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 Lagerung eines Schneckengetriebes sollte möglichst spielfrei sein um Akustikprobleme wie Umlenkklopfen oder Klappern zu vermeiden. Gleichzeitig muss aber ein Spiel gewährleistet werden können, um Toleranzen und

Umwelteinflüsse wie beispielsweise Änderungen der Feuchtigkeit, Temperatur usw. ausgleichen zu können. Umgekehrt darf aber auch keine zu große Vorspannkraft auf die Verzahnung aufgebracht werden, da sonst das Durchdrehmoment und damit einhergehend der Verschleiß zu groß werden. Durch die Winkel in der Verzahnung der Schneckenwelle und des

Schneckenrades als auch durch die Lagerung der Schnecke ergeben sich asymmetrische Lasten auf die Lager der Schneckenwelle. Diese bewirken mit der Zeit einen Verschleiß der Bauteile, wodurch sich das Spiel in der

Verzahnung zunehmend erhöht. Es hat sich herausgestellt, dass das Einstellen des Spiels bei Montage auf Null nicht ausreichend ist. Durch die Zunahme des Spiels der Verzahnung kommt es zu Akustikproblemen.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2014 110 306 Al offenbart eine

Schneckenwelle, die an ihrem motorfernen Ende in einem Lager drehbar gelagert ist, welches in einer Halterung aufgenommen ist, in der ein Lagerring, der einen Außenteil des Lagers bildet, drehfest angebracht ist. Die Halterung ist derart verlagerbar in dem Schneckengetriebe angebracht, dass der

Lagerring in Richtung gegen die Verzahnung des Schneckenrads bewegbar ist, wodurch die Schneckenwelle in einen spielfreien Verzahnungseingriff mit dem Schneckenrad vorgespannt werden kann. Als Vorspannelement kann

beispielsweise eine Feder vorgesehen sein, welche an der Halterung angreift und die Schneckenwelle elastisch spielfrei gegen die Verzahnung des

Schneckenrads andrückt. Weiterhin ist die Halterung über einen eine

Schwenkachse ausbildenden Stift in dem Getriebegehäuse schwenkbar gelagert.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektromechanische

Servolenkung mit einem Schraubradgetriebe, insbesondere einem

Schneckengetriebe, anzugeben, bei dem Geräusche und Spiel effektiv und langfristig reduziert werden können.

Diese Aufgabe wird von einer elektromechanischen Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Demnach ist eine elektromechanische Servolenkung mit einem elektrischen Servomotor mit einer Motorwelle, der eine mit einem Schraubrad kämmende Welle antreibt, vorgesehen, wobei die Welle in einem Getriebegehäuse angeordnet und in einer Lageranordnung aufweisend ein Wälzlager um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist, wobei eine Vorspanneinrichtung umfasst ist, die ein bewegliches Lagerelement der Lageranordnung federelastisch gegen das Getriebegehäuse zum Einstellen des Spiels des Eingriffs zwischen Schraubrad und Welle vorspannt, wobei das Getriebegehäuse einen

Gehäuseabschnitt mit einer ersten Anlagefläche und einer zweiten

Anlagefläche aufweist, wobei die Lageranordnung einen Lagerträger für das Wälzlager aufweist, der das bewegliche Lagerelement bildet und der einen sich von einem Grundkörper des Lagerträgers erstreckenden Hebelarm mit einem freien Ende aufweist, welches am Getriebegehäuse an der zweiten

Anlagefläche in einem zweiten Kontaktbereich anliegt. Der Lagerträger weist weiterhin an seinem Grundkörper einen Exzenternocken auf, der an der ersten Anlagefläche am Gehäuse in einem ersten Kontaktbereich anliegt. Die

Normalen der ersten Anlagefläche und der zweiten Anlagefläche können in einer oder mehr Raumrichtungen einen Vorzeichenwechsel aufweisen. Es ist auch denkbar und möglich, dass die beiden Anlageflächen als Anlagepunkte ausgebildet sind. Der Lagerträger steht damit bevorzugt ausschließlich über die Anlageflächen in Kontakt mit dem Gehäuse. Die Lageranordnung kann am motornahen Ende und vorzugsweise am motorfernen Ende der Welle angeordnet sein.

Durch die asymmetrische Zweipunktabstützung des Lagerträgers am

Getriebegehäuse ist die Lageranordnung selbst in allen Lastsituationen spielfrei, so dass Geräusche wirksam reduziert werden können. Der

Lagerträger ist vorzugsweise einstückig aus einem Werkstück, beispielsweise aus einem Kunststoff-Spritzgussteil, ausgebildet.

Vorzugsweise ist der die erste und zweite Anlagefläche bildende Teil des Getriebegehäuses keilförmig mit ebenen Flächen ausgebildet. Dieser Teil kann beweglich ausgebildet sein, um ein Sperren der Bewegung der Welle zu verhindern.

Es ist vorteilhaft, wenn der erste und zweite Kontaktbereich in einer

gemeinsamen Ebene senkrecht zur Rotationsachse liegen.

Der Hebelarm weist bevorzugt an seinem freien Ende einen in Längsrichtung erstreckenden Vorsprung auf, der sich am Getriebegehäuse federelastisch abstützt und der an der zweiten Anlagefläche des Gehäuseteils anliegt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen dem Vorsprung und dem Grundkörper des Lagerträgers ein freier Raum ausgebildet, in dem der die erste und zweite Anlagefläche bildende Teil des Getriebegehäuses

aufgenommen ist.

Das Wälzlager ist bevorzugt von dem Grundkörper des Lagerträgers

konzentrisch umgeben und der Lagerträger weist in einer zentralen Öffnung des Grundkörpers einen Sitz für das Wälzlager auf, der durch einen Absatz in der Öffnung ausgebildet ist.

Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass auf das freie Ende des Hebelarms ein im Gehäuse gehaltenes Federelement zur federelastischen Vorspannung der Welle im Gehäuse drückt. Bevorzugt ist ein starrer Anschlag,

beispielsweise eine Anlagefläche des Gehäuses oder ein eingepresster Stift vorgesehen, welcher mit dem vorgespannten Federelement zusammenwirkt.

Es ist auch denkbar und möglich, dass die federelastische Vorspannung der Welle im Gehäuse mittels eines federvorgespannten Stifts realisiert wird. Der Vorsprung des Hebelarms stützt sich vorzugsweise mittels des Stifts an dem Getriebegehäuse ab.

Um eine gute Einstellmöglichkeit zu gewährleisten erstreckt sich der

Exzenternocken bevorzugt über einen Kreissektor in einem Bereich zwischen 10° und 100° zur Rotationsachse der Welle.

Der Exzenternocken weist vorzugsweise eine bauchige Erhebung auf, die sich in Umfangsrichtung asymmetrisch erstreckt und in Längsrichtung

gleichbleibend oder besonders vorteilhaft konvex oder gewölbt oder gekrümmt ist, um Toleranzen auszugleichen, und deren Radius der Krümmung im

Querschnitt kleiner oder grösser als der Radius des Lagersitzes ist. Der Radius der Krümmung wird dann kleiner gewählt, wenn die Position des

Kontaktpunktes kontrollieret werden soll, und grösser, um den Kontaktdruck zu minimieren. Die Längsrichtung wird durch die Richtung der Rotationsachse der Welle definiert. Der Exzenternocken ist bevorzugt derart ausgeformt, dass bei Bewegung des Lageraußenrings des Wälzlagers um die Rotationsachse sich zur Einstellung des Spiels des Eingriffs zwischen Schraubrad und Welle der Lageraußenring von dem Gehäuseabschnitt (der ersten Anlagefläche) weg oder zu diesem hin bewegt.

Um eine Langlebigkeit der Lageranordnung zu gewährleisten, weist die erste und/oder zweite Anlagefläche des Getriebegehäuses vorzugsweise eine höhere Steifigkeit als der Lagerträger auf.

Um die asymmetrischen Kräfte aufnehmen zu können, beträgt der

Winkelabstand zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten

Kontaktbereich in Umfangsrichtung zur Rotationsachse vorzugsweise zwischen 20° und 50°, und besonders bevorzugt zwischen 30° und 40°.

In einer Ausführungsform ist das Schraubrad ein Schneckenrad und die Welle eine Schneckenwelle.

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 räumliche Darstellung eines Getriebes einer elektromechanischen

Servolenkung;

Figur 2: eine weitere räumliche Darstellung des in Figur 1 gezeigten Getriebes;

Figur 3: eine räumliche Darstellung des Eingriffs zwischen Schneckenrad und

Schneckenwelle des Getriebes;

Figur 4: einen Querschnitt durch die Schneckenwelle auf Höhe eines Lagers,

Figur 5: eine räumliche Ansicht eines Bauteils des Lagers, sowie

Figur 6: eine schematische Darstellung der Funktionsweise des Lagers.

In den Figuren 1 bis 3 ist ein Getriebe 1 einer elektromechanischen

Servolenkung eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Die elektromechanische Servolenkung ist vorgesehen, um dem Fahrer bei einer Lenkbewegung zu unterstützen. Die elektromechanische Servolenkung weist neben dem Getriebe einen Elektromotor oder Servomotor 150 auf. Die Servoeinheit kann als Überlagerungslenkung an einer Lenksäule oder als

Hilfskraftunterstützungseinrichtung an einem Ritzel oder einer Zahnstange angeordnet sein.

Der Servomotor treibt eine Schneckenwelle 2 an, die mit ihrer Schnecke 3 in Eingriff mit einem Schneckenrad 4 steht, dass mit der unteren Lenkwelle 5 oder dem Ritzel drehfest verbunden ist. Bei einem Betrieb des Elektromotors 150 wird die Schneckenwelle 2 angetrieben und die Schnecke 3 und das Schneckenrad 4 drehen sich entsprechend um eine Drehunterstützung für die untere Lenkwelle 5 bereitzustellen oder ein Unterstützungsmoment

unmittelbar in das Ritzel einzuleiten.

Die Schneckenwelle 2 ist an ihrem freien Ende 6 in einer Lageranordnung 7 in dem das Getriebe umgebenden Getriebegehäuse 8 gelagert.

Die Lageranordnung 7 ist im Detail in Figur 4 dargestellt. Sie weist ein

Wälzlager 9 auf, welches als Kugellager ausgebildet ist und geringfügige Axialbewegungen und Änderungen der Drehachse der Schneckenwelle 2 gegenüber dem Getriebegehäuse 8 zulässt. Das Wälzlager 9 weist einen Innenring 10, Wälzkörper 11 und einem Außenring 12 auf. Die Wälzkörper 11 laufen in Rillen zwischen dem Innenring 10 und dem Außenring 12. Der Außenring 12 ist in einem Lagersitz eines Lagerträgers 13 aufgenommen. Der Lagerträger 13 umgibt den Außenträger umfangseitig. Der Lagerträger 13 weist einen Exzenternocken 14 auf. Der Exzenternocken 14 ist auf der

Umfangsfläche des Lagerträgers 13 ausgebildet und weist eine bauchige Erhebung 15 auf, die sich in Umfangsrichtung asymmetrisch erstreckt und in Längsrichtung gleichbleibend ist und deren Radius der Krümmung im

Querschnitt kleiner oder grösser als der Radius des Lagersitzes ist. Der Exzenternocken 14 erstreckt sich über einen Kreissektor in einem Bereich zwischen 20° und 100° zur Rotationsachse 100 der Schneckenwelle 2. Der Exzenternocken 14 stützt sich mit seiner Umfangsfläche an einem

Gehäuseabschnitt 16 ab. Dieser Gehäuseabschnitt 16 ist bevorzugt in der Form eines Keils gebildet und weist eine plane Ebene 17 auf, an der sich der Exzenternocken 14 auf- und abrollen oder entlanggleiten kann, letzteres insbesondere dann, wenn der Exzenternocken einen gleitenden Auflagepunkt bildet. Bei Bewegung des Lageraußenrings 12 um die Rotationsachse 100, schematisch dargestellt durch die Pfeile, bewegt sich der Lageraußenring 12 von dem Gehäuseabschnitt 16 weg bzw. zu diesem hin, so erhöht oder verringert sich das Spiel des Eingriffs zwischen Schneckenrad 4 und

Schneckenwelle 2 je nach Drehrichtung. Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn sich keine Bewegung des Lageraußenrings 12 oder nur eine geringe tolerierbare Bewegung einstellt, welche die Distanz beider Anlageflächen 32,

33 erhöht. Der Gehäuseabschnitt 16 weist bevorzugt eine höhere Steifigkeit auf als die des Exzenternockens 14, damit das Gehäuse 8 nicht durch Abrollen des Exzenternockens 14 auf der Ebene 17 beschädigt wird.

Der Lagerträger 13 weist weiterhin eine Vorspanneinrichtung 18 aufweisend einen Hebelarm 19 auf. Der Hebelarm 19 ist als Arm 20 mit einem freien Ende

21 ausgebildet. Er erstreckt sich von der Umfangsfläche des Lagerträgers 13 in Radialrichtung zur Rotationsachse 100. Der Lagerträger 13 ist an dem freien Ende 21 des Hebelarms 19 ebenfalls am Getriebegehäuse 8 abgestützt. Dazu drückt auf das freie Ende 21 ein im Gehäuse 8 gehaltener federvorgespannter Stift 22. Die Lage der Schneckenwelle 2 ist in Bezug auf das Schneckenrad 4 mittels der Vorspanneinrichtung 18 einstellbar. Der Exzenternocken 14 gleitet an der Gehäuseinnenwand des Getriebegehäuses 8 in Abhängigkeit der Krafteinwirkung durch die Feder 23 der Vorspanneinrichtung 18 auf den Stift

22 auf oder ab.

Durch die Zweipunktabstützung des Lagerträgers 13 am Getriebegehäuse 8 ist die Lageranordnung 7 selbst in allen Lastsituationen spielfrei, so dass

Geräusche wirksam reduziert werden können.

Die Figuren 5 und 6 zeigen die Einzelheiten des Lagerträgers 13. Der

Lagerträger 13 weist einen im Wesentlichen zylindrischen Grundkörper 24 auf, der von einer kreisrunden Öffnung 25 durchsetzt ist, in der auf der Innenseite ein umlaufender Absatz 26 vorgesehen ist, der eine ringförmige Anlagefläche 27 in Längsrichtung als Sitz für das Wälzlager ausbildet. Der Exzenternocken 14 ist an der Außenseite des Grundkörpers 24 angeordnet und erstreckt sich über die gesamte Höhe des Lagerträgers 13 in Längsrichtung. Zu dem

Exzenternocken 14 in Umfangsrichtung versetzt ist der Hebelarm 19, ebenfalls an der Außenseite des Grundkörpers 24, angeordnet. Der Hebelarm 19 erstreckt sich in Längsrichtung nur über einen Teil der Höhe des Grundkörpers 24. Zwischen einer Oberseite 28 des Hebelarms 19 und einer parallel dazu liegenden Stirnseite 29 des Grundkörpers 24 ist ein Abstand vorgesehen. Der Hebelarm 19 weist an seinem freien Ende 21 einen Vorsprung 30 auf. Der Vorsprung 30 erstreckt sich in Längsrichtung von der Oberseite des freien Endes 21 aus, so dass sich zwischen Umfangsseite des Grundkörpers 24 und einer zur Grundkörperseite zeigenden Innenseite des Vorsprungs 30 ein freier Raum 31 ausbildet. In diesem freien Raum ist das keilförmige Gehäuseteil, wie in Figur 4 dargestellt, aufgenommen. Das Federelement 23 steht in Anlage mit dem Vorsprung 30 des Hebelarms 19. Die Bewegung des Vorsprungs 30 des Hebelarms 19 wird an dem keilförmigen Gehäuseteil geführt. Der Vorsprung 30 liegt in Anlage mit einer ersten Seite 32 des keilförmigen Gehäuseteils. Der Exzenternocken 14 liegt auf einer der ersten Seite 32 gegenüberliegenden zweiten Seite 33 des keilförmigen Gehäuseteils an. Das keilförmige

Gehäuseteil bildet somit zwei Anlageflächen 32,33 mit jeweils einem

Kontaktpunkt 34,35 oder einer Kontaktfläche für den Lagerträger 13 aus. Der Lagerträger 13 weist auf seiner der Schneckenwelle abgewandten Seite eine plane Oberfläche auf.

Figur 6 zeigt schematisch die Anordnung der Anlageflächen 32,33 nach der Montage des Getriebes 1, ohne externe Kräfte auf die Schneckenwelle. Die nicht dargestellte Schneckenwelle sitzt in y-Richtung oberhalb des schematisch dargestellten Schneckenrades 4. Die x-Achse erstreckt sich senkrecht zur y- Achse und senkrecht zur Rotationsachse 100 der Schneckenwelle. Der

Ursprung des Koordinatensystems liegt im Mittelpunkt der durchsetzenden Öffnung 25 des Lagerträgers 13 bzw. im Mittelpunkt des Grundkörpers 24 des Lagerträgers 13 und somit auf der Rotationsachse 100. Die Anlageflächen 32,33 liegen in einer gemeinsamen Ebene in z-Richtung.

Der Kontaktpunkt 35 bzw. -bereich des Exzenternockens 14 an dem

Getriebegehäuse weist ausgehend vom Mittelpunkt einen Winkelabstand a zur x-Achse auf. Die Anlagefläche 33 des Getriebegehäuses in diesem ersten Kontaktpunkt 35 (Tangente) erstreckt sich unter einem Winkel d zur y-Achse und weist einen Abstand di zur y-Achse auf. Der Kontaktpunkt 34 bzw. - bereich des Hebelarms 19 an dem Getriebegehäuse weist ausgehend vom Mittelpunkt einen Winkelabstand ß zur x-Achse auf. Die Anlagefläche 32 des Getriebegehäuses in diesem zweiten Kontaktpunkt 34 (Tangente) erstreckt sich unter einem Winkel g zu der Lotgeraden der Verbindungslinie zwischen Mittelpunkt und zweitem Kontaktpunkt 34 im zweiten Kontaktpunkt 34. Der Abstand zwischen Mittelpunkt und zweitem Kontaktpunkt 34 ist als d ₂ definiert. Die Feder 23 weist eine Federkraft Fi auf. Die Vorspanneinrichtung hat ein Spiel d ₃ .

Die Geometrie der Anlageflächen (Winkel und Abstände) und die Reibwerte der Kontaktpunkte und Anlagefläche können so gewählt werden, dass kein der Schnecke Abheben möglich ist (Nachsteller) (g<0) oder dass Abheben erst mit sehr hohen Kräften möglich ist oder dass ein Abheben bereits mit kleinen Kräften möglich ist. Die Konfiguration kann mit kleinen An presskräften (im passiven Betrieb / Durchdrehmoment) radial in die Verzahnung arbeiten.

Die beiden Anlageflächen 32,33, die theoretisch auch punktförmig ausgebildet sein können, sind zueinander versetzt angeordnet und ermöglichen eine Kompensation der asymmetrischen Verzahnungskräfte und damit auch eine Geräuschreduktion.

Der Winkel d kann verwendet werden um die Kraftbalance zwischen den beiden Drehrichtungen der Schneckenwelle einzustellen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform betragen die Winkel a und d 0°. Der Winkel ß liegt bei etwa 35° und der Winkel g bei 9°. Der Winkel g muss relativ groß gewählt werden um Reibkräfte zu überwinden. Ohne Reibung liegt der Winkel g in einem Bereich von 0,5° bis 2,5°, insbesondere zwischen 1° und 2°. Mit Reibung im zweiten Kontaktbereich 34 liegt der Winkel g in einem Bereich zwischen 7° und 13°. In der vorteilhaften Ausführungsform ist der

Reibkoeffizient bei etwa 0,1. Der Abstand di ist etwa 16 mm und der Abstand d ₂ etwa 22 mm. Die Federkraft beträgt bevorzugt 5N . Das Spiel d ₃ in der Vorspanneinrichtung ist auf 0,2 mm eingestellt. Die restlichen Kontakte weisen kein Spiel auf. Die Radien der Kontaktpunkte 34,35 vom Mittelpunkt

ausgehend betragen mindestens 7 mm.

Eine weitere Einstellmöglichkeit kann durch ein bewegliches Gehäuseteil vorgesehen sein. Der zwischen den beiden Kontaktpunkten befindliche Teil des Gehäuses, der insbesondere keilförmig ist, kann durch Ausweichen in y- Richtung ein Sperren der Schneckenwelle verhindern.

Es ist möglich die Anordnung der Kontaktpunkte so vorzunehmen, dass es hohe Kräfte braucht, bis sich der Lagerträger relativ zur Schneckenwelle bewegt. Um ein Durchdrehmoment möglichst niedrig zu halten, kann eine Anfederung im zweiten Kontaktpunkt 34 zwischen Vorsprung des Hebelarms und Gehäuse vorgesehen sein.

Der zuvor beschriebene Lagerträger weist eine besonders einfache

Konstruktion auf und ist mit der Vorspanneinrichtung in einem einzigen Bauteil, bevorzugt einstückig ausgebildet. Durch die Nachsteller-ähnlichen Eigenschaften kann die Funktion des Lagerträgers über die Lebensdauer des Getriebes erfüllt werden. Ein Verschleiß im Getriebe kann zudem kompensiert werden.