Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einlaufen eines

Schneckenradgetriebes einer elektromechanischen Lenkung mit den

Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine entsprechende elektromechanische Lenkung.

Eine gattungsgemäße elektromechanische Lenkung weist einen elektrischen Servomotor auf, der eine Schneckenwelle antreibt, die mit einem auf einer Eingangswelle eines Lenkgetriebes angeordneten Schneckenrad kämmt, wobei das Schneckenrad mit einer Eingangswelle des Lenkgetriebes in

Wirkverbindung steht und wobei die Schneckenwelle und die Eingangswelle in einem Getriebegehäuse drehbar gelagert sind. Dabei können die

Schneckenwelle und die Eingangswelle in einem einzigen gemeinsamen

Gehäuse, aber auch in einem mehrteiligen oder gar in mehreren

Getriebegehäusen gelagert sein.

Eine derartige Servolenkung stellt relativ hohe Anforderungen an die Exaktheit der Bauteile. Insbesondere muss der Verzahnungseingriff des Schneckenrads und der Schneckenwelle möglichst genau sein, um eine gute Kraft- und

Drehmomentübertragung bei geringer Geräuschentwicklung zu gewährleisten. Weiterhin sind bei Lenksystemen ständig wechselnde Drehbewegungen zu erwarten, die entsprechend von einem derartigen Getriebe ohne Spiel übertragen werden müssen.

Es sind eine Vielzahl solcher Getriebe bekannt, beispielsweise aus DE 10 2010 003 727 AI, DE 10 2010 002 285 AI und EP 2 423 075 A2. Allgemein beinhalten viele dieser Hilfskraftunterstützungen Mittel, um das axiale oder radiale Spiel des Verzahnungseingriffs durch Federn auszugleichen, wobei es auch vorgesehen sein kann, wie in der DE 10 2010 002 285 AI offenbart, mittels Nacheinstelleinrichtung einen großen Anteil des Spiels oder ein

Basisspiel zu beseitigen und durch entsprechende Anfederungen verbleibende Restspiele oder Wechselbelastungen zu kompensieren.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Aus der Offenlegungsschrift DE 198 24 382 AI ist es bekannt, ein Grundspiel in einem vorhergehend beschriebenen Getriebe bei der Montage einmalig einzustellen und dann festzusetzen.

Die vorgehend genannten Maßnahmen zum Einstellen des Spiel zwischen den Zahnflanken im Getriebeeingriff erfordern einen hohen technischen Aufwand, um die Verzahnungseingriffe optimal zu gestalten bzw. die Verzahnungen optimal aneinander anzupassen. Hierzu müssen sehr enge Toleranzen eingehalten werden, die hohe Kosten verursachen.

Aus der DE 10 2010 002 285 AI ist weiterhin die Möglichkeit eines Einsatzes eines Kunststoffzahnkranzes für das Schneckenrad bekannt. Derartige

Kunststoffverzahnungen werden eingesetzt, um Schlaggeräusche zu dämpfen und eine gewisse Elastizität ins System zu bringen, damit eventuell

vorhandene Toleranzschwankungen ausgeglichen werden können. Im Fall von elektrischen Servolenkungen sind die Kräfte, die an den Zahnflanken angreifen, jedoch derartig hoch, dass mit einem entsprechend hohen

Verschleiß der Kunststoffverzahnung gerechnet werden muss, falls die

Dämpfungseigenschaften tatsächlich ausgenutzt werden sollen. Alternativ können feste Kunststoffe eingesetzt werden, bei denen es allerdings im

Betrieb nicht zu den gewünschten Dämpfungen kommt.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum

Einlaufen eines Schneckenradgetriebes einer elektromechanischen Lenkung und eine elektromechanische Lenkung mit eingelaufenem

Schneckenradgetriebe bereitzustellen, wobei das eingelaufene

Schneckenradgetriebe eine sehr gute Kraft- und Drehmomentübertragung mit geringem Spiel bei niedrigen Anforderungen an die Fertigungspräzision der Getriebezahnräder aufweist.

Diese Aufgabe wird von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine elektromechanische Lenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.

Danach ist ein Verfahren zum Einlaufen eines Schneckengetriebes einer elektromechanischen Lenkung, wobei die elektromechanische Lenkung einen elektrischen Motor, eine Schneckenwelle mit einem motornahen Ende und einem motorfernen Ende, ein auf einer Ausgangs- oder Eingangswelle angeordnetes Schneckenrad und ein Getriebegehäuse aufweist, wobei der Motor mit der Schneckenwelle wirkverbunden ist und die Schneckenwelle mit dem Schneckenrad in einem Eingriff steht, mit folgenden Verfahrensschritten vorgesehen: a) Erstellen eines vormontierten Zustandes der elektromechanischen

Servolenkung, bei dem ein Ende der Schneckenwelle, das motornahe Ende oder das motorferne Ende in einem Lager drehbar im

Getriebegehäuse gelagert ist und das jeweils andere Ende der

Schneckenwelle zur Bildung eines freien Endes in Radialrichtung beweglich ist; b) Drehbares Lagern des freien Endes der Schneckenwelle in einer

einstellbaren Vorspanneinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die

Schneckenwelle in dem Eingriff in Richtung auf das Schneckenrad vorzuspannen; c) Einstellen der Vorspanneinrichtung mittels einer Steuereinrichtung zur Erzeugung einer definierten Vorspannung des Eingriffs; d) rotatorisches Antreiben der Schneckenwelle in Abhängigkeit von der Steuereinrichtung mit einer definierten Drehzahl über einen bestimmten Zeitraum.

Durch den zuvor beschriebenen Einlaufprozess gleicht sich die Verzahnung des Schneckenrads an die Verzahnung der Schneckenwelle an und die

Betriebseigenschaften des Getriebes werden optimiert. Die

Vorspanneinrichtung kann dabei an dem motornahen oder an dem

motorfernen Ende der Schneckenwelle angebracht sein. Der Einlaufprozess kann dabei sowohl mit einem speziellen Antriebsmotor durchgeführt werden, als auch mit dem elektrischen Motor der elektromechanischen Lenkung

(=Servolenkung). Bevorzugt wird jedoch der spezielle Antriebsmotor eingesetzt, da auf eine elektrische Kontaktierung des elektrischen Motors der Servolenkung verzichtet werden kann und ein speziell geeigneter Motor eingesetzt werden kann. Entsprechend erfolgt bevorzugt die Montage des elektrischen Motors der Lenkung erst nach erfolgtem Einlaufprozess in dieser bevorzugten Variante.

Als Werte für die Vorspannung sind Vorspannkräfte im Bereich von 100N bis 1000N anwendbar.

Alternativ zu der in c) genannten Erzeugung einer definierten Vorspannung kann auch ein vordefinierter Zustellweg eingestellt werden.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Verfahrensschritt b) und dem Verfahrensschritt c) folgende Schritte vorgesehen sind: e) Ausmessen eines Hochpunkts des Schneckenrads mittels der

Vorspanneinrichtung durch Drehen der Schneckenwelle; f) Einstellen des Verzahnungseingriffs von Schneckenrad und

Schneckenwelle auf den Hochpunkt des Schneckenrads.

Somit wird die definierte Vorspannung beim Eingriff des Hochpunkts des Schneckenrads in die Schneckenwelle eingestellt.

Alternativ kann auch der Tiefpunkt des Schneckenrades mittels der

Vorspanneinrichtung durch Drehen der Schneckenwelle ausgemessen werden und entsprechend des Verzahnungseingriffs von Schneckenrad und

Schneckenwelle auf den Tiefpunkt des Schneckenrades erfolgen.

Auch eine Kombination mit der Messung des Hochpunktes und des Tiefpunktes ist möglich. In diesem Fall kann die Einstellung des Verzahnungseingriffs entweder auf den Hochpunkt oder auf Tiefpunkt oder einen Zwischenwert erfolgen. Der Zwischenwert muss nach Versuchen bestimmt werden.

Zudem können nach dem Verfahrensschritt d) folgende Schritte vorgesehen seien: g) Reduzieren der Vorspannung mittels der Steuereinrichtung auf maximal 20% des definierten Wertes der Vorspannung, bevorzugt auf Null; h) Einleiten eines Schmiermittels bei laufendem Schneckengetriebe.

Im noch erwärmten Zustand des laufenden Schneckengetriebes verteilt sich das Schmiermittel besonders gut und dient auch zur Abkühlung des Getriebes am Ende des Einlaufprozesses.

Es ist vorteilhaft, wenn nach dem Einstellen der Vorspannung das freie Ende der Schneckenwelle zur Festlegung einer definierten Drehachse an einer festen Position gehalten wird, so dass sich das Schneckenrad an die Schneckenwelle optimal anpassen kann.

Vorzugsweise wird während des Verfahrensschrittes c) eine bestimmte

Kraft/Zeit-Kurve und/oder Drehzahl/Zeit-Kurve abgefahren. Dazu steuert die Steuereinrichtung die Vorspanneinrichtung und den Motor.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass während des

Verfahrensschrittes d) in einer ersten Phase, die Schneckenwelle mit einer Drehzahl im Bereich von 500 U/min bis 5000 U/min für einen Zeitraum im Bereich von 5s bis 60 s angetrieben wird und in einer weiteren Phase während der Verfahrensschritte g) und h), die Schneckenwelle mit einer Drehzahl im Bereich von 100 U/min bis 1000 U/min für einen Zeitraum im Bereich von 2s bis 30 s angetrieben wird.

Vorzugsweise ist das Schneckenrad aus Kunststoff hergestellt. Dabei kann der Kunststoff so fest sein, dass er keine besonderen dämpfenden Eigenschaften aufweist z.B. um allfällige Toleranzschwankungen des Getriebes

auszugleichen, denn durch den Einlaufprozess wird der Kunststoff durch die Reibung im Getriebe erwärmt bzw. aufgeschmolzen, wodurch sich die

Verzahnung des Kunststoffschneckenrads an die Verzahnung der

Schneckenwelle anpasst.

Das eingelaufene Schneckengetriebe kann nach dem Einlaufprozess in elektromechanische Lenkkraftunterstützungen, Überlagerungslenkungen oder Feedbackaktuatoren von Steer-by-wire Lenkungen eingebaut werden.

In einer Ausführungsform ist das Schneckenrad als Spritzgussteil gefertigt. Bei dem Einlaufprozess, während des Verfahrensschrittes d), werden dann vorteilhaft Molekülketten der Gusshaut im Bereich der tragenden Oberfläche des Kunststoffschneckenrads unterbrochen, so dass sich Fetttaschen

ausbilden, die Schmiermittel zur Schmierung des Getriebes aufnehmen können. Im Einlaufprozess des Getriebes kommt es somit zu einer

Oberflächenmodifikation des Kunststoffschneckenrads; die sehr glatte

Gusshaut, an der Schmiermittel üblicherweise schlecht haften, wird durch den Einlaufprozess so bearbeitet, dass die Oberfläche nach dem Einlaufen mit einer Schmiermittel haltenden Oberflächenstruktur ausgestattet ist. Die Fetttaschen dienen als eine Vielzahl von kleinen Schmiermitteldepots, die das

Schmiermittel besonders dauerhaft halten und die bereits durch eine geringe Menge an Schmiermittel ausreichend gefüllt werden können.

Weiterhin ist eine elektromechanische Lenkung mit einem nach dem

vorhergenannten Verfahren eingelaufenen Schneckengetriebe vorgesehen.

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 : das Getriebe einer Servolenkung in einem Längsschnitt entlang der

Schneckenwelle während des Einlaufens in einem vormontierten Zustand, sowie

Figur 2: das Getriebe einer Servolenkung in einem Längsschnitt entlang der

Schneckenwelle im eingebauten Zustand.

In der Figur 1 ist in einem Längsschnitt das Getriebe einer

elektromechanischen Servolenkung während des Einlaufens in einem

vormontierten Zustand dargestellt. Der Längsschnitt verläuft dabei entlang einer Drehachse 1 einer Schneckenwelle 2, die von einem Elektromotor 3 angetrieben ist. Der Elektromotor 3 verfügt über eine Motorwelle 4, die über eine flexible Kupplung 5 mit der Schneckenwelle 2 drehfest gekoppelt ist. Die Schneckenwelle 2 kämmt über eine Schneckenverzahnung 6 mit einem

Schneckenrad 7. Das Schneckenrad 7 wiederum ist drehfest mit einer

Lenkwelle 8 verbunden, die zwischen einem nicht dargestellten Lenkrad und dem eigentlichen Lenkgetriebe des Kraftfahrzeugs verläuft, das ebenfalls nicht dargestellt ist. Die genannten Bauelemente sind im Beispiel in einem

gemeinsamen Getriebegehäuse 9 gelagert.

Die Lagerung der Schneckenwelle 2 in dem Gehäuse 9 erfolgt an einem motorseitigen Ende 10 der Schneckenwelle 2 im Beispiel in einem

konventionellen Wälzlager 11, das im Beispiel als Kugellager ausgebildet ist. Das Kugellager 11 ist so ausgebildet, dass die Schneckenwelle 2 geringfügige Axialbewegungen und geringfügige Änderungen der Drehachse 1 gegenüber dem Gehäuse 9 ausführen kann.

Weiterhin weist der Elektromotor 3 einen Drehmomentsensor auf, der über eine Strommessung oder eine andere Leistungsmessung das Drehmoment bestimmt. Hierfür ist beispielsweise eine Messeinrichtung 23 im

Steuerstromkreis des Elektromotors 3 vorgesehen. Dadurch wird eine

Überwachung des Einlaufens des Schneckengetriebes möglich.

Alternativ kann auch auf eine Überwachung verzichtet werden und einfach ein Ablauf von vordefinierten Drehzahlen des Elektromotors 3 während des Verfahrens eingestellt werden. Über eine Steuereinheit kann somit die

Drehzahl der Schneckenwelle 2 genau eingestellt werden.

An einem motorfernen Ende 12 der Schneckenwelle 2 wird die Schneckenwelle 2 in einer Vorspanneinrichtung 24 drehbar gelagert. Die Vorspanneinrichtung 24 erzeugt in Abhängigkeit von der Steuereinheit eine Vorspannung senkrecht zur Drehachse 1 der Schneckenwelle 2, in Richtung des Schneckenrads 7. Die Größe der Vorspannung kann mit einer Messeinrichtung 25 gemessen werden. Außerdem wird die Drehzahl n der Schneckenwelle gemessen.

Zum Einlaufen einer relativ festen Kunststoffverzahnung des Schneckenrads 7 an die Verzahnung der Schneckenwelle 2 wird eine definierte Vorspannung eingestellt und der Elektromotor 3 im lastfreien Betrieb mit definierter

Drehzahl nO über einen bestimmten Zeitraum gedreht. Die Schneckenwelle 2 ist dabei bevorzugt aus Metall gefertigt. Durch Eigenreibung zwischen der Schneckenwelle 2 und dem Schneckenrad 3 kommt es zu einer

Temperaturerhöhung, die zu einer Erwärmung bzw. einem teilweisen

Aufschmelzen der Kunststoffverzahnung führt. Dabei erfolgt die Paarung der Kunststoffverzahnung des Schneckenrads 7 zu der Verzahnung der

Schneckenwelle 2, und die Fertigungstoleranzen der beiden Komponenten werden kompensiert. Weiterhin wird die spätere Schmierung des Getriebes verbessert, in dem beim Einlaufprozess Molekülketten des

Kunststoffschneckenrads 7 im Bereich der Oberfläche unterbrochen werden und sich somit Fetttaschen ausbilden, in denen sich später das Schmiermittel ablagert.

Der Einlaufprozess wird bereits im vormontierten Getriebe vollzogen, so dass sich die Betriebseigenschaften des Getriebes wie Akustik, Reibung und Spiel während des Betriebs nicht wesentlich verändern.

In einem Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen eine Vorspannungskraft im Bereich von 100 N bis 1000IM senkrecht zur Drehachse der Schneckenwelle, in Richtung auf das Schneckenrad wirken zu lassen. Als erstes wird dafür der Radius des Schneckenrads mittels der Vorspanneinrichtung ausgemessen und der Hochpunkt, d.h. der Punkt auf dem Radumfang, der den größten Abstand zur Drehachse aufweist, ermittelt. Das Einstellen der Vorspannung erfolgt dann an diesem Hochpunkt des Schneckenrades 7. Die Vorspanneinrichtung hält die Schneckenwelle bei laufendem Getriebe ortsfest gegenüber der Drehachse des Schneckenrads 7.

In einer ersten Phase wird die Schneckenwelle 2 zu Beginn mit einer

Vorspannung im Bereich von 100N bis 1000N beaufschlagt und dann mittels des Elektromotors 3 mit einer Drehzahl im Bereich von 500 U/min bis 5000 U/min für eine Dauer im Bereich von 5 Sekunden bis 60 angetrieben. Danach kommt die Abkühlphase, in der die Vorspannung auf Werte im Bereich von 20% des zuvor eingestellten Wertes herabgesenkt wird. Besonders bevorzugt wird in dieser Phase die Vorspannung auf Null herabgesenkt. Die Drehzahl der Schneckenwelle wird in dieser Abkühlphase auf Werte zwischen 100 U/min bis 1000 U/min reduziert. Die Zeitdauer der Abkühlphase beträgt 2 Sekunden bis 30 Sekunden.

Während der Abkühlphase wird Getriebefett eingespritzt, welches sich aufgrund der Wärme schnell und gleichmäßig verteilt und zusätzlich zur Abkühlung beiträgt. Die Schneckentemperatur ist dann im Stillstand soweit herabgesenkt, dass kein weiteres Eindrücken der Verzahnung der Schneckenwelle 2 in die Kunststoffverzahnung des Schneckenrads 7

stattfindet.

Die Schneckenwelle ist in ihrer Drehrichtung nicht beschränkt. Es kann vorgesehen sein, die Schneckenwelle beim Einlaufen mit sich wechselnder Drehrichtung zu bewegen, da ständig wechselnde Drehbewegungen auch beim Betrieb des Getriebes in einer Servolenkung zu erwarten sind.

Die Ausführungsformen sind nicht beschränkt auf die Lage der

Vorspanneinrichtung. Es ist ebenfalls denkbar, die Vorspanneinrichtung am motornahen Ende der Schneckenwelle anzuordnen.

Der Elektromotor kann durch einen beliebigen Antrieb mit den benötigten Voraussetzungen ersetzt werden. Es ist auch denkbar, dass der für den

Einlaufvorgang verwendete Elektromotor der bereits montierte Servomotor der Servolenkung ist.

Nachdem das Einlaufen des Getriebes erfolgreich durchlaufen wurde und eine bestimmte Kraft/Zeit- Kurve und/oder Drehzahl/Zeit-Kurve abgefahren wurde, erfolgt die Montage.

In Figur 2 ist das eingelaufene Getriebe in einem Betriebszustand dargestellt. Die Schneckenwelle 2 ist dabei an ihrem motorfernen Ende 12 in einem

Wälzlager 13 gelagert ist. Das Wälzlager 13 weist einen Innenring 14,

Wälzkörper 15 und einen Zwischenring 16 auf. Der Zwischenring 16 ist wiederum selbst an seiner Außenseite mit einer Laufrille für Kugeln 17 versehen. Die Kugeln 17 laufen in einem Außenring 18, der schließlich in einem Lagersitz 19 des Gehäuses 9 befestigt ist. An dem motorseitigen Ende 10 ist die Schneckenwelle 2 an eine Motorwelle 20 eines Elektromotors 21 der Servolenkung über eine flexible Kupplung 22 drehfest gekoppelt.

Im Beispiel ist der Elektromotor 3, der zum Verfahren des Einlaufens

eingesetzt ist, verschieden vom Elektromotor 21, der in der

elektromechanischen Servolenkung eingesetzt ist. Es ist aber auch denkbar und möglich, das Verfahren mit dem Elektromotor, der in der Servolenkung eingesetzt ist, durchzuführen.

Eine Anfederung des Verzahnungseingriffs der Schneckenwelle und des Schneckenrads, um einen spielfreien Verzahnungseingriff zu erreichen, kann zum Beispiel mit einer Exzenterlagerung an der motorfernen Seite der Schneckenwelle, wie in Figur 2 dargestellt, oder auch mit einer

Exzenterlagerung an der motornahen Seite der Schneckenwelle erfolgen.

Das erfindungsgemäß eingelaufene Getriebe eignet sich zum Einbau in elektromechanische Lenkkraftunterstützungen, Überlagerungslenkungen oder Feedbackaktuatoren von Steer-by-wire Lenkungen. Durch das

erfindungsgemäße Einlaufen des Getriebes vor der Montage in die Lenkung wird ein Schneckenradgetriebe bereitgestellt, das eine sehr gute

Getriebeübertragung mit geringen Spiel, bei niedrigen Toleranzanforderungen an die Getriebezahnräder aufweist.