DE102008009107A1

DE102008009107A1 - Untersetzungsgetriebe mit Schnecke und Schneckenrad

Info

Publication number: DE102008009107A1
Application number: DE102008009107A
Authority: DE
Inventors: Hervé Martin
Original assignee: JTEKT Europe SAS
Current assignee: JTEKT Europe SAS
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2028-02-15
Also published as: DE102008009107B4

Abstract

Ein Untersetzungsgetriebe weist in einem Gehäuse (1) eine Schnecke (2) auf, die drehfest mit einem motorischen Antriebsorgan (4) zu koppeln ist und drehbar in Führungslagern (5, 7) gelagert ist, welche in Aufnahmen (6, 8) mit einer im allgemeinen zylindrischen Form gelagert sind, die in dem Gehäuse (1) auf beiden Seiten der Schnecke (2) vorgesehen sind. Ein elastischer Dämpfungsring (9), der um einen Außenring von einem (7) der Führungslager montiert ist, das sich gegenüber dem Antriebsorgan (4) befindet, weist Einrichtungen (12) zum Halten einng zwischen der Wand der Aufnahme (8) des gegenüber dem Antriebsorgan (4) befindlichen Führungslagers (7) und dem Außenring des Lagers (7) auf, wobei ng dazu vorgesehen ist, an einer vorgegebenen Stelle der Wand der Aufnahme (8) des Führungslagers (7) angeordnet zu werden, so daß sie das Führungslager (7) in der Richtung (F) einer Verringerung eines Achsenabstandes zwischen der Achse der Schnecke (2) und der Achse des Schneckenrades (3) drückt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mechanisches Untersetzungsgetriebe mit Schnecke und Schneckenrad, das insbesondere einen Teil einer elektrischen Servolenkung für ein Kraftfahrzeug darstellt, wobei das Untersetzungsgetriebe bei dieser Anwendung zwischen den elektrischen Servomotor und ein bewegliches Element der Lenkungsanlage geschaltet ist.
In elektrischen Servolenkungen sind die von dem Ritzel geforderten Drehmomente hoch und die geforderten Drehzahlen niedrig, so daß der elektrische Servomotor zumeist mit einem Übertragungsmechanismus zum Reduzieren der Drehzahl und somit zum Erhöhen des Drehmomentes kombiniert ist. Man bevorzugt hierbei die Verwendung eines Untersetzungsgetriebes von dem Typ mit Schnecke und Schneckenrad, das wegen seines hohen Untersetzungsverhältnisses gewählt wird.
Die Schnecke kann koaxial mit der Welle des elektrischen Servomotors gelagert und drehfest mit dieser Welle verbunden sein, während das mit der Schnecke in Eingriff stehende Schneckenrad beispielsweise drehfest mit der Lenksäule des betreffenden Fahrzeugs gekoppelt ist, um den Drehantrieb dieser Lenksäule oder des Lenkungsritzels zu unterstützen.
Wie alle anderen Zahnradgetriebetypen unterliegt auch ein Untersetzungsgetriebe mit Schnecke und Schneckenrad dem Einfluß eines Eingriffsspiels der Verzahnungen, das die Ursache von Stoßbelastungen zwischen dem Schneckenrad und der Schnecke darstellt und dadurch in der Lenkung unterwünschte Erschütterungen und Geräusche her vorruft. Wenn sich nämlich die auf das Schneckenrad des Untersetzungsgetriebes aufgebrachte Beanspruchung aufgrund einer Betätigung durch den Fahrer des Fahrzeugs oder der Einwirkung des Straßenprofils auf das Fahrwerk umkehrt, tritt ein "Wippen" der Schnecke in Bezug auf das Rad auf.
Nach einer Drehung des Schneckenrades, die dem Wert seines Winkel-Eingriffsspiels entspricht, und wenn die Umkehrung der Beanspruchung genügend schnell erfolgt, ereignet sich beim Wiedereintritt des Kontaktes der jeweiligen Verzahnungen von Schneckenrad und Schnecke eine Stoßbelastung, die ein Klappergeräusch hervorruft.
Um dieses Geräusch zu verringern, das die Folge des Spiels im Untersetzungsgetriebe ist, sind bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, um dieses Spiel zu mindern und unter Kontrolle zu bringen.
Hierbei handelt es sich im allgemeinen darum, eine Feder vorzusehen, die eine Rückstellkraft auf ein Lager aufbringt, welches die Schnecke führt, und es somit ermöglicht, die Schnecke und das Schneckenrad unter unterschiedlichen Fahrbedingungen in Kontakt miteinander zu halten, was jedoch einen metallischen Kontakt zwischen dem Außenring des Lagers und der Feder impliziert, der ebenfalls Geräusche erzeugen kann.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diesen Nachteil zu vermeiden, und betrifft zu diesem Zweck ein mechanisches Untersetzungsgetriebe von dem Typ mit Schnecke und Schneckenrad, das in einem Gehäuse eine Schnecke aufweist, die drehfest mit einem motorischen Antriebsorgan zu koppeln ist und drehbar in Führungslagern gelagert ist, welche in Aufnahmen mit einer im allgemeinen zylindrischen Form montiert sind, die in dem Gehäuse auf beiden Seiten der Schnecke vorgesehen sind, wobei ein elastischer Dämpfungsring um einen Außenring von einem der Führungslager herum montiert ist, das sich gegenüber dem Antriebsorgan befindet.
Hierbei weist der elastische Dämpfungsring eine Halteeinrichtung zum Halten einer elastischen Einrichtung zur Spielbeseitigung zwischen der Wand des gegenüber dem Antriebsorgan befindlichen Führungslagers und dem Außenring des Lagers auf, wobei die elastische Einrichtung zur Spielbeseitigung dazu vorgesehen ist, an einer vorgegebenen Stelle der Wand der Aufnahme des Führungslagers angeordnet zu werden, so daß sie über den elastischen Dämpfungsring eine Kraft aufbringt, welche das Führungslager in der Richtung einer Verringerung eines Achsenabstandes zwischen der Achse der Schnecke und der Achse des Schneckenrades drückt.
Somit besteht der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke darin, an einem elastischen Dämpfungsring, der ein Führungslager der Schnecke umgibt, Einrichtungen zum Halten einer elastischen Einrichtung zur Spielbeseitigung vorzusehen, die derart angeordnet ist, daß sie die jeweiligen Verzahnungen der Schnecke und des Schneckenrades miteinander in Kontakt hält. Der elastische Dämpfungsring bildet eine "Lagerbuchse", die es ermöglicht, einen metallischen Kontakt zwischen dem Lagerring und der elastischen Einrichtung zur Spielbeseitigung zu verhindern.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Außenwand des Dämpfungsrings mindestens zwei vorspringende und zu beiden Seiten der Halteeinrichtung der elastischen Einrichtung zur Spielbeseitigung verteilt angeordnete Verdickungen oder Rippen zum Begrenzen eines Radialspiels auf. Diese Verdickungen ermöglichen es, ein Radialspiel zwischen dem Lager und seiner Aufnahme zu verringern: der Dämpfungsring ermöglicht es somit, unerwünschte Verlagerungen des Lagers in der Seitenrichtung zu begrenzen und unter Kontrolle zu bringen, gleichzeitig aber Verlagerungen in der Richtung des Achsabstands zwischen der Schnecke und dem Schneckenrad zu ermöglichen, so daß die Leistungsfähigkeit des Untersetzungsgetriebes verbessert wird.
Die Innenwand des Dämpfungsrings kann ferner eine Vielzahl von vorspringenden und symmetrisch verteilten Verdickungen oder Rippen zu Einstellzwecken aufweisen.
Bei einer Ausführungsform ist die elastische Einrichtung zur Spielbeseitigung eine Blattfeder, die so gebogen ist, daß sie ein im wesentlichen ebenes Fußplattenteil sowie ein dem Fußplattenteil gegenüber konkaves Abstützteil bildet, wobei ferner der elastische Dämpfungsring einen in seiner Breite vorgesehenen Halteschlitz aufweist, der dazu bestimmt ist, das Fußplattenteil der Feder zur Spielbeseitigung aufzunehmen, wobei deren Abstützteil dazu bestimmt ist, sich elastisch gegen die Wand der Aufnahme des Lagers in dem Gehäuse anzulegen.
Bei einer anderen Ausführungsform ist die elastische Einrichtung zur Spielbeseitigung eine Wendelfeder oder Schraubenfeder oder ein aus einem Elastomermaterial hergestellter Block, die bzw. der auf einer auf der Außenwand des Dämpfungsrings vorgesehenen Haltefläche montiert ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die elastische Einrichtung zur Spielbeseitigung ein O-Ring oder torusförmiger Ring mit einem konstanten Querschnitt, der in einer ringförmigen Umfangsnut mit einer variablen Tiefe und gegebenenfalls mit einer variablen Breite montiert ist, die in der Außenwand des Dämpfungsrings vorgesehen ist.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
1 eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Untersetzungsgetriebes;
2 eine Ansicht eines Details D gemäß 1 im vergrößerten Maßstab;
3 eine perspektivische Ansicht eines Bauteils, das in den 1 und 2 dargestellt ist;
4 eine Querschnittansicht einer Schnecke des Untersetzungsgetriebes;
5 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante des Bauteils gemäß 3;
6 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsvariante des Bauteils gemäß 3;
7 eine Querschnittansicht einer dritten Ausführungsvariante des Bauteils gemäß 3;
8 eine Schnittansicht entlang der Linie U-U in 7;
9 eine Teilansicht im Schnitt entlang der Linie H-H in 8; und
10 eine Kurve, welche die Entwicklung einer Kraft, die von einer elastischen Spielverringerungseinrichtung auf ein Führungslager einer Schnecke des Untersetzungsgetriebes aufgebracht wird, in Abhängigkeit von einer Verlagerungsstrecke des Lagers zeigt.
1 zeigt ein mechanisches Untersetzungsgetriebe mit Schnecke 2 und Schneckenrad 3, das einen Teil einer elektrischen Servolenkung eines Kraftfahrzeugs darstellt.
Die Schnecke 2 ist koaxial zur Welle eines elektrischen Servomotors (nicht gezeigt) in einem Gehäuse 1 des Untersetzungsgetriebes montiert und drehfest mit dieser Welle 4 verbunden.
Das mit der Schnecke 2 in Eingriff stehende Schneckenrad 3 ist drehfest mit der Lenksäule (nicht dargestellt) oder dem Lenkungsritzel des Fahrzeugs verbunden, um den Drehantrieb der Lenksäule bzw. des Lenkungsritzels zu unterstützen.
Die Schnecke 2 ist drehbar in Führungslagern 5 und 7 gelagert, die in Aufnahmen bzw. Sitzen 6 und 8 mit einer im allgemeinen zylindrischen Form gelagert sind, welche in dem Gehäuse 1 auf beiden Seiten der Schnecke 2 vorgesehen sind.
Gemäß der Darstellung in 2 ist ein elastischer Dämpfungsring 9, der vorliegend aus einem gehärteten Acetalharz gebildet ist, das unter der Marke Delrin^® 500T NC010 erhältlich ist, um einen Außenring des Führungslagers 7 herum montiert, das der Welle 4 des Servomotors gegenüberliegend angeordnet ist.
Auf diesem elastischen Dämpfungsring 9 ist eine Feder 10 zur Spielbeseitigung zwischen der Wand der Aufnahme 8 des Lagers 7 und dem Außenring des Lagers 7 montiert.
Die Feder 10 zur Spielbeseitigung ist dazu vorgesehen, im oberen Bereich gemäß der Zeichnung, an einer vorgegebenen Stelle der Wand der Aufnahme 8 des Lagers 7 so angeordnet zu werden, daß sie das Lager 7 in der Richtung F zur Verringerung eines Abstands zwischen der Achse der Schnecke 2 und der Achse des Schneckenrades 3 drückt.
Hierbei ist die Feder zur Spielbeseitigung eine Blattfeder 10, die so gebogen ist, daß sie ein im wesentlichen ebenes Fußplattenteil 16 und ein dem Fußplattenteil 16 gegenüberliegendes konkaves Abstützteil 17 bildet.
Der elastische Dämpfungsring 9 weist einen Halteschlitz 12 auf (vgl. insbesondere 3), der in seiner Breite vorgesehen und dazu bestimmt ist, das Fußplattenteil 16 der Feder 10 zur Spielbeseitigung aufzunehmen, wobei deren Abstützteil 17 elastisch gegen die Wand der Aufnahme 8 des Lagers 7 im Gehäuse 1 anliegt.
Der Ring 9 ermöglicht es, die Feder 10 zur Spielbeseitigung so am Führungslager 7 anzubringen und zu halten, daß ein Kontakt zwischen der Feder 10 und dem Lager 7 oder zwischen dem Lager 7 und dem Gehäuse 1 vermieden wird.
Die Feder 10 bringt über den Ring 9 eine Kraft auf das Lager 7 auf, so daß unter allen Umständen ein Kontakt am Eingriffspunkt zwischen der Schnecke 2 und dem Schneckenrad 3 aufrechterhalten wird.
Die Außenwand des Dämpfungsrings 9 weist mindestens zwei Rippen 15 zum Begrenzen eines Radialspiels J1 auf, die sich in der Breite des Dämpfungsrings 9 auf beiden Seiten des Halteschlitzes 12 erstrecken und gegenüber diesem jeweils um etwa 90° versetzt angeordnet sind (vgl. 4).
Eine Vielzahl von Einstellrippen 18, die sich ebenfalls in der Breite des Dämpfungsrings 9 erstrecken, sind derart über die Innenwand des Dämpfungsrings 9 verteilt, daß sie diesen in Bezug auf den Außenring des Lagers 7 führen.
Auf der Außenwand des Dämpfungsrings 9 vorgesehene Rippen 20 bilden Endanschläge für den Ring (bzw. die Lagerbuchse) 9.
Weitere Rippen 19 zum Begrenzen von Verlagerungen in einer anderen Richtung können durch das Aufformen von Elastomermaterial auf den Ring 9 hergestellt werden, wobei sie es dann ermöglichen, eine Dämpfungswirkung zu erzielen.
Der elastische Dämpfungsring 9 ermöglicht es somit, insbesondere mit Hilfe der Rippen 15, Verlagerungen der Schnecke 2 entlang verschiedener Achsen zu begrenzen, insbesondere in der seitlichen Richtung L und entlang der anderen Achsen als derjenigen, in der ein Aufbringen der Kraft (F) der Feder 10 zur Spielbeseitigung erfolgt.
5 veranschaulicht eine Ausführungsvariante, bei der die Feder zur Spielbeseitigung eine Wendelfeder oder Schraubenfeder 110 ist, die auf einer Haltefläche 113 montiert ist, welche an der Außenwand des elastischen Dämpfungsrings 109 vorgesehen ist.
6 veranschaulicht noch eine andere, sehr ähnliche Ausführungsvariante, bei der die Feder zur Spielbeseitigung ein aus Elastomermaterial gefertigter Block 210 ist, der auf einer an der Außenwand des Dämpfungsrings 209 vorgesehenen Haltefläche 213 montiert ist.
Die 7 bis 10 veranschaulichen noch eine weitere Ausführungsvariante, bei der die Verringerung des Spiels nicht mehr mit einer Feder bewirkt wird, sondern mit einem torusförmigen Ring oder O-Ring 310 mit einem konstanten Querschnitt, der in einer ringförmigen, in der Außenwand des Dämpfungsrings 309 umfangsmäßig ausgebildeten Haltenut 314 montiert ist.
Die Tiefe und die Breite der Haltenut 314 sind variabel, so daß der O-Ring 310 im oberen Teil deutlich aus der Nut 314 vorsteht und durch seine elastische Verformung die Verlagerungen des Lagers 7 in seiner Aufnahme 8 dampft.
Der Umstand, daß der O-Ring 310 in den Zonen U und H einen verschiedenen Überstand aufweist, ermöglicht es, ein Dämpfungssystem mit einer Steifigkeit zu erhalten, die gemäß den übertragenen Momenten und somit den Verlagerungen variabel ist.
Der Überstand dH ist nämlich derart ausgebildet, daß zwischen dem O-Ring 310 und der Bohrung 308 des Gehäuses 301 ein Spiel J3 auftritt. Wenn die übertragenen Momente dazu führen, daß die Verlagerungen der Lagerbuchse 309 dem Spiel J3 zumindest äquivalent sind, arbeitet das System daher mit einer Steifigkeit K2, und zwar über eine Verlagerungsstrecke C4 (siehe 7 und 10), an deren Ende eine Berührung zwischen den Rippen 320 stattfindet, welche die Endanschläge der Lagerbuchse 309 in der Bohrung 308 des Gehäuses 301 darstellen.
Obgleich die Erfindung anhand von konkreten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist es dennoch offensichtlich, daß sie dadurch keineswegs eingeschränkt ist und alle beschriebenen technischen Äquivalente der beschriebenen Einrichtungen sowie auch deren Kombinationen mit umfaßt.

Claims

Mechanisches Untersetzungsgetriebe mit Schnecke (2) und Schneckenrad (3), das in einem Gehäuse (1) eine Schnecke (2) aufweist, die drehfest mit einem motorischen Antriebsorgan (4) koppelbar ist und drehbar in Führungslagern (5, 7) gelagert ist, welche in Aufnahmen (6, 8) mit einer im allgemeinen zylindrischen Form gelagert sind, die in dem Gehäuse (1) auf beiden Seiten der Schnecke (2) vorgesehen sind, wobei ein elastischer Dämpfungsring (9; 109; 209; 309) um einen Außenring von einem (7) der Führungslager herum montiert ist, das sich gegenüber dem Antriebsorgan (4) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Dämpfungsring (9; 109; 209; 309) eine Halteeinrichtung (12; 113; 213; 314) zum Halten einer elastischen Einrichtung (10; 110; 210; 310) zur Spielbeseitigung zwischen der Wand der Aufnahme (8) des gegenüber dem Antriebsorgan (4) befindlichen Führungslagers (7) und dem Außenring des Lagers (7) aufweist, wobei die elastische Einrichtung (10; 110; 210; 310) zur Spielbeseitigung dazu vorgesehen ist, an einer vorgegebenen Stelle der Wand der Aufnahme (8) des Führungslagers (7) angeordnet zu werden, so daß sie über den Ring (9; 109; 209; 309) eine Kraft (F) aufbringt, welche das Führungslager (7) in der Richtung (F) einer Verringerung eines Achsenabstands zwischen der Achse der Schnecke (2) und der Achse des Schneckenrades (3) drückt.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand des Dämpfungsrings (9; 109; 209; 309) mindestens zwei vorspringende Verdickungen (15) zum Begrenzen eines Radialspiels (J1) aufweist, die auf beiden Seiten der Halteeinrichtung (12; 113; 213; 314) der elastischen Einrichtung (10; 110; 210; 310) zur Spielbeseitigung verteilt angeordnet sind.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Dämpfungsrings (9; 109; 209; 309) eine Vielzahl von vorspringenden und symmetrisch verteilten Verdickungen (18) zur Einstellung aufweist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Einrichtung zur Spielbeseitigung eine Blattfeder (10) ist, die derart gebogen ist, daß sie ein im wesentlichen ebenes Fußplattenteil (16) sowie ein dem Fußplattenteil (16) gegenüber konkaves Abstützteil (17) bildet, und daß der elastische Dämpfungsring (9) einen in seiner Breite vorgesehenen Halteschlitz (12) aufweist, der dazu bestimmt ist, das Fußplattenteil (16) der Feder (10) zur Spielbeseitigung aufzunehmen, wobei deren Abstützteil (17) dazu dient, sich elastisch gegen die Wand der Aufnahme (8) des Lagers (7) in dem Gehäuse (1) anzulegen.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Einrichtung zur Spielbeseitigung eine Schraubenfeder (110) ist, die auf einer auf der Außenwand des Dämpfungsrings (109) vorgesehenen Haltefläche (113) montiert ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Einrichtung zur Spielbeseitigung ein aus einem Elastomermaterial gefertigter Block (210) ist, der auf einer auf der Außenwand des Dämpfungsrings (209) vorgesehenen Haltefläche (213) montiert ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Einrichtung zur Spielbeseitigung ein O-Ring (310) mit einem konstanten Querschnitt ist, der in einer ringförmigen Umfangshaltenut (314) mit einer variablen Tiefe und gegebenenfalls mit einer variablen Breite montiert ist, die in der Außenwand des Dämpfungsrings (309) vorgesehen ist.
Elektrische Servolenkungsanlage für ein Kraftfahrzeug, welche ein Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist, das zwischen einen elektrischen Servomotor und ein bewegliches Element des Lenkungsanlage geschaltet ist.