Lenkvorrichtungen für Kraftfahrzeuge übertragen einen über ein Lenkhandrad eingeleiteten Lenkwunsch an ein Stell- glied, auch Lenkaktuator genannt.

Bei elektrisch unterstützten Lenkvorrichtungen wird eine Servounterstützung durch einen Elektromotor bewerkstelligt.

Dabei kann es sich um eine Hilfskraft oder um eine Fremd- kraft handeln.

Je nach Ausführungsform der Lenkvorrichtung kann die Ser- vounterstützung an verschiedenen Stellen und durch ver- schiedene Anordnungen zur Verfügung gestellt werden.

Bei großen Lenkkräften und hohen Lenkachslasten um- schließt der Elektromotor zentrisch eine Schubstange und überträgt die Servounterstützung über einen Kugelumlaufme- chanismus direkt auf die Schubstange. Diese Anordnungen werden auch häufig bei steer-by-wire-und Hinterachs- Lenksystemen verwendet.

Diese Anordnung hat den Nachteil, daß nur kleine Überset- zungen zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite dargestellt werden können. Infolgedessen muß der Elektromo- tor schon bei kleinen Drehzahlen ein hohes Drehmoment zur Verfügung stellen können. Dies kann nur dadurch erreicht werden, daß das Volumen des Elektromotors dementsprechend angepasst wird, was dazu rührt, daß mehr Einbauraum zur Verfügung gestellt werden muß. Durch die unmittelbare Nähe von anderen Aggregaten, wie beispielsweise Fahrzeugmotor

oder Differential, kann dieser zusätzlich benötigte Einbau- raum nur selten realisiert werden. Zudem kann sich die Wär- meabstrahlung dieser Aggregate negativ auf das Funktions- verhalten des Lenksystems, insbesondere des Elektromotors, auswirken.

Bei mittleren Anforderungen an die Lenkvorrichtung in Bezug auf Lenkkraft und Lenkachslast wirkt der Elektromotor auf ein Antriebsritzel, welches mit einer Schubstange in Wirkverbindung steht. In einer Variante weisen diese Lenk- vorrichtungen zwei Antriebsritzel auf, wobei ein Antriebs- ritzel über eine Lenksäule mit einem Lenkhandrad in Wirk- verbindung steht und ein zweites Antriebsritzel über den Elektromotor angetrieben wird.

Diese Lenkvorrichtungen bieten Vorteile bezüglich der Frei- heitsgrade der räumlichen Anordnung des Elektromotors sowie der Kollisionsumgehung mit anderen Aggregaten. Nachteilig an diesen Lenkvorrichtungen ist die Tatsache, daß das maxi- mal übertragbare Drehmoment aufgrund der Verzahnung An- triebsritzel/Schubstange beschränkt ist. Bei der Lenkvor- richtung mit zwei Antriebsritzeln kommt als weiteres Pro- blem hinzu, daß zwei Verzahnungen auf einer Schubstange in einem engen Toleranzfeld zueinander laufen, damit sie mit beiden Antriebsritzeln praktisch spielfrei kämmen.

Die in der DE 198 52 447 A1 beschriebene Lenkvorrich- tung für Kraftfahrzeuge weist eine Eingangswelle auf, die mit einem Lenkhandrad über ein drehelastisches Element in Wirkverbindung steht. Über ein Planetengetriebe wird die eingeleitete Drehbewegung an ein als Antriebsritzel ausge- bildetes Ausgangsglied weitergeleitet und auf eine Schub- stange übertragen. Auf das Planetengetriebe und damit auch

auf das Ausgangsglied wirkt zusätzlich ein Elektromotor über ein Schneckengetriebe.

Diese Lenkvorrichtung ist durch die Kombination von Planeten-und Schneckengetriebe sehr aufwendig und teuer, da die Verzahnungen spielfrei laufen müssen, um den Quali- tätsanforderungen hinsichtlich Geräusch und Komfort zu ge- nügen. Dies stellt besonders hohe Forderungen an Verzah- nungsqualität und Lagerung der sich zueinander bewegenden Bauteile.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lenkvorrichtung darzustellen, die für alle verschiede- nen Einbauvarianten eingesetzt werden kann bei gleichzeiti- gem geringen Platzbedarf und hohem übertragbaren Drehmo- ment. Zusätzlich soll der Elektromotor flexibel angeordnet werden und die Lenkvorrichtung eine große Übersetzung von der Antriebsseite zur Abtriebsseite darstellen können.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisende, gattungsgemäße Lenkvorrichtung für Kraftfahr- zeuge gelöst.

Die Lösung erfolgt insbesondere dadurch, daß die von einem Elektromotor in Abhängigkeit von einem über das Lenk- handrad vorgegebenen Sollwert erzeugte Lenkunterstützung über ein Getriebe direkt auf ein Schraubengetriebe übertra- gen wird. Über das Schraubengetriebe wird die Lenkunter- stützung auf eine Schubstange übertragen, die mit den ge- lenkten Rädern eines Kraftfahrzeugs verbunden sind. Somit findet über das Schraubengetriebe eine Umwandlung der über den Elektromotor aufgebrachten Rotationsbewegung in eine

Translationsbewegung statt. Das Schraubengetriebe weist in einer Funktionsvariante einen Kugelumlaufmechanismus auf, um eine geräusch-und verschleißarme Funktion bei gleich- zeitigem hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten. Ober das Schraubengetriebe lassen sich auch wesentlich größere Kräf- te übertragen als über eine Antriebsritzel/Schubstangen- Kombination.

Durch die direkte Kombination der beiden Getriebe entsteht ein direkter Kraftfluß vom Elektromotor zum Stellglied.

Dadurch lassen sich viel größere Übersetzungen darstellen als bei den bisher verwendeten Lenkvorrichtungen, wodurch das vom Elektromotor aufzubringende Drehmoment reduziert werden kann. Dies ermöglicht gleichzeitig den Einsatz von kleineren Elektromotoren, die bei hohen Drehzahlen laufen und einen besseren Wirkungsgrad aufweisen. Außerdem kann eine Lagerstelle gegenüber den herkömmlichen Lenkvorrich- tungen eingespart werden. Die Toleranz-und Fluchtungspro- blematik, wie sie bei einer Antriebsritzel/Schubstangen- Kombination durch zwei zueinander laufende Verzahnungen oder einer Lenkvorrichtung mit einem starr über zwei Lager in einem Gehäuse gelagerten Elektromotor, der auf eine Schubstange wirkt, auftritt, tritt bei der erfindungsgemä- ßen Lenkvorrichtung nicht auf. Die Schubstange ist auf ei- ner Schraubengewindeseite nur mit einem Lager im Gehäuse gelagert. Durch geeignete Wahl der Lagerung, z. B. durch Kugellager, die eine Schiefstellung von bis zu 30 Winkelmi- nuten überbrücken können, können die Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden.

Durch das reduzierte erforderliche Motordrehmoment wird auch das Getriebe weniger belastet, sodaß auch alternative Werkstoffe verwendet werden können. Bevorzugt wird hierbei

Kunststoff, der bei den bisherigen Lösungen aus Dauerfe- stigkeitsproblemen nur in verstärkter Ausführung verwendet werden kann.

Das Getriebe kann in. einer Ausführungsform ein Reibradge- triebe sein, was Vorteile hinsichtlich Wirkungsgrad und Spielfreiheit bringt. Zudem ist bei Überlast ein Durchrut- schen möglich, sodaß auf eine zusätzliche Rutschkupplung zur Überlastsicherung verzichtet werden kann. Eine weitere Alternative ist ein Getriebe mit leicht kegeligen Stirnrä- dern, bei dem der Spielausgleich über eine Stellschraube oder eine Druckfeder bewerkstelligt werden kann Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Er- findung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfin- dung ist aber nicht auf die Merkmalskombinationen der An- sprüche beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Nachfolgend sind anhand der Figuren verschiedene Aus- führungsbeispiele der vorliegenden Erfindung prinzipgemäß beschrieben.

Es zeigen : Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Lenkvorrichtung für Kraftfahr- zeuge in Form einer Zahnstangenlenkung ; Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Lenkvorrichtung für Kraftfahr- zeuge als Stellglied für ein gelenktes Rad ;

Fig. 3 eine Darstellung des Schnittes entlang der Linie III-III in Fig. 1 und Fig. 2 ; Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Lenkvorrichtung für Kraftfahr- zeuge mit einem Reibradgetriebe und Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer er- findungsgemäßen Lenkvorrichtung für Kraft- fahrzeuge mit einem Stirnradgetriebe.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge, bei dem ein Antriebsritzel 2 in einem Ge- häuse 1 drehbar gelagert ist. Das Antriebsritzel 2 steht über seine Verzahnung im Eingriff mit einer Zahnstange 3, die in dem Gehäuse 1 axial verschiebbar geführt ist. Das Antriebsritzel 2 kann über eine mechanische Lenksäule mit einem Lenkhandrad in Wirkverbindung stehen. In einer Vari- ante wirkt auf das Antriebsritzel 2 ein nicht dargestellter Elektromotor, der mit dem Lenkhandrad über eine Regelstrek- ke verbunden ist. Die Zahnstange weist ein Schraubengewinde auf, das hier in Form eines Kugelumlaufmechanismus ausge- bildet ist. Die Zahnstange 3 ist über ein Kugelgewinde 4, eine Lenkmutter 5 und ein Lager 6 im Gehäuse 1 gelagert.

Die Zahnstange 3 steht über Spurstangen 7 und 8 mit nicht dargestellten, gelenkten Rädern eines Kraftfahrzeuges in Wirkverbindung. Eine von einem Elektromotor 9 in Abhängig- keit von einem über das Lenkhandrad aufgebrachten Lenkmo- ment erzeugten Servounterstützung wird über ein Schnecken- getriebe auf die Lenkmutter 5 übertragen. Dabei weist eine Antriebselement 10 des Elektromotors 9 eine Schnecke 11 auf, die mit einem Schneckenrad 12 kämmt. Dieses Schnecken- rad 12 ist formschlüssig mit der Lenkmutter verbunden. Die

vom Elektromotor 9 aufgebrachte Servounterstützung wird auf die Zahnstange 3 übertragen und die Rotationsbewegung der Antriebselement 10 des Elektromotors 9 in eine Linearbewe- gung der Zahnstange 3 umgewandelt.

In Fig. 2 ist als eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge ein Stellglied für ein gelenktes Rad dargestellt. Die Schub- stange 13 weist ein Schraubengewinde auf, das hier in Form eines Kugelumlaufmechanismus ausgebildet ist. Die Schub- stange 13 ist über ein Kugelgewinde 4, eine Lenkmutter 5 und ein Lager 6 im Gehäuse 1 gelagert.

Die Schubstange 13 wird durch ein Lager 14 linear geführt und gegen Verdrehen gesichert. Die Schubstange 13 steht mit nicht dargestellten, gelenkten Rädern eines Kraftfahrzeuges in Wirkverbindung. Eine von einem Elektromotor 9 in Abhän- gigkeit von einem über das Lenkhandrad aufgebrachten Lenk- moment erzeugten Servounterstützung wird über ein Schnek- kengetriebe auf die Lenkmutter 5 übertragen. Dabei weist eine Antriebselement 10 des Elektromotors 9 eine Schnek- ke 11 auf, die mit einem Schneckenrad 12 kämmt. Dieses Schneckenrad 12 ist formschlüssig mit der Lenkmutter 5 ver- bunden. Die vom Elektromotor 9 aufgebrachte Servounter- stützung wird auf die Schubstange 13 übertragen und die Rotationsbewegung der Antriebselement 10 des Elektromo- tors 9 in eine Linearbewegung der Schubstange 13 umgewan- delt.

Zwischen dem Gehäuse 1 und einem verlängerten Fortsatz 16 der Lenkmutter 5 ist ein Sensor 15 integriert, der die axiale Verschiebung erfaßt.

In Fig. 3 ist als eine mögliche Getriebeform ein Schneckengetriebe dargestellt, das mit dem Antriebsele- ment 10 des Elektromotors 9 in Wirkverbindung steht.

Fig. 4 zeigt einen weitere Ausgestaltungsform der Er- findung. Das Antriebselement 10 des Elektromotors 9 trägt über eine Feder 17 vorgespannte Reibscheiben 18 und 19, die über eine Reibscheibe 20 das Drehmoment des Elektromotors 9 direkt an ein Schraubengetriebe 21 übertragen.

In Fig. 5 ist eine Variante der Erfindung dargestellt, bei der das Antriebselement 10 des Elektromotors 9 ein Stirnrad 22 trägt, das mit einem Stirnrad 23 kämmt. Das Stirnrad 23 ist drehfest mit dem Schraubengetriebe 21 ver- bunden, so daß ein direkter Durchtrieb vom Elektromotor 9 zur Schubstange 13 gegeben ist. Die Stirnrad 22 und 23 können über eine Einstellmechanismus 24 spielfrei zueinan- der eingestellt werden.

Bezugszeichen 1 Gehäuse 2 Antriebsritzel 3 Zahnstange 4 Kugelgewinde 5 Lenkmutter 6 Lager 7 Spurstange 8 Spurstange 9 Elektromotor 10 Antriebselement 11 Schnecke 12 Schneckenrad 13 Schubstange 14 Lager 15 Sensor 16 Fortsatz 17 Feder 18 Reibscheibe 19 Reibscheibe 20 Reibscheibe 21 Schraubengetriebe 22 Stirnrad 23 Stirnrad 24 Einstellmechanismus