Bekannte Servolenksysteme werden beispielsweise hydraulisch unterstützt betrieben dadurch, dass an der Lenkwelle das vom Lenker erzeugte Steuerdrehmoment gemessen wird und damit über eine Hydraulik ein Kolben gesteuert wird, der auf die querliegende Zahnstange des Lenksystems, welche Teil einer Schubstange ist, einwirkt und somit eine Kraftunterstützung je nach Ausschlag des Lenkrades erzeugt. Solche elektrohy- draulische Systeme haben den Nachteil, dass bei hohen Fahr- zeuggeschwindigkeiten, wo an sich die geringste Servokraf- tunterstützung benötigt wird, die grösste Hydraulikleistung anfällt und im Stillstand des Fahrzeuges die Kraftunterstüt- zung stark abfällt, wo die grössten Lenkkräfte benötigt wür- den.

Man hat deshalb bereits versucht, Lenkhilfenanordnungen zu realisieren, die direkt die Zahnstange mit einem Elektromo- tor antreiben. Solche Systeme sparen Platz und Energie, da der Elektromotor nur bei Bedarf aktiviert wird. Mit elektro- motorisch betriebenen Lenkhilfeanordnungnen wäre es möglich, das Hilfskraftangebot zum richtigen Zeitpunkt bereitzustel- len, beispielsweise entsprechend stärker bei stillstehendem Fahrzeug.

Aus der US-Patentschrift 5,711, 396 ist beispielsweise ein elektromotorisch betriebener Servoantrieb bekannt geworden, welcher direkt auf die Zahnstange des Lenksystems wirkt. Um genügend hohe Kräfte erzeugen zu können, ist ein entspre- chend robuster Elektromotor vorgesehen, der entsprechend stark untersetzt werden muss, um genügend hohe Stellkräfte zu erzeugen. Bei der vorerwähnten Patentschrift wurde der Elektromotor seitlich zur Zahnstange beziehungsweise Schub- stange angeordnet, welcher ein Kugelspindelgetriebe an- treibt, das koaxial zur Zahnstangenachse angeordnet ist und als Untersetzungsgetriebe dient. Bei dieser Anordnung ist nachteilig, dass der Motor und die Getriebeanordnung kompli- ziert aufgebaut ist und relativ viel Einbauraum beansprucht.

Ausserdem ist der Wirkungsgrad nicht besonders hoch. Um Ein- bauraum zu sparen, wurde auch versucht, rezirkulierende Ku- gelspindelgetriebe zusammen mit dem Elektromotor koaxial auf der Zahnstangenachse anzuordnen, wie dies beispielsweise aus der GB 2 284 790 bekannt geworden ist. Eine weitere koaxiale Anordnung wurde in der EP 0 101 579 offenbart.

Eine weitere elektrisch unterstützte Lenkhilfeanordnung ist in der US 5,650, 701 offenbart. Hier ist ebenfalls eine rohr- förmige Anordnung gezeigt, bei welchem der Antriebsmotor koaxial zur Schubstange angeordnet ist, bestehend aus einem Zahnstangenteil und einem Gewindespindelteil. Der koaxial angeordnete Motor treibt mit dessen Rotor eine Kugelumlauf- mutter an, welche in Zusammenwirkung mit der Gewindespindel die Translationsbewegung der Schubstange bewirkt. Der Rotor trägt hierbei die rotierende Wicklung, so dass diese über eine Schleifkontaktanordnung gespiesen werden muss. Die Per- manentmagnete dieses Gleichstrommotores sind stationär koa- xial zur Wicklung im Aussenbereich angeordnet. Wegen der ho- hen benötigten Schubkräfte und des relativ geringen Wir- kungsgrades weist diese Anordnung grosse Abmessungen auf, womit der Einsatzbereich begrenzt ist. Ein spezielles Pro- blem ergibt sich bei solchen Anordnungen mit einem derarti- gen Kugelspindelgetriebe bzw. Kugelgewindetrieb (KGT) da- durch, dass durch die hohen Schubkräfte sich die Schubstange etwas verbiegt und dadurch der präzis laufende Kugelgewinde- trieb verspannt wird, was den Wirkungsgrad massiv ver- schlechtert. Wegen diesen Verspannungen muss ausserdem der Kugelgewindetrieb wesentlich stärker dimensioniert werden, womit einerseits die Baugrösse erhöht wird und andererseits die technischen Möglichkeiten begrenzt sind. Ein weiterer Nachteil der erhöhten Reibung des Kugelgewindetriebes äu- ssert sich in einem erhöhten Lenkmoment, was ein schlechtes Lenkverhalten bewirkt. Die Rückführung der Kugeln des Kugel- gewindetriebes erzeugt ausserdem ein Geräusch. Durch die di- rekte akustische Kopplung mit dem Chassis wird dieses in die Struktur des Fahrzeuges eingeleitet. Damit wird die Lenkung im Fahrgastraum hörbar, was nicht den heutigen Kundenanfor- derungen entspricht.

Die bis heute bekannten Anordnungen haben den Nachteil, dass diese relativ aufwendig gebaut sind, insbesondere im Bereich der Lagerung der Kugelmutter und des Motorrotors. Auch ist wegen den begrenzten Wirkungsgraden der bisher bekannten elektrisch betriebenen Servolenkanordnungen der Einsatzbe- reich begrenzt, da diese auch eine hohe elektrische Speise- leistung des Elektromotors verlangen. Die zur Verfügung ste- hende elektrische Leistung des Bordnetzes eines Kraftfahr- zeuges ist limitiert. Ausserdem sind die bisherigen Lenkhil- fen zu wenig kompakt, womit der Einsatz bei kleinen Fahrzeu- gen ebenfalls begrenzt wird oder ein Einsatz unwirtschaft- lich ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Nachteile des vorerwähnten Standes der Technik zu beseiti- gen. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, eine elektri- sche Lenkhilfe für eine Lenkanordnung zu realisieren, welche äusserst kompakt aufgebaut ist und welche es erlaubt, ein rasches Ansprechverhalten mit einer guten Dynamik mit an- sprechendem Lenkverhalten für den Lenker zu erzielen, welche bei hohem Wirkungsgrad arbeitet und grosse Stellkräfte di- rekt auf die Schubstange beziehungsweise Zahnstange wirkend erzeugen kann und wirtschaftlich herstellbar ist. Die Anord- nung soll ausserdem sehr kompakt sein und rohrförmig koaxial zur Schubstangenachse angeordnet werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Anordnung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprü- che definieren weitere vorteilhafte Ausführungsformen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein koaxial zur Schubstangenachse angeordneter Elektromotor mit seinem Rotor einen Rotations-Translationswandler antreibt.

Dieser besteht aus einer Kugelgewindemutter, welche ihrer- seits in eine Gewindestange, eine so genannte Kugelumlauf- spindel, eingreift, welche in einem Teilbereich der Schub- stange angeordnet ist. Diese Anordnung wird auch als Kugel- gewindetrieb (KGT) bezeichnet. Die drehbare Mutter ist mit dem Rotor verbunden und drehgelagert und das Lager ortsfest gegen das Fahrzeugchassis abgestützt. Beim Verdrehen der Mutter wird eine axiale Verschiebung der Schubstange be- wirkt, womit eine entsprechende Kraft auf die Schubstange einwirkt. Die Mutter und die Schubstange wirken wie ein Ge- triebe zur Kraftübersetzung. Die Mutter ist erfindungsgemäss mit dem Rotor nicht nur drehbeweglich, sondern auch radial beweglich, bzw. flexibel verbunden, insbesondere über ein elastisches Element, welches Verbiegungen radial aufnehmen kann und trotzdem die Rotationskräfte übertragen kann. Die Mutter kann somit mit ihrer Längsachse gegenüber der Spinde- lachse leicht verkippen und sich entsprechend der Kraftein- wirkung ausrichten. Hierdurch wird das Verklemmen beim durchbiegen der Gewindestange im Kugelgewindetrieb minimal gehalten, womit die Verluste stark sinken. Die radialen Kräfte können auf diese Weise auf mehrere Kugelumläufe si- cher verteilt werden. Die Belastung der einzelnen Kugeln wird dadurch geringer und es können kleinere Kugeln verwen- det werden. Hierdurch kann die Anordnung wesentlich kleiner und auch kostengünstiger dimensioniert werden. Ausserdem wird eine akustische Entkopplung erreicht, was unerwünschte Geräuschbildung vermeidet.

Als Rotations-Translationskraftwandler sind die bereits be- kannten rezirkulierenden Kugelspindelgetriebe bzw. Kugelum- laufspindeltriebe bzw. Kugelgewindetriebe (KGT) besonders geeignet. Bei solchen Anordnungen werden die Kugeln, welche zwischen der Mutter und dem Gewindegang der Gewindestange abrollen, beispielsweise in einer endlosen Schlaufe wieder auf ihre ursprüngliche Position zurückgeführt. Die elasti- sche Verbindung der Mutter zum Rotor erfolgt vorteil- hafterweise über eine rohrförmige Hülse, insbesondere eine Metallhülse. Durch entsprechende Wahl des Werkstoffes und der Dimensionen und insbesondere durch Anbringen von Schlit- zen kann die gewünschte Elastizität definiert werden.

Mit der erfindungsgemässen Motor-Wandleranordnung können gu- te Gesamtwirkungsgrade bei sehr kompakter Bauweise und mit hohen Stellkräften ohne Überlastung des Bordnetzes bei ko- stengünstiger Realisierung erreicht werden. Die Erfindung wird nun nachfolgend beispielsweise mit schematischen Figu- ren näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 schematisch und im Querschnitt eine erfindungsgemä- sse Lenkhilfenanordnung Fig. 2 schematisch und im Querschnitt ein Bauraumschema einer erfindungsgemässen Lenkhilfenanordnung Fig. 3 schematisch und im Querschnitt ein Bauraumschema einer Lenkhilfenanordnung gemäss Stand der Technik Fig. 4 schematisch und im Querschnitt eine vergrösserte Anordnung gemäss Fig. 1 der Motor-Wandleranordnung Fig. 5 schematisch und im Querschnitt ein weiteres Ausfüh- rungsbeispiel einer erfindungsgemässen Motor-Wand- leranordnung Fig. 6 schematisch und im Querschnitt eine weitere Ausfüh- rungsform einer erfindungsgemässen Anordnung mit beweglich gelagerter Kugelgewindemutter.

Fig. 7 schematisch und im Querschnitt eine weitere Ausfüh- rungsform einer erfindungsgemässen Anordnung mit beweglich gelagerter Kugelgewindemutter.

Fig. 8 schematisch und im Querschnitt eine Variante einer Anordnung gemäss Figur 7.

In den Figuren ist schematisch und im Schnitt eine erfin- dungsgemässe Lenkhilfenanordnung dargestellt mit einer axial verschieblichen Schubstangenanordnung 2,3 und einer koaxial zu deren Achse angeordneten elektromotorischen Antriebsein- heit 7, 8,9, 10,11, 12. Die Schubstangenanordnung 2,3 wird in bekannter Weise in einem Kraftfahrzeug so angeord- net, dass diese an ihren Enden an die lenkbaren Räder gekop- pelt ist, beispielsweise über sogenannte Spurstangen 4, wel- che mit den Rädern, die drehgelagert sind, durch hin und her bewegen beim Steuern verschwenkt werden können, so dass die Räder einen entsprechenden Steuereinschlag erfahren. Die Schubstangenanordnung 2,3 weist einen ersten Abschnitt 2 auf, auf dessem Stangenteilbereich Zähne eines Lenkgetriebes 5 angeordnet sind, welche im Eingriff mit einem Ritzel ste- hen, welches über eine Lenkwelle vom Steuerrad beim Steuer- vorgang angetrieben wird. Die Stangenanordnung 2,3 ist von einem rohrförmigen Lenkgetriebegehäuse 6 umgeben. Die Schub- stangenanordnung 2,3 enthält einen Zahnstangenteil 2 und, entlang ihrer Achse 1, einen damit verbundenen Kugelumlauf- spindelteil 3. Zwischen dem Ritzel und dem Lenkrad entsteht beim Verdrehen eine Krafteinwirkung, welche über Messmittel erfasst wird und das resultierende Signal ausgewertet und entsprechend über eine Steueranordnung bzw. eine Regel- kreisanordnung auf die motorische Antriebseinrichtung ge- führt wird, welche wiederum Kraft auf die Schubstangenanord- nung 1 einkoppelt, um auf diese Weise einen leichteren Steu- ervorgang zu ermöglichen.

Der erste Stangenteilbereich 2 ist fortgesetzt entlang der Achse 1 und mit dem zweiten Stangenteilbereich 3 verbunden, wobei dieser Stangenteil 3 als Kugelumlaufspindel ausgebil- det ist und Teil des Antriebes ist. Das äussere Ende des er- sten Stangenteil 2 und des zweiten Stangenteil 3 ist im ein- gebauten Zustand im Fahrzeug mit den verschwenkbaren Rädern wirkverbunden. Am zweiten Stangenteil bzw. an der Kugelspin- del 3 ist koaxial umlaufend eine Kugelmutter 21 angeordnet, welche drehbar um die Stangenachse 1 mit einer Lageranord- nung 11,12 gelagert ist, derart dass die Mutter 21 in axia- ler Richtung gegenüber der Einbauposition und somit gegen- über dem Chassis in axialer Richtung zur Stangenanordnung 2, 3 fixiert ist. Beim Verdrehen der Kugelmutter 21 werden so- mit die Radialkräfte und die Axialkräfte auf dem kürzesten Weg aufgenommen und in das Gehäuse 7, welches das Lager und den Motor umschliesst, abgeführt. Das Verdrehen der Kugel- mutter 21 bewirkt somit eine Längsverschiebung der Kugelum- laufspindel 3 und somit der Stangenanordnung 2,3. Die La- geranordnung 11,12 besteht vorteilhafterweise aus einem hochbelastbaren Kugellager, beispielsweise einem doppelrei- higen Schrägkugellager und/oder aber auch aus einem Vier- punkt-, Rollen-oder Rillenkugellager.

Der Elektromotor ist als elektronisch kommutierter Motor ausgebildet und weist einen Stator 8 auf, welcher als Elek- trowicklung ausgebildet ist, ortsfest angeordnet ist und die Kugelspindel 3 koaxial umschliesst, wie dies in vergrösser- ter Ansicht in Fig. 4 gezeigt ist. Die Statorwicklung 8 wird wie bereits erwähnt von einer Elektroniksteuerungs-bzw. Re- gelungseinheit angespiesen. Der Rotor 9 des Elektromotors ist vorteilhafterweise rohrförmig als Innenläufer ausgebil- det und direkt gemeinsam mit der Kugelmutter 21 über die La- geranordnung 11,12 beidseitig gelagert. Der Rotor 9 trägt Permanentmagnete 10 mit einem hohen Energieprodukt vom Typ Selten-Erd-Magnete, vorzugsweise vom Typ Cobalt-Samarium oder Neodym.

In Fig. 1 und vergrössert in Fig. 4 ist eine bevorzugte Lenkhilfeanordnung dargestellt, bei welcher die Kugelmutter 21 des Kugelgewindetriebes (KGT) 20 bestehend aus Mutter 21, Umlaufkugeln und der Kugelumlaufspindel 3 mit einer flexi- blen Hülse 22 mit dem Rotor 9 elastisch verbunden ist. Diese rohrförmige Hülse 22 ist derart ausgebildet, dass sie in Ro- tationsrichtung im wesentlichen starr ist und die Antriebs- kräfte des Motors übertragen kann, gleichzeitig aber in ra- dialer Richtung um bis zu einige Zehntel mm auslenken kann, um Verbiegungen der Kugelumlaufspindel elastisch abfangen zu können. Die Hülse 22 umschliesst die Mutter 21 zu dessen Fi- xierung und ist in ihrer axialen Fortsetzung beispielsweise mit Schlitzen versehen, so dass sich die Hülse in diesem Be- reich federelastisch in radialer Richtung zur Achse 1 ver- biegen kann. Dazu wird in diesem Biegebereich die Hülse et- was beabstandet sowohl von der Schubstange 2,3 angeordnet wie auch vom Rotor 9, wo sie an deren Ende fixiert ist, um eine gewisse Auslenkung zu erlauben. Mit diesem erfindungs- gemässen Vorgehen ist es möglich, durch vermeiden von Ver- klemmungen bei Durchbiegen der Kugelspindel 3, die Reibung im Betrieb drastisch zu senken, womit sowohl der Kugelgewin- detrieb 20, wie auch die Motoranordnung 7,8, 9,10, 11,12 kleiner dimensioniert werden können. Zusätzlich ist es nun auch möglich, die Teile des Kugelgewindetriebes 20 durch Kaltumformtechnik herzustellen, was wesentlich kostengünsti- ger ist. Bei dieser Kaltumformtechnik wird das Rohmaterial in einem Ziehprozess zu Stangen geformt mit der gewünschten Formgebung. Bei diesem Vorgang ensteht eine Karbid zeilige Materialstruktur welche der geformten Struktur folgt. Bei nicht kaltumgeformten Wekstücken, bei spanender Bearbeitung gemäss Stand der Technik, werden diese Karbidzeilen von der Kontur geschnitten. Auf dem Rotor 9 wird mit Vorteil ein Winkelsensor 13 vorgesehen zur elektronischen Positionser- fassung. Das Signal kann elektronisch ausgewertet werden beispielsweise über eine Mikroprozessorsteuerung und für ei- ne gezielte Kommutierung der Statorwicklung 8 verwendet wer- den und gleichzeitig zur Verringerung bzw. zur Kompensation des sogenannten Rippels. Dies führt zu einem sehr gleichför- migen Betrieb des Motors und somit zu einem sehr ansprechen- den Lenkverhalten.

Eine weitere mögliche Ausführung einer elastischen Lagerung der Kugelmutter 21 des Kugelgewindetriebes 20 ist beispiels- weise in Fig. 5 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird die Kugelmutter 21 am Rotor 9 mit einem weichen Material beispielsweise einem Elastomer 25, insbesondere einem gum- mielastischen Elastomer gehaltert. Hierdurch wird ein leich- tes Verkippen der Kugelmutter 21, 24 zugelassen, womit wie- derum ein Verklemmen bzw. eine erhöhte Reibung beim Verbie- gen der Kugelumlaufspindel 3 verringert werden kann. Im wei- teren ist in der Fig. 5 die Möglichkeit dargestellt, wie die Kugelmutter 21,24 auch in axialer Richtung mit einem schei- benförmigen elastischen Material 26 beidseitig gedämpft wer- den kann. Eine weitere Möglichkeit Verbiegungen der Kugelum- laufspindel 3 aufzunehmen, besteht darin, die Kugelmutter 21 in mehrere Einzelmuttern 24 zu unterteilen und diese in der elastischen Halterung 25 einzeln elastisch zu lagern.

In Figur 6 ist eine weitere Möglichkeit dargestellt die Mut- ter 21 des Kugelgewindetriebes 20 erfindungsgemäss radial beweglich zu lagern. Die Mutter wird gegenüber dem Rotor 9 radial verkippbar angeordnet, wobei die Mutter in Rotations- richtung drehbeweglich mit dem Rotor 9 gekoppelt ist. Im ge- zeigten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, dass zwischen Rotor 9 und der Mutter eine Toleranzhülse 18 vorge- sehen wird welche es ermöglicht bei radialer Belastung rela- tiv zum Rotor 9, also bei Verbiegung der Kugelumlaufspindel 3, die Mutter schräg zu stellen und sich anzupassen. Die Längsachse la des Kugelgewindetriebes kann somit gegenüber der Längsachse 1 der Lenkhilfeanordnung entsprechend der Durchbieung der Spindel 3 leicht um einen gewünschten Winkel verkippen. Die Mutter ist an den axialen Enden Kugelig aus- gebildet und überträgt die Kräfte hierbei an entsprechend kugelförmig ausgebildete Anschläge 15,15a. Bei Pivotierung der Mutter an der Toleranzhülse 18 verdreht sich die Mutter des Kugelgewindetriebes 20 relativ zu den Anschlägen 15 und 15a. Das Motormoment wird über die Toleranzhülse 18 auf die Mutter des Kugelgewindetriebes 20 übertragen wodurch die Ku- gelumlaufspindel 3 axial bewegt wird ohne zu Verklemmen bei Durchbiegung. Der Aufbau einer solchen Pivotmutteranordnung ist mit der Toleranzhülse gut dimensionierbar und einfach aufzubauen.

Weitere bevorzugte, erfindungsgemässe Ausbildungen sind in den Figuren 7 und 8 im Querschnitt dargestellt. Die Mutter 21 welche mit ihren Kugeln um die Spindel 3 mit Achse 1 drehbar gelagert ist wird vom Rotorteil 9 radial beweglich federelastisch gehalten. An der Mutter 21 sind zwei, diese aufnehmende, Hülsenteile 31a und 31b drehfest angeordnet.

Die Hülsenteile 31a und 31b weisen ihrem Aussendurchmesser elastische Elemente 25a und 25b aus einem Elastomer auf.

Diese elastischen Elemente stützen sich am Innendurchmesser des Rotorteiles 9 derart ab, dass die Mutter 21 am Rotor drehfest aber federelastisch, radial beweglich und insbeson- dere verkippbar gegenüber der Spindel 3 mit der Achse 1 ge- lagert ist.

Durch die Wahl des Elastomeres und dessen geometrischer Aus- bildung können die Eigenschaften der Beweglichkeit und der Verkippbarkeit wunschgemäss angepasst werden. Es kann bei- spielsweise der Verkippungswinkel definiert werden und die dazu benötigte Federkraft. Die Ringförmig angeordneten ela- stischen Elemente 25a und 25b können auf dem Umfang der Mut- ter 21 beispielsweise in axialer Richtung gegenüber der Mut- termitte unterschiedlich beabstandet angeordnet werden. In Figur 7 ist ein Beispiel gezeigt wo die ringförmigen elasti- schen Elemente 25a und 25b in axialer Richtung nahe beiein- ander liegen im Bereich der Muttermitte. Dadurch werden vor allem die Verkippungsmöglichkeiten bevorzugt. In Figur 8 sind die elastischen Elemente 25a und 25 b weiter beabstan- det. Hierdurch wird die radiale Beweglichkeit bevorzugt. In der unteren Hälfte der Figuren ist schematisch dargestellt wie auch die Breite der elastischen Elemente 25a und 25b va- riiert werden kann.

Beispielsweise wird nun anschliessend eine erfindungsgemässe Anordnung verglichen mit einer Anordnung entsprechend dem Stand der Technik. Die erfindungsgemässe Anordnung ermög- licht insbesondere eine sehr kompakte Bauweise wie dies in der Fig. 2 in einem Bauraumschema dargestellt ist. Die Fig.

2 zeigt schematisch und im Querschnitt den beanspruchten Bauraum der Lenkhilfeanordnung 30 mit den entsprechenden Di- mensionen des Antriebes angegeben durch die Länge 11 der An- triebseinheit und deren Durchmesser dl. Ausserdem sind die Hüllkurven der Abgasrohre 14 dargestellt. Bei einer gefor- derten Zahnstangenkraft von 7,6 kN sind die Hauptabmessungen der erfindungsgemässen Ausführung entsprechend Fig. 2 für die Länge lu= 70 mm und den Durchmesser dl = 110 mm. Daraus kann eine Kennziffer errechnet werden nach der Gleichung : Länge * (Durchmesser) 2, was zu einer Kennzahl von 847'000 führt.

Bei der Anordnung gemäss dem Stand der Technik wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, wird eine Zahnstangenkraft von 6,5 kN spezifiziert. Hierzu ist ein Motorantrieb notwendig mit einer Länge 12 von 200 mm bei einem Durchmesser d2 von 92 mm. Dies führt zur Kennzahl 12 * (d2) 2 = 1'692 800. Ausserdem ist aus der Fig. 3 ersichtlich, dass die Hüllkurve der Lenk- hilfeanordnung 30 in diesem Fall die Hüllkurven der Abgas- rohre schneidet. Dies bedeutet, das eine solche Lenkhilfean- ordnung, alleine schon raumbedingt, bei diesen Verhältnissen nicht einsetzbar wäre.