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Die Erfindung bezieht sich auf ein Achsmodul mit Lenkung für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Achsträger, welcher ein Lenkungsgehäuse ausbildet, ein Schwenklager zur Ankopplung eines Fahrzeugrads und eine Antriebseinrichtung, die im Lenkungsgehäuse untergebracht ist.
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Ein solches Achsmodul ist beispielsweise aus
DE 10 2009 040 821 B3 bekannt. Bei diesem weist die in den Achsträger integrierte motorunterstützte Antriebseinrichtung eine Zahnstange auf, welche über Spurstangen mit den Schwenklagern gekoppelt ist, um einen Lenkbefehl an den Fahrzeugrädern zur Wirkung zu bringen.
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Bei einer solchen Lenkung erfolgt die Drehbewegung der Schwenklager von einer ursprünglichen Drehbewegung des Motors aus über eine Schubbewegung der Spurstangen. Die hierfür benötigten Strukturen verursachen Gewicht, Kosten und Reibung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, bei einem Achsmodul der eingangs genannten Art Gewicht, Kosten und Reibung zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein Achsmodul gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Dieses zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Schwenklager an dem Achsträger schwenkbar gelagert ist und sich mit einem Lagerabschnitt in das durch den Achsträger gebildete Lenkungsgehäuse hinein erstreckt, die Antriebseinrichtung eine im Lenkungsgehäuse gelagerte Welle aufweist, und die Welle der Antriebseinrichtung über eine Getriebestufe, die innerhalb des durch den Achsträger gebildeten Lenkungsgehäuses angeordnet ist, mit dem Lagerabschnitt des Schwenklagers in Eingriff steht.
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Hierdurch ergibt sich eine sehr kompakte Baugruppe mit in das Achsmodul integrierter Übersetzung der Antriebsbewegung in die Schwenkbewegung der Schwenklager. Dies spart zum einen Gewicht und Herstellungskosten und ermöglich überdies eine Verminderung der inneren Reibung der Lenkung.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
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So kann beispielsweise die Getriebestufe als Schneckenradstufe ausgebildet sein, welche an der Welle eine Schneckenverzahnung und an dem Lagerabschnitt des Schwenklagers ein Ritzel umfasst. Hierdurch kann auf besonders einfache und kompakte Art und Weise eine Drehbewegung der Antriebseinrichtung unmittelbar - ohne Zwischenschaltung einer translatorischen Bewegung - in eine Schwenkbewegung des Schwenklagers übersetzt werden.
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Die Antriebseinrichtung weist vorzugsweise mindestens einen Elektromotor auf, der mit der Welle gekoppelt ist. Der Elektromotor kann als Lenkunterstützung und/oder zur alleinigen Darstellung der Lenkungskräfte eingesetzt werden.
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Im Hinblick auf eine besonders kompakte Ausführung kann die Welle als Motorabtriebswelle koaxial zur Drehachse des Elektromotors angeordnet werden.
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Zur Gewährleistung des Getriebeeingriffs ist es ferner von Vorteil, wenn die Welle an ihrem radseitigen Ende im Lenkungsgehäuse gelagert ist.
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Bevorzugt ist die Welle vollständig vom Lenkungsgehäuse umschlossen. Sie weist somit keine aus dem Lenkungsgehäuse hinausragenden Abschnitte auf, gegen die abgedichtet werden müsste.
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In einer Ausführungsvariante kann je Radseite ein eigener Elektromotor mit Welle vorgesehen sein, wobei die Elektromotoren über eine gemeinsame Steuereinrichtung zur Umsetzung eines fahrerseitigen Lenkbefehls angesteuert sind. Dies ermöglicht eine den entsprechenden Bauraumgegebenheiten angepasste Flexibilität der Anordnung. Beispielsweise können bei radnaher Anordnung der Elektromotoren kurze Wellen zum Einsatz kommen und dadurch zusätzlich Gewicht eingespart werden. Zudem können die Lenkwinkel an beiden Radseiten unabhängig voneinander eingestellt werden
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In einer weiteren Ausführungsvariante ist eine Welle vorgesehen, die je Radseite über eine Getriebestufe mit dem jeweiligen Schwenklager in Eingriff steht und durch einen einzigen Elektromotor angetrieben ist.
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Ferner kann das durch den Achsträger gebildete Lenkungsgehäuse eine Aufnahme für den Lagerabschnitt des Schwenklagers ausbilden, in welcher der Lagerabschnitt des Schwenklagers über ein oberes Lager und ein unteres Lager schwenkbar gelagert ist. Dabei weist der Lagerabschnitt des Schwenklagers zwischen dem oberen Lager und dem unteren Lager einen Getriebeabschnitt auf, über welchen das Schwenklager mit der Welle gekoppelt ist. Dies gewährleistet eine stabile Lagerung des Schwenklagers am Achsträger sowie die Umsetzung der Drehbewegung der Welle in eine Schwenkbewegung des Schwenklagers unter beengten Raumverhältnissen.
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An einer Öffnungsseite der Aufnahme kann ein Dichtring angeordnet sein, welcher das Lenkungsgehäuse gegen das Schwenklager abdichtet. Eine gegebenenfalls vorhandene gegenüberliegende Öffnung an der Aufnahme kann durch eine Kappe verschlossen werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine räumliche Teilschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Achsmoduls nach der Erfindung,
- 2 eine Detailansicht der radseitigen Lagerung der Welle, und in
- 3 eine Detailansicht der Getriebestufe und Lagerung des Schwenklagers am Achsträger.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 zeigt ein Achsmodul 1 mit integrierter Lenkung für ein Kraftfahrzeug, welches beispielsweise als Vorderachse an einem Personenkraftwagen zum Einsatz kommen kann.
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Das Achsmodul 1 umfasst einen Achsträger 2 zur Befestigung an einem Fahrzeugaufbau. Der Achsträger 2 dient hierbei als Tragstruktur für die Fahrzeugräder. Er erstreckt sich in Fahrzeugquerrichtung und bildet gleichzeitig ein Lenkungsgehäuse 3 aus, welches Komponenten der Fahrzeuglenkung aufnimmt. Innerhalb des Achsträgers 2 ist hierzu ein entsprechender Hohlraum 4 vorgesehen.
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Weiterhin umfasst das Achsmodul 1 je Radseite ein Schwenklager 5 zur Ankopplung eines Fahrzeugrads. An dem Schwenklager 5 ist dementsprechend ein Tragabschnitt zur Halterung einer Radnabe ausgebildet. Das Schwenklager 5 ist an dem Achsträger 2 schwenkbar gelagert. Dazu ist an dem Schwenklager 5 ein Lagerabschnitt 6 ausgebildet, welcher sich in das durch den Achsträger 2 gebildete Lenkungsgehäuse 3 hinein erstreckt, wobei das Schwenklager 5 um eine im Wesentlichen aufrechte Drehachse A schwenken kann.
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Desweiten umfasst das Achsmodul 1 eine Antriebseinrichtung 7, die im Lenkungsgehäuse 3 untergebracht ist. Die Antriebseinrichtung 7 umfasst mindestens einen Elektromotor 8 sowie eine im Lenkungsgehäuse 3 gelagerte und durch den Elektromotor 8 angetriebene Welle 9.
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Die Welle 9 der Antriebseinrichtung 7 steht über eine Getriebestufe 10, die innerhalb des durch den Achsträger 2 gebildeten Lenkungsgehäuses 3 angeordnet ist, mit dem Lagerabschnitt 6 des Schwenklagers 5 in Eingriff. Durch Drehen der Welle 9 kann über die Schwenklager 5 ein Lenkwinkel an den Fahrzeugrädern eingestellt werden.
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Die Getriebestufe 10 ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass eine Drehbewegung der Welle 9 unmittelbar in eine Schwenkbewegung der Schwenklager 5 um die jeweilige Drehachse A umgesetzt wird. Diese Umsetzung erfolgt innerhalb des Lenkungsgehäuses 3, d.h. innerhalb des Hohlraums 4 des Achsträgers 2, und ohne Zwischenschaltung einer translatorischen Bewegung.
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Dazu kann die Getriebestufe 10 beispielsweise als Schneckenradstufe ausgebildet sein, welche an der Welle 9 eine Schneckenverzahnung 11 und an dem Lagerabschnitt 6 des Schwenklagers 5 ein Ritzel 12 umfasst. Anstelle einer Schneckenradstufe sind auch andere Rot-Rot-Getriebe möglich, d.h. Getriebe, welche im Betrieb ein- und ausgangsseitig eine Drehbewegung aufweisen.
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Der Antrieb der im Lenkungsgehäuse 3 drehbar gelagerten Welle 9 erfolgt über den bereits oben erwähnten Elektromotor 8, welcher dazu mit der Welle 9 gekoppelt ist.
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Generell ist eine Kopplung des Elektromotors 8 mit der Welle 9 mittels eines ins Langsame untersetzenden Getriebes möglich, so dass ein in seinen Abmessungen kompakter Elektromotor 8 mit hoher Drehzahl zum Einsatz kommen kann. Ein entsprechendes Getriebe kann gegebenenfalls in den Elektromotor 8 integriert sein.
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In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, die Welle 9 koaxial zur Drehachse B des Elektromotors 8 anzuordnen, wobei diese Drehachse B in Bezug auf die Einbaulage des Achsmoduls 1 in Fahrzeugquerrichtung orientiert ist. Diese Bauweise eignet sich auch für Ausführungsformen, bei denen die Welle 9 unmittelbar als Motorabtriebswelle ausgeführt ist, d.h. der Elektromotor 8 die Welle 9 ohne zwischengeschaltetes Getriebe direkt antreibt.
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Die Welle 9 ist an ihrem radseitigen Ende im Lenkungsgehäuse 3 drehbar gelagert. In 2 ist hierzu ein Wälzlager 13, beispielhaft ein Nadellager, zu erkennen, das an einem Lagerzapfen 14 am Ende der Welle 9 angeordnet ist. Der Lagerzapfen 14 verschließt eine für die Welle 9 vorgesehene Einführöffnung 15 am Achsträger 2 und ist dazu in diesen eingeschraubt. Jedoch kann die Lagerung des Wellenendes im Lenkungsgehäuse 3 auch auf andere Art und Weise vorgenommen sein. Jedenfalls ist hierbei die Welle 9 vollständig vom Lenkungsgehäuse 3 umschlossen und gänzlich im Hohlraum 4 des Achsträgers 2 aufgenommen, ohne aus dem Lenkungsgehäuse 3 nach außen heraus zu ragen.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Welle 9 mit einem zwischen dem Wälzlager 13 und dem Elektromotor 8 gelegenen Abschnitt mit dem Schwenklager 5 gekoppelt.
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Dazu bildet das Lenkungsgehäuse 3 im Achsträger 2 eine Aufnahme 16 für den Lagerabschnitt 6 des Schwenklagers 5 aus. In dieser Aufnahme 16 ist der Lagerabschnitt 6 des Schwenklagers 5 über ein oberes Lager 17 und ein unteres Lager 18, welche beide als Wälzlager ausgeführt sein können, schwenkbar gelagert. Zwischen dem oberen Lager 17 und dem unteren Lager 18 weist der Lagerabschnitt 6 des Schwenklagers 5 einen Getriebeabschnitt 19 auf, über welchen das Schwenklager 5 mit der Welle 9 gekoppelt ist. An dem Getriebeabschnitt 19 kann das oben erwähnte Ritzel 12 ausgebildet oder befestigt sein.
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Zur Abdichtung des Lenkungsgehäuses 3 gegen das Schwenklager 5 kann an einer Öffnungsseite der Aufnahme 16 ein Dichtring 20 angeordnet sein. Eine gegenüberliegende Öffnung wird, sofern vorhanden, durch eine Kappe 21 verschlossen.
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Hierdurch ergibt sich eine sehr kompakte Baugruppe mit in das Achsmodul 1 integrierter Übersetzung der Antriebsbewegung des mindestens einen Elektromotors 8 in die Schwenkbewegung der Schwenklager 5. Das Achsmodul 1 zeichnet sich durch ein geringes Gesamtgewicht sowie einen geringen Herstellungs- und Montageaufwand aus. Zudem ist die innere Reibung der Lenkung gering.
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Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist je Radseite ein eigener Elektromotor 8 mit einer eigenen Welle 9 vorgesehen. Hierdurch kann die Lage der Elektromotoren 8 der jeweiligen Einbausituation angepasst werden. Zudem ist es möglich, durch radnahe Anordnung kurze Wellen 9 zu verwenden. Die Elektromotoren 8 werden über eine gemeinsame Steuereinrichtung zur Umsetzung eines fahrerseitigen Lenkbefehls angesteuert.
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In Abwandlung hierzu kann eine durchgehende Welle 9 verwendet werden, die je Radseite über eine Getriebestufe 10 mit dem jeweiligen Schwenklager 5 in Eingriff steht und durch einen einzigen Elektromotor 8 angetrieben ist.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiterer Abwandlungen näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel und die Abwandlungen dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf das konkret beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achsmodul
- 2
- Achsträger
- 3
- Lenkungsgehäuse
- 4
- Hohlraum
- 5
- Schwenklager
- 6
- Lagerabschnitt
- 7
- Antriebseinrichtung
- 8
- Elektromotor
- 9
- Welle
- 10
- Getriebestufe
- 11
- Schneckenverzahnung
- 12
- Ritzel
- 13
- Wälzlager
- 14
- Lagerzapfen
- 15
- Einführöffnung
- 16
- Aufnahme
- 17
- oberes Lager
- 18
- unteres Lager
- 19
- Getriebeabschnitt
- 20
- Dichtring
- 21
- Kappe
- A
- Drehachse des Schwenklagers
- B
- Drehachse des Elektromotors
- V
- Vorwärtsfahrtrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009040821 B3 [0002]
