Titel der Erfindung Lenksysteme für ein Fahrzeug Beschreibungsteil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Servomotor zur Erzeugung eines unterstützenden Servomomentes, wobei der

Servomotor eine Ritzelwelle antreibt, welche in einem Festlager und in einem Loslager drehbar gelagert ist.

Bekannt sind Lenksysteme für Fahrzeuge mit einem elektrischen Servomotor zur Unterstützung der Lenkbewegung. Das Servomoment des Servomotors wird über ein Lenkgetriebe in das Lenksystem eingespeist, wobei das Lenkgetriebe die

Lenkbewegung einer Lenkwelle in eine Stellbewegung der lenkbaren Räder umsetzt. Ein derartiges Lenksystem wird beispielsweise in der DE 10 2010 062 577 A1

beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein Lenksystem für ein Fahrzeug, das einen elektrischen Servomotor zur Erzeugung eines unterstützenden Servomomentes aufweist, geräuscharm und langlebig auszubilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.

Das erfindungsgemäße Lenksystem kann in Fahrzeugen zum Verstellen der lenkbaren Räder eingesetzt werden und ist als EPS-Lenkung (Electric Power Steering) ausgeführt, bei der zur Lenkkraftunterstützung über einen elektrischen Server- oder Lenkmotor ein Servomoment erzeugt wird. Der Servomotor treibt eine Ritzelwelle an, die in einem gehäuseseitigen Festlager und in einem gehäuseseitigen Loslager drehbar gelagert ist. Festlager und Loslager sind axial zueinander beistandet im Gehäuse angeordnet und ermöglichen die drehbare Aufnahme der Ritzelwelle, über die das unterstützende Servomoment des Servomotors auf eine Zahnstange des Lenksystems übertragen wird. Das Festlager nimmt die Ritzelwelle achsfest und in Radialrichtung - bezogen auf die Ritzelwellenlängsachse - auf, das Loslager ermöglicht eine radiale Lagerung der Ritzelwelle ohne axiale Fixierung.

Sowohl das Festlager als auch das Loslager der Ritzelwelle sind in einem

gemeinsamen, einteilig ausgebildeten Lenkgehäuse aufgenommen, das Bestandteil des Lenksystems ist. Das Lenkgehäuse kann zusätzlich auch die Zahnstange aufnehmen, über die die Lenkbewegung auf die lenkbaren Räder des Fahrzeugs übertragen wird.

Diese Ausführung weist verschiedene Vorteile auf. Die gemeinsame Aufnahme sowohl des Festlagers als auch des Loslagers im gleichen Gehäuse hat den Vorteil, dass ein radialer Versatz zwischen Festlager und Loslager, der zu einem Kippen der Ritzelwelle führen könnte, vermieden wird. Damit ist auch gewährleistet, dass die

Momentenübertragung vom Servomotor auf die Ritzelwelle mit hoher Präzision erfolgt. Eine erhöhte Reibung und eine Geräuschbildung, die durch eine nicht ausreichend präzise Lagerung der Ritzelwelle und einem Verkippen der Ritzelwelle entstehen können, werden vermieden. Da aufgrund der verringerten Belastung der Bauteile der Verschleiß reduziert ist, sind auch die maximal mögliche Betriebsdauer und die

Standfestigkeit des Lenksystems verbessert.

Mit dem Lenkgehäuse ist ein Servogehäuse des Servomotors verbunden. Das

Servogehäuse nimmt den Servomotor auf, wobei gegebenenfalls das Servogehäuse zugleich das Motorgehäuse des Servomotors bilden kann. Die Verbindung zwischen dem Servogehäuse und dem Lenkgehäuse erfolgt vorzugsweise im Bereich des

Übergangs zwischen einer Motorwelle des Servogehäuses und einer Schnecke, die von der Motorwelle unmittelbar angetrieben ist und mit einem Schneckenrad kämmt, das mit der Ritzelwelle drehfest verbunden ist. Die Schnecke sitzt vorzugsweise auf der

Motorwelle des Servomotors fest auf. Es kann aber auch zweckmäßig sein, die

Momenten- und Bewegungsübertragung vom Servomotor zur Schnecke über eine zwischengeschaltete Kupplung durchzuführen, wobei der Servomotor über die

Kupplung die Schnecke antreibt, welche mit dem Schneckenrad in Eingriff steht. Das Servogehäuse des Servomotors und das Lenkgehäuse können in an sich bekannter weise miteinander verbunden sein, beispielsweise miteinander verschraubt sein.

Es kann zweckmäßig sein, den Servomotor achsparallel zur Zahnstange anzuordnen. Dementsprechend verlaufen die Längsachse des Servomotors und die Längsachse der Zahnstange parallel zueinander. In alternativer Ausführung können die Längsachse des Servomotors und die Längsachse der Zahnstange auch einen Winkel einschließen.

Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung nimmt das Lenkgehäuse auch die Schnecke auf, die vom Servomotor angetrieben ist. Dies stellt sicher, dass die Schnecke in Bezug auf das Schneckenrad, das mit der Ritzelwelle verbunden ist, mit hoher Präzision ihre Sollposition einnimmt und die Gefahr eines Kippens und

Verkantens der Schnecke gegenüber dem Schneckenrad reduziert ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind das Festlager auf der dem

Schneckenrad zugewandten Seite und das Loslager auf der dem Schneckenrad abgewandten Seite der Ritzelwelle angeordnet. Das Festlager weist somit einen geringeren axialen Abstand zum Schneckenrad auf als das Loslager, das insbesondere benachbart zur Stirnseite der Ritzelwelle angeordnet ist und diese drehend aufnimmt. Das Loslager befindet sich benachbart zur Außenseite des Lenkgehäuses und beansprucht einen kleineren Bauraum als das Festlager, so dass das Lenkgehäuse im Bereich des Bauraums entsprechend schmal bauend ausgeführt sein kann.

In Betracht kommt aber auch eine umgekehrte Anordnung, bei der das Loslager benachbart zum Schneckenrad und das Festlager mit größerem axialen Abstand, insbesondere benachbart zur Stirnseite der Ritzelwelle angeordnet sind.

Die Ritzelverzahnung auf der Ritzelwelle steht mit der Zahnstangenverzahnung im Eingriff. Auf beiden Seiten der Ritzelverzahnung ist die Ritzelwelle in einem Fest- bzw. einem Loslager gelagert. Das Schneckenrad ist auf der Ritzelwelle außerhalb der Lager befestigt. Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist auf die Ritzelwelle eine Nabe drehfest aufgesetzt, die Träger des Schneckenrades ist. An der Nabe stützt sich, gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung, ein Innenring des Festlagers ab, indem eine Stirnseite des Innenrings von der Nabe kontaktiert wird. Gegebenenfalls kann zwischen der Stirnseite der Nabe und der Stirnseite des Innenrings noch ein Übertragungsbauteil liegen, wobei in bevorzugter Weise ein unmittelbarer Kontakt zwischen der Nabe und dem Innenring des Festlagers besteht. Der Innenring des Festlagers ist auf die

Ritzelwelle aufgeschoben und insbesondere drehfest mit der Ritzelwelle verbunden.

Es kann zweckmäßig sein, dass sich der Innenring des Festlagers auf der der Nabe abgewandten Seite axial an einem Wellenvorsprung der Ritzelwelle abstützt. Somit ist das Festlager am Innenring axial an beiden Seiten abgestützt, nämlich an einer

Stirnseite an der Nabe und an der anderen Stirnseite an dem Wellenvorsprung der Ritzelwelle.

Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung stützt sich der Außenring des Festlagers an seinen beiden Stirnseiten axial entweder in direkter Weise oder in indirekter Weise an dem Lenkgehäuse ab. Beispielsweise kann auf der der Nabe abgewandten Seite der Außenring des Festlagers an einem innen liegenden

Gehäuseabsatz des Lenkgehäuses abgestützt sein. Die gegenüberliegende Stirnseite des Außenrings des Festlagers kann sich an einem Sicherungsring abstützen, der in eine Innennut am Lenkgehäuse eingesetzt ist, so dass sich diese Stirnseite des

Außenrings über den Sicherungsring in indirekter Weise am Lenkgehäuse abstützt.

Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Lenkgehäuse

benachbart zur Stirnseite der Ritzelwelle und in axialer Verlängerung der Ritzelwelle offen ausgebildet. Die offene Ausführung des Lenkgehäuses an dieser Stelle ermöglicht es, die Ritzelwelle während des Montagevorganges axial abzustützen. Hierbei werden Aufpresskräfte über die Abstützung aufgenommen, mit denen die Nabe des

Schneckenrades auf die Ritzelwelle als Presspassung aufgeschoben wird.

Das Lager, das benachbart zur offenen Seite des Lenkgehäuses angeordnet ist, kann sich an einem nach innen einragenden Gehäuseabsatz abstützen und wird

insbesondere von der gegenüberliegenden Seite in das Lenkgehäuse eingeführt. In einer alternativen Ausführung ist das Lenkgehäuse ohne eine derartige Öffnung ausgebildet. Die Abstützung der Ritzelwelle bei der Montage der Nabe erfolgt in diesem Fall durch axiales Fixieren der Ritzelwelle über ein Werkzeug, beispielsweise dadurch, dass in eine Stirnseite der Ritzelwelle eine Sacklochbohrung mit Innengewinde eingebracht ist und ein entsprechendes Werkzeug in das Innengewinde eingeschraubt wird. Das Lager, insbesondere das Loslager, wird über die gleiche Seite wie die

Ritzelwelle in das Lenkgehäuse eingeführt.

Das Lenksystem umfasst vorteilhafterweise die Lenkwelle, über die der Fahrer über das Lenkrad einen gewünschten Lenkwinkel vorgibt, die Verbindung der Lenkwelle mit der Zahnstange, die im Lenkgehäuse verschieblich gelagert ist, sowie die vorbeschriebenen Komponenten mit dem elektrischen Servomotor im Servogehäuse und der Ritzelwelle im Lenkgehäuse einschließlich Schnecke und Schneckenrad. Vorteilhafterweise gehört zum Lenksystem auch eine Sensorik insbesondere zur Ermittlung des Lenkmomentes und des aktuellen Lenkwinkels.

Ein weiterer Aspekt bezieht sich auf ein Verfahren zur Montage eines vorbeschriebenen Lenksystems. Hierbei wird zunächst in einem ersten Schritt das Loslager über eine offene Seite in das Lenkgehäuse eingesetzt. Anschließend wird das Festlager auf die Ritzelwelle aufgeschoben und die Ritzelwelle einschließlich Festlager in das

Lenkgehäuse eingesetzt, bis sich das Festlager an einem Gehäuseabsatz des

Lenkgehäuses abstützt. Danach wird ein Sicherungsring zur Fixierung des Festlagers in das Lenkgehäuse eingesetzt und schließlich in einem weiteren Schritt die Ritzelwelle axial abgestützt und die Nabe mit dem Schneckenrad auf die Ritzelwelle aufgebracht.

Gegebenenfalls kann die Nabe mit dem Schneckenrad auf die Ritzelwelle aufgebracht werden, bevor die Ritzelwelle in das Lenkgehäuse eingesetzt wird.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Lenk- bzw. Servomotor, Fig. 2 einen Schnitt durch das Lenkgehäuse des Lenksystems in Höhe einer Ritzelwelle zur Momentenübertragung von dem Servomotor auf eine Zahnstange.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist beispielhaft ein Lenksystem 1 für ein Fahrzeug dargestellt. Das

Lenksystem 1 umfasst eine Lenkwelle 2, über die ein vom Fahrer über das

Lenkrad vorgegebener Lenkwinkel übertragen wird, ein Lenkgehäuse 3 mit einem darin aufgenommenen Lenkgetriebe und ein Lenkgestänge mit einer Zahnstange 4, über die die Lenkbewegung auf die lenkbaren Räder des Fahrzeugs übertragen wird. Zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten Handmoments dient ein elektrischer Lenk- bzw. Servomotor 5, der ein Servomoment erzeugt, welches über eine Ritzelwelle 9 in das Lenkgetriebe im Lenkgehäuse 3 eingespeist wird.

Der elektrische Servomotor 5 ist im Ausführungsbeispiel achsparallel zur

Zahnstange 4 angeordnet, die Motorwellenlängsachse 6 des Servomotors 5

verläuft parallel zur Längsachse 7 der Zahnstange 4. Das Servogehäuse 8, in welchem der Servomotor 5 angeordnet ist, ist separat vom Lenkgehäuse 3

ausgebildet, jedoch fest mit dem Lenkgehäuse 3 verbunden, beispielsweise

verschraubt.

Zwischen der Lenkwelle 2 und den gelenkten Rädern ist eine Sensorik 23

angeordnet.

Es ist auch möglich, dass die Lenkwelle 2 direkt mit der Ritzelwelle 9 verbunden ist.

Der elektrische Servomotor 5 ist beispielsweise als elektronisch kommutierter

Synchron- oder Asynchronmotor ausgeführt.

In Fig. 2 ist ein Schnitt der Länge nach durch die Ritzelwelle 9 im Lenkgehäuse 3 gezeigt. Die Ritzelwelle 9 ist in zwei Lagern im Lenkgehäuse 3 drehbar gelagert, bei denen es sich um ein Festlager 10 mit axialer und radialer Fixierung und um ein

Loslager 1 1 mit lediglich radialer Fixierung der Ritzelwelle 9 handelt. Das Festlager 10 weist einen Innenring 10a und einen Außenring 10b auf, wobei der Innenring 10a unmittelbar auf der Ritzelwelle 9 aufsitzt und sich mit einer axialen Stirnseite axial an einem Absatz 12 abstützt, der einteilig mit der Ritzelwelle 9 ausgebildet ist. Die gegenüberliegende Stirnseite des Innenrings 10a des Festlagers 10 ist von einer Nabe 13 axial abgestützt, die mit Presspassung auf die Ritzelwelle 9 aufgeschoben und drehfest mit der Ritzelwelle 9 verbunden ist. Die Nabe 13 ist Träger eines

Schneckenrades 14, das mit einer Schnecke 15 kämmt und von dieser angetrieben ist. Die Schnecke 15, die sich in einem Abschnitt des Lenkgehäuses 3 befindet, ist mit der Motorwelle des elektrischen Servomotors 5 verbunden oder wird über eine Kupplung von der Motorwelle angetrieben. Die Nabe 13 kann sich axial über einen Sicherungsring 22 an der Ritzelwelle 9 abstützen.

Der Außenring 10b des Festlagers 10 stützt sich axial einenends an einem

Gehäuseabsatz 16 des Lenkgehäuses 3 ab. An der gegenüberliegenden Stirnseite ist der Außenring 10b an einem Sicherungsring 17 axial abgestützt, der in eine Innennut 18 im Lenkgehäuse 3 eingesetzt ist.

Das Loslager 1 1 liegt mit größerem axialen Abstand - bezogen auf die Längsachse 19 der Ritzelwelle 9 - zum Schneckenrad 14 als das Festlager 10. Das Loslager 1 1 liegt benachbart zur Stirnseite der Ritzelwelle 9 im Lenkgehäuse 3. Zwischen dem Festlager

10 und dem Loslager 1 1 ist die Ritzelverzahnung angeordnet, mit der die Ritzelwelle 9 mit der Zahnstange 4 im Verzahnungseingriff steht.

Dadurch, dass sich sowohl das Festlager 10 als auch das Loslager 1 1 der Ritzelwelle im Lenkgehäuse 3 befinden, ist eine präzise Führung und Lagerung der Ritzelwelle 9 gewährleistet, wodurch die Reibung und die Geräuschentwicklung reduziert sind und eine lange Lebensdauer gewährleistet ist.

Das Lenkgehäuse 3 ist benachbart zur Stirnseite der Ritzelwelle 9, an der das Loslager

1 1 angeordnet ist, mit einer Öffnung 20 versehen, die sich in axialer Verlängerung der Ritzelwelle 9 befindet. Benachbart zu der Öffnung 20 befindet sich ein radial nach innen einragender, gehäuseseitiger Absatz 21 , der den freien Durchmesser der Öffnung 20 reduziert und ein Entweichen des Loslagers 1 1 über die Öffnung 20 verhindert. Zur Montage wird in einem ersten Schritt das Loslager 1 1 über die der Öffnung 20 axial gegenüberliegende Öffnung in das Lenkgehäuse 3 eingeführt. Anschließend wird in einem nächsten Schritt die Ritzelwelle 9 mit aufgesetztem Festlager 10 in das

Lenkgehäuse 3 eingesetzt, bis der Außenring 10b des Festlagers 10 an dem

Gehäuseabsatz 16 axial anliegt. In einem weiteren Schritt wird der Sicherungsring 17 in die Innennut 18 eingesetzt und hierdurch der Außenring 10b des Festlagers 10 axial fixiert. Anschließend wird die Nabe 13 einschließlich Schneckenrad 14 als

Presspassung auf die Ritzelwelle 9 axial so weit aufgeschoben, bis die Stirnseite der Nabe 13 an dem Innenring 10a des Festlagers 10 anliegt.

Bezugszeichenliste

1 Lenksystem

2 Lenkwelle

3 Lenkgehäuse

4 Zahnstange

5 elektrischer Servomotor

6 Motorwellenlängsachse

7 Längsachse

8 Servogehäuse

9 Ritzelwelle

10 Festlager

10a Innenring

10b Außenring

1 1 Loslager

12 Ritzelwellenabsatz

13 Nabe

14 Schneckenrad

15 Schnecke

16 Gehäuseabsatz

17 Sicherungsring

18 Innennut

19 Längsachse

20 Öffnung

21 Absatz

22 Sicherungsring

23 Sensorik