Schaeffler macht Lenkgetriebe fit für die E-Mobilität

Weltweit vier verschiedene Lenksysteme im Einsatz

Weltweit werden heutzutage vier verschiedene Lenksysteme eingesetzt. Für größte Unterstützung des Lenkmoments bei schweren Fahrzeugen, SUVs und Kleinlastkraftwagen werden Elektromotoren parallel zur Zahnstange angeordnet. Diese treiben mittels Riemen einen Kugelgewindetrieb an, dessen Spindel direkt mit der Zahnstange verbunden ist. Solche Systeme werden „Rack Electric Power Steering“ genannt. Schaeffler kann für diese Lenksysteme verschiedene Kugelgewindetriebe aus eigener Entwicklung und Produktion anbieten und liefern.

Bei kleineren und leichteren Fahrzeugen wird die Lenksäule elektrisch unterstützt (Electric Power Steering column, EPSc), mittelschwere und größere Fahrzeuge verwenden eine elektrische Unterstützung an der Zahnstange direkt am Ritzel des mechanischen Lenkgetriebes (Electric Power Steering single pinion, EPSsp). In dieser Fahrzeugklasse wird alternativ ein zusätzliches, elektrisches Getriebe an der Zahnstange angebracht, das über ein zweites Ritzel das Lenkmoment auf die Zahnstange überträgt (Electric Power Steering dual pinion, EPSdp). Als Lenkkraftverstärker wird ein Elektromotor eingesetzt, der über ein Schneckenwellengetriebe das Lenkmoment entweder direkt auf die Lenkwelle an der Lenksäule (EPSc) oder direkt auf die Zahnstange (EPSsp und EPSdp) überträgt.

Optimiertes Schwenklager reduziert Reibung und Geräusche

In diesen Lenksystemen mit Schneckenwellengetriebe werden an das Schwenklager mehrere Anforderungen gleichzeitig gestellt. Zum einen lagert es die Schneckenwelle als Festlager und muss die auftretenden Axial- und Radialkräfte aufnehmen. Zum anderen muss es einer Geräuschentwicklung des Systems entgegenwirken. Denn dadurch, dass die Schneckenwelle das Drehmoment des Elektromotors über eine Schrägverzahnung auf das Schneckenrad überträgt, entstehen Vertikalbewegungen der Schneckenwelle, die das Schwenklager verkippen. Ein herkömmliches Kugellager würde in diesem Zustand ein erhöhtes Laufgeräusch und ein erhöhtes Reibmoment aufweisen, was sich nachteilig auf die Leistung des Getriebes auswirken würde.

Aus diesem Grund hat Schaeffler das Schwenklager optimiert und mit einer speziell gekrümmten „Kugelkappe“ (Kalotte) ausgestattet. Durch diese Konstruktion kann das Lager in sich selbst verkippen und somit das Schwenken der Schneckenwelle kompensieren, ohne dass die Reibmomente und das Geräusch ansteigen. Ein weiterer Vorteil: Die Schneckenwelle kann dadurch radial vorgespannt werden, so dass kein Spiel zwischen Schneckenwelle und Schneckenrad entsteht. Das reduziert das sogenannte „Umlenkklackern“ – ein klackerndes Geräusch, das dadurch verursacht wird, dass die Schneckenwelle bei jeder Änderung der Lenkrichtung ihre Drehrichtung ändert und die gegenüberliegenden Zahnflanken in Kontakt kommen. Die Schwenkbewegung des neu konstruierten Lagers gleicht darüber hinaus Fluchtungsfehler der Gehäuse aus.

Lösungen für Elektromobilität – bis ins kleinste Detail

Gerade beim Rangieren und Parken, wenn die Lenkunterstützung besonders gefragt ist, können Geräusche von den Autofahrern als störend wahrgenommen werden, da sie im Innenraum inzwischen einen hohen Geräuschkomfort gewohnt sind. Das gilt insbesondere für das automatisierte Parken, wenn viele Lenkbewegungen schnell hintereinander erfolgen, und für Elektrofahrzeuge, bei denen keine Motorengeräusche die anderen Geräusche und Schwingungen überdecken. Mit dem neuen Schwenklager zeigt Schaeffler einmal mehr, dass das Unternehmen der Elektromobilität zu einer breiten Akzeptanz verhelfen will – nicht nur mit großen Lösungen wie zum Beispiel elektrischen Antriebssystemen, sondern auch bis ins kleinste Detail.