DE19944133B4

DE19944133B4 - Elektrische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19944133B4
Application number: DE1999144133
Authority: DE
Inventors: Stefan FRÖHLICH; Reiner Kunz; Lothar Weber
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 1999-09-15
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2019-09-16
Also published as: DE19944133A1

Abstract

Elektrische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit einer Eingangswelle, die mit einem Lenkhandrad in Wirkverbindung steht und die zur Übertragung eines für das Lenken von zu lenkenden Rädern erforderlichen Drehmomentes dient, einem Ausgangsglied, das mit den zu lenkenden Rädern in Wirkverbindung steht, einem elektrischen Antriebsmotor (2), durch den eine Hilfskraft auf das Ausgangsglied ausgeübt werden kann, einem drehelastischen Glied, das die Eingangswelle und das Ausgangsglied derart miteinander verbindet, daß zwischen der Eingangswelle und dem Ausgangsglied eine begrenzte Verdrehbewegung möglich ist, und einem als Schneckengetriebe ausgebildeten Untersetzungsgetriebe, das mit dem elektrischen Antriebsmotor (2) und dem Ausgangsglied in Wirkverbindung steht, wobei eine mit dem Schneckengetriebe in Wirkverbindung stehende Antriebswelle (6) des elektrischen Antriebsmotors (2), die eine Schnecke (5) trägt, als Biegebalken ausgebildet ist und so vorgespannt wird, daß das Schneckengetriebe spielfrei arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schnecke (5) tragende Antriebswelle (6) mindestens zweiteilig ausgeführt ist, wobei mit einem inneren Wellenteil (9) die Steifigkeit...

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Elektrische Hilfskraftlenkungen für Kraftfahrzeuge, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, weisen eine Eingangswelle auf, die mit einem Lenkhandrad in Wirkverbindung steht und die zur Übertragung eines für das Lenken von zu lenkenden Rädern erforderlichen Drehmomentes dient. Ein Ausgangsglied steht mit den zu lenkenden Rädern in Wirkverbindung. Ein Elektromotor, durch den direkt oder indirekt eine Hilfskraft auf das Ausgangsglied ausgeübt werden kann, ist an der Hilfskraftlenkung angeordnet. Die Eingangswelle und das Ausgangsglied sind über ein drehelastisches Glied derart miteinander verbunden, daß zwischen der Eingangswelle und dem Ausgangsglied eine begrenzte Verdrehbewegung möglich ist. Bei Hilfskraftlenkungen mit Zahnstangengetriebe ist das Ausgangsglied als Antriebsritzel ausgebildet und steht über eine Zahnstange mit nicht dargestellten, lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeuges in Wirkverbindung. Die Zahnstange steht über ein, vorzugsweise als Schneckengetriebe ausgebildetes Untersetzungsgetriebe mit einem als Elektromotor ausgeführten Servomotor in Wirkverbindung. Das Ausgangsglied ist über das Schneckengetriebe mit einem Elektromotor verbunden. Die Hauptkomponenten des Elektromotors sind ein Rotor und ein Stator. Der Stator ist gehäusefest, der Rotor ist über eine Antriebswelle mit einer Schneckenwelle des Schneckengetriebes verbunden. Bei Hilfskraftlenkungen mit Kugelmuttergetriebe ersetzt eine Gewindespindel das Antriebsritzel.
Bei Verwendung eines Schneckengetriebes als Kraftübertragungsmechanismus einer elektrischen Hilfskraftlenkung, muß, um einen fehlerfreien Betrieb gewährleisten zu können, ein ausreichendes Spiel zwischen der Schneckenwelle und dem Schneckenrad eingestellt werden. Wird dieses Spiel zu gering eingestellt, so kommt es zu Verspannungen im Schneckengetriebe, was sich in einem schlechten Ansprechverhalten äußert. Wird das Spiel zwischen Schneckenwelle und Schneckenrad zu groß gewählt, kommt es bei einem Drehrichtungswechsel am Lenkhandrad zu einem Wechsel der Anlagefläche der Zahnflanken. Dieser Wechsel der Anlagefläche wird vom Fahrer als Klopfgeräusch wahrgenommen und als störend empfunden. Mit zunehmendem Getriebespiel nimmt auch das Geräusch zu. Durch eine geeignete Auswahl der Werkstoffkombination zwischen Schneckenwelle und Schneckenrad können diese Geräusche zwar gedämpft, aber nicht beseitigt werden. Durch eine elastische Lagerung eines der Bauteile können die Geräusche ebenfalls gedämpft werden.
Wird das Getriebespiel sehr gering eingestellt, um die Klopfgeräusche zu eliminieren, muß ein sehr hoher Fertigungs- und Montageaufwand betrieben werden.

Aus der WO 99/11 502 A1 ist eine Hilfskraftlenkung mit einem elektrischen Antriebsmotor und einem Schneckengetriebe bestehend aus Schnecke und Schneckenrad bekannt. Eine mit dem Schneckengetriebe in Wirkverbindung stehende Antriebswelle des elektrischen Antriebsmotors trägt die Schnecke, welche als Biegebalken ausgebildet ist und so vorgespannt ist, daß das Schneckengetriebe spielfrei arbeitet. Wie dort auch auf Seite 10 anhand der 3 und 6 beschrieben wird, ist die Welle an ihrem freien Ende in einem zusammengesetzten Stützlager („support assembly 100") gelagert, welches eine Buchse („301") und einen Flansch („302") umfasst mit einem als Hebelarm ausgebildeten Teil („303"), an dem eine Zugfeder („304") angeordnet ist. Die Zugfeder sorgt für die benötigte Vorspannung der Welle.

Bei dieser aus der WO 99/11 502 A1 bekannten Konstruktion ist es jedoch nachteilig, dass die Zugkraft („spring force T") sehr genau gewählt werden muss, um das Getriebespiel zu eliminieren.

In der DE 198 22 478 A1 wird eine elektrische Servolenkvorrichtung vorgeschlagen, bei der elastische Elemente in einem Schneckengetriebe so angeordnet sind, daß beim Kontakt der Zahnoberflächen der Getriebeteile diese elastischen Elemente verformt werden, so daß die Kollision zwischen den Zahnoberflächen abgeschwächt werden kann, um dadurch das Aufprallgeräusch der Zahnoberflächen zu reduzieren.

Nachteilig wirkt sich bei dem Stand der Technik, wie er in der DE 198 22 478 A1 offenbart ist, die Tatsache aus, daß zusätzliche Elemente in dem Schneckengetriebe integriert werden müssen, was einen erhöhten Montage- und Kostenaufwand bedeutet. Weiterhin nachteilig ist die unzureichende Dauerbeständigkeit der elastischen Elemente, so daß das Aufprallgeräusch nach Versprödung und Alterung der elastischen Elemente wieder auftreten kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge darzustellen, bei der die durch Spiel im Schneckengetriebe entstehenden Geräusche eliminiert werden, ohne die genannten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisende, gattungsgemäße elektrische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge gelöst.

Durch eine leichte radiale Vorspannung zwischen Schneckenwelle und Schneckenrad wird das Spiel im Schneckengetriebe eliminiert.

Bei der Auslegung der radialen Vorspannung müssen Vorspannweg und Vorspannkraft so aufeinander abgestimmt sein, daß die entstehenden Reibungskräfte nicht zu einem Verklemmen des Schneckengetriebes führen.

Durch Anpassung von Federlänge und Durchmesser der als Biegebalken ausgebildeten Schneckenwelle kann die Steifigkeit und damit die Funktionsfähigkeit des Schneckengetriebes variiert werden.

Die Schneckenwelle ist zweiteilig ausgeführt wobei ein Teil die Funktion des Biegebalkens übernimmt und das andere Teil zur Begrenzung des Federweges dient. Durch entsprechende Dimensionierung und Materialauswahl von innenliegendem und außenliegendem Schneckenwellenteil kann die Charakteristik bestimmt werden, die die federnde Schneckenwelle unter Last darstellt.

Zur Aufnahme von Verzahnungskräften wird entweder die Schneckenwelle oder ein Antriebsritzel in einem, einen Freiheitsgrad aufweisenden, einstellbaren Lager aufgenommen.

Die als Biegebalken ausgeführte Schneckenwelle ist zusätzlich in der Lage als Torsionsfeder zu wirken, und Kräfte, die bei einem plötzlichen Anhalten des Elektromotors, zum Beispiel wenn an einen mechanischen Anschlag gelenkt wird, abzuschwächen, und so die auftretende Stoßbelastung zu reduzieren.

Die radiale Vorspannung der als Biegebalken ausgeführten Schneckenwelle kann dadurch erfolgen, daß in einem Gehäuse eine Nut vorgesehen ist, in dem die Schneckenwelle eingehängt und dadurch vorgespannt wird. Durch eine zusätzliche Federbelastung kann die Vorspannung noch verstärkt werden. In einer erweiterten Funktionsvariante erfolgt die radiale Vorspannung durch ein federbelastetes Druckstück, das über eine Stellschraube in dem Gehäuse gesichert ist.

Nachfolgend sind anhand der Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung prinzipgemäß beschrieben.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrisch unterstützten Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit einer durch ein Gehäuse vorgespannten Schneckenwelle und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer elektrisch unterstützten Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit einer durch ein federbelastetes Druckstück vorgespannten Schneckenwelle.
1 zeigt eine erfindungsgemäße, elektrisch unterstützten Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge, die ein Gehäuse 1 aufweist, in dem ein elektrischen Antriebsmotor 2 in Lagern 3 und 4 gelagert ist. Das Gehäuse 1 kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Bei einer mehrteiligen Ausführung sind die einzelnen Gehäuseteile über Zuganker miteinander verbunden. Eine Schnecke 5 ist mit einer Antriebswelle 6 des elektrischen Antriebsmotors 2 drehfest verbunden. Die Antriebswelle 6 treibt ein Schneckenrad 7 an, das in hier nicht dargestellter Weise mit einem Antriebsritzel einer Hilfskraftlenkung in Wirkverbindung steht.
Die Antriebswelle 6 des elektrischen Antriebsmotors 2 ist zweiteilig ausgeführt. Ein äußeres Wellenteil 8 dient zur Begrenzung des Federweges und ein inneres Wellenteil 9 dient zur Festlegung der Steifigkeit des Systems. Das innere Wellenteil 9 ist drehfest mit der Schnecke 5 verbunden. Die Antriebswelle 6 wirkt als Biege- und Torsionsfeder, da sie auftretende Verzahnungskräfte und Drehmomente aufnehmen kann.
Zur Einstellung einer radialen Vorspannung wird die Antriebswelle 6 in dem Gehäuse 1 so gelagert, daß sie nur noch einen Freiheitsgrad aufweist. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierfür eine Nut 10 in dem Gehäuse 1 vorgesehen. Ebenso könnte jedoch auch ein Pendellager verwendet werden.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge. Hierbei wird die radiale Vorspannung der Antriebswelle 6 dadurch bewerkstelligt, daß die mit dem inneren Wellenteil 9 drehfest verbundene Schnecke 5 durch ein mit einer Feder 11 belastetes Druckstück 12 über ein Zwischenstück 13 verbunden ist. Über die Dimensionierung und Werkstoffauswahl der Feder 11 kann die Vorspannung variiert werden.

1: Gehäuse
2: elektrischer Antriebsmotor
3: Lager
4: Lager
5: Schnecke
6: Antriebswelle
7: Schneckenrad
8: äußeres Wellenteil
9: inneres Wellenteil
10: Nut
11: Feder
12: Druckstück
13: Zwischenstück

Claims

Elektrische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit einer Eingangswelle, die mit einem Lenkhandrad in Wirkverbindung steht und die zur Übertragung eines für das Lenken von zu lenkenden Rädern erforderlichen Drehmomentes dient, einem Ausgangsglied, das mit den zu lenkenden Rädern in Wirkverbindung steht, einem elektrischen Antriebsmotor (2), durch den eine Hilfskraft auf das Ausgangsglied ausgeübt werden kann, einem drehelastischen Glied, das die Eingangswelle und das Ausgangsglied derart miteinander verbindet, daß zwischen der Eingangswelle und dem Ausgangsglied eine begrenzte Verdrehbewegung möglich ist, und einem als Schneckengetriebe ausgebildeten Untersetzungsgetriebe, das mit dem elektrischen Antriebsmotor (2) und dem Ausgangsglied in Wirkverbindung steht, wobei eine mit dem Schneckengetriebe in Wirkverbindung stehende Antriebswelle (6) des elektrischen Antriebsmotors (2), die eine Schnecke (5) trägt, als Biegebalken ausgebildet ist und so vorgespannt wird, daß das Schneckengetriebe spielfrei arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schnecke (5) tragende Antriebswelle (6) mindestens zweiteilig ausgeführt ist, wobei mit einem inneren Wellenteil (9) die Steifigkeit und über ein äußeres Wellenteil (8) der Federweg eingestellt werden kann.
Elektrische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (6) durch ein mit mindestens einer Feder (11) belastetem Druckstück (12) vorgespannt wird.