Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ELECTROMECHANICAL POWER STEERING SYSTEM HAVING A PIVOTABLE BEARING FOR A HELICAL GEARING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/202664
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electromechanical power steering system, comprising an electric servomotor (13) having a motor shaft (14), wherein the electric servomotor (13) drives a shaft (10), which meshes with a helical gear (12), wherein the shaft (10) is rotatably mounted in a gearing housing (16), and wherein the motor shaft (14) is coupled to the shaft (10) for conjoint rotation by means of an axial-offset-compensating coupling (15), wherein the shaft (10) is mounted at the end thereof near the motor in a bearing (21) in the gearing housing in such a way that said shaft can rotate about an axis of rotation (10') and can pivot about a pivot axis (30) perpendicular to the axis of rotation (10'), in such a way that the pivot axis (30) is arranged in the region of the coupling (15).

Inventors:
VONIER FELIX (AT)
KOHLER CHRISTIAN (CH)
LASS EUGEN (CH)
Application Number:
EP2017/061831
Publication Date:
November 30, 2017
Filing Date:
May 17, 2017
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
THYSSENKRUPP PRESTA AG (9492, LI)
THYSSENKRUPP AG (45143, DE)
International Classes:
B62D5/04; F16H25/24; F16H57/021
Foreign References:
JP2006111133A2006-04-27
JP2013208933A2013-10-10
JP2011157034A2011-08-18
DE102008001878A12009-11-26
DE20221954U12009-08-20
DE102008056024A12010-05-20
US20130025960A12013-01-31
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
Download PDF:
Claims:
1

Patentansprüche

1. Elektromechanische Servolenkung mit einem elektrischen Servomotor (13) mit einer Motorwelle (14), der eine mit einem Schraubrad (12) kämmende Welle (10) antreibt, wobei die Welle (10) in einem Getriebegehäuse (16) angeordnet und an ihrem motornahen Ende in einem Lager (21) um eine Drehachse (10') drehbar gelagert ist, und wobei die Motorwelle (14) über eine einen Achsversatz ausgleichende Kupplung (15) mit der Welle (10) drehfest gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (10) außerdem um eine senkrecht zur

Drehachse (10') liegende Schwenkachse (30) verschwenkbar gelagert ist, wobei die Schwenkachse (30) im Bereich der Kupplung (15) angeordnet ist und die Kupplung (15) durchsetzt.

2. Elektromechanische Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (21) ein Wälzlager (22) ist, welches in einem das Lager (21) haltenden Träger (25) angeordnet ist.

3. Elektromechanische Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (30), um die der Träger (25), das Lager (21) und die Welle (10) schwenkbar in dem Getriebegehäuse (16) gelagert sind, von zwei in dem Getriebegehäuse (16) angeordneten und auf der Schwenkachse (30) liegenden Stiften (26) definiert ist.

4. Elektromechanische Servolenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (25) des Wälzlagers (22) gegenüberliegende Bohrungen (29) und das Getriebegehäuse (16) entsprechend

korrespondierende Ausnehmungen (27) zur Aufnahme der Stifte (26) aufweist.

5. Elektromechanische Servolenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (26) Zylinderstifte sind und ein Schwenken des Lagers (21) um die Schwenkachse (30) erlauben. 2

6. Elektromechanische Servolenkung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (30) die Kupplung (16) mittig durchsetzt.

7. Elektromechanische Servolenkung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (25) des Wälzlagers (22) topfartig ausgebildet ist und mit einem Topfrand einen Innenring (23) des Wälzlagers (22) in Richtung der Kupplung (15) axial überragt.

8. Elektromechanische Servolenkung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (29) im Bereich des Topfrands ausgebildet sind.

9. Elektromechanische Servolenkung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ausnehmungen (27) in dem Getriebegehäuse (16) Gleitbuchsen (28) zur Aufnahme der Stifte (26) vorgesehen sind .

10. Elektromechanische Servolenkung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubrad (12) ein Schneckenrad und die Welle (10) eine Schneckenwelle ist.

11. Elektromechanische Servolenkung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckenrad (12) mit einer Eingangswelle eines Lenkgetriebes in Wirkverbindung steht und das Schneckenrad (7) auf einer Lenkwelle angeordnet ist.

12. Elektromechanische Servolenkung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (15) wenigstens zwei ineinandergreifende Kupplungsteile aufweist, die jeweils über eine Lagerbuchse mit der entsprechenden Welle drehfest verbunden sind .

Description:
Elektromechanische Servolenkung mit schwenkbarem Lager für ein Schraubradgetriebe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Servolenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

In elektromechanischen Servolenkungen wird über einen Elektromotor ein Drehmoment erzeugt, das auf ein Getriebe übertragen und dort dem vom Fahrer gestellten Lenkmoment überlagert wird.

Eine gattungsgemäße elektromechanische Servolenkung weist einen elektrischen Servomotor auf, der eine Schneckenwelle antreibt, die mit einem auf einer Lenkwelle angeordneten Schneckenrad kämmt, wobei das Schneckenrad mit einer Eingangswelle eines Lenkgetriebes in Wirkverbindung steht und wobei die Schneckenwelle und die Lenkwelle in einem gemeinsamen Getriebegehäuse drehbar gelagert sind .

Die DE 10 2008 001 878 AI und die DE 10 2014 105 921 AI offenbaren ein Schwenklager für ein Schneckengetriebe, wobei mittels eines kardanisch gelagerten Lagerrings die Schnecke gelagert wird . Der Lagerring weist dabei eine Schwenkachse auf, welche senkrecht zur Drehachse und in Richtung des Schneckenrads verläuft. Als nachteilig erweist sich diese Ausgestaltung, da die Kupplung stärker belastet wird, wodurch die Kupplung mit der Zeit schneller verschleißt und ein vergrößertes Zahnflankenspiel mit entsprechenden

Vibrationsgeräuschen auftritt.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektromechanischen Servolenkung mit einem Schneckengetriebe anzugeben, bei dem die Kupplung zwischen Motorwelle und Schneckenwelle weniger stark belastet wird .

Diese Aufgabe wird von einer elektromechanischen Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist eine elektromechanische Servolenkung mit einem elektrischen Servomotor mit einer Motorwelle versehen, der eine mit einem Schraubrad kämmende Welle antreibt, wobei die Welle in einem Getriebegehäuse angeordnet und an ihrem motornahen Ende in einem Lager um eine Drehachse drehbar gelagert ist, und wobei die Motorwelle über eine einen Achsversatz ausgleichende Kupplung mit der Welle drehfest gekoppelt ist. Der Achsversatz zwischen der Welle und der Motorwelle verläuft achsparallel und/oder in zueinander winkligen Achsen. Weil erfindungsgemäß die Welle außerdem um eine senkrecht zur Drehachse liegende Schwenkachse verschwenkbar gelagert ist, wobei die Schwenkachse im Bereich der Kupplung angeordnet ist und die Kupplung durchsetzt und somit die Lagerung die Schwenkachse nahe an der Kupplung liegt, wird die Belastung der Kupplung im Betrieb reduziert.

Vorzugsweise weist das Lager ein Wälzlager auf, das die Welle drehbar um die Drehachse lagert, wobei das Lager in einem Träger angeordnet ist. Die Ver- schwenkung wird vorzugsweise durch zwei im Lager und im Getriebegehäuse angeordnete Stifte ermöglicht.

Dabei ist es bevorzugt, wenn ein Träger des Wälzlagers gegenüberliegende Bohrungen und das Getriebegehäuse entsprechend korrespondierende Ausnehmungen zur Aufnahme der Stifte aufweist.

Es ist vorteilhaft, wenn die Stifte Zylinderstifte sind und somit ein Schwenken des Lagers um die dadurch gebildete Schwenkachse erlauben.

Vorzugsweise liegt die Schwenkachse in etwa in der Mitte der Kupplung. Dabei kann bevorzugt die Schwenkachse exakt durch eine Kupplungsschwenkachse der Kupplung verlaufen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Träger des Wälzlagers topfartig ausgebildet und weist einen Topfrand auf, der einen Innenring des Wälzlagers in Richtung der Kupplung axial überragt.

Für die Schwenkachse liegen die Bohrungen vorzugsweise im Bereich des Topfrands. Es ist bevorzugt, wenn in den Ausnehmungen im Getriebegehäuse eine Gleitlagerung, beispielsweise mit Gleitbuchsen zur Aufnahme der Stifte vorgesehen ist.

Weiterhin bevorzugt ist das Schraubrad ein Schneckenrad und die Welle eine Schneckenwelle eines Schneckengetriebes.

Dabei kann das Schneckenrad mit einer Eingangswelle eines Lenkgetriebes in Wirkverbindung stehen und das Schneckenrad auf einer Lenkwelle angeordnet sein.

Die Kupplung zwischen der Motorwelle und der Welle des Getriebes weist bevorzugt zwei ineinandergreifende Kupplungsteile auf, die jeweils über eine Lagerbuchse mit der entsprechenden Welle drehfest verbunden sind .

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleichen Funktionen tragen gleiche Bezugszeichen. Es zeigen :

Figur 1 : eine schematische Darstellung einer elektromechanischen

Servolenkung;

Figur 2 : das Getriebe der Servolenkung aus Figur 1 in einer perspektivischen

Darstellung

Figur 3 : das Getriebe der Figur 2 in einem Längsschnitt entlang der

Schneckenwelle;

Figur 4: das Getriebe in einer weiteren perspektivischen Darstellung;

Figur 5 : eine Draufsicht auf das Getriebe in Richtung der Schneckenwelle;

sowie

Figur 6: eine Explosionszeichnung der erfindungsgemäßen Lagerung der

Schneckenwelle. In der Figur 1 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung 1 mit einem Lenkrad 2, das mit einer oberen Lenkwelle 3 und einer unteren Lenkwelle 4 drehfest gekoppelt ist, schematisch dargestellt. Die obere Lenkwelle 3 steht über einen Torsionsstab in funktioneller Verbindung mit der unteren Lenkwelle 4. Die untere Lenkwelle 4 ist mit einem Ritzel 5 drehfest verbunden. Das Ritzel 5 kämmt in bekannter Weise mit einem Zahnsegment einer Zahnstange 6. Die Zahnstange 6 ist in einem Lenkungsgehäuse in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. An ihrem freien Ende ist die Zahnstange 6 mit Spurstangen 7 über nicht dargestellte Kugelgelenke verbunden. Die Spurstangen 7 selbst sind in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad 8 des Kraftfahrzeugs verbunden. Eine Drehung des Lenkrades 2 führt über die Verbindung der Lenkwelle 3, 4 und des Ritzels 5 zu einer Längsverschiebung der Zahnstange 6 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 8. Die gelenkten Räder 8 erfahren über eine Fahrbahn 80 eine Rückwirkung, die der Lenkbewegung entgegen wirkt. Zum Verschwenken der Räder 8 ist folglich eine Kraft erforderlich, die ein entsprechendes Drehmoment am Lenkrad 2 erforderlich macht. Ein Elektromotor einer Servoeinheit ist vorgesehen, um dem Fahrer bei dieser Lenkbewegung zu unterstützen. Die Servoeinheit kann dabei als Überlagerungslenkung an der Lenksäule oder als Hilfskraftunterstützungseinrichtung an dem Ritzel oder der Zahnstange angeordnet sein.

In der Figur 2 ist das Getriebe 9 der Servoeinheit dargestellt. Ein nicht dargestellter Servomotor treibt eine Schneckenwelle 10 an, die mit ihrer Schnecke 11 in Eingriff mit einem Schneckenrad 12 steht, dass mit der unteren Lenkwelle 4 oder dem Ritzel 5 drehfest verbunden ist. Bei einem Betrieb des Elektromotors 13 wird die Schneckenwelle 10 angetrieben und die Schnecke 11 und das Schneckenrad 12 drehen sich entsprechend um eine Drehunterstützung für die untere Lenkwelle 4 bereitzustellen oder ein Unterstützungsmoment unmittelbar in das Ritzel 5 einzuleiten.

In Figur 3 ist in einem Längsschnitt das Getriebe 9 dargestellt. Der Längsschnitt verläuft dabei entlang einer Drehachse 10' der Schneckenwelle 10, die von dem Elektromotor 13 angetrieben ist. Der Elektromotor 13 verfügt über eine Motorwelle 14, die über eine Kupplung 15 mit der Schneckenwelle 10 drehfest gekoppelt ist.

Derartige Kupplungen 15 können Fluchtungsfehler der Achsen ausgleichen, also Winkelabweichungen, die im Betrieb oder bei der Montage auftreten können. Es können auch Kupplungen vorgesehen sein, die einen Parallelversatz der gekoppelten Achsen ausgleichen können, beispielsweise

sogenannte "Oldhamkupplungen". Bevorzugt ist die Kupplung 15 in der Lage, die beiden genannten Fehler auszugleichen.

Die Kupplung 15 besteht vorzugsweise aus zwei ineinandergreifenden

Kupplungsteilen mit einem konzentrischen Lagersitz, wobei der Eingriff der Kupplungsteile Spiel aufweist. Die Kupplungsteile sind durch jeweils eine in dem Lagersitz angeordnete zylindrische Lagerbuchse formschlüssig mit der entsprechenden Welle verbunden. Die Kupplungsteile sind dabei axial durch eine konzentrisch angeordnete Schraubenfeder vorgespannt, die zwischen den Kupplungsteilen in den Lagerbuchsen angeordnet ist. Die gezeigte Kupplung 15 ist drehfest und durch das Spiel des Eingriffs der Kupplungsteile kann ein Achsversatz oder Fluchtungsfehler zwischen der Drehachse der Motorwelle 14 und der Drehachse der Schneckenwelle 10 ausgeglichen werden.

Die Schneckenwelle 10 kämmt über die Schneckenverzahnung mit dem Schneckenrad 12. Das Schneckenrad 12 wiederum ist drehfest mit beispielsweise einer Lenkwelle 4 verbunden, die zwischen einem nicht dargestellten Lenkrad und dem eigentlichen Lenkgetriebe des Kraftfahrzeugs verläuft. Die genannten Bauelemente sind in einem gemeinsamen Getriebegehäuse 16 gelagert.

Die Lagerung der Schneckenwelle 10 in dem Getriebegehäuse 16 erfolgt an einem motorfernen Ende 17 der Schneckenwelle 10 in einem Wälzlager 18, welches als Kugellager ausgebildet ist und geringfügige Axialbewegungen und geringfügige Änderungen der Drehachse der Schneckenwelle 10 gegenüber dem Getriebegehäuse 16 zulässt. Die Lage der Schneckenwelle 10 ist in Bezug auf das Schneckenrad 12 mittels einer Vorspanneinrichtung 19 einstellbar. Die Einstellung erfolgt dabei bevorzugt auf der motorfernen Seite 17 der

Schneckenwelle 10.

Die Schneckenwelle 10 weist weiter ein motornahes Ende 20 auf, welches in einer schwenkbaren Lageranordnung gelagert ist. Die Lageranordnung weist ein Wälzlager 22 mit einem Innenring 23, Wälzkörpern 24 und einem Außenring auf. Die Wälzkörper 24 laufen in Rillen zwischen dem Innenring 23 und dem Außenring . Der Außenring ist gehalten von einem Träger 25, der mittels Zylinderstiften 26 in dem Getriebegehäuse 16 befestigt ist. Insbesondere kann der Außenring auch mit dem Träger 25 einstückig ausgebildet sein, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist.

Das Getriebegehäuse 16 weist im Bereich der flexiblen Kupplung 15 einander gegenüberliegende, miteinander fluchtende Ausnehmungen 27 zur Aufnahme von Gleitbuchsen 28 auf. Der Träger 25 des Wälzlagers 22 weist zu den

Ausnehmungen 27 korrespondierende Durchbrüche bzw. Bohrungen 29 auf. Die beiden Zylinderstifte 26 durchsetzen jeweils eine Bohrung 29 im Träger 25 und sind von der Gleitbuchse 28 im Getriebegehäuse 16 aufgenommen. Die Zylinderstifte 26 ermöglichen somit ein Schwenken des Lagers 21 bzw. des Wälzlagers 22 und bilden somit eine Schwenkachse 30 für die Schneckenwelle 10. Die Schwenkachse 30 liegt bevorzugt in der Mitte der Kupplung 15, bzw. verläuft durch die Kupplungsschwenkachse. Der Lageraußenring 25 ist topf- förmig ausgebildet, wobei die Bohrungen 29 im Bereich des Topfrandes angeordnet sind und die Rillen für die Wälzkörper 24 im Topfboden ausgeformt sind. Durch die topfförmige Ausgestaltung kann die Schwenkachse 30 des Lagers 21 so nah wie möglich an die Kupplungsschnittstelle rücken. Der Träger 25 weist dabei auf der Außenseite, der kugelfernen Seite, bevorzugt eine Höhe auf, die mindestens doppelt so hoch ist, wie die Höhe des Lagerinnenrings 23 auf der kugelfernen Seite.

Die Figur 4 zeigt die Schneckenwelle 10 mit dem kardanischen Lager 21, dem Träger 25 und den Zylinderstiften 26 sowie das mit der Schneckenwelle 10 kämmende Schneckenrad 12 in einer perspektivischen Darstellung, wobei auf die Komponenten des Getriebegehäuses und des Elektromotors verzichtet wurde.

In Figur 5 ist ersichtlich, dass die durch die Stifte 26 vorgegebene Schwenkachse 30 der Schneckenwelle 10 einen definierten Winkel zur Drehachse 31 des Schneckenrads 12 bzw. der Lenkwelle 4 aufweist. Dieser Winkel hängt von der Positionierung / Orientierung des Schwenkhebels ab und ist wichtig für ein unabhängig von der Lenkrichtung vorliegendes gleiches Durchdrehmoment.

Fig . 6 zeigt die Einzelheiten des Lagers 21 in einer Explosionsdarstellung . Neben der Schneckenwelle 10 und dem im Eingriff stehenden Schneckenrad 12, ist der Lageraußenring 25 mit seinen Bohrungen 29 dargestellt. Die Zylinderstifte 26 werden jeweils von einer Gleitbuchse 28 aufgenommen und durchsetzen eine entsprechende Bohrung 29 im Träger. Diese Anordnung eingesetzt im nicht dargestellten Getriebegehäuse bildet die Schwenkachse 30 aus.

Weil bei dem erfindungsgemäßen Lager 21 die Schwenkachse 30 der

Schneckenwelle 10 im Bereich der Kupplung 15 verläuft, kann eine geringere Deachsierung zwischen Kupplung und Schneckenwelle gewährleistet werden. Die Belastung der Kupplung 15 wird dadurch verringert, was sich auf die Lebensdauer der Kupplung 15 und die Akustik positiv auswirkt. Eine zusätzliche Fixierung des Trägers 25 im Getriebegehäuse entfällt, wodurch Kosten eingespart werden können.