DE102009046141A1

DE102009046141A1 - Lenkgetriebe für ein Lenksystem und Verfahren zur Montage desselben

Info

Publication number: DE102009046141A1
Application number: DE102009046141A
Authority: DE
Inventors: Helmut KNÖDLER; Michael Ochs
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2011-05-05

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Lenkgetriebe für ein Lenksystem mit einem Lenkgetriebegehäuse (1), in dem ein Lenkritzel (5) und eine Lenkspindel (11) gelagert sind, die über einen Drehstab (12) verbunden sind, um ein über die Lenkspindel (11) geführtes Drehmoment auf das Lenkritzel (5) zu leiten, wobei das Drehmoment eine Torsion des Drehstabes (12) bewirkt. Die Lenkspindel (11) weist einen sacklochförmigen Aufnahmeabschnitt (14) auf, in den ein Ende des Drehstabes (12) eingepasst ist. Vorzugsweise ist der sacklochförmige Aufnahmeabschnitt als eine Sacklochbohrung (14) ausgebildet, deren Innendurchmesser an den Außendurchmesser des einen Endes des Drehstabes (12) angepasst ist, insbesondere kleiner ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein damit ausgestattetes Lenksystem. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines solchen Lenkgetriebes.
Die in Lenksystemen eingesetzten Lenkgetriebe dienen dazu, die an der Lenkhandhabe (Lenkrad) vom Fahrer erzeugte Drehbewegung in eine Längsbewegung der Lenkmechanik, insbesondere in eine Auslenkung der Spurstangen, umzusetzen, wobei das vom Fahrer aufgebrachte Drehmoment keine zu große Belastung darstellen soll. Bei einer Zahnstangen-Lenkung weist das Lenkgetriebe dazu ein Lenkritzel auf, das in eine zur Lenkmechanik gehörende Zahnstange eingreift. Andere Lenkgetriebe, die insbesondere in Nutzfahrzeugen zum Einsatz kommen, weisen einen Kugelumlauf auf. Das von der Lenkradhabe kommende Drehmoment wird über eine Lenkspindel auf das Lenkgetriebe geführt. Bei Hilfskraftlenkungen wird zusätzlich zu dem manuell an der Lenkhandhabe erzeugten Drehmoment ein unterstützendes Hilfsdrehmoment bzw. eine Hilfskraft erzeugt. Üblicherweise sorgt eine Regelung dafür, dass das Hilfsdrehmoment bzw. die Hilfskraft kontinuierlich an das vom Fahrer aktuell aufgebrachte Drehmoment angepasst ist. Dazu wird häufig ein Drehstab zwischen Lenkspindel und Lenkritzel eingesetzt, der als Torsionsstab dient und somit eine Sensorfunktion für die Regelung des Hilfsdrehmoments bzw. der Hilfskraft ausführt. Bei hydraulischen Hilfskraftlenkungen ist der Drehstab mit einem Drehschieberventil versehen, das den Durchfluss bzw. Druck des Hydraulikmittels und folglich die erzeugte Hilfslenkkraft bestimmt.
In einer klassischen Hilfskraftlenkung, wie sie z. B. in der hydraulischen Hilfskraftlenkung, die in DE-OS-2913484 beschrieben wird, ist der Drehstab an einem Ende mit einem ersten (oberen) Lenkspindelteil und an dem anderen Ende mit einem zweiten (unteren) Lenkspindelteil jeweils über einen Querstift verbunden. Um bei der Montage der Lenkung die hydraulische Mitte einstellen zu können, muss die Konstruktion so gestaltet sein, dass der Drehstab zumindest mit einem seiner beiden Enden hervorragt, so dass er in einer neutralen Position festgehalten werden kann, während die Lenkspindel bzw. der damit verbundene Drehschieber verdreht wird, bis die hydraulische Mitte eingestellt ist. Bei der dortigen Konstruktion ragt der Drehstab am unteren Ende aus der Lagerung hervor. Diese Lösung erfordert jedoch den Einsatz von Dichtungen im unteren Teil der Konstruktion.
Aus der DE 3634215 C2 ist eine hydraulische Hilfskraftlenkung bekannt, bei der ein Drehstab (dort „3” in 1) mit einem Ende mit einem Lenkspindelanschluss (s. oberen Bereich des Drehschiebers „2” in der 1) über einen Querstift befestigt ist und mit dem anderen Ende (s. unterer Bereich der 1) ebenfalls mit einem Querstift befestigt ist, und zwar an der Steuerbüchse. Um bei der Montage die hydraulische Mitte des Drehschieberventils einstellen zu können, durchstößt der Drehstab am oberen Ende den Lenkspindelanschluss und ragt dort hervor. Dadurch muss aber der Lenkspindelanschluss wie eine Hohlwelle gestaltet sein und kann nicht durch einen Rundstab aus Vollmaterial realisiert werden, Dass wiederum verlangt eine ausreichend starke Dimensionierung (Wandstärke, Durchmesser) des Lenkspindelanschlusses. Außerdem können die an dem Lenkspindelanschluss vorgesehenen Riefen und Einkerbungen nicht spanlos hergestellt werden. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist auch, dass die Drehstablänge abhängig von der Lenkspindellänge bzw. Lenkspindelanschlusslänge, welche von Fahrzeug zu Fahrzeug unterschiedlich sein kann, jeweils angepasst werden muss.
Es ist jedoch bekannt, dass gerade durch die Dimensionierung des Drehstabs (u. a. Material, Größe, Länge) maßgeblich das Lenkverhalten verändert wird. Wünschenswert wäre es, ein Lenkgetriebe zu haben, in das Drehstäbe einfach montiert werden können, wobei möglichst eine einheitliche Drehstablänge vorgesehen sein kann.
Demnach ist es Aufgabe der Erfindung, ein Lenkgetriebe vorzuschlagen, bei dem die oben genannten Nachteile überwunden werden. Insbesondere soll das Lenkgetriebe für eine einfache Montage einheitlich langer Drehstäbe geeignet sein.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach weist die Lenkspindel oder das Lenkritzel einen sacklochförmigen Aufnahmeabschnitt auf, in den ein Ende des Drehstabes eingepasst ist. In diesen Aufnahmeabschnitt kann der Drehstab bis zu einer gewünschten Position bzw. Eindringtiefe eingeführt und eingepasst werden. Die Dimension des Aufnahmeabschnitts ist auf eine einheitliche Drehstablänge hin optimiert, wobei Bauteiltoleranzen aufgefangen werden.
Denn der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in vielen Lenksystemen, bei denen keine hydraulische Mitte eingestellt werden muss, insbesondere in elektrischen Hilfskraftlenksystemen, keine Stelle vorgesehen werden muss, an der der Drehstab mit einem Ende hervorragt. Daher kann der Drehstab an demjenigen Ende, an dem er herkömmlicherweise hervorragen würde, in das dortige Bauteil, Lenkspindel oder Lenkritzel aufgenommen werden. Das wiederum macht die Konstruktion sehr kompakt und erspart zudem Dichtungsmaßnahmen. Außerdem kann die Lenkspindel zumindest in ihrem Kopfbereich aus Vollmaterial bestehen und somit auch schlanker dimensioniert und spanlos bearbeitet werden.
Der sacklochförmige Aufnahmeabschnitt wird vorzugsweise mit einem zum Drehstabende passenden Querschnitt versehen. Sowohl in der Lenkspindel wie auch in dem Lenkritzel bzw. der Welle des Lenkritzels kann jeweils ein sacklochförmiger Aufnahmeabschnitt vorgesehen sein. Vorzugsweise wird zumindest die Lenkspindel mit einem solchen Aufnahmeabschnitt versehen. Das andere Ende des Drehstabs kann auch in herkömmlicher Weise an dem Lenkritzel mittels Querstift oder dergleichen befestigt werden. Der Aufnahmeabschnitt ist vorzugsweise als Sacklochbohrung ausgebildet, deren Innendurchmesser an den Außendurchmesser des einen Endes des Drehstabes angepasst ist, insbesondere kleiner ist. Somit kann der Drehstab bei der Montage sehr schnell und positionsgenau mit diesem Ende in die passgenaue Sacklochbohrung hineingedrückt bzw. eingepresst werden, um eine feste Presspassung auszubilden. Eine weitere Befestigung mittels Querstift ist nicht erforderlich. Jedoch kann es in einigen Anwendungsfällen vorteilhaft sein, wenn zusätzlich zu der Presspassung auch das Ende des Drehstabes in dem sacklochförmigen Aufnahmeabschnitt mit einem Befestigungselement, insbesondere einem Stift, in einer bzw. der vorgebbaren Montageposition fixiert ist.
Durch die Erfindung kann das Lenkgetriebe sehr kompakt gestaltet sein. Insbesondere bei elektrischen Hilfskraftlenkungen kann dadurch auch die Sensorik direkt an das Lenkgetriebegehäuse angeordnet oder gar vollkommen darin integriert werden.
Vorgeschlagen wird auch ein Lenksystem, das mit einem erfindungsgemäßen Lenkgetriebe ausgestattet ist. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine elektrische Hilfskraftlenkung. Außerdem wird ein Verfahren zur Montage eines solchen Lenkgetriebes vorgeschlagen, beim dem in einem ersten Schritt der Drehstab montiert wird, indem ein Ende des Drehstabes in einen sacklochförmigen Aufnahmeabschnitt eingepasst wird, der an der Lenkspindel oder an dem Lenkritzel vorgesehen ist. Dies kann ausgeführt werden, indem zum Einpassen des Drehstabes dieser in den sacklochförmigen Aufnahmeabschnitt bis zu einer vorgebbaren Position eingeführt und dann eingepresst wird. Außerdem kann dann in einem nachfolgenden Schritt die Einheit aus Drehstab und Lenkspindel bzw. Lenkritzel montiert werden, indem das andere Ende des Drehstabes an dem Lenkritzel bzw. an der Lenkspindel mit einem Befestigungselement, insbesondere einem Stift, befestigt wird. Der Montagevorgang wird deutlich vereinfacht und beschleunigt.
Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich auch aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, welche folgende schematischen Darstellungen wiedergeben:
1 zeigt im Längsschnitt den Aufbau eines Lenkgetriebes für eine Zahnstangenlenkung mit Drehstab im Sensorikbereich;
2 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren, das zur Montage des Drehstabes ausgeführt wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zahnstangen-Hilfskraftlenkung beschrieben, ist aber auch auf andere Hilfskraftlenkungen, beispielsweise Hilfskraftlenkungen mit Kugelumlaufmutter, anwendbar.
Die 1 zeigt ein Lenkgetriebe mit einem Lenkgetriebegehäuse 1, in dem ein Lenkritzel 5 drehbeweglich gelagert ist, das in eine Zahnstange 3 eingreift, wobei der Eingriff über ein Federelement 4 (sog. Druckstück) elastisch angefedert wird. Außerdem ist ein Sensorgehäuse bzw. ein Sensorbereich 2 vorgesehen, in dem eine Lenkspindel 11 drehbeweglich gelagert und axial mit der Welle des Lenkritzels 5 fluchtend angeordnet ist. Zwischen Lenkspindel 11 und der Welle des Lenkritzels 5 ist ein Drehstab 12 angeordnet. Das Lenkritzel 5 ist in einem Festlager 6 und einem Loslager 7 gelagert und kämmt mit der Verzahnung der Zahnstange 3. Die Lenkspindel 11 wiederum ist mittels eines Rohres 8 und der Lager 9 bzw. 10 koaxial zur Welle des Lenkritzels 5 gelagert. Das Rohr 8 wird von dem Drehstab 12 durchdrungen, der die Lenkspindel 11 mit dem Lenkritzel 5 verbindet und bei einem auftretenden Drehmoment sich wie ein Torsionsstab verhält.
Um den Drehstab 12 vor übermäßiger Torsion bzw. Verdrehung zu schützen, ist in dem Bereich 13 eine mechanische Mitnahme (nicht dargestellt) vorgesehen, welche ab einem bestimmten Torsionswinkel des Drehstabes 12 wirkt. Die Lenkspindel 11 hat zur Aufnahme eines Endes des Drehstabes 12 einen sacklochförmigen Aufnahmeabschnitt, der als Sacklochbohrung 14 ausgeführt ist. Das andere Ende des Drehstabes 12 ist an der Welle des Lenkritzels 5 mit einem Querstift 15 befestigt.
Die 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren 100 zur Montage des hier beschriebenes Lenkgetriebes, um den Drehstab 12 (s. 1) möglichst effektiv und mit geringem Aufwand in der richtigen Position einbauen und einstellen zu können.
In einem ersten Schritt 110 wird der Drehstab 12 montiert, indem eines seiner beiden Enden in den sacklochförmigen Aufnahmeabschnitt eingepasst wird, der an der Lenkspindel 11 vorgesehen ist. Zum Einpassen des Drehstabes 12 wird dieser in den sacklochförmigen Aufnahmeabschnitt, nämlich in die Sacklochbohrung 14, bis zu einer vorgebbaren Position eingeführt und dann eingepresst.
In einem nachfolgenden Schritt 120 wird dann die Einheit aus Drehstab 12 und Lenkspindel 11 montiert, indem das andere (untere) Ende des Drehstabes 12 an dem Lenkritzel 5 mit einem Befestigungselement, hier mit einem Stift 15, befestigt wird.
Dadurch dass der Drehstab 12 in einer Sacklochbohrung 14 befestigt wird, kann die Drehstablänge unabhängig von der Lenkspindellänge sein. Somit kann auch eine einheitliche Drehstablänge für verschieden lange Lenkspindeln 11 vorgesehen werden. Dies ist besonders vorteilhaft unter dem Gesichtspunkt der Vereinheitlichung von Bauteilen. Mit der hier vorgeschlagenen Lösung kann das Lenkgetriebe in Gestalt eines Bauteilekastens realisiert werden. Beispielsweise können die Längen des Lenkgetriebegehäuses 1, des Lenkritzels 5 und des Drehstabs 12 immer gleich sein.
Die vorgeschlagene Lösung ist auch sehr gut geeignet, Fertigungstoleranzen auszugleichen und dennoch eine sichere drehmoment-übertragende Verbindung zwischen Lenkspindel 11 und Lenkritzel 5 herzustellen.
Durch die hier beschriebene Konstruktion, insbesondere durch den sacklochförmigen Aufnahmebereich 14, braucht der Drehstab 12 nicht mittels eines O-Ringes nach außen hin abgedichtet zu werden. Außerdem weist die Lenkspindel 11 im Bereich 16 keine Durchgangsbohrung auf, sondern besteht dort aus Vollmaterial, was die Stabilität und Verarbeitungsmöglichkeit deutlich verbessert. Demnach kann der Bereich 16 auch spanlos bearbeitet werden, um dort z. B. eine Mitnahmeverzahnung 17 vorzusehen.
Bezugszeichenliste

1: Lenkgetriebegehäuse
2: Sensorgehäuse
3: Zahnstange
4: Druckstück
5: Lenkritzel
6: Festlager
7: Loslager
8: Rohr
9: Lager
10: Lager
11: Lenkspindel
12: Drehstab
13: Bereich
14: Aufnahmebereich (Sacklochbohrung)
15: Befestigungselement (Stift)
16: Lenkspindelkopf
17: Mitnahmeverzahnung
100: Verfahren zur Montage des Lenkgetriebes mit den Schritten 110 und 120

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2913484 A [0003]
DE 3634215 C2 [0004]

Claims

Lenkgetriebe für ein Lenksystem mit einem Lenkgetriebegehäuse (1), in dem ein Lenkritzel (5) und eine Lenkspindel (11) gelagert sind, die über einen Drehstab (12) verbunden sind, um ein über die Lenkspindel (11) geführtes Drehmoment auf das Lenkritzel (5) zu leiten, wobei das Drehmoment eine Torsion des Drehstabes (12) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkspindel (11) oder das Lenkritzel (5) einen sacklochförmigen Aufnahmeabschnitt (14) aufweist, in den ein Ende des Drehstabes (12) eingepasst ist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sacklochförmige Aufnahmeabschnitt als eine Sacklochbohrung (14) ausgebildet ist, deren Innendurchmesser an den Außendurchmesser des einen Endes des Drehstabes (12) angepasst ist, insbesondere kleiner als der Außendurchmesser ist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende des Drehstabes (12) in einer vorgebbaren Montageposition in den Aufnahmeabschnitt, insbesondere in dem als Sacklochbohrung (14) ausgebildeten Aufnahmeabschnitt, eingepresst ist.
Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende des Drehstabes (12) in dem sacklochförmigen Aufnahmeabschnitt (14) mit einem Befestigungselement, insbesondere einem Stift, in einer bzw. der vorgebbaren Montageposition fixiert ist.
Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende des Drehstabes (12) in dem sacklochförmigen Aufnahmeabschnitt (14) der Lenkspindel (11) aufgenommen ist und das andere Ende des Drehstabes (12) mit dem Lenkritzel (5) verbunden und dort mittels eines Befestigungselementes, insbesondere eines Stiftes, fixiert ist.
Lenksystem mit einem Lenkgetriebe, das ein Lenkgetriebegehäuse (1) aufweist, in dem ein Lenkritzel (5) und eine Lenkspindel (11) gelagert sind, die über einen Drehstab (12) verbunden sind, um ein über die Lenkspindel (11) geführtes Drehmoment auf das Lenkritzel (5) zu leiten, wobei das Drehmoment eine Torsion des Drehstabes (12) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkspindel (11) oder das Lenkritzel (5) einen sacklochförmigen Aufnahmeabschnitt (14) aufweist, in die ein Ende des Drehstabes (12) eingepasst ist.
Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem als ein elektrisches Hilfslenkkraftsystem ausgebildet ist.
Verfahren (100) zur Montage eines Lenkgetriebes, das ein Lenkgetriebegehäuse (1) aufweist, in dem ein Lenkritzel (5) und eine Lenkspindel (11) gelagert werden, wobei diese über einen Drehstab (12) verbunden werden, um ein über die Lenkspindel (11) geführtes Drehmoment auf das Lenkritzel (5) zu leiten, wobei durch das Drehmoment eine Torsion des Drehstabes (12) bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt (110) der Drehstab (12) montiert wird, indem ein Ende des Drehstabes (12) in einen sacklochförmigen Aufnahmeabschnitt (14) eingepasst wird, der an der Lenkspindel (11) oder an dem Lenkritzel (5) vorgesehen ist.
Verfahren (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einpassen des Drehstabes (12) dieser in den sacklochförmigen Aufnahmeabschnitt (14) bis zu einer vorgebbaren Montageposition eingeführt und dann eingepresst wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem nachfolgenden Schritt (120) die Einheit aus Drehstab (12) und Lenkspindel (11) bzw. Lenkritzel (5) montiert wird, indem das andere Ende des Drehstabes (12) an dem Lenkritzel (5) bzw. an der Lenkspindel (11) mit einem Befestigungselement, insbesondere einem Stift, befestigt wird.