DE10039136A1 - Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem elektrischen Antriebsmotor, der über ein Getriebe mit lenkbaren Rädern in einer Wirkverbindung steht, wobei der Antriebsmotor eine um eine Achse (3) drehbare und zweiseitig in einem Gehäuse gelagerte Spindel (2) antreibt, wobei die Spindel (2) in Wälzlagern (10) gelagert ist, von denen wenigstens eines axial und/oder radial gegenüber dem Gehäuse (1) beweglich ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Derartige Lenkvorrichtungen sind als elektrische Servolenkungen beispielsweise aus der US 3,983,953 bekannt. Dort treibt ein Antriebsmotor eine Gewindespindel an, die wiederum über eine Verzahnung als Teil eines Getriebes mittelbar mit den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs in Verbindung steht. Der Antriebsmotor dient als Servomotor und liefert im Betriebe eine für die leichtgängige Bedienung der Lenkung erforderliche Lenkhilfskraft.

Bei derartigen Lenkungen ist das Getriebe, insbesondere die Spindel, nicht gedämpft, so daß Rückwirkungen das Getriebe unmittelbar belasten. Derartige Rückwirkungen treten insbesondere bei einem Endanschlag der Lenkung auf, bei dem die Lenkung in sehr kurzer Zeit zum Stillstand kommt. Das Trägheitsmoment des Motors wirkt dabei auf das Getriebe, dessen Belastungen hierbei etwa doppelt so hoch sind wie die im Fahrbetrieb auftretenden Maximalbelastungen.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Belastungen, die auch auf den Antriebsmotor durchgreifen können, zu reduzieren. Diese Aufgabe wird von einer Lenkvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Weil die Spindel in Wälzlagern gelagert ist, von denen wenigstens eines axial und/oder radial gegenüber dem Gehäuse beweglich ist, kann die Spindel gegenüber dem Gehäuse Axial- oder Radialbewegungen von geringer Amplitude ausführen. Die durch die Störungseinflüsse bewegte Masse wird dadurch verkleinert. Hierdurch reduzieren sich die mechanischen Belastungen der beteiligten Bauelemente.

Vorzugsweise weisen die Lager jeweils eine äußere Lagerschale, eine innere Lagerschale und eine Anzahl von Wälzkörpern auf, wobei die äußeren Lagerschalen eine Einfassung aus einem gummiplastischen Werkstoff aufweisen. Um eine trotz der federnd beweglichen Lagerung definierte Ruheposition der Spindel zu erzielen, sind die Lager vorzugsweise vorgespannt montiert, indem insbesondere die Lagersitze in dem Gehäuse nicht koaxial ausgerichtet sind.

Besonders geeignet als Lager sind Axialschrägkugellager oder Axialschrägnadellager. Diese können sowohl axial als auch radial auftretende Kräfte besonders gut aufnehmen.

Eine Entkopplung der im Gehäuse geringfügig beweglichen Spindel von dem Antriebsmotor wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß der Antriebsmotor mittels einer elastischen Kupplung im wesentlichen drehfest mit der Welle gekoppelt ist. Der Antriebsmotor ist dabei mit seiner Abtriebswelle vorzugsweise koaxial zu der Spindel ausgerichtet.

Die Lenkung ist vorzugsweise von der Bauart einer elektrischen Servolenkung. Alternativ kann sie von der Bauart einer elektrischen Steer-by-Wire-Lenkung sein.

Es ist weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lager für die Lagerung einer im Gehäuse geringfügig beweglich zu lagernden Spindel zu schaffen. Diese Aufgabe wird von einem Axialschrägwälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weil die äußere Lagerschale eine radiale und/oder axiale gummielastische Einfassung aufweist, kann das Lager gegenüber dem Gehäuse die erforderlichen Bewegungen ausführen.

Schließlich wird die erstgenannte Aufgabe durch die Verwendung eines mit gummielastischer Einfassung versehenen Axialschrägwälzlagers zur Lagerung einer Welle in einer elektrischen Lenkvorrichtung gelöst.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer elektrischen Lenkvorrichtung im Bereich der Spindel in einem Querschnitt parallel zur Axialrichtung.

In der Fig. 1 ist eine in einem Gehäuse 1 gelagerte Welle oder Spindel 2 dargestellt, die um eine Achse 3 drehbar ist. Die Spindel 2 weist hierzu zwei voneinander wegweisende kegelförmige Stützflächen 4 auf, die im Bereich einstückig an die Spindel 2 angeformter Bereiche 5 größeren Durchmessers rotationssymmetrisch zur Achse 3 ausgebildet sind. Zwischen den Bereichen 5 trägt die Spindel 2 eine schraubenförmige Verzahnung 6, die zum Antrieb eines weiteren, nicht dargestellten Getriebeelements dient.

Das Gehäuse 1 weist weiter an zwei sich gegenüberliegenden Stirnflächen 7 eines im wesentlichen zylindrischen Innenraums 8 Lagersitze 9 für zwei die Lagerung der Spindel 2 bewirkende Wälzlager 10 auf.

Die Wälzlager 10 sind ihrerseits gegenüber den Lagersitzen 9 sowohl in Axialrichtung als auch in Radialrichtung mit einer Einfassung 11 aus einem gummielastischen Material versehen. Die Wälzlager 10 stützen sich dabei jeweils mit einer Außenschale 12 gegen die Einfassung 11 ab. Im übrigen sind die Wälzlager in an sich bekannter Weise ausgebildet, beispielsweise in der Bauform eines Axialschrägnadellagers.

Ein eingangsseitiger Wellenstumpf 13 der Spindel 2 steht mit einer Abtriebswelle 14 eines nicht dargestellten Servomotors drehfest in Verbindung. Dabei ist die Kopplung zwischen der Abtriebswelle 14 des Servomotors und dem Wellenstumpf 13 von einer in geringem Umfang flexiblen Kupplung 15 bewirkt, die wiederum über elastische Elemente 16 Relativbewegungen zwischen der Abtriebswelle 14 und dem Wellenstumpf 13 erlaubt.

In der Praxis und insbesondere im Fahrbetrieb können Rückwirkungen der gelenkten Räder über die nicht dargestellten Komponenten des Lenkgetriebes auf die Verzahnung 6 der Spindel 2 einwirken. Diese Rückwirkungen bewirken radial und axial auf die Spindel 2 einwirkende Kräfte, die durch Verformung der Einfassungen 11 aufgenommen und letztlich gegenüber dem Gehäuse 1 sowie gegenüber der Motorwelle 14 gedämpft werden. Die Belastungen der Lager 10 und der übrigen, mit dem Gehäuse 1 verbundenen Komponenten, die nicht dargestellt sind, werden dadurch erheblich reduziert. Im Endeffekt kann damit auch die Dimensionierung der Lager 10 verringert werden. Etwaige im Betrieb auftretende Verlagerungen der Spindel 2 gegenüber dem Gehäuse 1 und damit gegenüber der Abtriebswelle 14 des Servomotors werden auch von der Kupplung 15 kompensiert. Diese Kupplung erlaubt sowohl translatorische Bewegungen der Spindel 2 als auch Verkippungen der Achse 3 gegenüber der entsprechenden Achse der Abtriebswelle 14.

Als weiteren Bestandteil der Erfindung kann das jeweilige Wälzlager 10 im Bereich seiner äußeren Lagerschale 12 mit der Einfassung 11 verbunden werden. Es entsteht somit ein als einheitliches Bauelement montierbares Wälzlager mit angeformtem Federelement zur Abfederung von Axial- und Radialkräften. Derartige neue Lager können auch bei anderen Konstellationen Anwendung finden, in denen eine Welle gegenüber einem Gehäuse in geringem Maße beweglich gelagert werden soll.

Die Einfassungen 11 können je nach Bedarf aus einem gummi- oder kautschukähnlichen Werkstoff gefertigt werden, während auch rein synthetische Werkstoffe möglich sind. Je nach Anwendungsfall kann das Elastizitätsmodul und die Eigendämpfung des jeweiligen Materials gewählt werden, um den Anforderungen möglichst gut entsprechen zu können.

Claims (11)

1. Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem elektrischen Antriebsmotor, der über ein Getriebe mit lenkbaren Rädern in einer Wirkverbindung steht, wobei der Antriebsmotor eine um eine Achse (3) drehbare und zweiseitig in einem Gehäuse (1) gelagerte Spindel (2) antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (2) in Wälzlagern (10) gelagert ist, von denen wenigstens eines axial und/oder radial gegenüber dem Gehäuse (1) beweglich ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (10) jeweils eine äußere Lagerschale(12), eine innere Lagerschale und eine Anzahl von Wälzkörpern aufweisen und daß die äußeren Lagerschalen (12) eine Einfassung (11)aus einem gummielastischen Werkstoff aufweisen.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (10) vorgespannt montiert sind, insbesondere die Lagersitze (9) in dem Gehäuse (1) nicht koaxial ausgerichtet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (10) Axialschrägkugellager oder Axialschrägnadellager sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor mittels einer elastischen Kupplung (15) im wesentlichen drehfest mit der Spindel (2) gekoppelt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor mit einer Abtriebswelle (14) koaxial zu der Spindel (2) ausgerichtet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (2) eine Gewindespindel ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie von der Bauart einer elektrischen Servolenkung ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie von der Bauart einer elektrischen Steer-by-wire-Lenkung ist.

10. Axialschrägwälzlager, insbesondere in der Bauform eines Axialschrägnadellagers oder eines Axialschrägkugellagers, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Lagerschale (12) eine radiale und/oder axiale gummielastische Einfassung (9) aufweist.

11. Verwendung eines mit gummielastischer Einfassung (9) versehenen Axialschrägwälzlagers (10) zur Lagerung einer Welle (2) einer elektrischen Lenkvorrichtung.