DE10036937A1 - Spielfreies Planetengetriebe, insbesondere für eine Betätigungseinrichtung einer Fahrzeug-Lenkvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein spielfreies Planetenradgetriebe (1), insbesondere für eine Betätigungseinrichtung einer Fahrzeug-Lenkvorrichtung, mit mindestens zwei Stufenplaneten (2, 7), deren jeweils zwei miteinander verbundenen Planetenräder (4, 5 und 9, 10) ständig mit anderen Zahnrädern des Planetenradgetriebes (1), die mit Innen- bzw. Außenverzahnung ausgestattet sind, in einem verzahnten Eingriff stehen, wobei das Planetenradgetriebe (1) mindestens einen starren Stufenplaneten (2) und mindestens einen drehelastischen, vorgespannten Stufenplaneten (7) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein spielfreies Planetenradgetriebe, insbesondere für eine Betätigungseinrichtung einer Fahrzeug-Lenkvorrichtung, mit minde­ stens zwei Stufenplaneten nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine aus der DE 197 23 358 A1 bekannte Betätigungseinrichtung für Fahrzeug-Lenkvorrichtungen dient der überlagerten Drehwinkelübertra­ gung von zwei Getriebeeingängen. Während der eine Getriebeeingang von einem Lenkhandrad und der andere von einem Motor beaufschlagt wird, ist der Getriebeausgang mit dem Lenkgetriebe verbundenen. Die Be­ tätigungseinrichtung ist als Planetenradgetriebe ausgebildet, wobei dessen Sonnenradnabe den Getriebeausgang und dessen zur Sonnenradnabe koaxiale Sonnenradhülse den ersten Getriebeeingang bildet. Der zweite Getriebeeingang wird aus einem zu dieser Sonnenradnabe und der Son­ nenradhülse konzentrischen Planetenradträger, der Planetenräder trägt, gebildet. Von den Planetenrädern des Planetenradträgers sind jeweils zwei miteinander drehfest verbunden und koaxial um eine im Planetenradträger festgelegte Achse drehbar und im ständigen Eingriff mit Sonnenradnabe und Sonnenradhülse.

Bei Zahnradgetrieben, wie auch bei mit Zahnrädern betriebenen Planeten­ radgetrieben, treten herstellungsbedingte Toleranzen, wie Zahndickenab­ maß, Flankenformfehler, Rundlauffehler, Teilungsfehler und Achsabstands­ abweichungen auf. Um ein Klemmen der Getrieberäder zu vermeiden, muß zwischen den Flanken daher stets ein Spiel vorhanden sein. Dieses Zahnflankenspiel ist bei Anwendungen, wie der Betätigungseinrichtung für Fahrzeug-Lenkvorrichtungen störend, da dort bis zu einem definierten Moment eine Spielfreiheit in beide Drehrichtungen erforderlich ist.

Ein Planetenzahnradgetriebe mit Mitteln zur Beseitigung des störenden Zahnflankenspiels ist in der DE 197 57 433 A1 beschrieben. Dieses Plane­ tenzahnradgetriebe weist ein Hohlrad, ein Ritzel und einen Umlaufträger mit gleichzeitig in dem Hohlrad und dem Ritzel kämmenden Planetenrä­ dern auf. Von ihrer Breite her sind Hohlrad und Ritzel jeweils größer als die Breite des mit ihnen im Eingriff stehenden Planetenrades. Diese überschüs­ sige Breite ist dem kämmenden Planetenrad jeweils so zugeordnet, daß sie jeweils auf einer Seite des Planetenrades übersteht. Dabei überragt das Rit­ zel eine Stirnseite des Planetenrades, die derjenigen gegenüberliegt, an der die überschüssige Breite des Hohlrades das Planetenrad überragt. Auf bei­ den Stirnseiten des Planetenrades ist ein achsgleich mit dem Planetenrad drehbares Zusatzzahnrad, welches jeweils gegenüber dem Planetenrad drehelastisch verspannt ist, gelagert. Durch die vorstehend beschriebene Zahnbreiten-Ausbildung ist es möglich, daß von den Zusatzzahnrädern ei­ nes allein mit dem Ritzel und das andere allein mit dem Hohlrad in einem verzahnten Eingriff steht, so daß ein Zusatzzahnrad als radial innen span­ nendes, während das andere als radial außen spannendes Zusatzzahnrad wirkt.

Diese Lösung erfordert einen verhältnismäßig hohen Bauaufwand, bei den speziellen Zusatzzahnrädern und deren Anordnung zu der Zahnbreiten- Ausbildung von Ritzel und Hohlrad des Planetenradgetriebes.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Lösung liegt das Problem zugrun­ de, ein spielfreies Planetenradgetriebe der eingangs angegebenen Art zu konzipieren, bei welchem die Spielfreiheit durch betriebssichere und bau­ lich einfache Mittel realisiert wird. Das Problem wird durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmalen gelöst, indem das Planetenradgetriebe mindestens einen starren und mindestens einen drehelastischen, vorgespannten Stufenplaneten aufweist. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit dem drehelastischen Stufenplaneten, der bei Verschleiß selbstnachstellend ist, das Gesamtspiel eines Planetenradgetriebes ohne Verstellung des Achsab­ standes kompensiert wird, wobei die Lösung einfach, preiswert und klein­ bauend ist. Dabei kann die erfinderische Lösung bei Schrägverzahnung und Gradverzahnung der Zahnräder des Planetenradgetriebes zur Anwendung kommen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhän­ gigen Ansprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiele der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein spielfreies zweistufig übersetzendes Planetenradgetriebe im Längsschnitt;

Fig. 2 ein spielfreies Planetenradgetriebe als Betätigungseinrichtung für eine Fahrzeug-Lenkvorrichtung;

Fig. 3 eine Steifigkeitskennlinie eines erfindungsgemäßen Planeten­ radgetriebes.

Im Wesentlichen gleiche Teile in den unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In der Zeichnung ist ein Planetenradgetriebe 1 mit zwei Stufenplaneten 2, 7 dargestellt. Diese Stufenplaneten 2, 7 sind über Wälzlager 21 in einem Planetenradträger 6 gehalten und tragen jeweils zwei Planetenräder 4, 5 und 9, 10, die paarweise miteinander verbunden sind. Während die Plane­ tenräder 4, 5 des einen Stufenplaneten 2 durch eine Welle 3 starr verbun­ den sind, ist die zweite Welle 8 als Drehstab(-feder) ausgebildet und läßt eine elastische Verdrehung der durch sie getragenen Planetenräder 9, 10 zu. Die Planetenräder 4, 5 und 9, 10 der Stufenplaneten 2, 7 stehen im ständigen verzahnten Eingriff mit zwei Sonnenrädern 11, 12. Eines dieser Sonnenräder 11, 12 ist mit den Getriebeeingang 14 verbunden, während das andere dem Getriebeausgang 19 zugeordnet ist. Montageseitig wird die als Drehstab ausgebildete Welle 8 des drehelastischen Stufenplaneten 7 um einen vorbestimmten Drehwinkel vorgespannt, so daß das Rückfeder­ moment auf beide Planetenräder 9, 10 wirkt. Diese legen sich mit ihren Zahnflanken an die jeweils mit ihnen im verzahnten Eingriff stehenden Zahnflanken der Sonnenräder 11, 12 an und üben eine Kraft auf diese aus. Diese Kraft erzeugt ein Drehmoment, das die Sonnenräder 11, 12 solange verdreht, bis sie wiederum an den Zahnflanken der Planetenräder 4, 5 des starren Stufenplaneten 2 anliegen. Als Ergebnis dieses Vorspannens des Drehstabes liegen alle im Eingriff befindlichen Zahnflanken federnd anein­ ander an, so daß bis zu einem definierten Drehmoment das Gesamtspiel des Planetenradgetriebes kompensiert wird. Je nach Drehrichtung erfolgt die Kraftübertragung über den starren oder den drehelastischen Stufen­ planeten 2 oder 7. Eine Steifigkeitskennlinie eines erfindungsgemäßen Pla­ netenradgetriebes 1 ist in der Fig. 3 dargestellt.

Ein Planetenradgetriebe mit der beschriebenen Funktionalität kann auch derart ausgebildet sein, daß die Planetenräder der Stufenplaneten in zwei Hohlräder oder ein Hohlrad und ein Sonnenrad kämmend eingreifen.

Ebenso ist das Funktionsprinzip auf zusammengesetzte Planetenradgetrie­ be anwendbar.

In einem nicht dargestellten Anwendungsfall wird die Kompensierung des Gesamtspiels des Planetenradgetriebes erreicht, indem die an sich starre Welle des drehelastischen Stufenplaneten zwei Planetenräder aufnimmt, von denen mindestens eins drehbar und ohne Axialspiel auf der Welle ge­ lagert ist. Auf dieser Welle ist eine Drehfeder, beispielhaft eine Schrauben- oder Schenkelfeder, angeordnet, die beide Planetenräder derart verbindet, daß sie federnd relativ zueinander verdrehbar sind.

Ebenfalls nicht dargestellt ist die Ausstattung des drehelastischen Stufen­ planeten mit einer als Anschlag wirkenden Klauenkupplung, die den Ver­ drehwinkel in beide Drehrichtungen begrenzt, so daß der drehelastische Stufenplanet im Falle einer übermäßigen Belastung des Planetenradgetrie­ bes einen Anteil des zu übertragenden Drehmomentes aufnimmt.

Um montageseitig das Vorspannen des drehelastischen Stufenplaneten 7 zu erleichtern, sind an der gehäuseaußenseitigen wellenstumpfartigen Verlängerung dieses Stufenplaneten 7 Werkzeugangriffsflächen 13 inte­ griert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Planetenrad­ getriebe 1, das als übersetzendes zweistufiges Getriebe ausgebildet ist. Die Stufenplaneten 2, 7 ermöglichen je nach Art der Getriebestufung eine Ein­ gangsdrehzahl bei geräuscharmen Lauf und spielfrei in beide Drehrichtun­ gen zu reduzieren oder zu erhöhen. Diese Ausführung eröffnet die An­ wendung des Planetenradgetriebes 1 in allen Bereichen des Maschinen- bzw. Fahrzeugbaues, in denen ab- oder hochgestufte Drehzahlen benötigt werden.

In Fig. 2 ist ein bevorzugter Anwendungsfall des Planetenradgetriebes 1 in einer Fahrzeug-Lenkvorrichtung, speziell ein Längsschnitt einer als Über­ lagerungsgetriebe ausgeführten Betätigungseinrichtung einer servounter­ stützten Lenkeinrichtung, zu sehen.

Im Unterschied zu dem in Fig. 1 ausgeführten Anwendungsfall ist hier ein zweiter Getriebeeingang 15, 16, hier als Schnecke 15 und Schneckenrad 16 zu erkennen, integriert. Das Schneckenrad 16 ist mit dem Planeten­ radträger 6 verbunden. Lenkhandrad 18, der Stellmotor 17 sowie das Lenkgetriebe 20 sind nur symbolisch als Blöcke dargestellt. Der vom Fahrer in das Lenkhandrad 18 eingeleitete Drehwinkel wird über den ersten Ge­ triebeeingang 14 und das Sonnenrad 11 eingeleitet. Eine mit dem Son­ nenrad 12 drehfest verbundener Getriebeausgang 19 ist über das Lenkge­ triebe 20 mit den Fahrzeuglenkrädern verbunden. Eine nicht dargestellte Regeleinheit, die über Sensoren die Verstellung des Lenkwinkels und ggf. andere die Lenkcharakteristik beeinflussende Kennwerte erfaßt, aktiviert den Stellmotor 17, der auf den zweiten Getriebeeingang 15, 16 und damit auf den Planetenradträger 6 wirkt. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Getriebeeingang 14 und dem Getriebeausgang 19 wird nun durch die Drehrichtung und die Drehgeschwindigkeit des Stellmotors 17, durch Überlagerung des über das Lenkhandrad 18 eingeleiteten Drehwinkels, bestimmt.

Ein Planetenradgetriebe 1 der angegebenen Art ist jederzeit auch in ande­ ren Lenkeinrichtungen, z. B. einer mechanischen Lenkeinrichtung ohne Lenkunterstützung, einsetzbar.

Claims (5)

1. Spielfreies Planetenradgetriebe, insbesondere für eine Betätigungs­ einrichtung einer Fahrzeug-Lenkvorrichtung mit mindestens zwei Stufenplaneten, deren jeweils zwei miteinander verbundenen Pla­ netenräder ständig mit anderen Zahnrädern des Planetenradgetrie­ bes, die mit Innen- bzw. Außenverzahnung ausgestattet sind, in ei­ nem verzahnten Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetenradgetriebe (1) mindestens einen starren Stufenplane­ ten (2) und mindestens einen drehelastischen und vorgespannten Stufenplaneten (7) aufweist.

2. Spielfreies Planetenradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Planetenräder (4, 5 und 9, 10) der Stufen­ planeten (2 und 7) jeweils durch eine Welle (3 oder 8) verbunden sind und daß die Welle (8), die beide Planetenräder (9, 10) des drehelastischen Stufenplaneten (7) miteinander verbindet, als Dreh­ stabfeder ausgebildet ist.

3. Spielfreies Planetenradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Welle (8) des drehelastischen Stufenplane­ ten (7) zwei Planetenräder (9, 10) aufnimmt von denen mindestens eins drehbar und axialspielfrei auf der Welle (8) gelagert ist, wobei diese Welle (8) eine Drehfeder aufnimmt, die beide Planetenräder (9, 10) derart verbindet, daß sie federnd relativ zueinander ver­ drehbar sind.

4. Spielfreies Planetenradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Welle (8) und/oder den Planetenrädern (9, 10) des drehelastischen Stufenplaneten (7) min­ destens ein, den Verdrehwinkel der Planetenräder (9, 10) zueinan­ der in beide Drehrichtungen begrenzender Anschlag integriert ist.

5. Spielfreies Planetenradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenplanet (7) gehäuseau­ ßenseitig Werkzeugangriffsflächen (13) aufweist.