 auf, der über eine Riemengetriebestufe 29 mit einem Kugelgewindetrieb 31 der Zahnstange 13 verbunden ist. Die Riemengetriebestufe 29 weist zudem eine drehfest auf der Elektromotor-Welle 28 angeordnete Riemenscheibe auf, die über einen Riemen 44 ( 2) trieblich mit einem Riemenhohlrad 45 verbunden ist.
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Gemäß der 1 ist das Lenkgetriebegehäuse 11 mehrteilig aufgebaut, und zwar mit einem mittleren, durchmesserkleinen Zahnstangengehäuseteil 33, von dem ein Ritzelwellengehäuseteil 35 radial nach außen abragt, in dem die Ritzelwelle 21 drehbar gelagert ist. In der 1 schließt sich linksseitig am durchmesserkleinen Zahnstangengehäuseteil 33 ein Gewindetriebgehäuseteil 37 an, in dem eine Gewindemutter 39 über ein Drehlager drehbar sowie axial ortsfest gelagert ist. Die Gewindemutter 39 wirkt unter Zwischenschaltung von nicht dargestellten Kugeln mit einem Außengewindeabschnitt 41 der Zahnstange 13 zusammen (2). Im weiteren Querverlauf nach fahrzeugaußen folgt ein Riementriebgehäuseteil 43, in dem das Riemenhohlrad 45 positioniert ist. Das Riemenhohlrad 45 ist ein abtriebsseitiger Bestandteil der Riemengetriebestufe 29 und als solcher drehfest auf der Gewindemutter 39 des Kugelgewindetriebes 31 montiert. Gemäß der 2 wird die Gewindemutter 39 in der Fahrzeugquerrichtung y mit einem axialen Überstand Δy vom Riemenhohlrad 45 radial nach außen überragt.
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Seitlich außen ist am Riementriebgehäuseteil 43 ein topfförmiges Anschlaggehäuseteil 47 angeflanscht, das das Lenkgetriebegehäuse 11 stirnseitig abschließt. In der 2 ragt das topfförmige Anschlaggehäuseteil 47 mit seinem Profilboden 49 in einen Innenraum 51 des Riemenhohlrades 45 berührungsfrei ein. Der Profilboden 49 weist eine Durchführungsöffnung 52 auf, durch die die Zahnstange 13 mit ihrem Ende nach fahrzeugaußen geführt ist. In der 2 ist der mechanische Endanschlag 23 als ein ringförmiger Anschlagdämpfer realisiert, der die Durchführungsöffnung 52 des Profilbodens 49 des Anschlaggehäuseteils 47 randseitig umzieht.
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Gemäß der 1 sind das Gewindetriebgehäuseteil 37 und das Ritzelwellengehäuseteil 35 mit Bezug auf die Fahrzeugmittellängsebene E auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Zwischen dem Gewindetriebgehäuseteil 37 und dem Ritzelwellengehäuseteil 35 ist ein Quer-Bauraum b begrenzt, in dem das Antriebsaggregat 4 angeordnet ist. Aufgrund der verschachtelten Anordnung zwischen dem Riemenhohlrad 45 und dem mechanischen Anschlag 23 ist der Quer-Bauraum b (im Vergleich zum Stand der Technik) vergrößert. Wie aus der 3 weiter hervorgeht, ist die Elektromaschine 5 und das Achsdifferenzial 7 des Antriebsaggregats 4 in der Fahrzeuglängsrichtung x bis unmittelbar an das durchmesserkleine Zahnstangengehäuseteil 33 herangeführt, und zwar unter Bildung eines dazwischen befindlichen Freigangs f. Dadurch ergibt sich eine verschachtelte Anordnung, bei der die Elektromaschine 5 mit einem Längsversatz Δx das Gewindetriebgehäuseteil 37 berührungsfrei überlappt.
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In der 1 ist das Lenkgetriebe elastokinematisch günstig in der Fahrtrichtung FR vor der Radmitte der Vorderräder 1 sowie auf Höhe der Radmitte angeordnet. In diesem Bereich liegen sich die Elektromaschine 5 bzw. das Differenzial 7 und das Lenkgetriebe in der Fahrzeuglängsrichtung x unmittelbar gegenüber. Da das Lenkgetriebe aus achskinematischen Gründen nicht beliebig weit von der Radmitte entfernt angeordnet werden kann, ist neben dem oben erwähnten großen Quer-Bauraum b, der zwischen dem Ritzelwellengehäuseteil 35 und dem Gewindetriebgehäuseteil 37 gebildet ist, auch ein möglichst geringer Durchmesser des Zahnstangengehäuseteils 33 von Vorteil. Erfindungsgemäß werden die durchmessergrößeren Gehäuseteile 35, 37 für die Ritzelwelle 21 und für den Kugelgewindetrieb 31 seitlich außen am Lenkgetriebegehäuse 11 positioniert, wodurch das mittlere, durchmesserkleinere Zahnstangengehäuseteil 33 frei von Störkonturen ist, die in Bauraumkonflikt mit der Elektromaschine 5 treten könnten.
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Neben der Optimierung der Breitenmaßkette des Lenkgetriebes sind in der erfindungsgemäßen Lenkgetriebeanordnung die durchmessergroßen Gehäuseteile möglichst weit fahrzeugaußen angeordnet. Zudem wird durch Schachtelung des Riemenhohlrads 45 mit der Endanschlaggeometrie der gesamte Verbund, bestehend aus Endanschlag 23, Riemengetriebestufe 29 und Kugelgewindetrieb 31, in der Fahrzeugquerrichtung y sehr kurz gebaut. Dadurch wird ein Bauraumgewinn erreicht, der eine größere Dimensionierung der Elektromaschine 5 ermöglicht, und zwar sowohl bei achsparallelem als auch bei koaxialem Einbau der Elektromaschine.
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Wie in den 4 und 5 gezeigt ist, kann sowohl bei Rechts- als auch bei Linkslenker-Fahrzeugen eine Einheitslage des Antriebsaggregats 5, 7 umgesetzt werden, wodurch sich Kosten, Varianz und Aufwand bei den Lagerkomponenten des Antriebsaggregates 5, 7 reduzieren. Die optimierte Breitenmaßkette der obigen verschachtelten Anordnung ermöglicht eine nahezu um die Fahrzeuglängsmittelebene E gespiegelte Anordnung von Kugelgewindetrieb 31 und Ritzelwelle 21 und damit eine Systemgleichheit zwischen Links- und Rechtslenkerlenkung. Sowohl in den Einzelteilkosten als auch im geringeren Applikationsaufwand können damit teils erhebliche Vorteile gezogen werden.
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Zudem besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, das Anschlaggehäuseteil 47 als ein Einsatzteil auszuführen und dessen Material auf entsprechende Anschlagkräfte auszulegen. Bei aktuellen Ausführungen ist der Anschlag in das Lenkgetriebegehäuse 11 integriert. Das Anschlaggehäuseteil 47 kann unabhängig von üblicherweise verwendeten Gusswerkstoff dimensioniert und optimiert werden. Beispielhaft kann das topfförmige Anschlaggehäuseteil 47 aus einer höherfesten Knetlegierung gefertigt sein und damit gewichtsoptimal ausgelegt werden. Gegebenenfalls kann auf einen Anschlagdämpfer, wie er in der 2 gezeigt ist, verzichtet werden, wenn die Festigkeit des Anschlaggehäuseteils 47 um das Maß des Anschlagdämpfers nach fahrzeugaußen geschoben werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112005003002 T5 [0003, 0004]
