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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
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In einer als Zahnstangenlenkung ausgebildeten Fahrzeuglenkung wird ein Lenkbefehl als Drehbewegung manuell über ein Lenkrad, oder zusätzlich oder alternativ durch einen motorischen Stellantrieb in die Lenkwelle eingebracht, die an ein Lenkgetriebe angeschlossen ist. Das Lenkgetriebe weist ein mit der Lenkwelle verbundenes Lenkritzel auf, welches in die Verzahnung einer Zahnstange eingreift, die in dem Gehäuse des Lenkgetriebes in Richtung ihrer Längsachse, d.h. längsverschiebbar gelagert ist, so dass eine Drehung des Lenkritzels in eine translatorische Bewegung der Zahnstange in deren Längsrichtung umgesetzt wird. Die Zahnstange ist an Spurstangen angeschlossen, welche an den Achsschenkeln der zu lenkenden Räder angelenkt sind, so dass die translatorische Bewegung der Zahnstange in einen Lenkeinschlag der Räder umgesetzt wird.
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Um eine spielfreie und geräuscharme Lenkung zu gewährleisten, ist es bekannt, die die Zahnstange und das Lenkritzel in Richtung des Verzahnungseingriffs mittels eines Vorspanneinrichtung elastisch gegeneinander vorzuspannen, wie im Stand der Technik beispielsweise in der
DE 10 2012 012248 A1 oder der
DE 10 2012 003042 B4 beschrieben ist. Diese umfasst ein gleitbeweglich quer zur Längsrichtung in dem Gehäuse gelagertes Druckstück mit einer Gleitführung für die Zahnstange, welches von einer der Verzahnung abgewandten Seite mit einer vorgegebenen Vorspannkraft quer zur Längsrichtung gegen die Zahnstange angedrückt wird, so dass diese im Verzahnungseingriff gegen das Lenkritzel vorgespannt wird.
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Die auf das Druckstück wirkende Vorspannkraft wird mittels eines Federelements erzeugt, welches elastisch vorgespannt zwischen dem Druckstück und einem als Widerlager dienenden, an dem Gehäuse abgestützten Stellelement eingesetzt ist, beispielsweise einer in eine Gewindebohrung des Gehäuses quer zur Längsrichtung eingeschraubte Stellschraube. Die Höhe der Vorspannkraft kann durch Einschrauben der Stellschraube eingestellt werden.
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Als Federelement wird in dem Stand der Technik eine metallische Schraubenfeder eingesetzt. Diese ermöglicht zwar die zuverlässige Vorgabe der elastischen Vorspannkraft, nachteilig ist jedoch, dass durch Anschlagen der Feder am Gehäuse bei Lastwechseln, und auch durch Verkippen des Druckstücks eine unerwünschte Geräuschbildung auftreten kann.
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Ein Lenkgetriebe der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der gattungsbildenden
DE 102 22 183 A1 bekannt.
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Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Betriebseigenschaften eines Lenkgetriebes zu verbessern, insbesondere die Geräuschentwicklung zu verringern.
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Darstellung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Lenksystem gemäß Anspruch 15. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei einem Lenkgetriebe für ein Kraftfahrzeugs, umfassend ein Gehäuse, in dem eine Zahnstange in einer Längsrichtung verschieblich gelagert ist, und die eine Verzahnung aufweist, in die ein in dem Gehäuse drehbar gelagertes Lenkritzel eingreift, wobei eine Vorspanneinrichtung vorgesehen ist, die ein Druckstück aufweist, welches über ein Federelement gegen ein in dem Gehäuse festgelegtes Stellelement abgestützt ist und auf einer der Verzahnung gegenüberliegenden Seite in einer Vorspannrichtung quer zur Längsrichtung elastisch gegen die Zahnstange beaufschlagt ist, derart, dass die Zahnstange in den Verzahnungseingriff mit dem Lenkritzel gedrängt wird, wobei das Federelement ein Elastomer aufweist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Federelement im Elastomer ausgebildete Hohlräume aufweist, die als regelmäßig oder unregelmäßig geformte Kammern in dem Federelement ausgebildet sind, wobei Summe der Volumen der Hohlräume kleiner als 20% des Gesamtvolumens des Federelements ist.
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Das Federelement weist eine zumindest teilweise aus einem Elastomer ausgebildete Elastomerfeder auf, oder ist als eine solche ausgebildet. Dabei wird die als Federkraft von dem gespannten Elastomer ausgeübte Vorspannkraft zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, durch elastische Verformung eines Elastomerkörpers erzeugt.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Federelement im Elastomer ausgebildete Hohlräume oder Kammern aufweist. Durch die Hohlräume oder Kammern können die akustischen Eigenschaften weiter verbessert werden. Die Hohlräume sind als regelmäßig oder unregelmäßig geformte Kammern in dem Federelement ausgebildet, wobei die Summe der Volumen der Hohlräume kleiner als 20% des Gesamtvolumens/Hüllvolumens des Federelements ist.
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Dadurch, dass das Elastomer weicher ist als der üblicherweise für metallische Federn, beispielsweise Schraubenfedern, eingesetzte Federstahl, treten beim Anschlagen des Federelements gegen das Gehäuse keine störenden Klappergeräusche mehr auf, oder zumindest wird das Betriebsgeräusch auf oder unterhalb eines akzeptablen Niveaus verringert. Dadurch können vorteilhafte akustische Eigenschaften realisiert werden.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass bei einem Elastomerkörper bei Belastung eine mehrdimensionale elastische Verformung auftritt, beispielsweise eine Verkürzung oder Stauchung in Vorspannrichtung, wobei quer dazu eine - bevorzugt gleichmäßig verteilte - Querschnittsvergrößerung auftritt. Dadurch kann eine vergrößerte Quersteifigkeit des Federelements quer zur Vorspannrichtung bereitgestellt werden, die höher sein kann als bei einer Schraubenfeder, die quer zur Schraubenachse des Federdrahts eine relativ geringe Biegesteifigkeit hat, welche zu einem unerwünschten Verkippen und Klappern des Druckstücks führen kann. Ein Vorteil der Elastomerfeder ist daher, dass durch die höhere Quersteifigkeit Verkippungen und Querbewegungen des Druckstücks unterdrückt werden, wodurch die Geräuschentwicklung weiter reduziert wird. Die verbesserte Querabstützung durch die höhere Quersteifigkeit des Druckstücks sorgt weiterhin für ein verbessertes, gleichmäßigeres Gleitverhalten der Zahnstange relativ zum Druckstück.
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Durch innere Reibung bei Verformung weist ein Elastomer verglichen mit metallischen Werkstoffen eine relativ hohe Dämpfungswirkung auf. Durch diese Dämpfungswirkung werden auftretende Kraftspitzen und Auslenkungen abgefedert und zugleich gedämpft, so dass Klappergeräusche und Vibrationen wirksam reduziert werden. Außerdem wird die Bewegung beim Rückfedern gebremst, so dass Anschlaggeräusche minimiert werden. Dies kommt den angestrebten akustischen Eigenschaften zugute.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass durch das Elastomermaterial direkte Metall-Metall-Kontakte im Lenkgetriebe vermieden werden können, wodurch Verschleiß verringert werden kann.
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Es kann vorteilhaft sein, dass das Elastomer eine Shore A-Härte zwischen 40 und 80 aufweist. In diesem Bereich der Shore A-Härte, welche die Härte von Weich-Elastomeren definiert, kann eine elastische Verfombarkeit zur Realisierung einer jederzeit ausreichenden und zuverlässigen elastischen Vorspannkraft sichergestellt werden, und gleichzeitig eine hinreichend hohe Quersteifigkeit, um das Druckstück abzustützen und die Klapperneigung zu reduzieren.
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Zur Bestimmung der Shore A-Härte wird ein Prüfgewicht von 1 kg für 15 s auf das Werkstück, sprich auf das Federelement, gedrückt. Der Prüfstift besitzt hierfür eine flache Spitze (kegelstumpfförmig) mit 0,79 mm Durchmesser bei einem Öffnungswinkel von 35°. Die Eindringtiefe des Prüfstifts wird auf einer Skala von 0 bis 100 Shore A-Härte gemessen. Hierbei entsprechen 2,5 mm Eindringtiefe einer Härte von 0 Shore A-Härte und die Eindringtiefe 0 mm 100 Shore A-Härte.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung kann vorsehen, dass das Elastomer eine Shore A-Härte zwischen 50 bis 70 aufweist. Dieser Härtebereich ermöglich eine weitere Optimierung für in der Praxis auftretende Betriebsparameter, welche unter anderem statische Parameter wie beispielsweise die Höhe der Vorspannkraft, den verfügbaren Einbauraum und die dadurch bestimmten Abmessungen des Federelements, sowie dynamische Parameter wie beispielsweise die Frequenzen und die Amplituden der auftretenden Störeinflüsse umfassen können.
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Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Elastomer eine Shore A-Härte von 60 aufweist. Diese Härte kann im Hinblick auf eine ausgewogene, qualitative Optimierung unter Berücksichtigung der im realen Betrieb zu erwartenden vorgenannten statischen und dynamischen Parameter erfolgen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Elastomer ein Silikon ist. Silikon kann in einem weiten Härtebereich mit vorteilhaften Eigenschaften zur Verfügung gestellt werden, und ermöglicht eine Anpassung an die erforderlichen Eigenschaften mit relativ geringem konstruktiven und fertigungstechnischem Aufwand. Es kann beispielsweise ein Vinyl-Methyl-Silikon (VMQ) eingesetzt werden, welches in der bevorzugten Shore A-Härten erhältlich ist und eine hohe Langzeit- und Temperaturstabiltät aufweist.
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Eine vorteilhafte Ausführung kann vorsehen, dass das Elastomer ein thermoplastisches Elastomer ist. Gummielastisches thermoplastisches Elastomer ist in den erfindungsgemäß bevorzugten Shore A-Härtebereichen verfügbar und zeichnet sich durch vorteilhafte elastische Eigenschaften aus. Ein weiterer besonderer Vorteil ist die Möglichkeit der Verarbeitung in Kunststoff-Spritzgussverfahren, wodurch eine hohe konstruktive Freiheit und Anpassung bezüglich der Abmessungen und Formgebungen, sowie eine besonders rationelle Massenfertigung ermöglicht wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Federelement eine progressive Federcharakteristik aufweist. Dadurch kann eine nichtlineare Federkennlinie mit einem überproportionalen Anstieg der Federkraft über die Auslenkung realisiert werden. Die progressive Steifigkeit verringert und begrenzt die Auslenkung bei von außen einwirkenden Störimpulsen. Dadurch kann die kinetische Energie wirksam abgefangen werden. Insbesondere mit der vorangehend beschriebenen inneren Dämpfung des Elastomers kann eine besonders effektive Geräuschdämpfung realisiert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Stellelement eine Stellschraube aufweist, die in eine Gewindebohrung in dem Gehäuse eingeschraubt ist. Der Einsatz einer Stellschraube, die in eine in der Vorspannrichtung quer zur Längsrichtung in das Gehäuse eingebrachte Gewindebohrung eingeschraubt ist, ist im Prinzip bekannt. Dabei wird die in Richtung der Vorspannkraft quer zur Längsrichtung stehende Achse der Stellschraube als Vorspannachse oder Schraubenachse bezeichnet. Eine axiale oder radiale Ausrichtung von Funktionsteilen innerhalb der Vorspanneinrichtung meint im Folgenden eine Anordnung bezüglich dieser Vorspannachse. Das Elastomer ist erfindungsgemäß im axialen Kraftfluss zwischen der Stellschraube und dem Druckstück angeordnet. Bevorzugt ist es innerhalb der Gewindebohrung angeordnet. Die Vorspannkraft wird erhöht durch Einschrauben der Stellschraube, wobei das Elastomer axial gegen das Druckstück angepresst und elastisch gegen seine Federkraft komprimiert wird. Entsprechend wird das Druckstück mit der als Vorspannkraft wirkenden Federkraft gegen die Zahnstange belastet, wodurch der Verzahnungseingriff vorgespannt wird.
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Es ist vorteilhaft, dass das Federelement koaxial zu einer in Vorspannrichtung gerichteten Vorspannachse angeordnet ist. Die zur Vorspannachse symmetrische, koaxiale Anordnung ermöglicht eine hohe Quersteifigkeit in allen Querrichtungen, und dadurch ein optimierte Querabstützung bezüglich quer auf das Druckstück einwirkender äußerer Störkräfte. Außerdem ist sichergestellt, dass die Quersteifigkeit erhalten bleibt, auch wenn das Federelement beim Einschrauben der Stellschraube um die Schraubenachse verdreht werden sollte.
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Es kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass das Federelement hohlzylindrisch ausgebildet ist. Dazu kann erfindungsgemäß ein zumindest abschnittweise, bevorzugt durchgehend, rohrförmiger Federkörper aus Elastomer bereitgestellt werden, der einen hohlzylindrischen Elastomerkörper bildet. Ein Vorteil ist, dass ein derartiger Elastomerkörper rationell und sicher auf oder in einer zylindrisch ausgestalteten Aufnahme des Druckstücks und/oder der Stellschraube montiert werden kann, beispielsweise durch axiales Aufpressen. Eine koaxiale Anbringung kann einfach dadurch realisiert sein, dass die Zylinderachse des Elastomerkörpers mit der Vorspann- oder Schraubenachse ausgerichtet wird. Bei der hohlen Ausgestaltung ist weiterhin vorteilhaft, dass in montiertem Zustand der Vorspanneinrichtung durch die Öffnung hindurch das Spiel des Druckstücks relativ zum Gehäuse gemessen und überwacht werden kann.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Federelement mit dem Druckstück und/oder dem Stellelement quer zur Vorspannrichtung spielfrei verbunden ist. Die spielfreie Verbindung verhindert eine Bewegung des Federelements relativ zum Druckstück bzw. zum Stellelement quer zur Vorspannrichtung, so dass an diesen Stellen keine Geräuschbildung auftreten kann. Dabei kann die spielfreie Verbindung mit dem durch das erfindungsgemäße Elastomer beispielsweise durch einen Presssitz ausgebildet sein, beispielsweise durch axiales Auf- oder Einpressen eines hohlzylindrischen Elastomerkörpers auf oder in einen korrespondierenden zylindrischen Abschnitt des Druckstücks oder Stellelements. Unabhängig davon, ob das Gehäuse aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff gefertigt ist, kann durch das Elastomer eine ausreichende Gleitfähigkeit relativ zum Gehäuse vorgegeben werden, so dass Reibung reduziert und somit die Funktion der Vorspanneinrichtung langfristig und unter sämtlichen Betriebsbedingungen sichergestellt ist.
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Es ist möglich, dass das Federelement mit dem Druckstück und/oder dem Stellelement stoffschlüssig verbunden ist. Ein stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Verschweißen oder Verkleben realisiert sein und hat den Vorteil, dass das Federelement sicher in seiner Position fixiert ist, und an der Fügestelle keine Geräuschbildung auftreten kann.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung kann vorsehen, dass das Federelement im Kunststoff-Spritzguss an das Druckstück und/oder das Stellelement angespritzt ist. Durch das Anspritzen des schmelzflüssigen Elastomers kann in einem Arbeitsgang mit der Fertigung der Elastomerfeder im Kunststoff-Spritzgussverfahren eine feste und unlösbare stoffschlüssige Integration der Elastomerfeder erzeugt werden, beispielsweise mit einer Stellschraube oder einem Druckstück. Die Verbindung kann durch eingebettete Formschlusselemente noch belastbarer ausgestaltet werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch das an die Stellschraube oder das Druckstück angespritzte Federelement eine einteilige, integrierte Baugruppe gebildet wird, welche eine vereinfachte Fertigung und Montage ermöglicht.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Druckstück und/oder das Stellelement einen Kunststoff aufweist. So können das Druckstück und die Stellschraube mit Vorteil zumindest teilweise als Kunststoff-Spritzgussteil aus einem thermoplastischen Polymer ausgebildet sein, wodurch eine rationelle Fertigung ermöglicht wird. Außerdem kann verglichen mit metallischen Bauteilen ein vorteilhaft geringeres Gewicht realisiert werden. Durch Einsatz faserverstärkter Kunststoffe kann eine hinreichend hohe Festigkeit und Steifigkeit sichergestellt werden. Darüber hinaus bietet sich die fertigungstechnisch vorteilhafte Möglichkeit, das Federelement einstückig mit dem Druckstück oder dem Stellelement im Zweikomponenten-(2K-) Spritzguss zu fertigen.
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Bei einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Lenkwelle, die mit einem Lenkritzel eines Lenkgetriebes wirkverbunden ist, welches eine mit lenkbaren Rädern verbindbare Zahnstange aufweist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Lenkgetriebe ausgebildet ist gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungen, oder Kombinationen davon. Dadurch kann ein leiserer und verschleißärmerer Betrieb des Lenksystems realisiert werden. Außerdem kann der Fertigungsaufwand reduziert werden, beispielsweise durch Einsatz von Kunststoff-Spritzgussverfahren. Darüber hinaus kann durch Einsatz von Kunststoffen und Elastomeren Gewicht eingespart werden.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug-Lenksystem in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
- 2 ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe in einer freigestellten perspektivischen Ansicht,
- 3 das Lenkgetriebe gemäß 2 in einer teilweise auseinander gezogenen Darstellung,
- 4 einen Querschnitt durch das Lenkgetriebe orthogonal zur Zahnstange,
- 5 eine erste Explosionsdarstellung einer Vorspanneinrichtung des Lenkgetriebes, und
- 6 Vorspanneinrichtung gem. 5 in einer zweiten Explosionsdarstellung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist ein als elektromechanische Hilfskraftlenkung ausgebildetes Kraftfahrzeug-Lenksystem 100 schematisch dargestellt, wobei über ein Lenkrad 102 ein manuelles Lenk-Drehmoment (Lenkmoment) als Lenkbefehl in eine Lenkwelle 1 eingebracht werden kann.
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Das Lenkmoment wird über die Lenkwelle 1 auf ein Lenkritzel 104 übertragen, welches in einem Lenkgetriebe 3 um eine Achse L drehbar gelagert ist und mit einer Verzahnung 106 einer Zahnstange 2 in Verzahnungseingriff steht. Dadurch bewirkt eine Drehung der Lenkwelle 1 je nach Drehrichtung eine Verschiebung der Zahnstange 2 in dem Lenkgetriebe 3 in ihrer Längsrichtung, d.h. in Richtung ihrer Längsachse Z, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet ist. Durch die Verschiebung der damit verbundenen Spurstangen 108 wird der vorgegebene Lenkwinkel auf die lenkbaren Räder 110 des Kraftfahrzeugs übertragen.
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Die Achse L steht quer zur Längsachse Z.
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Eine elektrische Hilfskraftunterstützung kann in Form einer eingangsseitig mit der Lenkwelle 1 gekoppelten Hilfskraftunterstützung 112, einer mit dem Lenkritzel 104 gekoppelten Hilfskraftunterstützung 114 und/oder einer mit der Zahnstange 2 gekoppelten Hilfskraftunterstützung 116 vorgesehen sein. Die jeweilige Hilfskraftunterstützung 112, 114 oder 116 koppelt ein Hilfsdrehmoment in die Lenkwelle 1 und/oder das Lenkritzel 104 und/oder eine Hilfskraft in die Zahnstange 2 ein, wodurch der Fahrer bei der Lenkarbeit unterstützt wird. Die drei unterschiedlichen, in der 1 dargestellten Hilfskraftunterstützungen 112, 114 und 116 zeigen mögliche Positionen für deren Anordnung.
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Üblicherweise ist nur eine einzige der gezeigten Positionen mit einer Hilfskraftunterstützung 112, 114 oder 116 belegt. Das Hilfsdrehmoment bzw. die Hilfskraft, welche zur Unterstützung des Fahrers mittels der jeweiligen Hilfskraftunterstützung 112, 114 oder 116 aufgebracht werden soll, wird unter Berücksichtigung eines von einem Drehmomentsensor 118 ermittelten, vom Fahrer eingebrachten Lenkmoments bestimmt. Alternativ oder in Kombination mit der Einbringung des Hilfsdrehmoments kann von der Hilfskraftunterstützung 112, 114, 116 ein zusätzlicher Lenkwinkel in das Lenksystem eingebracht werden, der sich mit dem vom Fahrer über das Lenkrad 102 aufgebrachten Lenkwinkel summiert.
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Die Lenkwelle 1 weist eingangsseitig eine mit dem Lenkrad 102 verbundene Eingangswelle 10 und ausgangsseitig eine mit der Zahnstange 2 über das Lenkritzel 104 verbundene Ausgangswelle 12 auf. Die Eingangswelle 10 und die Ausgangswelle 12 sind drehelastisch über einen in der 1 nicht zu erkennenden Drehstab miteinander gekoppelt. Damit führt ein von einem Fahrer über das Lenkrad 102 in die Eingangswelle 10 eingetragenes Drehmoment immer dann zu einer Relativdrehung der Eingangswelle 10 bezüglich der Ausgangswelle 12, wenn die Ausgangswelle 12 sich nicht exakt synchron zu der Eingangswelle 10 dreht. Diese Relativdrehung zwischen Eingangswelle 10 und Ausgangswelle 12 kann über einen Drehwinkelsensor gemessen werden und entsprechend aufgrund der bekannten Torsionssteifigkeit des Drehstabes ein entsprechendes Eingangsdrehmoment relativ zur Ausgangswelle 12 bestimmt werden. Auf diese Weise wird durch die Bestimmung der Relativdrehung zwischen Eingangswelle 10 und Ausgangswelle 12 der Drehmomentsensor 118 ausgebildet. Ein solcher Drehmomentsensor 118 ist prinzipiell bekannt und kann beispielsweise eine elektromagnetische Sensoranordnung, oder durch eine andere Messung der Relativverdrehung realisiert werden.
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Entsprechend wird ein Lenkmoment, welches von dem Fahrer über das Lenkrad 102 auf die Lenkwelle 1 beziehungsweise die Eingangswelle 10 aufgebracht wird, nur dann den Eintrag eines Hilfsdrehmoments durch eine der Hilfskraftunterstützungen 112, 114, 116 bewirken, wenn die Ausgangswelle 12 gegen den Drehwiderstand des Drehstabs relativ zu der Eingangswelle 10 verdreht wird.
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Der Drehmomentsensor 118 kann auch alternativ an der Position 118' angeordnet sein, wobei dann die Durchbrechung der Lenkwelle 1 in Eingangswelle 10 und Ausgangswelle 12 und die drehelastische Kopplung über den Drehstab entsprechend an einer anderen Position vorliegt, um aus der Relativverdrehung der über den Drehstab mit der Eingangswelle 10 gekoppelten Ausgangswelle 12 eine Relativdrehung und damit entsprechend ein Eingangsdrehmoment und/oder ein einzubringendes Hilfsdrehmoment bestimmen zu können.
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Die Lenkwelle 1 gemäß 1 ist durch Kreuzgelenke 120 gelenkig mit der Ausgangswelle 112 und dem Lenkritzel 104 gekuppelt ist, so dass der Verlauf der Lenkwelle 1 im Kraftfahrzeug an die räumlichen Gegebenheiten angepasst werden kann.
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In 2 ist das Lenkgetriebe 3 in montiertem Zustand einer freigestellten perspektivischen Ansicht gezeigt. 4 zeigt einen Querschnitt A-A senkrecht zur Längsachse Z der Zahnstange 2.
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Das Lenkgetriebe 3 weist ein Gehäuse 31 auf, welches beispielsweise einen Grundkörper aus Metall aufweisen kann, beispielsweise aus Aluminium- oder Magnesiumguss. In dem Gehäuse 31 ist die Zahnstange 2 in Richtung ihrer Längsachse Z längsverschiebbar gelagert, und die Lenkwelle 1 mit dem Lenkritzel 104 ist um die Achse L drehbar gelagert. Dabei steht das Lenkritzel 104 mit der Verzahnung 106 der Zahnstange 2 in Verzahnungseingriff, wie in 4 ersichtlich ist.
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Eine Vorspanneinrichtung 4 weist eine Stellschraube 41 auf, die in ein korrespondierendes Innengewinde in einer Bohrung 32 eingeschraubt ist, welche sich in Richtung einer Vorspannachse V erstreckt, welche die Vorspannrichtung bezeichnet. Die Vorspannachse V ist identisch mit der Schraubenachse der Stellschraube 41.
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Die Bohrung 32 erstreckt sich im Bereich der Zahnstange 2 quer zur Längsachse Z und zur Achse L. Bevorzugt kann die Vorspannachse V die Längsachse L schneiden, wie in der in 4 gezeigten Ausführung.
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In der Bohrung 32 ist ein Druckstück 42 in Richtung der Vorspannachse V verschiebbar gelagert, und liegt auf einer der Verzahnung 106 bezüglich der Längsachse Z abgewandten Seite an der Zahnstange 2, wobei diese an dem Druckstück 42 in ihrer Längsrichtung gleitend geführt ist.
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Axial bezüglich der Vorspannachse V ist zwischen der Stellschraube 41 und dem Druckstück 42 erfindungsgemäß ein Elastomer in Form einer Elastomerfeder 5 angeordnet, so dass die Elastomerfeder 5 ein erfindungsgemäßes Federelement (5) aus Elastomer bildet.
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Wird die Stellschraube 41 in die Bohrung 32 eingeschraubt, wird das Druckstück 42 über die Elastomerfeder 5 in Richtung der Vorspannachse V axial gegen die Zahnstange 2 elastisch belastet. Die Verzahnung 106 der Zahnstange 2 wird entsprechend mit der durch die Vorspannung erzeugten elastischen Federkraft der Elastomerfeder 5 in den Verzahnungseingriff mit dem Lenkritzel 104 gedrängt, wie in 4 mit dem Pfeil angedeutet.
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In 3 sind die Stellschraube 41, das Druckstück 42 und die Elastomerfeder 5 in Richtung der Vorspannachse V schematisch auseinandergezogen dargestellt. Diese Explosionsdarstellung ist in zwei unterschiedlichen Ansichten vergrößert in den 5 und 6 gezeigt, und zwar von der Längsachse Z aus gesehen vom Gehäuse 31 schräg nach außen gerichtet (5), und schräg von außen in Richtung auf das Gehäuse 31 zu (6). Die gegen die hier nicht gezeigte Zahnstange 2 gerichtete Vorspannrichtung ist mit dem Pfeil angegeben.
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Die Stellschraube 41 kann als Kunststoff-Spritzgussteil aus einem thermoplastischen Polymer ausgebildet sein, gegebenenfalls faserverstärkt. Alternativ kann die Stellschraube 41 aus einer Zamak-Legierung ausgebildet sein. Sie weist umfangsseitig ein Außengewinde 411 auf. Auf seiner axialen Außenseite ist ein Werkzeugansatz 412 in Form eines Innensechskants einstückig eingeformt. Eine Durchgangsöffnung 413 geht koaxial durch die Stellschraube hindurch.
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Auf der axial bezüglich der Vorspannrichtung vorn liegenden vorderen Stirnseite kann ein koaxial vorstehender Zapfen 414, auch als Stellschraubenzapfen 414 bezeichnet, angeformt sein.
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Das Druckstück 42 kann ebenfalls als Kunststoff-Spritzgussteil aus einem thermoplastischen Polymer ausgebildet sein, gegebenenfalls faserverstärkt. Es weist vorne eine Gleitfläche 421 auf, welche an den Querschnitt der Zahnstange 2 angepasst ist, so dass diese in montiertem Zustand in Richtung ihrer Längsachse Z gleitfähig gestützt und gelagert wird (siehe 4).
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Auf seiner der Stellschraube 41 zugewandten, hinteren Axialseite weist das Druckstück 42 eine koaxiale Vertiefung 422 in Form eines Sachlochs auf, an dessen Grund ein vorstehender koaxialer Zapfen 423, auch als Druckstückzapfen 423 bezeichnet, angeordnet ist. Eine Öffnung 424 kann koaxial durch das Druckstück 42 hindurchgehen.
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Die Elastomerfeder 5 weist einen hohlzylindrischen Elastomerkörper 51 auf, der axial zwischen der Stellschraube 41 und dem Druckstück 42 angeordnet ist, und eine koaxiale Öffnung 52 aufweist, die als Durchgangsöffnung ausgebildet sein kann, oder auf beiden Stirnseiten eine Sacköffnung umfasst. Der Elastomerkörper 51 kann als Spritzgussteil aus einem thermoplastischen Elastomer gefertigt sein. Alternativ kann ein Silikon verwendet werden.
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Zur Fixierung der Elastomerfeder 5 mit der Stellschraube 41 kann der Zapfen 414 in die Öffnung 52 formschlüssig eingreifen, und bevorzugt spielfrei eingepresst sein. Dadurch kann eine kraftschlüssige Verbindung erzeugt sein. Es kann zusätzlich oder alternativ auch eine stoffschlüssige Verbindung erfolgen, beispielsweise durch Verkleben oder Anspritzen. Beim Anspritzen kann die Verbindung im 2-Komponenten-Spritzgussverfahren erzeugt werden.
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Die Elastomerfeder 5 kann in die Vertiefung 422 des Druckstücks 42 eintauchen, so dass sie außen radial gestützt werden kann.
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Zur Fixierung der Elastomerfeder 5 mit dem Druckstück 42 kann der Zapfen 423 in die Öffnung 52 formschlüssig eingreifen, und bevorzugt spielfrei eingepresst sein. Es kann zusätzlich oder alternativ auch eine stoffschlüssige Verbindung erfolgen, beispielsweise durch Verkleben oder Anspritzen. Beim Anspritzen kann die Verbindung im 2-Komponenten-Spritzgussverfahren erzeugt werden.
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Die Zapfen 414 und 423 können für eine sichere koaxiale Positionierung und Fixierung der hohlzylindrischen Elastomerfeder 5 sorgen. Dabei ist es auch möglich, dass nur einer der Zapfen 414 oder 423 ausgebildet ist. Die Bohrungen 413 und 424 können ebenfalls weggelassen werden.
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Durch die Öffnungen 413, 424 und 52 hindurch kann eine Qualitätskontrolle und Überwachung der Vorspanneinrichtung 4 erfolgen, beispielsweise zur Messung des Druckstückspiels.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkwelle
- 10
- Eingangswelle
- 12
- Ausgangswelle
- 100
- Lenksystem
- 102
- Lenkrad
- 104
- Lenkritzel
- 106
- Verzahnung
- 108
- Spurstange
- 110
- Rad
- 112
- Hilfskraftunterstützung
- 114
- Hilfskraftunterstützung
- 116
- Hilfskraftunterstützung
- 118
- Drehmomentsensor
- 120
- Kreuzgelenk (Gelenk)
- 2
- Zahnstange
- 3
- Lenkgetriebe
- 31
- Gehäuse
- 32
- Bohrung
- 4
- Vorspanneinrichtung
- 41
- Stellschraube
- 411
- Außengewinde
- 412
- Werkzeugansatz
- 413
- Öffnung
- 414
- Zapfen
- 42
- Druckstück
- 421
- Gleitfläche
- 422
- Vertiefung
- 423
- Zapfen
- 424
- Öffnung
- 5
- Elastomerfeder, Federelement
- 51
- Elastomerkörper
- 52
- Öffnung
- L
- Achse
- Z
- Längsachse (der Zahnstange 2)
- V
- Vorspannachse (Schraubenachse der Stellschraube 41)