DE4030625C2 - Servolenkgetriebe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Servolenkge­ triebe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ange­ gebenen Art.

Ein derartiges Servolenkgetriebe mit einer Lenkeinheit ist beispiels­ weise aus der EP 0 249 315 A2 bekannt. Die Lenkeinheit weist eine Transmissionswelle auf, die bezüglich eines Gehäuses drehbar ist, wobei die Lenkeinheit die Drehbewegung der Transmissionswelle in eine im wesentlichen lineare Bewegung umsetzt, um eine Lenkausgangsgröße bereitzustellen. Für ein Lenkausgangsteil des Getriebes der Lenkeinheit sind ein Servomotor und eine Steuereinrichtung vorgesehen. Die Steuereinrichtung ist in Reaktion auf den Lenkeingang ein­ stellbar, um die Betätigung des Servomotors zu steuern, wodurch der Servomotor für ein Lenkmanöver eine Kraft­ verstärkung entsprechend einer anstehenden Lenkeingangsgröße bereitstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Servolenkgetrie­ be der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art bereitzustellen, das exakt auf ein Lenkeingangsdrehmoment anspricht und einfach und kostengünstig montierbar und ein­ stellbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Servolenkgetriebe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Es gilt zu bemerken, daß wir unter dem Begriff "Zahnrad", so wie er in der gesamten Beschreibung verwendet ist, auch äquivalente Bauteile verstehen, über welche ein Drehmoment von der Eingangs- zu der Transmissionswelle übertragen werden kann. So kann beispielsweise ein Zahnrad die Form eines Zykloidenrads aufweisen, wie man in der Getriebetechnik weiß.

Die vorliegende Erfindung wurde hauptsächlich für Zahnstan­ genlenkeinheiten entwickelt, aber sie läßt sich vorteilhaft ebenso bei anderen Lenkeinheiten wie Schneckenrollen-, Kurven-, oder Kugelumlauflenkungen verwenden, von denen eine jede herkömmlicherweise eine Transmissionswelle aufweist, die in Reaktion auf ein Lenkeingangsdrehmoment drehbar ist, sowie Getriebebauteile, die eine solche Drehbewegung in eine im wesentlichen lineare Bewegung umsetzen, um einen Lenkausgang bereitzustellen. Die Bauteile der Lenkeinheit werden gewöhn­ lich in dem Gehäuse zusammengebaut, das auch einen Servomotor wie einen hydraulischen Kolben oder einen Elektromotor für das Lenkgetriebe aufnehmen oder umfassen kann.

Die Steuereinrichtung für den Servomotor wie eine elektrische Schaltvorrichtung für einen Elektromotor oder eine Pumpe oder ein hydraulisches Ventil zum Steuern eines Strömungsmittel­ flusses zu einem Kolben wird in Reaktion auf eine Schwenkver­ schiebung des Trägers eingestellt, und der Träger ist bevor­ zugt mittels eines Stifts, eines Bolzens oder eines ähnlichen Teils an einer Außenseite des Gehäuses für die Lenkeinheit gelagert, wobei das erste und das zweite Zahnrad der Trans­ missions- und der Eingangswelle in Antriebseingriff stehen (dieser Antriebseingriff kann direkt oder indirekt sein). Bei einer solchen Anordnung kann die Eingangswelle mit ihrem Zahnrad bequem mit dem Träger zusammengebaut werden, wobei die Lenkeinheit an der Außenseite des Gehäuses für eine solche Einheit angebracht wird, ohne daß die inneren Bauteile der Lenkeinheit (die konventioneller Bauart sein können) getrennt werden.

Das erste und das zweite Zahnrad können jeweils einstückig mit ihrer Welle ausgebildet oder drehfest mit ihr verbunden sein. Die Exzentrizität zwischen den Achsen der Eingangs- und der Transmissionswelle macht es möglich, daß das erste ebenso wie das zweite Zahnrad kämmende äußere Verzahnungen aufwei­ sen, wenn sie in direktem Antriebseingriff stehen, oder daß eine Welle eine äußere Verzahnung aufweist, die mit der inneren Verzahnung der anderen Welle kämmt. Es sind jedoch viele andere Möglichkeiten vorstellbar, die Zahnform des ersten und des zweiten Zahnrads zu gestalten, sowie für die Anordnung, mittels welcher in Reaktion auf ein Lenkeingangs­ drehmoment die Antriebskraft von der Eingangs- zu der Trans­ missionswelle übertragen wird.

Der Träger ist bevorzugt radial bezüglich der dritten Achse einstellbar oder vorgespannt, um das erste und das zweite Zahnrad in Antriebseingriff einzustellen oder vorzuspannen und den "Totgang" in der Übertragung über diese Zahnräder auszugleichen. Der Träger ist bevorzugt an dem Gehäuse der Lenkeinheit mittels eines Stifts oder eines ähnlichen, schon oben erwähnten Bauteils schwenkbar gelagert, das die dritte Achse darstellt, und federbelastet oder auf eine andere Weise elastisch bezüglich des Stiftteils vorgespannt, so daß der Träger radial bezüglich der dritten Achse in einer Richtung gedrückt wird, die die Zähne des zweiten Zahnrads in direkten Antriebseingriff mit den Zähnen des ersten Zahnrads drückt. Der Träger kann vorteilhaft ein Nebengehäuse aufweisen, in dem sich das erste und das zweite Zahnrad befinden.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Darin zeigen die

Fig. 1 einen Schnitt durch die Lenkeinheit parallel zu der Achse des Ritzels zur Verdeutlichung des direkten Antriebs­ eingriffs zwischen außenverzahnten Evolventenstirnrädern an der Eingangs- und der Transmissionswelle des Lenkgetriebes;

Fig. 2 eine Variante des Getriebes von Fig. 1, bei welchem der Antriebseingriff zwischen der Eingangs- und der Trans­ missionswelle jeweils zwischen einem innenverzahnten Rad und einem außenverzahnten Rad an den Wellen zustandegebracht wird;

Fig. 3 eine Variante des Getriebes von Fig. 2, in der das innenverzahnte Rad der Eingangswelle die Form eines Zykloidenrads aufweist; und

Fig. 4 einen Teilschnitt längs der Linie IV-IV des in Fig. 3 gezeigten Getriebes.

Man könnte sagen, das dargestellte Servolenkgetriebe umfaßt eine herkömmliche Zahnstangenlenkeinheit 1 mit einem Gehäuse 2, in dem ein Ritzel 4 durch Lager 3 gehalten wird. Das Ritzel 4 weist eine einstückige koaxiale (Transmissions-) Welle 5 auf. Das Ritzel und seine Welle sind um eine Achse 6 drehbar, und das Rizel befindet sich in Antriebseingriff mit den Zähnen einer sich längs erstreckenden Zahnstange 7, die durch ein federbelastetes Joch 8 in dem Gehäuse 2 in Eingriff mit dem Ritzel vorgespannt ist. Das Ritzel 4 und seine Transmissionswelle 5 drehen sich in Reaktion auf ein Lenkein­ gangsdrehmoment, um die Zahnstange 7 längs bezüglich des Gehäuses 2 anzutreiben und einen Lenkausgang bereitzustellen, der in einem Lenkmanöver resultiert, wenn die Zahnstange als Teil einer herkömmlichen Lenkverbindung in einem Fahrzeug gekoppelt ist. Die Zahnstange 7 weist zur Bereitstellung einer Kraftverstärkung einen zugehörigen Servomotor 9 auf, der in Reaktion auf den Lenkeingang betätigt wird, um zu der Längsverschiebung der Zahnstange (über eine allgemein bei 10 angedeutete Verbindung) entsprechend des Lenkeingangs beizu­ tragen.

Die Transmissionswelle 5 erstreckt sich von dem Gehäuse 2 und weist außerhalb des Gehäuses ein außenverzahntes Evolventen­ stirnrad 11 auf, das mit ihr drehbar und konzentrisch zu ihr ist. Das Zahnrad 11 kann einstückig mit der Welle 5 ausge­ bildet oder beispielsweise durch eine Mutter 12 drehfest an ihr befestigt sein.

Das Zahnrad 11 befindet sich in einer Kammer 13 eines durch einen Träger 14 gebildeten Nebengehäuses. Der Träger 14 wird an dem Gehäuse 2 durch einen Bolzen 15 gehalten, dessen Schaft 16 sich durch eine Bohrung 29 in dem Träger 14 erstreckt, so daß er über ein Schraubengewinde mit dem Gehäuse 2 in Eingriff steht. Der Träger 14 ist für eine Schwenkbewegung an dem Schaft 16 des Bolzens und um dessen Achse 17 gelagert. Kissen 18 aus reibungsarmen Material können jeweils zwischen den gegenüberliegenden Stirnflächen des Trägers 14 und des Gehäuses 2 und dem Bolzenkopf vorge­ sehen sein, um die Schwenkbewegung des Trägers 14 um die Achse 17 zu erleichtern, wobei diese Achse im wesentlichen parallel zu der Achse 6 der Transmissionswelle liegt.

Mittels der Lager 19 in dem Träger 14 wird eine Eingangswelle 20 gehalten, die um ihre Achse 21 drehbar ist, wobei diese im wesentlichen parallel zu den Achsen 6 und 17 sowie im Abstand oder exzentrisch zu der Achse 6 angeordnet ist. Ein außenver­ zahntes Evolventenstirnrad 22, das sich in der Kammer 13 in direktem Antriebseingriff mit dem Zahnrad 11 befindet, ist mit der Eingangswelle 20 für eine konzentrische Drehung mit dieser einstückig ausgeformt oder wird von ihr gehalten.

Von der Außenseite des Trägergehäuses 14 und radial von der Achse 17 ragt ein (zweckmäßigerweise mit dem Gehäuse ein­ stückig ausgebildeter) kugelförmiger oder ähnlicher Vorsprung 23 hervor, der dazu dienen soll, die Steuereinrichtung 25 für den Servomotor 9 zweckmäßigerweise über eine bei 24 angedeu­ tete Kupplung einzustellen.

Die Eingangswelle 20 soll sich in Reaktion auf ein Lenkein­ gangsdrehmoment drehen, das an dem Lenkgetriebe typischer­ weise durch eine Drehung der Lenksäule aufgebracht wird. In Reaktion auf eine Drehung der Eingangswelle 20 und ihres Zahnrads 22 wird der Antrieb über das Zahnrad 11 und die Transmissionswelle 5 übertragen, um das Ritzel 4 zu drehen, so daß die Zahnstange 7 zur Bereitstellung eines Lenkausgangs längsverschoben wird. Die Wellenachse 21 wird jedoch in Reak­ tion auf den zwischen den Zahnrädern 22 und 11 übertragenen Antrieb und bei einem Widerstand gegen die Drehung des Zahn­ rads 11 während eines Lenkmanövers im Umfang um die Wellen­ achse 6 gedrückt, was zur Folge hat, daß das Trägergehäuse 14 mit der Welle 20 um die Bolzenachse 17 und in einer Richtung bogenförmig verschoben wird, die der Richtung entspricht in die die Eingangswelle 20 gedreht wird. Diese bogenförmige Verschiebung des Trägers 14 und seines kugelförmigen Vor­ sprungs 23 dient dazu, die Steuereinrichtung 25 so einzu­ stellen, daß der Servomotor 9 betätigt wird und (über die Verbindung 10) der Verschiebung der Zahnstange 7 eine Kraft­ verstärkung in einer Richtung und in einem Maße bereitge­ stellt wird, wie dies dem aufgebrachten Lenkeingangsdreh­ moment entspricht.

Zur Bereitstellung und zum Aufrechterhalten eines wirkungs­ vollen kämmenden Eingriffs zwischen den Zahnrädern 11 und 22 und um den Totgang zwischen in Eingriff stehenden Zähnen aus­ zugleichen, ist der Träger 14 radial bezüglich des Bolzen­ schafts 16 und an der Seite des Bolzenschafts, die von der Eingangswelle 20 entfernt ist, vorgespannt, um das Zahnrad 22 in Eingriff mit dem Zahnrad 11 zu zwingen. Die Vorspannung wird durch eine Pfanne 26 bereitgestellt, die gleitend an den Bolzenschaft 16 anstößt und bezüglich des Trägers 14 durch eine Druckfeder 27 in eine solche anstoßende Lage vorgespannt ist. Die Feder 27 reagiert zwischen der Pfanne 26 und einem Stopfen 28, der sich mit einem Schraubenzieher an dem Träger 14 einstellen läßt. Man wird noch sehen, daß die durch den Stopfen 28 und die Feder 27 bereitgestellte Vorspannkraft durch Einstellung des Stopfens 28 so verändert werden kann, daß die Kraft, mit welcher die Zahnräder 11 und 22 in Antriebseingriff gedrückt werden, erhöht oder gesenkt werden kann. Ein radiales Spiel ist zwischen dem Bolzenschaft und der Bohrung 29 des Trägers 14 vorgesehen, um eine solche Veränderung für den Antriebseingriff zu ermöglichen.

Es läßt sich aus Fig. 1 erkennen, daß der radiale Abstand oder die Exzentrizität D, der zwischen den Achsen der Trans­ missions- und der Eingangswelle 5 und 20 vorgesehen ist, zahlreiche Abänderungen und Kombinationen bei den Abmessungen der Getriebezahnräder 11 und 22 zuläßt, so daß entweder ein Eins-zu- Eins-Übersetzungsverhältnis oder eines in das schnel­ lere oder in das Langsamere vorgesehen ist, und daß eine solche Exzentrizität so festgelegt ist, wie dies die Montage der Getriebeeinheit 1 und des Trägers 14 in dem Lenksystem eines Fahrzeugs zweckmäßig gestaltet.

Die Form der Steuereinrichtung 25 und des Servomotors 9 wird so festgelegt, wie dies für die besonderen Eigenschaften der Lenkeinheit oder des Lenkgetriebes angemessen ist; der Fach­ mann weiß um die Verhältnisse. Ist beispielsweise der Servo­ motor 9 hydraulisch, wie mit einem doppeltwirkenden Kolben, dann kann die Steuereinrichtung 25 ein Spindelventil aufwei­ sen, das über die Verbindung 24 eingestellt ist, um den Strömungsmittelfluß zu und von dem Kolben zweckmäßig festzu­ legen. Ist der Servomotor 9 ein Elektromotor, dann kann die Steuereinrichtung 25 eine Schalteinrichtung aufweisen, deren Einstellung die Laufrichtung für den Elektromotor festlegt (wobei ein solcher Elektromotor beispielsweise dazu dient, entweder die Lenkbewegung direkt zu unterstützen oder eine hydraulische Pumpe zu betätigen, die die Lenkbewegung unter­ stützt).

Bei der in Fig. 2 gezeigten Variante ist die Transmissions­ welle 5 des Ritzels 4 an dessen Ende ausgebildet, das von dem Gehäuse 2 mit einem außenverzahnten Evolventenstirnrad 11A hervorragt, dessen Durchmesser beträchtlich geringer ist als der des Getrieberads 11 von Fig. 1. Das Zahnrad 11A ragt in den rahmenförmigen Träger 14A hinein, der einem ähnlichen Zweck dient wie der Gehäuseträger 14 von Fig. 1, der außerdem den kugelförmigen Vorsprung 23 hält und durch den Bolzen 15 an dem Gehäuse 2 für eine bogenförmige Verschiebung um die Bolzenschaftachse 17 schwenkbar gelagert ist. Die Eingangs­ welle 20, deren Achse 21 parallel zu den Achsen 6 und 17 und exzentrisch zu der Achse 6 liegt, ist durch Lager 19A in dem Trägerrahmen drehbar gelagert. Das Ende 20A der Eingangswelle 20 angrenzend an das Gehäuse 2 ist glockenförmig und mit einem innenverzahnten Evolventengetriebestirnrad 22A versehen, das konzentrisch zu der Achse 21 liegt. Das äußere Getrieberad 11A ist innerhalb des glockenförmigen Endes 20A der Welle 20 und in Antriebseingriff mit dem inneren Getrie­ berad 22A aufgenommen. Die Zahnräder 11A und 22A sind ähnlich wie bei der Anordnung von Fig. 1 durch die federbelastete Pfanne 26, die zwischen dem Bolzenschaft 16 und dem Träger­ rahmen 14A reagiert, radial bezüglich des Bolzenschafts 16 in Eingriff vorgespannt.

Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung arbeitet im wesentlichen auf die gleiche Weise wie die von Fig. 1, wobei der Antriebsein­ griff zwischen den Zahnrädern 22A und 11A in Reaktion auf ein Lenkeingangsdrehmoment, das an der Eingangswelle 20 aufge­ bracht wird, dem Ritzel 4 eine Drehung verleiht, um die Zahnstange 7 zu verschieben. Die Reaktion von der Antriebs­ übertragung zwischen den Getriebezähnen (in Reaktion auf einen Widerstand gegen eine solche Übertragung) läßt den Trägerrahmen 14A sich bogenförmig um die Bolzenachse 17 ver­ schieben. Diese Verschiebung des kugelförmigen Vorsprungs 23 stellt die Steuereinrichtung 25 so ein, daß sie den Servomotor 9 betätigt und eine Kraftverstärkung für die Verschiebung der Zahnstange 7 abgibt. Aus Fig. 2 wird deutlich, daß es die Verwendung einer inneren Anordnung von Getriebezähnen 22A, die mit einer äußeren Anordnung von Getriebezähnen 11A in Eingriff stehen, ermöglicht, die Exzentrizität D1 zwischen den Achsen 6 und 21 der Trans­ missions- und Eingangswelle beträchtlich geringer zu gestalten, als dies mit der in Fig. 1 gezeigten Anordnung vermutlich möglich wäre. Deshalb kann die Anordnung von Fig. 2 für die Verwendung bei bestimmten Lenkgetriebeanlagen als zweckmäßiger gelten.

In Fig. 2 ist zweckmäßigerweise eine elastische Manschette oder Abdeckung 30 so vorgesehen, daß sie sich zwischen dem Gehäuse 2 und der Welle 20 erstreckt und damit den Träger­ rahmen 14A und die zugehörigen Bauteile umschließt (mit Ausnahme des kugelförmigen Vorsprungs 23, der sich durch die Manschette erstrecken kann).

Bei einer in Fig. 3 und 4 gezeigten Variante des Getriebes von Fig. 2 ist das innenverzahnte Evolventengetriebestirnrad 22A, das in dem glockenförmigen Ende 20A der Eingangswelle 20 in Fig. 2 vorgesehen ist, durch ein Zykloidgetrieberad 40 ersetzt. Das Getrieberad 40 ist konzentrisch zu der Wellen­ achse 21 und weist am Umfang im Abstand angeordnete zylin­ drische Stifte 41 auf, die in komplementären Bohrungen 42 und teilzylindrischen Sitzflächen in dem glockenförmigen Ende 20A gesichert sind, wobei die Achse jedes Stifts parallel zu der Achse 21 ist. Die zylindrischen Flächen der Stifte 41 ragen aus ihren Sitzflächen 43 hervor und weiter radial nach innen (bezüglich der Achse 21) in dem glockenförmigen Ende 20A und stellen das Äquivalent für ein innenverzahntes Getrieberad dar. Die Transmissionswelle 5 hält für eine konzentrische Drehung mit ihr ein außenverzahntes Getrieberad, dessen Zähne 11B ein dem Fachmann geläufiges geeignetes Profil für den Antriebsangriff mit den Stiften 41 aufweisen, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.

In Fig. 3 ist der Trägerrahmen 14A mittels des Bolzens 15 schwenkbar an einer Montageplatte 2A gelagert, die an der Seite des Gehäuses 2 angeschweißt ist (und tatsächlich ein Teil davon ist); die Transmissionswelle 5 ist innerhalb einer Hülse 5A des außenverzahnten Rads 11B aufgenommen, an dem es für eine Drehung gesichert ist, und der Bolzen 15 erstreckt sich durch eine Büchse 15A aus reibungsarmen Material in dem Rahmen 14A.

Claims (4)

1. Servolenkgetriebe mit einer Lenkeinheit (1), die eine Transmissionswelle (5) aufweist, die bezüglich eines Gehäuses (2) drehbar ist, wobei die Lenk­ einheit (1) die Drehbewegung der Transmissionswelle (5) in eine im wesent­ lichen lineare Bewegung umsetzt, um eine Lenkausgangsgröße bereitzustellen, sowie
einer Eingangswelle (20), die in Reaktion auf ein Lenkeingangsmoment drehbar ist, wobei die Eingangswelle (20) drehbar durch einen bezüglich des Gehäuses (2) schwenkbar montierten Träger (14) gelagert ist, wodurch, in Reaktion auf eine Drehung der Eingangswelle (20), eine resultierende Reaktion den Träger (14) mit einer bogenförmigen Verschwenkung verlagert, und bei welcher die Schwenkverschiebung Mittel (25) zum Steuern der Kraftverstärkung an dem Lenkausgang einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß
die Transmissionswelle (5) ein erstes Zahnrad (11) aufweist,
die Eingangswelle (20) exzentrisch zu der Transmissionswelle (5) drehbar ist und ein zweites Zahnrad (22) aufweist, das mit der Eingangswelle (20) drehbar und zu dieser konzentrisch gelagert ist,
das erste und das zweite Zahnrad (11, 22) in Antriebseingriff stehen, wodurch die resultierende Reaktion zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad (11, 22) den Träger (14) mit der bogenförmigen Verschwenkung verlagert, und
der Träger (14) an einer Außenseite des Gehäuses (2) für die Lenkeinheit (1) schwenkbar gelagert ist und ein Nebengehäuse (13) aufweist, in dem sich das erste und das zweite Zahnrad (11, 22) befinden.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (26, 27, 28) zum Einstellen oder Vorspannen des Trägers (14) bezüglich des Gehäuses (2) vorgesehen sind, um das erste und das zweite Zahnrad (11, 22) in Antriebseingriff einzustellen oder vorzuspannen.

3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (14) durch Bolzen- oder Stiftmittel (15, 16) schwenkbar so gelagert ist, daß er um eine Achse der Bolzen- oder Stiftmittel auf einer bogenförmigen Bahn verschoben werden kann, und der Träger (14) radial bezüglich der Achse der Bolzen- oder Stiftmittel (15, 16) einstellbar oder vorgespannt ist.

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Vorspan­ nung zwischen dem Träger (14) und den Bolzen- oder Stiftmitteln (15, 16) durch ein federbelastetes Bauteil (26) bewirkt wird, das zwischen dem Träger (14) und den Bolzen- oder Stiftmitteln (15, 16) reagiert, und diese Federbelastung zur Einstellung der Vorspannung einstellbar ist, mit welcher das erste und das zweite Zahnrad (11, 22) in Antriebseingriff gedrückt werden.