Titel

Schneckengetriebe

Die Erfindung betrifft ein Schneckengetriebe und eine elektrische Hilfskraftlen kung mit einem solchen Schneckengetriebe.

Stand der Technik

Schneckengetriebe, die auch als Schraubradgetriebe bezeichnet werden, stellen eine Art der Schraubwälzgetriebe dar. Diese umfassen typischerweise eine schraubenförmige Schnecke und ein Schneckenrad. Bei der Drehbewegung der Schnecke greift diese in das Schneckenrad ein. Typischerweise wird ein Moment über die Schnecke in das Schneckengetriebe eingeleitet und auf das Schnecken rad übertragen.

Da die Schnecke üblicherweise schraubenförmig verzahnt aber fest gelagert ist, treten hohe axiale Kräfte auf. Daher ist es in Abhängigkeit des Betriebs ggf. er forderlich, die Schnecke auf beiden Seiten mit Axiallagern ausreichend abzustüt zen. Außerdem ist zu beachten, dass die Schnecke auch auf Biegung bean sprucht wird und folglich die Lagerung entsprechend elastisch oder winkelaus gleichend ausgeführt sein muss.

Aus der Druckschrift DE 10 2008 001 878 Al ist ein Schneckengetriebe bekannt, das für einen Einsatz in einer Hilfskraftlenkung ausgebildet ist. Das Getriebe um fasst eine Schnecke, die in einem Getriebegehäuse angeordnet und mit einem Schneckenrad in Eingriff steht. Zur Verbesserung des Eingriffs ist die Schnecke schwenkbar gelagert. Hierzu ist die Schnecke mittels eines in dem Getriebege häuse kardanisch gelagerten Lagerrings schwenkbar gelagert. Der Lagerring ist dabei als Schwenkring ausgebildet. Daneben ist eine Vorspanneinrichtung vor- gesehen, um die Schnecke radial mit einer Vorspannkraft zu beaufschlagen. Das beschriebene Schneckengetriebe ermöglicht die schwenkbare Bewegung der Schnecke senkrecht zur Drehachse und in Richtung des Schneckenrads. Die Achse, um die die Schnecke zu schwenken ist, liegt somit parallel zu der Dreh achse des Schneckenrads.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden ein Schneckengetriebe nach Anspruch 1 und ei ne elektrische Hilfskraftlenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschrei bung.

Das vorgestellte Schneckengetriebe umfasst eine mit einem oder mehreren Schraubengängen versehene Welle, der Schnecke, und ein darin kämmendes schrägverzahntes Rad, das Schneckenrad. Die Achsen der beiden sind in den meisten Fällen um 90° versetzt. Die Schnecke ist eine Sonderform eines schräg verzahnten Zahnrads. Der Winkel der Schrägverzahnung ist dabei so groß ge wählt, dass ein Zahn sich mehrfach schraubenförmig um die Radachse windet. Typischerweise ist die Schnecke mit einer Antriebswelle eines elektrischen An triebsmotors verbunden.

Es ist nunmehr vorgesehen, dass die Schnecke bspw. in einem Getriebegehäuse derart gelagert ist, dass diese im Bereich eines ersten Endes mittels eines Fest lagers und im Bereich eines dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende mittels eines Loslagers gelagert ist, wobei das Festlager derart eingerichtet ist, dass ein Schwenken der Schnecke um eine Achse, die orthogonal zu einer Drehachse des Schneckenrads ist bzw. steht, möglich ist.

Somit ermöglicht die besondere Lagerung der Schnecke ein Bewegen dieser in Zahnbreitenrichtung des Schneckenrads.

Die Schnecke ist in Ausgestaltung mittels zweier Lager, einem Festlager und ei nem Loslager, gelagert. Auf diese Weise wird die Rotation der Schnecke bei gleichzeitig definierter Position im Raum ermöglicht. Bei der hier realisierten Fest- Los- Lagerung wird die Aufnahme axialer Kräfte, nämlich Kräfte die in Rich tung der Drehachse der Schnecke wirken, durch das Festlager übernommen.

Das Festlager übernimmt neben der axialen Führung der Schnecke auch deren radiale Abstützung.

Für das Festlager kommen bspw. ein Gleitlager und ein Wälzlager, bspw. ein Kugellager, in Betracht.

Das vorgestellte Schneckengetriebe und damit auch die beschriebene elektri sche Hilfskraftlenkung, die ein solches Schneckengetriebe umfasst, weisen, zu mindest in einigen der Ausführungen, eine Reihe von Vorteilen auf. So wird in Ausgestaltung eine leichtgängige Bewegung der Schnecke um beide Schwenk achsen, die hierin, insbesondere in Verbindung mit den Figuren, als y-Achse und z-Achse bezeichnet werden, ermöglicht. Durch die leichtgängige Bewegungs möglichkeit um beide Achsen kann eine Klemmführung an der Loslagerstelle eingesetzt werden. Es können grundsätzlich neue Loslagerkonzepte realisiert werden. Die Entkopplung von Schwenken und Anfedern durch zwei Konstrukti onselemente ist gegeben, so dass sich die Auflösung des Zielkonflikts, nämlich:

- leicht schwenkbar bedeutet kleine Querschnitte,

- kleine Querschnitte führen zu geringerer Lebensdauer der Anfederung, ergibt. Eine nunmehr mögliche massivere Ausführung der Schwenkgeometrie führt zu hohen Lebensdauern, zudem werden Anrisse verhindert.

Es wird zudem der Einsatz größerer Kugellager ermöglicht, woraus sich eine er höhte Lebensdauer bei höheren Getriebelasten ergibt. Der Einsatz einer robus ten Schwenkgeometrie bietet Vorteile hinsichtlich Rissfreiheit und Ertüchtigung in Richtung höherer Getriebelasten. Weiterhin lässt sich eine Federrate zum Aus gleich des Grundspiels, unabhängig von Lebensdaueranforderungen, leicht ap plizieren. Darüber hinaus kann eine Federkennlinie zum Ausgleich des Grund spiels auf einfache Weise eingestellt werden. Eine progressive oder degressive Kennlinie oder verschiedene Federraten sind abhängig von der Auslenkung. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und den beigefügten Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine Ausführung eines Schneckengetriebes nach dem Stand der Technik.

Figur 2 zeigt in zwei Darstellungen eine Ausführung des vorgestellten Schne ckengetriebes.

Ausführungsformen der Erfindung

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schema- tisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.

In Figur 1 ist eine Ausführung eines Schneckengetriebes nach dem Stand der Technik dargestellt, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt das Schneckengetriebe 10 einerseits in einer Gesamtansicht 10a und andererseits in einer rein schematischen Ansicht 10b. Den beiden An- sichten ist auch jeweils ein Koordinatensystem 12 zugeordnet, in denen jeweils Achsen, nämlich eine x-Achse 14, eine y-Achse 16 und eine z-Achse 18 be- zeichnet sind. Daneben ist ein elastisches Element 36, das zur Anfederung dient, vorgesehen.

In der Darstellung sind eine Schnecke 20 mit zylindrischer Laufverzahnung und ein Schneckenrad 22 dargestellt, die zum Übertragen einer Kraft bzw. eines Mo- ments Zusammenwirken und hierzu ineinandergreifen. Weiterhin zeigt die Dar- Stellung einen Festlagersitz bzw. ein Festlager 30 mit Drehpunkt und einen Los- lagersitz bzw. ein Loslager 32 mit Anschlag 34.

Zu beachten ist, dass bei derzeit eingesetzten Schnecken bzw. Schraubritzeln das Festlager 30 einschließlich einer Anfederung ausgeführt ist. Dies ermöglicht kleine Bewegungen um eine Achse des Festlagers 30, die in Figur 1 als y-Achse 16 bezeichnet ist. Eine Bewegung der Schnecke 20 um die Hochachse, in die sem Fall die z-Achse 18, ist nahezu nicht möglich. Dies kann sich bei entspre chender Ausführung der Loslagerstelle, insbesondere bei einer Klemmführung, als Nachteil darstellen.

Figur 2 zeigt eine Ausführung des vorgestellten Schneckengetriebes, die insge samt mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt auf der linken Seite eine Schnecke in einer Draufsicht und auf der rechten Seite das Schne ckengetriebe 100 in einer Seitenansicht mit der Schnecke 102 und einem Schne ckenrad 104, die ineinandergreifen. Weiterhin sind in der Darstellung eine x- Achse 110, eine y-Achse 112 und eine z-Achse 114 eingetragen. Die z-Achse 114 ist eine Achse, die orthogonal zu einer Drehachse 118 des Schraubenrads 104 gerichtet ist. Das Schwenken der Schnecke 102 um die z-Achse 114 bedeu tet ein Bewegen der Schnecke 102 in Zahnbreitenrichtung des Schneckenrads 104.

Die Darstellung zeigt weiterhin einen ersten Ring 140 mit einem Kugellager 141 mit Bewegung um eine Schwenkachse. Eine Möglichkeit besteht darin, die Schwenkachse auf die Höhe der Verzahnungsachse zu legen. Hieraus ergibt sich eine bessere Kinematik. Zudem ist ein zweiter Ring 142 vorgesehen. Zudem sind Desaxierungselemente 146, mit denen ein Hebelarm um die y-Achse er zeugt wird, zum Spielausgleich in der Verzahnung und ein Federelement 148 zum Aufbringen einer Federkraft 150 bereitgestellt.

Die beiden Ringe 140 und 142 ermöglichen ein Schwenken der Schnecke 102 um sowohl die y-Achse 112 als auch die z-Achse 114 und damit um eine Achse, die senkrecht zu der Drehachse 118 des Schneckenrads 104 ausgerichtet ist.

Die beiden Ringe 140 und 142 stellen dabei eine doppelkardanische Lagerung bereit. Diese doppelkardanische Lagerung stellt ein Festlager 160 dar. Dieses Festlager 160 ist im Bereich eines ersten Endes 162 der Schnecke 102 vorgese hen. An einem zweiten Ende 164 der Schnecke 102, das dem ersten Ende 162 gegenüberliegt, ist ein Loslager 166 vorgesehen.

Der zweite Ring 142 umgreift den ersten Ring 140. In dieser Darstellung sind die beiden Ringe 140 und 142 koaxial zueinander angeordnet. Die y-Achse 112 wie derum steht senkrecht auf der z-Achse 114 und verläuft in dieser Ausführung pa rallel zu der Drehachse 118 des Schneckenrads 104. Dies ist genau dann der Fall, wenn zwischen Schnecke 102 und Schneckenrad 104 parallel und damit auch die y-Achse 112 und die Schneckenradachse parallel zueinander sind. Be steht ein Achswinkel von 75 ° zwischen Schnecke 102 und Schneckenrad 104, so sind die y-Achse 112 und die Schneckenradachse 118 nicht parallel, sondern ggf. windschief zueinander.

Anstelle des Federelements 148 kann grundsätzlich ein elastisches Element, bspw. eine Schicht aus einem Elastomer, verwendet werden. Weiterhin kann die Schnecke 102 in einem Getriebegehäuse gelagert sein. In diesem Getriebege häuse ist dann typischerweise das Festlager 160 angeordnet.

Bei dem beschriebenen Schneckengetriebe 100 kann das Schneckenfestlager sehr leichtgängig um beide Schwenkachsen der Schnecke 102 geschwenkt wer den. Das Schwenken der Schnecke um die y-Achse 112 und die z-Achse 114 er folgt dabei jeweils mit Zylinderstiften zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring sowie zwischen dem zweiten Ring und dem Gehäuse oder einem weiteren Ring.

Die Darstellung zeigt weiterhin Zylinderstifte 170, die das Schwenken der Schne cke 102 in diesem Fall um zwei Achsen ermöglichen.

Das Schwenken der Schnecke um die y-Achse wird dabei mit horizontalen Zylin derstiften 170 ermöglicht. Diese sind mit dem ersten Ring 140 fest verbunden. Gleichzeitig wird bei diesen beiden horizontalen Zylinderstiften 170 eine Kraft, bspw. mittels einer Feder oder einem ähnlichen Element, über einen Hebelarm aufgebracht. Das auf diese Weise entstehende Moment um die Stiftlängsachse ermöglicht es, die Schnecke 102 in das Schneckenrad 104 zu drücken und das Verzahnungsspiel zu kompensieren. Zur gleichen Zeit lässt sich in den Anfede rungsmechanismus ein Endanschlag integrieren.

Ein eventueller Spielausgleich in den Zylinderstift-Passungen am zweiten Ring 142 kann, insbesondere bei einer Ausführung mit kleiner Spielpassung, noch durch eine ggf. zusätzliche Anfederung realisiert werden. Die Zylinderstifte 170, die ein Schwenken um die y-Achse 112 ermöglichen, können direkt am Kugella geraußenring oder in einem Ring mit befestigtem Lager angebracht werden. Das Schwenken um die z-Achse 114 wird bei dieser Ausführung ebenfalls mit zwei Zylinderstiften 170 ermöglicht. Diese sind fest mit dem zweiten Ring 142 verbunden und haben eine kleine Spielanpassung im Getriebegehäuse oder ei nem weiteren Ring. Auch hier kann ein Spielausgleich mittels einer zusätzlichen Anfederung zum Einsatz kommen.

Es können auch jeweils mehr als zwei Zylinderstifte 170 vorgesehen sein.

In Figur 2 ist das Schneckengetriebe 100 in einer Ausführung gezeigt, die ein Schwenken der Schnecke 102 sowohl um die y-Achse 112 als auch die z-Achse 114 ermöglicht. Grundsätzlich zeichnet sich das hierin vorgestellte Schneckenge triebe dadurch aus, dass bei diesem ein Schwenken der Schnecke 102 um die z- Achse 114 und somit um eine Achse, die orthogonal zu der Drehachse 118 des Schneckenrads 104 ausgerichtet ist, möglich ist.