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Die Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkung für ein Fahrzeug, mit einer Lenkwelle, die mit einer Lenkhandhabe wirkverbunden ist und mit einem elektrischen Aktuator zur Bereitstellung einer Lenkhilfskraft und/oder eines Überlagerungswinkels für einen an der Lenkhandhabe auf die Lenkwelle aufbringbaren Soll-Lenkwinkels, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Elektrische Servolenkungen sind in verschiedenen Bauarten bekannt und beispielsweise in einem Firmenprospekt: „ZF – Servolectric – Die elektronische Servolenkung für PKW und leichte Nutzfahrzeuge“ beschrieben. Hierbei wird zwischen grundsätzlichen Bauformen, wie die Servoeinheit an einer Lenksäule, die Servoeinheit an einem zweiten Ritzel einer Zahnstange eines Lenkgetriebes und einer achsprallel zu einer Zahnstange angeordneten Servoeinheit (APA-Lenkung) bei Hilfskraftsystemen unterschieden.
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Elektrische Servolenkungen können auch in der Art eines aktiven Lenksystems – einer Überlagerungslenkung – ausgebildet sein, wobei einem an einer Lenkhandhabe eines derartigen Lenksystems eingegebenen Soll-Lenkwinkel ein Überlagerungswinkel aufgeprägt wird.
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Den genannten Servolenkungen ist grundsätzlich die Anwendung eines elektrischen Aktuators, einer Baueinheit aus einem meist pulsweitengesteuerten Elektromotor und eines Untersetzungsgetriebes zu eigen.
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Solche Überlagerungslenkungen und elektrische Servolenkungen mit einer Servoeinheit an einer Lenksäule seien hier besonders betrachtet. Wie erwähnt, zeichnen sich Überlagerungslenkungen dadurch aus, dass dem von einem Fahrer eines Fahrzeugs an einer Lenkhandhabe gewählten Soll-Lenkwinkel bei Bedarf ein weiterer Drehwinkel oder Überlagerungswinkel durch einen elektrischen Aktuator überlagert werden kann. Der zusätzliche Drehwinkel wird durch eine elektronische Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung in Abhängigkeit von Fahrt- und Fahrzeugparametern gesteuert und dient sowohl zur Erhöhung der Fahrstabilität eines Fahrzeuges als auch zur Verbesserung des Lenkkomforts beispielsweise bei Ein-Auspark-Vorgängen des Fahrzeugs.
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Die
DE 101 29 450 A1 und die
DE 101 60 313 A1 beschreiben Überlagerungslenkungen, bei denen ein Planetenradgetriebe als Überlagerungsgetriebe in einem elektrischen Aktuator eingesetzt ist. Eine Lenkwelle, die mit einer ersten Getriebeeingangswelle verbunden ist, ist hierbei axial unterbrochen und mit einem Stufenplaneten, der um Sonneräder der Lenkwellenteile sich bewegt, drehbar verbunden. Die Stufenplaneten sind in einem Planetenradträger gelagert. Der Planetenradträger ist wiederum mit einem Schraubrad- oder Schneckengetriebe um die Lenkwelle und Sonnenrädern bewegbar, wobei die Drehbewegung des Planetenradträgers mit Hilfe einer Schraube oder Schnecke an einer zweiten Getriebeeingangswelle des Überlagerungsgetriebes ausgeführt wird.
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Es sind Überlagerungslenkungen bekannt, die als Überlagerungsgetriebe ein Well- oder Pulsatorgetriebe aufweisen. So beschreibt die
DE 102 20 123 A1 eine Überlagerungslenkung, wobei in eine Lenkwelle, die eine Lenkhandhabe mit einem Lenkgetriebe verbindet, ein elektrischer Aktuator integriert ist. Ein Gehäuse des Aktuators ist mit einem ersten Abschnitt der Lenkwelle verbunden und ein Koppelglied des Aktuators ist mit einem zweiten Abschnitt der Lenkwelle verbunden. Der erste Abschnitt der Lenkwelle ist mit der Lenkhandhabe und der zweite Abschnitt ist mit dem Lenkgetriebe verbunden. Bei einem Betrieb des elektrischen Aktuators ist eine Relativverdrehung des ersten Abschnitts zu dem zweiten Abschnitt der Lenkwelle möglich.
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Insbesondere bei den genannten Servolenkungen mit einer Servoeinheit an der Lenksäule oder den Überlagerungslenkungen kann Körperschall durch Servomotoren der Aktuatoren, durch Trägheitskräfte oder magnetische Kräfte erzeugt werden. Körperschall kann auch durch, den Servomotoren nachgelagerten Getrieben der Aktuatoren, durch Zahnkräfte oder Stützkräfte in Wälzlagern erzeugt werden.
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Unter anderem auch durch die Koppelglieder der Aktuatoren wird Körperschall in Lenkwellen eingeleitet, der wiederum ursächlich für Fußpunkterregungen von Fahrzeugteilen sein können. Körperschall kann dann durch die Lenkwelle und mit dieser verbundenen Fahrzeugteilen als Luftschall abgestrahlt werden. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass in Abhängigkeit von den jeweiligen Eigenfrequenzen der mit der Lenkwelle verbundenen Fahrzeugteile, wie einer Lenkhandhabe, diese Fahrzeugteile angeregt werden. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs kann dies als unangenehm empfinden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Servolenkung für ein Fahrzeug vorzuschlagen, die besonders geräuscharm im Betrieb ist.
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Dadurch dass zwischen dem Koppelglied des Aktuators und der Lenkwelle ein Dämmelement zur Ermöglichung eines Impedanzsprunges zwischen dem Koppelglied des Aktuators und der Lenkwelle vorgesehen ist, ist verhindert, dass Schwingungen, die von dem Aktuator ausgehen, an ihrer Weiterleitung und etwaigen Ausbreitung in der Form von Körperschall gehindert werden. Das Dämmelement weist eine schwingungsdämpfende Wirkung auf und ermöglicht eine dauerhafte, definierte Schwingungsabsorption durch Tilgung unter Ausnutzung seiner erhöhten Elastizität. Dadurch ist auch eine Ausbreitung von Luftschall im Inneren des Fahrzeugs, ausgehend von Schwingungen des elektrischen Aktuators, wirksam verhindert.
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Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das Koppelglied des elektrischen Aktuators ist in einer besonders bevorzugten Bauform in der Art eines Wellenstummels gebildet und weist eine von der Kreisform zumindest abschnittsweise abweichende Querschnittsform auf. Die Lenkwelle ist über den Wellenstummel oder auch in den Wellenstummel axial geführt und stützt sich radial über das Dämmelement an dem Wellenstummel ab. Das Dämmelement stellt vorzugsweise die einzige Verbindung zwischen dem Wellenstummel und der Lenkwelle dar. Auch bei einer durch lange Betriebsdauer des elektrischen Aktuators möglicherweise eintretenden Alterung des Dämmelements ist jedoch aufgrund der Ausbildung der Querschnittsform des Wellenstummels und der Lenkwelle stets eine drehfeste Verbindung zwischen dem elektrischen Aktuator und der Lenkwelle ermöglicht.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Dämmelement in der Art einer Zwischenschicht zwischen dem Wellenstummel und der Lenkwelle gebildet, die so dünnwandig wie möglich gehalten ist.
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Grundsätzlich bestehen verschiedene Möglichkeiten der Anbringung des Dämmelements zwischen dem elektrischen Aktuator und der Lenkwelle. Es kann vorteilhaft sein, das Dämmelement, das auch aus einer Vielzahl einzelner Dämmelemente gebildet sein kann, vor dem Fügen der Lenkwelle mit dem Koppelglied entweder an dem Koppelglied oder an der Lenkwelle anzubringen. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass das Dämmelement an- oder aufvulkanisiert wird oder in sonstiger Weise in Form einer flüssigen Phase, die sich verfestigt, auf die genannten Bauteile aufgebracht wird. Es kann auch vorteilhaft sein, das Dämmelement während oder nach dem Fügen der Lenkwelle mit dem Koppelglied zwischen die Lenkwelle und dem Koppelglied anzuordnen. Hierbei kann es formschlüssig und/oder auch kraftschlüssig festgelegt werden.
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Das Dämmelement ist besonders bevorzugt aus einem Nichtmetallwerkstoff mit elastomeren Eigenschaften gebildet. Dazu eignen sich neben Elastomeren auch mit Elastomeren modifizierte Thermoplaste. Vorzugsweise ist Gummi oder ein schalldämpfender Mischgummi mit niedriger Shore-Härte angewandt. Lediglich beispielhaft sei hier eine Anwendung von Nitril-Gummi mit einer Shore-Härte von etwa 60 genannt.
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Es kann auch vorteilhaft sein, das Dämmelement aus einem Metallwerkstoff mit schalldämmenden elastomeren Eigenschaften zu bilden. Hierbei eignet sich ein ein- oder mehrlagiges Metallgitter in der Art eines maschenbildenden Gewirkes wie etwa Poroblech.
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Die Porosität von derartigen Dämmelementen lässt sich zwischen etwa 5% und 60% einstellen, das heißt, es lassen sich mit ein und derselben Bauform des Dämmelements unterschiedlichste Frequenzbereiche abdämmen. Das in der Art eines verpressten, verwalzten Drahtgestrickes in Form eines maschenbildenden Gewirkes gebildete Dämmelement ist alterungsbeständig und stellt einen Schwingungstilger mit innerer Reibung dar. Bei solchen Dämmelementen in der Art eines Drahtgestrickes ergeben sich viele Reibungspunkte, die die Eigenschaft haben, Schwingungsenergie in Reibung zu verwandeln. Es lässt sich wie bei der Anwendung eines gummiartigen Werkstoffes elastisch vorspannen und zwischen einem Koppelglied des elektrischen Aktuators und der Lenkwelle einspannen, sodass eine dauerhafte definierte Schwingungsabsorption durch Tilgung unter Ausnutzung der erhöhte Elastizität des Gewirkes oder Gestrickes eintritt.
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Das Dämmelement lässt sich besonders kostengünstig gestalten, indem es schichtartig, etwa mit gleichbleibender Materialstärke über seine gesamte Erstreckung gewählt wird.
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Die elektrische Servolenkung ist vorteilhaft in der Art eines Hilfskraftlenksystems mit einem an der Lenksäule angeordneten Aktuator gebildet. Auf die vorgeschlagene Weise und unter Einsatz des Dämmelementes lassen sich solche Lenksysteme vorteilhaft in Bezug auf die Geräuschemission verbessern. Dasselbe trifft für Überlagerungslenkungen zu, die beispielsweise einen elektrischen Aktuator mit einem Wellgetriebe oder Planetenradgetriebe aufweisen.
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Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 eine schematische, nicht maßstäbliche Ansicht eines elektrischen Aktuators an einer teilweise dargestellten Lenkwelle für eine Überlagerungslenkung,
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2 eine schematische, nicht maßstäbliche Ansicht eines über ein Dämmelement mit der Lenkwelle verbundenen Koppelgliedes eines elektrischen Aktuators,
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3 einen teilweisen Längsschnitt durch die in 2 gezeigte Anordnung,
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4 einen schematischen, nicht maßstäblichen Querschnitt entlang der Linie IV-IV durch die Anordnung in 3.
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In 1 ist in einer schematischen, nicht maßstäblichen Ansicht ein elektrischer Aktuator 3 für eine als Überlagerungslenkung gebildete elektrische Servolenkung 1 gezeigt.
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Eine Lenkwelle 2, die in abgeschnittener Form dargestellt ist, ist im Axialbereich des Aktuators 3 – nicht gezeigt – getrennt, wobei die Lenkwelle 2 in eine erste Getriebeeingangswelle, die drehfest mit einer nicht gezeigten Lenkhandhabe verbunden ist, und in eine Getriebeausgangswelle 8 geteilt ist. Die Getriebeausgangswelle 8 ist mit einem nicht gezeigten Eingangsglied eines Lenkgetriebes drehfest verbunden.
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Der Aktuator
3 ist aus einem elektrischen Servomotor und einem lediglich beispielhaft als Wellgetriebe gebildeten Untersetzungsgetriebe zusammengesetzt. Der Aufbau eines Wellgetriebes ist beispielsweise auch in einer Patentanmeldung der Anmelderin,
WO 2005/054035A1 , offenbart. Dadurch ist es möglich, die Lenkwelle
2 relativ zu der Getriebeausgangswelle
8 zu verdrehen. Der Aktuator
3 stellt einen Überlagerungswinkel für einen an der Lenkhandhabe auf die Lenkwelle
2 aufbringbaren Lenk-Sollwinkel bereit.
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Beispielsweise lässt sich dadurch eine hohe Lenkübersetzung für Parkiervorgänge erzeugen. Der Aktuator 3 ist an einem fahrzeugfesten Bauteil abgestützt.
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Ein Koppelglied 4 des Aktuators 3 ist, wie die 2 bis 4 zeigen, drehfest formschlüssig mit der als Wellenstummel 6 dargestellten Lenkwelle 2 verbunden. Der Wellenstummel 6 und das Koppelglied 4 weisen hierzu ein Polygon-artiges Querschnittsprofil 9 (vgl. 4) auf.
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Ein flächiges, schichtartiges Dämmelement 5 ist zwischen dem Koppelglied 4 und dem Wellenstummel 6 angeordnet. Der Wellenstummel 6 ist über das Koppelglied geführt. Das Dämmelement 5 ist im gesamten axialen Überschneidungsbereich mit dem Koppelglied 4 vollflächig zwischen dem Wellenstummel 6 und dem Koppelglied 4 angeordnet. Es ist vor dem Fügen als Nitril-Gummi auf das Koppelglied 4 aufvulkanisiert worden und liegt nach dem Fügen des Wellenstummels 6 mit dem Koppelglied 4 unter einer definierten radialen Vorspannung fest. Die Querschnittsform von Wellenstummel 6 und Koppelglied 4 ist so gewählt, dass auch bei einer eventuellen Alterung oder gar einer Zerstörung des Dämmelements 5 ein sicherer Verdrehschluss zwischen dem Wellenstummel 6 und dem Koppelglied 4 vorhanden bleibt. Das Dämmelement 5 ermöglicht somit eine Unterbrechung des Schwingungspfades zwischen dem Aktuator 3 und der Lenkwelle 2. Ein Impedanzsprung ist dadurch ermöglicht.
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Das Dämmelement 5 kann auch nach dem Fügen von Wellenstummel 6 und Koppelglied 4 zwischen die genannten Bauteile angeordnet werden. Beispielsweise durch Einbringen eines elastomeren Werkstoffes in flüssiger Form, wobei anschließend eine Verfestigung stattfindet. Die Shore-Härte des Nitril-Gummimaterials liegt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel etwa bei 60.
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Vorteilhaft kann das Dämmelement 5 auch aus einem maschenbildenden Metallgitter, wie etwa aus einem Poroblech gebildet sein. Poroblech ist ein Drahtgewebewerkstoff aus ein- oder mehrlagigen Geflechten, die aufeinandergelegt und ineinander verwalzt werden. Es ergibt sich dadurch ein mechanisch stabil gefügter Verbund mit einer blechartigen, mechanisch festen, glatten Oberfläche. Schwingungen oder Schallwellen, die in das Dämmelement 5 eindringen, werden durch den auftretenden Reibungswiderstand in Wärme umgewandelt. Für die Schwingungsabsorption ist es erforderlich, dass das Blech im Mikrometerbereich beweglich ist.
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Das Dämmelement 5 weist über seine gesamte Erstreckung eine etwa gleiche Materialstärke s auf.
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Wie die 2 zeigt, ist eine Auszugssicherung 10 zwischen dem Wellenstummel 6 und dem Koppelglied 4 in Form von zwei, axial beabstandeten Bolzen 11 an der Lenkwelle 2 angeordnet. Die Bolzen 11 sind in Form von Gewindestiften in dem Koppelglied 4 festgelegt, wobei sie metallisch den Wellenstummel 6 nicht berührend, radial durchragen.
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Wie 3 ferner zeigt, ist der Wellenstummel 6 an einem Bund 12 des Koppelgliedes 4 axial in Anlage, sodass der Wellenstummel 6 passgenau über das Koppelglied 4 geführt werden kann.
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In gleicher Weise wie das Dämmelement 5 zwischen dem Koppelglied 4 und der Lenkwelle 2 angeordnet ist, kann auch ein Dämmelement 5 zwischen der Getriebeausgangswelle 8 und einem nicht gezeigten Wellenstummel angeordnet sein.
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Das Dämmelement 5 kann auch eine blockartige Form anstelle der gezeigten flächigen Form aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10129450 A1 [0006]
- DE 10160313 A1 [0006]
- DE 10220123 A1 [0007]
- WO 2005/054035 A1 [0029]