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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Hilfskraftantrieb umfassend einen elektrischen Motor mit einer Motorwelle, die axial in Richtung einer Antriebsachse erstreckt in einem Motorgehäuse gelagert ist, welches über eine Verbindungseinrichtung mit einem Getriebegehäuse eines Getriebegehäuses verbunden ist, in dem eine mit der Motorwelle gekuppelte Getriebewelle um die Antriebsachse drehbar gelagert ist. Weiterhin umfasst die Erfindung eine Lenksäule mit einem derartigen Hilfskraftantrieb sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Hilfskraftantriebs.
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Im Stand der Technik sind Kraftfahrzeuglenkungen mit Hilfskraftunterstützung bekannt, bei denen zusätzlich zum Lenkmoment, welches vom Fahrer manuell auf das Lenkrad ausgeübt wird, zur Unterstützung und Entlastung des Fahrers durch einen elektro-mechanischen Hilfskraftantrieb eine Hilfskraft bzw. ein Hilfsmoment in den Lenkstrang eingebracht wird, und gegebenenfalls auch ein Zusatzlenkwinkel.
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Ein Hilfskraftantrieb umfasst einen elektrischen Motor zur Erzeugung des Hilfsmoments, welches über ein Getriebe in die Lenkwelle eingekoppelt wird. Das Getriebe ist als Untersetzungsgetriebe ausgebildet und umfasst üblicherweise ein mit der Motorwelle gekuppeltes Antriebsrad, beispielsweise eine Schneckenwelle, die mit einem auf der Lenkwelle drehfest angebrachten Getrieberad in Getriebeeingriff steht, beispielsweise mit einem korrespondierenden Schneckenrad.
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Ein gattungsgemäßer Hilfskraftantrieb ist im Stand der Technik in der
WO 2020/048668 A1 beschrieben. Das Getriebe weist ein Getriebegehäuse auf, in dem die Schneckenwelle und das Schneckenrad aufgenommen sind. Der Motor ist mittels einer Verbindungseinrichtung derart mit dem Getriebegehäuse verbunden, dass die Motorwelle mit der Schneckenwelle axial bezüglich der Antriebsachse fluchtet. Die Verbindungseinrichtung weist einen mit dem Motorgehäuse verbundenen, radial überstehenden Flansch mit axialen Flanschbohrungen auf. Mittels axial durch die Flanschbohrungen hindurchgeführter, in Gewindebohrungen im Getriebegehäuse eingeschraubter Befestigungsschrauben ist das Motorgehäuse an das Getriebegehäuse angeflanscht.
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Durch die Flanschverbindung ist der Motor sicher an dem Getriebe fixiert. Nachteilig ist jedoch, dass die Flanschverbindung relativ viel Bauraum beansprucht, aufwendig in der Fertigung ist und die Montage durch die axial eingesetzten Befestigungsschrauben erschwert wird. Außerdem können beim Verschrauben Späne und Schmutzpartikel in das Getriebegehäuse gelangen und die Funktion beeinträchtigen.
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Die aus der
JP 2018161940 A bekannte, ähnlich aufgebaute Flanschverbindung zwischen Motor- und Getriebegehäuse hat im Wesentlichen dieselben Nachteile.
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Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kompakt aufgebaute Verbindung mit optimierter Fertigung und Montage zu ermöglichen.
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Darstellung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Hilfskraftantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die Lenksäule gemäß Anspruch 12, sowie das Verfahren zur Herstellung eines Hilfskraftantriebs mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei einem Hilfskraftantrieb umfassend einen elektrischen Motor mit einer Motorwelle, die axial in Richtung einer Antriebsachse erstreckt in einem Motorgehäuse gelagert ist, welches über eine Verbindungseinrichtung mit einem Getriebegehäuse eines Getriebes verbunden ist, in dem eine mit der Motorwelle gekuppelte Getriebewelle um die Antriebsachse drehbar gelagert ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verbindungseinrichtung einen axial vorstehenden Befestigungsabschnitt aufweist, der axial in eine Aufnahmeöffnung eines Aufnahmeabschnitts eintaucht, wobei eine mit dem Aufnahmeabschnitt zusammenwirkende Spannvorrichtung vorgesehen und ausgebildet ist, um den Aufnahmeabschnitt radial auf dem Befestigungsabschnitt zu verspannen.
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Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung ist als eine Art Steckverbindung konzipiert, bei welcher der Befestigungsabschnitt in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Antriebsachse in den Aufnahmeabschnitt einsteckbar ist. Im eingesteckten Zustand taucht der Befestigungsabschnitt in den Aufnahmeabschnitt ein, und ist dabei zumindest über einen Teil seines Außenumfangs von dem Innenumfang der Aufnahmeöffnung umgeben. Bevorzugt umschließt der Aufnahmeabschnitt den Befestigungsabschnitt in einem Kontaktbereich, der sich in Umfangsrichtung über einen größeren Umfangsabschnitt erstreckt, d.h. über mehr als 50% des Umfangs, besonders bevorzugt über mindestens 75% des Umfangs.
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Dadurch, dass der Befestigungsabschnitt und der Aufnahmeabschnitt an dem Motorgehäuse und dem Getriebegehäuse angeordnet sind, können Motor- und Getriebegehäuse zur Montage des Motors einfach in axialer Richtung zusammengesetzt bzw. -gesteckt werden.
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Der Außenquerschnitt des Befestigungsabschnitts, beispielsweise der Außendurchmesser eines kreisrunden Außenquerschnitts, und der Innenquerschnitt des Aufnahmeabschnitts, beispielsweise den Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung, können - jeweils gemessen im unmontierten Zustand vor der Verbindung - bevorzugt derart aneinander angepasst sein, dass sie leichtgängig, dabei aber mit geringem Radialspiel zusammengefügt werden können. Dadurch ist der Befestigungsabschnitt beim Zusammenstecken während der Montage in der Aufnahmeöffnung axial geführt, und entsprechend ist der Motor relativ zum Getriebe in radialer Richtung bereits orientiert und definiert positioniert.
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Die Spannvorrichtung greift an dem Aufnahmeabschnitt an und ist zur Ausübung einer radial nach innen gerichteten Spannkraft auf den Aufnahmeabschnitt ausgebildet, wodurch der Aufnahmeabschnitt - vorzugsweise elastisch - verformt werden kann, um den Innenquerschnitt der Aufnahmeöffnung zu verringern. Durch Betätigung der Spannvorrichtung kann die Spannkraft erzeugt und ausgeübt werden, so dass der Innenumfang der Aufnahmeöffnung gegen den Außenumfang des darin eingesetzten Befestigungsabschnitts in radialer Richtung angepresst wird. Durch diese Verspannung wird eine in axialer Richtung und in Umfangsrichtung wirksame kraftschlüssige Verbindung zwischen Befestigungs- und Aufnahmeabschnitt realisiert, wodurch das Motorgehäuse an dem Getriebegehäuse, und damit der Motor am Getriebe fixiert ist.
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Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die erfindungsgemäße Steckverbindung weniger Bauraum beansprucht als die bekannten Flanschverbindungen, insbesondere in radialer Richtung. Außerdem können Befestigungs- und Aufnahmeabschnitte mit geringem Konstruktions- und Fertigungsaufwand realisiert werden. Darüber hinaus wird die Montage des Motors dadurch vereinfacht, dass bereits beim axialen Zusammenstecken von Befestigungs- und Aufnahmeabschnitt eine Vorpositionierung erfolgt, so dass die anschließende Verspannung und die Fixierung des Motors mit geringem Aufwand möglich ist. Dabei kann die Spannvorrichtung im Hinblick auf einen geringen Bauraum und eine gute Zugänglichkeit zur Montage optimiert werden, was einen erheblichen Vorteil gegenüber den diesbezüglich relativ unflexiblen Flanschverbindungen im Stand der Technik darstellt. Durch die vereinfachte Montage kann außerdem das Eindringen von schädlichen Verunreinigungen in das Getriebe weitgehend vermieden werden.
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Der Befestigungsabschnitt und der Aufnahmeabschnitt können vorzugsweise koaxial zur Antriebsachse angeordnet sein. Dadurch wird eine vorteilhafte Abstützung der von dem Motor in das Getriebe eingeleiteten Antriebsmomente ermöglicht.
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Es kann vorteilhaft sein, dass der Befestigungs- und Aufnahmeabschnitt symmetrisch ausgebildet sind, beispielsweise zumindest abschnittweise rotationssymmetrisch bezüglich der Antriebsachse. Dies ermöglicht einen vorteilhaft geringen Konstruktions- und Fertigungsaufwand.
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Es ist möglich, dass der Befestigungsabschnitt an dem Motorgehäuse und der Aufnahmeabschnitt an dem Getriebegehäuse ausgebildet ist, oder der Aufnahmeabschnitt an dem Motorgehäuse und der Befestigungsabschnitt an dem Getriebegehäuse ausgebildet ist. Dabei kann es für die Montage vorteilhaft sein, dass der Befestigungsabschnitt stirnseitig an dem Motorgehäuse im Bereich der Motorwelle angeordnet ist, wodurch das axiale Einstecken in die getriebeseitige Aufnahmeöffnung des Aufnahmeabschnitts erleichtert werden kann. Außerdem könnten an dem Befestigungsabschnitt anhaftende Verunreinigungen einfach erkannt und beseitigt werden. Alternativ kann es vorteilhaft sein, den Befestigungsabschnitt an dem Getriebegehäuse zu realisieren. Durch die Anordnung und Ausbildung von dem Befestigungs- und Aufnahmeabschnitt sowie der Spannvorrichtung ist in jedem Fall eine flexiblere konstruktive Anpassung an die jeweiligen konkreten Bauraumvorgaben und Montagebedingungen möglich, als dies bei den bekannten Flanschverbindungen möglich wäre. Darüber hinaus ist das Risiko einer Fehlausrichtung bei der Erfindung praktisch ausgeschlossen, die bei Flanschverbindungen auftreten kann, wenn die axialen Flanschflächen nicht absolut plan gegeneinander anliegen, beispielsweise durch dazwischen befindliche Fremdkörper oder Verunreinigungen.
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Eine vorteilhafte Ausführung kann vorsehen, dass der Befestigungs- und/oder der Aufnahmeabschnitt mit dem Motor- und/oder Getriebegehäuse integriert ausgebildet sind. Beispielsweise kann ein Befestigungs- oder Aufnahmeabschnitt einstückig an ein Gehäuseteil angeformt sein, welches beispielsweise als Metall-Gussteil oder -Formteil oder als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet sein kann oder ein solches aufweist. Dadurch ist ein besonders kompakter Aufbau bei geringem Konstruktions- und Herstellungsaufwand ermöglicht.
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Es ist möglich, dass der Befestigungsabschnitt als axial vorstehender Rohrabschnitt ausgebildet ist. Bevorzugt kann der Rohrabschnitt einen hohlzylindrischen Rohransatz aufweisen. Durch den kreisrunden Außenquerschnitt kann die Montage und Ausrichtung bezüglich der Antriebsachse erleichtert werden. Bevorzugt kann der Rohrabschnitt koaxial zur Antriebsachse angeordnet sein, wobei die Motorwelle oder die Getriebewelle zentral durch den Rohrabschnitt hindurch verlaufen. Durch diese Anordnung können Antriebsmomente optimal aufgenommen und abgestützt werden.
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Es ist alternativ denkbar und möglich, dass der Rohrabschnitt einen unrunden Querschnitt hat, beispielsweise mehreckig. Dadurch kann eine bestimmte Winkelausrichtung bezüglich Drehung um die Antriebsachse vorgegeben werden.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Aufnahmeabschnitt hülsenförmig ausgebildet ist. Der Aufnahmeabschnitt kann dabei ebenfalls einen als Rohrabschnitt ausgebildeten Hülsenabschnitt aufweisen, dessen Innenquerschnitt derart an den Außenquerschnitt des Befestigungsabschnitts angepasst ist, dass dieser mit geringem radialen Spiel leichtgängig, dabei axial geführt in den Hülsenabschnitt einsteckbar ist. Bevorzugt kann der Aufnahmeabschnitt einen kreisrunden Querschnitt haben, zumindest einen kreisrunden Innenquerschnitt. Alternativ kann ein an den Befestigungsabschnitt angepasster unrunder Querschnitt vorgesehen sein.
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Es kann vorteilhaft sein, dass der Aufnahmeabschnitt axial geschlitzt ausgebildet ist. Der bevorzugt rohrabschnitt- oder hülsenförmige Aufnahmeabschnitt weist dabei mindestens einen, bevorzugt mehrere, dann bevorzugt über den Umfang verteilte axiale Schlitze auf, zwischen denen nach Art einer Spannhülse radial nach innen biegbare, verspannbare Segmente gebildet werden. Durch den oder die Schlitze ist es möglich, den Hülsenabschnitt wie eine Spannhülse durch die Spannvorrichtung zur Verkleinerung des Innenquerschnitts unter Verringerung der Schlitzbreite definiert radial zusammen zu pressen. Dadurch kann der in den Aufnahmeabschnitt eingesetzte Befestigungsabschnitt sicher kraftschlüssig eingespannt und fixiert werden. Dabei erfolgt durch die Schlitze eine im Wesentlichen elastische Verformung des Aufnahmeabschnitts, so dass die Verbindung auch gelöst und erneut verspannt werden kann. Die Schlitze können bevorzugt symmetrisch über den Umfang verteilt angeordnet sein, und sind mit geringem konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand realisierbar.
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Der Aufnahmeabschnitt, beispielsweise der Hülsenabschnitt, umschließt den Befestigungsabschnitt bevorzugt in einem überwiegenden Umfangsabschnitt. Dadurch kann eine in allen Radialrichtungen gleichmäßige und hohe Halte- und Stützwirkung erreicht werden.
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Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Spannvorrichtung ein den Aufnahmeabschnitt umschließendes Spannelement aufweist. Dies kann ein separates, beispielsweise als Spannschelle, Spannring oder dergleichen ausgebildetes Spannelement sein, welches au-ßen auf dem Aufnahmeabschnitt angebracht ist, so dass es diesen umschließt. Das Spannelement kann bevorzugt mittels eines Spannglieds in seiner Umfangslänge veränderbar sein, nach Art einer verstellbaren Rohr- oder Schlauchschelle. Es kann beispielsweise ein Spannglied zur Umfangsveränderung aufweisen, und beispielsweise als Schneckengewindeschelle, Gelenkbolzenschelle oder Spannbackenschelle ausgebildet sein. Zum Verspannen wird das Spannelement durch Umfangsverringerung zusammengezogen, beispielsweise durch Betätigung des Spannglieds, oder durch externe Aufbringung einer Spannkraft. Dadurch wird der Aufnahmeabschnitt radial zusammengepresst, und auf dem Befestigungsabschnitt verspannt.
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Es kann vorteilhaft ein Spannelement eingesetzt werden, welches in vielfältigen Ausführungen am Markt erhältlich ist oder mit geringem Aufwand angepasst und bereitgestellt werden kann. Dadurch kann der Bauraumbedarf optimiert werden, und der Montageaufwand kann dadurch geringer sein, dass zum Verspannen lediglich ein Spannglied festgezogen werden muss, im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem mehrere Flanschbolzen definiert festgezogen werden müssen.
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Wenn das Spannelement ein verstellbares Spannglied aufweist, wie beispielsweise eine einzelne Spannschraube oder -schnecke bei einer Gelenkbolzen-, Spannbacken- oder einer Schneckengewindeschelle, erfordert das Verspannen lediglich das Festziehen dieses einzelnen Spannglieds, was einen deutlich geringeren Montageaufwand als bei einer Flanschverbindung bedeutet. Dabei wird eine vorteilhafte, über den Umfang gleichmäßige radiale Krafteinleitung der Spannkraft erzeugt.
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Alternativ ist es denkbar und möglich, dass das Spannelement kein integriertes Spannglied aufweist, sondern bei der Montage auf den Aufnahmeabschnitt aufgeklemmt und unter einer von außen aufgebrachten elastischen Spannung dauerhaft fixiert wird. Derartige Klemm- oder Bandschellen sind ebenfalls in vielfältigen Ausführungen bekannt.
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Als Alternative zu einem externen Spannelement kann vorgesehen sein, dass die Spannvorrichtung ein an dem Aufnahmeabschnitt ausgebildetes Spannelement aufweist. Dabei kann das Spannelement mit dem Aufnahmeabschnitt integriert ausgebildet sein, beispielsweise kann ein oben beschriebener, mit dem Motor- oder Getriebegehäuse integriert ausgebildeter Rohr- oder Hülsenabschnitt in sich nach Art einer Spann-, Rohr- oder Klemmschelle ausgebildet sein. Das Spannelement kann bevorzugt einstückig mit dem Motor- oder Getriebegehäuse ausgebildet sein. Zur Einstellung der Länge des inneren Umfangs des Aufnahmeabschnitts kann ein Spannglied vorgesehen sein, welches an dem Rohr- oder Hülsenabschnitt des Aufnahmeabschnitts angreift. Beispielsweise kann der Aufnahmeabschnitt durcheinen axialen Schlitz geteilt sein, wobei die in Umfangrichtung einander gegenüberliegenden Schlitzränder mittels eines Spannglieds zur Verringerung der Schlitzbreite zusammengezogen werden können. Hierzu können beispielsweise beiderseits des Schlitzes radial nach außen vorstehende Vorsprünge vorgesehen sein, die in Umfangsrichtung unter Verringerung der Schlitzbreite gegeneinander verspannbar sind, beispielsweise mittels eines Spannglieds in Form eines in Umfangsrichtung durch die beiden Vorsprünge hindurchgeschraubten Spannbolzens. Die radiale Verspannung des Aufnahmeabschnitts erfolgt analog zur vorangehend erläuterten Funktion eines externen Spannelements. Vorteilhaft ist dabei eine raumsparende Bauform und eine geringere Anzahl von Bauteilen, was einen geringeren fertigungs- und Montageaufwand ermöglicht.
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Wie bei dem externen Spannelement kann das integrierte Spannelement kann auch ein mit dem Aufnahmeabschnitt integriert ausgebildetes Spannelement ein verstellbares Spannglied aufweisen, beispielsweise eine Spann- oder Klemmschraube oder dergleichen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Spann- oder Klemmschraube selbstschneidend ausgebildet ist, so dass sich selbst beim Einschrauben zum Verspannen ein Gewinde in dem bevorzugt einstückig ausgebildeten Aufnahmeabschnitt erzeugt, beispielsweise in einem der vorgenannten Vorsprünge. Dadurch kann die Fertigung noch weiter vereinfacht werden.
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Das integrierte Spannelement kann zumindest teilweise einstückig mit dem Motor- bzw. Getriebegehäuse ausgebildet sein. Beispielsweise können an ein aus Metall-Druckguss oder Kunststoff-Spritzguss gefertigtes Gehäuseteil die vorgenannten Vorsprünge zur Aufnahme des Spannglieds einstückig angeformt sein.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Spannelement einen von außen im Umfangsrichtung oder radial zugänglichen Werkzeugansatz aufweist. Der Werkzeugansatz kann bevorzugt an einem Spannglied zum Festspannen des Spannelements ausgebildet sein, beispielsweise an einer Spannschraube, und kann in an sich bekannter Weise einen Schlitz, Kreuzschlitz, Innen- oder Außenmehrkant oder dergleichen aufweisen, an den ein korrespondierendes Werkzeug zum Erzeugen der Spannkraft quer zur Antriebsachse ansetzbar ist. Es ist vorteilhaft, dass der Werkzeugansatz besser als die axialen Befestigungsbolzen einer Flanschverbindung zugänglich ist, wenn der Befestigungsabschnitt in den Aufnahmeabschnitt eingesteckt ist und sich der Motor in Montageposition relativ zum Getriebe befindet.
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Dadurch, dass die Verbindungseinrichtung oder die Spannvorrichtung lösbar ausgestaltet sein kann, kann der Motor von dem Getriebe demontiert und dadurch gegebenenfalls gewartet oder ausgetauscht werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine Wellenkupplung innerhalb des Befestigungsabschnitts angeordnet ist. Die Wellenkupplung ermöglicht die drehschlüssige Verbindung von Motorwelle und Getriebewelle. Bevorzugt ist die Wellenkupplung in axialer Richtung zusammensetzbar und trennbar ausgestaltet und koaxial zur Antriebsachse in dem Bereich angeordnet, in dem der Befestigungsabschnitt in den Aufnahmeabschnitt eintaucht. Dadurch kann die Wellenkupplung bei der Montage des Motors beim erfindungsgemäßen Einstecken des Befestigungsabschnitts in den Aufnahmeabschnitt in Kupplungseingriff gebracht werden. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung ist, dass die Motorwelle beim Einstecken relativ zur Antriebsachse zentriert ist.
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Bei einer erfindungsgemäßen Lenksäule, umfassend eine drehbar gelagerte Lenkwelle und einen Hilfskraftantrieb, wobei ein von einem elektrischen Motor antreibbares Antriebsrad mit einem auf der Lenkwelle angebrachten Getrieberad in Getriebeeingriff steht, ist der Hilfskraftantrieb ausgestaltet gemäß einzelnen oder beliebigen Kombinationen der vorangehend beschriebenen Merkmale. Dadurch kann der Fertigungs- und Montageaufwand in vorteilhafter Weise reduziert werden.
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Das Getrieberad kann als Schneckenrad ausgebildet sein, welches drehfest auf einer Lenkwelle angebracht ist. Das Getriebegehäuse kann an einem Lenksäulengehäuse befestigt sein, beispielsweise an einer die Lenkwelle lagernden Manteleinheit.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Hilfskraftantriebs, bei dem ein Motorgehäuse eines elektrischen Motors über eine Verbindungseinrichtung mit einem Getriebegehäuse eines Getriebes verbunden wird, axial in Richtung einer Antriebsachse in dem Motorgehäuse eine Motorwelle erstreckt ist, die mit einer in dem Getriebegehäuse gelagerten Getriebewelle gekuppelt wird, gekennzeichnet dadurch, dass ein axial vorstehender Befestigungsabschnitt axial in eine Aufnahmeöffnung eines Aufnahmeabschnitts eingesetzt wird und anschließend der Aufnahmeabschnitt mittels einer Spannvorrichtung radial auf dem Befestigungsabschnitt verspannt wird.
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Wie oben im Zusammenhang mit der Beschreibung des Hilfskraftantriebs, auf die in vollem Umfang Bezug genommen wird, bereits erläutert ist, erfolgt die Montage durch axiales Einstecken des an dem Motorgehäuse oder dem Getriebegehäuse angeordneten Befestigungsabschnitts in einen korrespondierenden Aufnahmeabschnitt und anschließendes Verspannen der Spanneinrichtung. Es ergeben sich die beschriebenen Vorteile, welche eine vereinfachte und sicherere Herstellung ermöglichen.
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Figurenliste
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
- 1 eine Kraftfahrzeuglenkung in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
- 2 einen erfindungsgemäßen Hilfskraftantrieb in einer ersten Ausführungsform in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
- 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus 2,
- 4 den Hilfskraftantrieb gemäß 2 in einer auseinander gezogenen Darstellung,
- 5 einen Schnitt durch den Hilfskraftantrieb gemäß 2 entlang der Antriebsachse,
- 6 das Getriebegehäuse des Hilfskraftantriebs gemäß 2 in einer schematischen perspektivischen Ansicht schräg zur Antriebsachse,
- 7 das Getriebegehäuse gemäß 6 in einer Ansicht in Richtung der Antriebsachse,
- 8 einen erfindungsgemäßen Hilfskraftantrieb in einer zweiten Ausführungsform in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
- 9 einen vergrößerten Ausschnitt aus 8,
- 10 den Hilfskraftantrieb gemäß 8 in einer auseinander gezogenen Darstellung,
- 11 einen Schnitt durch den Hilfskraftantrieb gemäß 2 entlang der Antriebsachse,
- 12 das Getriebegehäuse des Hilfskraftantriebs gemäß 8 in einer schematischen perspektivischen Ansicht schräg zur Antriebsachse,
- 13 das Getriebegehäuse gemäß 12 in einer Ansicht in Richtung der Antriebsachse.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist eine als elektromechanische Hilfskraftlenkung 1 ausgebildete Kraftfahrzeuglenkung schematisch dargestellt. Diese weist eine Lenksäule 2 mit einer Trageinheit 21 auf, die an einer nicht dargestellten Karosserie eines Kraftfahrzeugs anbringbar ist.
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In der Lenksäule 2 ist eine Lenkwelle 10 um ihre Längsachse L drehbar gelagert. Diese weist an ihrem bezüglich der Fahrtrichtung hinteren Ende einen Befestigungsabschnitt 11 auf, an dem ein Lenkrad 12 drehfest angebracht ist, über welches ein Fahrer ein Lenkmoment (Handmoment) als Lenkbefehl in die Lenkwelle 10 einbringen kann.
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Das Lenkmoment wird über die Lenkwelle 10, die zur Anpassung an die Einbaulage im Kraftfahrzeug zwischengeschaltete Kardangelenke 13 aufweist, auf ein Lenkritzel 14 übertragen, welches in eine längsverschieblich gelagerte Zahnstange 15 eingreift. Diese setzt eine Drehung der Lenkwelle 10 bei einem Lenkeingriff in eine Verschiebung von Spurstangen 16 um, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet, welche den vorgegebenen Lenkeingriff als Lenkeinschlag auf die lenkbaren Räder 17 des Kraftfahrzeugs übertragen.
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Eine elektrische Hilfskraftunterstützung kann einen an der Lenksäule 2 angebrachten, mit der Lenkwelle 10 gekoppelten Hilfskraftantrieb 3, oder einen am Ritzel 14 mit der Lenkwelle 10 gekoppelten Hilfskraftantrieb 31 aufweisen, wobei die Hilfskraftantriebe 3 und 31 gleichartig aufgebaut sein können. Durch den Hilfskraftantrieb 3 oder 31 kann ein Hilfsdrehmoment in die Lenkwelle 1 und/oder das Lenkritzel 14 eingekoppelt werden, um den Fahrer bei der Lenkarbeit zu unterstützten.
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Es kann auch ein Hilfskraftantrieb 18 vorgesehen sein, um eine die Lenkung unterstützende Hilfskraft in die Zahnstange 15 einzubringen.
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Üblicherweise ist nur an einer der gezeigten drei Positionen ein Hilfskraftantrieb 3, 31 oder 18 angebracht. Das Hilfsdrehmoment bzw. die Hilfskraft, welche zur Unterstützung des Fahrers mittels der jeweiligen Hilfskraftantrieb 3, 31 oder 18 aufgebracht werden soll, wird unter Berücksichtigung eines von einem Drehmomentsensor 19 ermittelten, vom Fahrer manuell eingebrachten Lenkmoments bestimmt. Alternativ oder in Kombination mit der Einbringung des Hilfsdrehmoments kann durch die Hilfskraftantriebe 3, 31, 18 ein zusätzlicher Lenkwinkel in das Lenksystem eingebracht werden, der zu dem vom Fahrer über das Lenkrad 12 aufgebrachten Lenkwinkel summiert wird.
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Zur Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden Bezug genommen auf den erfindungsgemäß ausgestalteten Hilfskraftantrieb 3.
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Mittels des Drehmomentsensors 19 wird das manuell in die Lenkwelle 10 eingebrachte Handmoment erfasst, beispielsweise in an sich bekannter Weise durch Messung der Torsion eines in die Lenkwelle 10 eingegliederten Drehstabs. Über eine nicht dargestellte elektrische Steuereinheit wird ein Hilfsmoment bestimmt und ein daraus abgeleitetes elektrisches Steuersignal in einen elektrischen Motor 4 des Hilfsantriebs 3 eingespeist. Das auf diese Weise erzeugte elektromotorische Moment wird zur Unterstützung der manuellen Lenkarbeit über ein Getriebe 5 des elektrischen Hilfsantriebs 3 in die Lenkwelle eingekoppelt.
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In den nachfolgenden 2 bis 7 ist ein erfindungsgemäß ausgestalteter Hilfskraftantrieb 3 in einer ersten Ausführungsform gezeigt, und in den 8 bis 13 in entsprechenden Ansichten in einer zweiten Ausführungsform, wobei für gleichwirkende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Der Motor 4 weist ein Motorgehäuse 41 auf, in dem eine Motorwelle 42 um die Antriebsachse A drehend antreibbar in einem Gehäusedeckel 43 des Motorgehäuses 41 gelagert ist, wie in dem Schnitt entlang dieser Antriebsachse A in 5 erkennbar ist.
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Das Getriebe 6 weist ein Getriebegehäuse 51 auf, in dem eine Schneckenwelle 52, die eine Getriebewelle darstellt, um die Antriebsachse A drehbar gelagert. Die Schneckenwelle 52 steht in Getriebeeingriff mit einem als Schneckenrad 53 ausgebildeten Getrieberad, welches drehfest auf der Lenkwelle 10 angebracht ist.
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Das Motorgehäuse 41 ist mit dem Getriebegehäuse 51 über eine erfindungsgemäß ausgestaltete Verbindungseinrichtung 6 verbunden. Die Verbindungseinrichtung 6 umfasst einen Befestigungsabschnitt 44, einen Aufnahmeabschnitt 54 und ein Spannelement 61, welches beispielsweise als Klemm- oder Bandschelle, Spannring oder dergleichen ausgebildet sein kann.
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Der an dem Motorgehäuse 41 angeordnete Befestigungsabschnitt 44 ist als hohlzylindrischer, zur Antriebsachse A koaxialer Rohrabschnitt ausgebildet, der von dem Motorgehäuse 41 axial in Richtung auf das Getriebegehäuse 51 vorsteht.
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Der an dem Getriebegehäuse 51 angeordnete Aufnahmeabschnitt 54 ist als hohlzylindrischer Rohr- oder Hülsenabschnitt ausgebildet, in dessen stirnseitige axiale Aufnahmeöffnung der Befestigungsabschnitt 44 eintaucht, wie in dem montierten Zustand gemäß 5 gut erkennbar ist. Dabei ist der Innendurchmesser des Aufnahmeabschnitts 54 im Ursprungszustand vor der Montage - wie beispielsweise in den separaten Darstellungen von 6 oder 7, oder in 4 gezeigt - so an den Außendurchmesser des Befestigungsabschnitts 44 angepasst, dass dieser zur Montage axial in Richtung der Antriebsachse A in den Aufnahmeabschnitt 54 eingesteckt werden kann, wie in 4 mit dem Pfeil angedeutet ist. Bevorzugt kann dazu eine spielarme Passung ausgebildet sein.
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Der Aufnahmeabschnitt 54 weist eine Mehrzahl - im gezeigten Beispiel sechs - über den Umfang verteilte Schlitze 541 auf, zwischen denen Hülsensegmente (Segmente) 542 gebildet werden.
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Das ringförmige Spannelement 61 umschließt den Aufnahmeabschnitt 54 von außen und weist ein Spannglied 62 auf. Dieses Spannglied 62 ist ausgebildet, um bei einer Betätigung den Umfang des Spannelements 61, nämlich dessen Innenumfang, zu verkleinern. Dadurch wird es radial von außen auf dem Aufnahmeabschnitt 54 verspannt, und übt eine radial nach innen gerichtete Spannkraft aus. Diese Spannkraft belastet die Hülsensegmente 542 radial nach innen, und verspannt die Innenseite des Aufnahmeabschnitts 54 radial gegen die Außenseite des Befestigungsabschnitts 44. Dadurch wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Motorgehäuse 41 und dem Getriebegehäuse 51 erzeugt.
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Das Spannglied 62 kann plastisch verformbar ausgebildet sein, so dass es durch Zusammenpressen oder Verquetschen von außen eine Umfangsverringerung des Spannelements 61 erzeugt und durch seine dabei auftretende plastische Verformung eine die Spannkraft erzeugende elastische Zugspannung in Umfangsrichtung aufrechterhält. Es ist auch möglich, dass das Spannglied 61 zur Umfangsverringerung und zur Erzeugung einer radialen Verspannung eine Spannschraube, Spannschnecke oder dergleichen aufweist, wie dies im Prinzip von Rohr- oder Schlauchschellen im Stand der Technik bekannt ist.
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Das Motorgehäuse 41 und das Getriebegehäuse 51 können als einstückige Metallguss-Formteile oder Kunststoff-Spritzgussteile ausgebildet sein, oder solche aufweisen, wie beispielsweise den Gehäusedeckel 43. Der Befestigungsabschnitt 44 und/oder der Aufnahmeabschnitt 54 können bevorzugt einstückig daran angeformt sein.
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Die Motorwelle 42 kann mit der Schneckenwelle 52 über eine Wellenkupplung 7 verbunden sein, wie in 5 dargestellt. Diese kann im Bereich der Verbindungseinrichtung 6 angeordnet sein und durch axiales Zusammenstecken bei der axialen Montage des Motors 4 an dem Getriebe 5 drehmomentschlüssig zusammengesetzt werden.
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8 bis 13 zeigen einen Hilfskraftantrieb 3 in einer zweiten Ausführung, in denselben Ansichten wie die in den 2 bis 7 gezeigte erste Ausführungsform, bei der die Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung 6 unterschiedlich ist, konkret die Ausbildung des Aufnahmeabschnitts 54 des Getriebegehäuses 51.
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Der Aufnahmeabschnitt 54 ist als hohlzylindrischer Rohr- oder Hülsenabschnitt einstückig an dem Getriebegehäuse 51 angeformt und weist einen einzigen Schlitz 55 auf. Im Bereich der Schlitzränder sind jeweils radial nach außen vorstehende Vorsprünge 56 und 57 angebracht. Dadurch, dass ein Spannglied in Form einer Spannschraube 63 in Umfangsrichtung durch eine Öffnung in dem einen Vorsprung 56 hindurchgeführt und in den bezüglich des Schlitzes 55 gegenüberliegenden anderen Vorsprung 57 eingeschraubt wird, werden die beiden Vorsprünge 56 und 57 beim Anziehen der Spannschraube 63 in Umfangsrichtung gegeneinander gezogen, wie in den 9 und 10 mit den Pfeilen angedeutet. Dadurch wird der Aufnahmeabschnitt 54 selbst wie eine Rohrschelle auf dem Befestigungsabschnitt 44 radial verspannt und kraftschlüssig fixiert.
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Die Montage durch axiales Zusammenstecken erfolgt wie bei der ersten Ausführungsform. Zum Verspannen ist kein zusätzlicher, den Aufnahmeabschnitt 54 außen umschließender Spannring oder dergleichen erforderlich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hilfskraftlenkung
- 10
- Lenkwelle
- 11
- Befestigungsabschnitt
- 12
- Lenkrad
- 13
- Kardangelenk
- 14
- Lenkritzel
- 15
- Zahnstange
- 16
- Spurstange
- 17
- Rad
- 18
- Hilfskraftantrieb
- 19
- Drehmomentsensor
- 2
- Lenksäule
- 21
- Trageinheit
- 3, 31
- Hilfskraftantrieb
- 4
- Motor
- 41
- Motorgehäuse
- 42
- Motorwelle
- 43
- Gehäusedeckel
- 44
- Befestigungsabschnitt
- 5
- Getriebe
- 51
- Getriebegehäuse
- 52
- Schneckenwelle (Antriebsrad)
- 53
- Schneckenrad (Getrieberad)
- 54
- Aufnahmeabschnitt
- 541
- Schlitz
- 542
- Hülsensegment (Segment)
- 55
- Schlitz
- 56,57
- Vorsprung
- 6
- Verbindungseinrichtung / Spannvorrichtung
- 61
- Spannelement
- 62
- Spannglied
- 63
- Spannschraube
- 7
- Wellenkupplung
- L
- Längsachse
- A
- Antriebsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2020/048668 A1 [0004]
- JP 2018161940 A [0006]
