DE102007024328A1

DE102007024328A1 - Elektromechanische Lenkung mit einem koaxialen Motor

Info

Publication number: DE102007024328A1
Application number: DE102007024328A
Authority: DE
Inventors: Joachim Thies
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2008-11-27

Abstract

Eine elektromechanische Lenkung umfasst ein Lenkgetriebegehäuse (2), eine Lenkstange (3), die sich durch das Lenkgetriebegehäuse (2) erstreckt, einen koaxial zu der Lenkstange (3) angeordneten Elektromotor (7) mit einem Rotor (11) und einem Stator (12), und eine Kugelgewindemutter (8), die mit der Lenkstange (3) in Eingriff steht und mit dem Rotor (11) des Elektromotors (7) derart gekoppelt ist, um ein Antriebsmoment des Elektromotors (7) in eine Axialkraft an der Lenkstange (3) zu übersetzen. Dabei ist der Rotor (11) des Elektromotors (7) an zwei axial voneinander beabstandeten Endabschnitten (13, 14) über jeweils ein Lager (15, 16) am Lenkgetriebegehäuse (2) drehbar gelagert. Weiterhin ist die Kugelgewindemutter (8) lösbar an einen axialen Endabschnitt (13) des Rotors (11) angekoppelt. Hierdurch ist es möglich, für den Elektromotor und eine aus Kugelgewindemutter (8) und Lenkstange (3) gebildete Antriebseinheit eine unabhängige Vorprüfung vorzunehmen und als fehlerhaft erkannte Systemkomponenten ohne großen Aufwand rechtzeitig auszutauschen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung mit einem koaxialen Motor, umfassend ein Lenkgetriebegehäuse, eine Lenkstange, die sich durch das Lenkgetriebegehäuse erstreckt, einen koaxial zu der Lenkstange angeordneten Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator, und eine Kugelgewindemutter, die mit der Lenkstange in Eingriff steht und mit dem Rotor des Elektromotors derart gekoppelt ist, um ein Antriebsmoment des Elektromotors in eine Axialkraft an der Lenkstange zu übersetzen.
Lenkungen dieser Bauart sind beispielsweise aus der EP 0 963 900 A1 , der DE 102 23 863 A1 und der DE 103 36 856 A1 bekannt. Bei derartigen Lenkungen wird das Antriebsmoment des Elektromotors über einen Kugelgewindetrieb an der Lenkstange zur Wirkung gebracht, welche über Spurstangen mit den Fahrzeugrädern gekoppelt ist, um den Fahrer eines Kraftfahrzeugs beim Lenken zu unterstützen, aktive Lenkungseingriffe vorzunehmen oder im Fall einer fehlenden mechanischen Kopplung zwischen einem Lenkrad und der Lenkstange vom Fahrer vorgegebene Lenkbefehle in entsprechende Axialbewegungen der Lenkstange umzusetzen.
Elektromechanische Lenkungen müssen vor ihrer Inbetriebnahme auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft werden. Dabei wird angestrebt, schadhafte Systemkomponenten möglichst frühzeitig zu erkennen und auszusondern. Insbesondere können im Bereich des Kugelgewindetriebs und des Elektromotors Herstellungsfehler auftreten, die sich spätestens bei einer Prüfung der Funktionsfähigkeit bemerkbar machen. Die vorstehend genannten Lenkungen sind jedoch im Hinblick auf eine Prüfung dieser Systemkomponenten unvorteilhaft, da bei Feststellen eines Fehlers ein großer Handhabungsaufwand bzw. Ausschuss bei nicht demontierten Komponenten entsteht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Lenkung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein frühzeitiges Erkennen von fehlerhaften Systemkomponenten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine elektromechanische Lenkung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenkung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Rotor des Elektromotors an zwei axial voneinander beabstandeten Endabschnitten über jeweils ein Lager am Lenkgetriebegehäuse drehbar gelagert ist, und die Kugelgewindemutter lösbar an einen axialen Endabschnitt des Rotors angekoppelt ist.
Hierdurch ist es möglich, für den Elektromotor und die Antriebseinheit, das heißt die Kugelgewindemutter und die Lenkstange, jeweils eine unabhängige Vorprüfung vorzunehmen, wobei der Elektromotor hierbei bereits im Lenkgetriebegehäuse montiert sein kann. Eine solche Vorprüfung ist bei den Lenkungen bekannter Bauart nicht möglich, da eine vollständige Lagerung des Elektromotors und der Antriebseinheit im Lenkgetriebegehäuse, welche bei den bekannten Lenkungen zur Vorprüfung erforderlich ist, erst durch das Zusammenfügen dieser Systemkomponenten erzielt wird. Wird bei den bekannten Lenkungen ein Fehler festgestellt, müssen die Komponenten zunächst insgesamt demontiert, die fehlerhafte Komponente ausgetauscht und die gesamte Einheit neu montiert werden. Oftmals werden der Elektromotor und die Antriebseinheit miteinander verpresst, wodurch eine Demontage zusätzlich erschwert wird. Diese im Stand der Technik bestehenden Probleme werden mit der erfindungsgemäßen Lösung behoben.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer elektromechanischen Lenkung nach der Erfindung, und in
2 eine Detailansicht des Elektromotors und der Antriebseinheit der Lenkung aus 1.
Das Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 zeigt eine elektromechanische Fahrzeuglenkung 1, die hier beispielhaft als Zahnstangenlenkung mit Hilfsantrieb für ein Personkraftfahrzeug ausgebildet ist.
Die Fahrzeuglenkung 1 umfasst ein Lenkgetriebegehäuse 2, durch das sich eine Lenkstange 3 erstreckt. An den Enden der Lenkstange 3 ist jeweils eine zu einem lenkbaren Fahrzeugrad führende Spurstange 4 über ein Spurstangengelenk 5 angeschlossen.
In das Lenkgetriebegehäuse 2 leitet eine Lenksäule 6, die mit einem Lenkrad verbunden ist. Die Lenksäule 6 weist ein Ritzel auf, das innerhalb des Lenkgetriebegehäuses 2 mit einem verzahnten Abschnitt der Lenkstange 3 kämmt, um einen vom Fahrer am Lenkrad aufgebrachten Lenkbefehl in eine Axialbewegung der Lenkstange 3 umzusetzen.
Die Fahrzeuglenkung 1 umfasst weiterhin einen Elektromotor 7, der koaxial um die Lenkstange 3 angeordnet ist. Der Elektromotor 7 ist in dem Lenkgetriebegehäuse 2 aufgenommen und an diesem abgestützt. Über den Elektromotor 7 kann an der Lenkstange 3 eine Hilfskraft bereitgestellt werden, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen. Bei einem Ausfall der elektrischen Lenkkraftunterstützung kann das Fahrzeug weiterhin manuell gelenkt werden. In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist es jedoch auch möglich, einen fahrerseitigen Lenkbefehl bzw. die Stellung des Lenkrads ausschließlich mittels Sensoren zu erfassen und die erfassten Stellungsinformationen, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Regeleinrichtung, zur Ansteuerung des Elektromotors 7 zu verwenden.
Zur Umsetzung des Antriebsmoments des Elektromotors 7 in eine Axialkraft an der Lenkstange 3 dient ein Kugelgewindetrieb, der eine Kugelgewindemutter 8 aufweist. Diese ist an ihrem Innenumfang mit einem Kugelgewindeabschnitt 9 versehen, welcher über nicht näher dargestellte Kugeln mit einem Kugelgewindeabschnitt 10 der Lenkstange 3 kämmt. Bei einer Rotation der Kugelgewindemutter 8 wird folglich die Lenkstange 3 axial verschoben. Anstelle einer Kugelgewindemutter 8 kann alternativ auch eine Rollengewindemutter vorgesehen werden.
Der Elektromotor 7 umfasst einen als Hohlwelle ausgebildeten Rotor 11 sowie einen um diesen angeordneten Stator 12. Während der Stator 12 im Lenkgetriebegehäuse 2 axial und drehfest abgestützt ist, weist der Rotor 11 einen Drehfreiheitsgrad auf. Hierzu ist der Rotor 11 an zwei axial voneinander beabstandeten Endabschnitten 13 und 14, die beidseits axial aus dem Stator 12 hinausragen, über jeweils ein Lager 15 bzw. 16 am Lenkgetriebegehäuse 2 drehbar gelagert. Wie 2 zeigt, sind die Lager 15 und 16, die vorzugsweise als Wälzlager ausgeführt sind, axial zu beiden Seiten des Elektromotors 7 bzw. Stators 12 angeordnet. Der Elektromotor 7 kann somit zusammen mit den Lagern 15 und 16 in das Lenkgetriebegehäuse 2 montiert und mit diesem zu einer Baueinheit zusammengefasst werden. Diese Baueinheit kann unabhängig von der Montage weiterer Systemkomponenten vorgeprüft werden.
Die Kugelgewindemutter 8 ist an einen Endabschnitt 13 des Rotors 11 lösbar angekoppelt. Hierdurch kann die Kugelgewindemutter 8 unabhängig von der Lagerung des Elektromotors 7 verbaut werden. Es ist somit weiterhin möglich, eine aus der Lenkstange 3 und der Kugelgewindemutter 8 gebildete Antriebseinheit unabhängig von dem Elektromotor 7 einer Vorprüfung zu unterziehen.
Wird an einer der Systemkomponenten ein Fehler festgestellt, kann diese ohne großen Aufwand ausgesondert und durch eine funktionierende Komponente ersetzt werden. Wird ein Fehler im zusammenmontierten Zustand festgestellt, können beide Einheiten sehr einfach und ohne die Gefahr einer gegenseitigen Beschädigung voneinander getrennt werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rotor 11 axial über das Lager 15 hinaus verlängert. Die Kugelgewindemutter 8 ist an diesen überstehenden Abschnitt 17 des Rotors 11 angekoppelt.
Der überstehende Abschnitt 17 an dem Rotor 11 kann als radialer Flansch 18 neben dem Lager 15 ausgebildet sein. An der Kugelgewindemutter 8 kann ein entsprechender radialer Flansch 19 vorgesehen werden, der sich an einer dem Lager 15 abgewandten Stirnseite des Flansches 18 des Rotors 11 abstützt.
Beide Flansche 18 und 19 können beispielsweise durch Gewindebolzen 20 axial miteinander verspannt werden. Die Flanschverbindung kann zudem einstellbar ausgeführt werden, so dass die Lage der Kugelgewindemutter 8 und der Lenkstange 3 relativ zu dem Lenkgetriebegehäuse 2 justiert werden kann.
Der Flansch 18 des Rotors 11 bildet bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Axialanlage für einen Innenring 21 des Lagers 15 aus. Der Innenring 21 des Lagers 15 ist zudem in die entgegengesetzte Axialrichtung an dem Endabschnitt 13 des Rotors 11 gesichert. Durch einen nicht näher dargestellten, mit dem Lenkgetriebegehäuse 12 verschraubbaren Lagerdeckel wird weiterhin der Außenring 22 des Lagers 15 in einer Richtung axial festgelegt.
In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann ein Innenlaufring des Lagers 15 integral an einem Außenumfangsabschnitt des Rotors 11 bzw. dem axialen Endabschnitt 13 desselben ausgebildet werden, wodurch sich eine in Radialrichtung sehr kompakte Bauweise erzielen lässt.
Weiterhin ist es möglich, zwischen der Kugelgewindemutter 8 und dem Rotor 11 ein Entkopplungselement einzugliedern. Das Entkopplungselement kann beispielsweise als elastische Scheibe oder Buchse zwischen den Flanschen 18 und 19 eingebaut werden. Hierdurch ist es möglich, die Kugelgewindemutter 8 von dem Elektromotor 7 zu entkoppeln und die akustischen Eigenschaften der Lenkung zu verbessern. Zudem kann das Entkopplungselement als Stoßdämpfer für die Lagerung des Rotors 11 dienen.
Vorzugsweise ist das Lenkgetriebegehäuse 2 derart ausgebildet, dass der Elektromotor 7 und die Kugelgewindemutter 8 von der gleichen Seite her in dieses montiert werden können. Wie 1 zeigt, stützt sich hierzu das als Loslager ausgeführte, weitere Lager 16 des Rotors 11 in Einschubrichtung axial an einem Innenabsatz 23 des Lenkgetriebegehäuses 2 ab.
Die vorstehend erläuterte Konfiguration ermöglicht eine einfache Vorprüfbarkeit der Systemkomponenten „Antriebseinheit" und „Elektromotor".

1: elektromechanische Fahrzeuglenkung
2: Lenkgetriebegehäuse
3: Lenkstange
4: Spurstange
5: Spurstangengelenk
6: Lenksäule
7: Elektromotor
8: Kugelgewindemutter
9: Kugelgewindeabschnitt
10: Kugelgewindeabschnitt
11: Rotor
12: Stator
13: erster axialer Endabschnitt des Rotors
14: zweiter axialer Endabschnitt des Rotors
15: Lager
16: Lager
17: überstehender Abschnitt
18: Flansch
19: Flansch
20: Gewindebolzen
21: Wälzlagerinnenring
22: Wälzlageraußenring
23: Innenabsatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0963900 A1 [0002]
- DE 10223863 A1 [0002]
- DE 10336856 A1 [0002]

Claims

Elektromechanische Lenkung mit einem koaxialen Motor, umfassend: ein Lenkgetriebegehäuse (2), eine Lenkstange (3), die sich durch das Lenkgetriebegehäuse (2) erstreckt, einen koaxial zu der Lenkstange (3) angeordneten Elektromotor (7) mit einem Rotor (11) und einem Stator (12), und eine Kugelgewindemutter (8), die mit der Lenkstange (3) in Eingriff steht und mit dem Rotor (11) des Elektromotors (7) derart gekoppelt ist, um ein Antriebsmoment des Elektromotors (7) in eine Axialkraft an der Lenkstange (3) zu übersetzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (11) des Elektromotors (7) an zwei axial voneinander beabstandeten Endabschnitten (13, 14) über jeweils ein Lager (15, 16) am Lenkgetriebegehäuse (2) drehbar gelagert ist, und die Kugelgewindemutter (8) lösbar an einen axialen Endabschnitt (13) des Rotors (11) angekoppelt ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Endabschnitt (13) des zwischen den Lagern (15, 16) verlaufenden Rotors (11) axial über ein Lager (15) hinaussteht und die Kugelgewindemutter (8) an den überstehenden Abschnitt (17) des Rotors (11) angekoppelt ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (11) an einem axialen Endabschnitt (13) einen Flansch (18) ausbildet und die Kugelgewindemutter (8) stirnseitig an den Flansch (18) angekoppelt ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (18) des Rotors (11) eine Axialanlage für das Lager (15) des zugehörigen Endabschnitts (13) ausbildet.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelgewindemutter (8) einen Flansch (19) ausbildet und mit diesem gegen die von dem Lager (15) abgewandte Seite des Flansches (18) des Rotors (11) angekoppelt ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (15) ein Wälzlager ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenlauffläche für Wälzkörper des Wälzlagers integral an dem zugehörigen Endabschnitt (13) des Rotors (11) ausgebildet ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kugelgewindemutter (8) und dem Rotor (11) ein Entkopplungselement zur akustischen Entkopplung eingegliedert ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (7) und die Kugelgewindemutter (8) von der gleichen Seite her im Lenkgetriebegehäuse (2) montierbar sind.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (7) unabhängig von der Kugelgewindemutter (8) und der Lenkstange (3) in das Lenkgetriebegehäuse (2) montierbar ist.