DE10113775A1 - Lenkantrieb mit einem Lenkmotor und einem Lenkgetriebe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lenkantrieb, der koaxial zu einer Lenkachse (L) angeordnet ist und einen Lenkmotor (1) sowie ein nachgeschaltetes Lenkgetriebe (2) aufweist. Um auf kleinem Bauraum eine hohe Übersetzung, einen guten Wirkungsgrad und eine hohe Überlastsicherheit gegenüber aus der Fahrbahnbeschaffenheit resultierenden Rückschlägen zu erzielen, ist erfindungsgemäß das Lenkgetriebe (2) als Exzentergetriebe ausgebildet. Auf einer von dem Lenkmotor (1) angetriebenen Exzenterwelle (11) sind zwei drehsynchron miteinander verbundene, axial zueinander benachbarte Planetenräder (15, 16) gelagert. Das dem Lenkmotor (1) nahe Planetenrad (15) steht mit einem feststehenden Hohlrad (17) und das dem Lenkmotor ferne Planetenrad (16) steht mit einem drehbaren, mit einem Drehschemel (3) verbundenen Hohlrad (18) in Eingriff. In der Exzenterwelle (11) sind als Massenausgleich vorgesehene Ausnehmungen, insbesondere Bohrungen (23-26), angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lenkantrieb, der koaxial zu einer Lenkachse angeordnet ist und einen Lenkmotor sowie ein nachgeschaltetes Lenkgetriebe aufweist.

Ein gattungsgemäßer, als Drehschemellenkung ausgebildeter Lenkantrieb ist aus der DE 199 11 458 A1 bekannt und wird dort für den lenkbaren Radantrieb eines Flur­ förderzeugs verwendet. Bekannt sind darüber hinaus hydraulische Lenkantriebe für die lenkbaren, nicht angetriebenen Räder von Flurförderzeugen.

Um eine Lenkbewegung des Rades durchführen zu können, werden bei Verwendung eines elektrischen Lenkmotors hohe Übersetzungen benötigt, da das gelenkte Rad von der Geradeausstellung für Links- und Rechtskurven nur um jeweils 90 Grad um die Lenkachse geschwenkt wird. Dies ergibt lediglich eine halbe Umdrehung zwischen den beiden Anschlägen. Der Lenkantrieb gemäß der genannten Druckschrift ist daher mit einem sogenannten Wolfromgetriebe als Lenkgetriebe versehen, mit dem hohe Über­ setzungen ermöglicht werden. Dabei handelt es sich um ein spezielles Planeten­ getriebe, nämlich ein fünfrädriges Planetengetriebe, bei dem der Steg belastungsfrei umläuft.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen einfach aufgebauten und wirtschaftlich herstellbaren Lenkantrieb der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der auf kleinem Bauraum eine hohe Übersetzung und einen guten Wir­ kungsgrad ermöglicht. Darüber hinaus soll der Lenkantrieb eine hohe Überlastsicher­ heit gegenüber aus der Fahrbahnbeschaffenheit resultierenden Rückschlägen auf­ weisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Lenkgetriebe als Ex­ zentergetriebe ausgebildet ist.

Ein Exzentergetriebe ermöglicht einerseits auf kleinem Bauraum eine sehr hohe Über­ setzung, andererseits weist es nur vier Verzahnungen und zwei Zahneingriffsstellen auf, wodurch das Zahnspiel eng gehalten werden kann. Spielbehaftete Wellenverbin­ dungen, wie sie in zwei- und dreistufigen Standardplanetengetrieben vorkommen, entfallen vollständig.

Gegenüber anderen bekannten Getrieben verfügt ein Exzentergetriebe, das eine Sonderbauform eines Planetengetriebes darstellt, über weniger Einzelteile und ist folglich einfacher im Aufbau und wirtschaftlicher herstellbar. Insgesamt besitzt der erfindungsgemäße Lenkantrieb einen höheren Wirkungsgrad als ein hydraulischer Lenkantrieb oder ein Lenkantrieb mit einem zwei- oder dreistufigen Planetengetriebe.

Zweckmäßigerweise sind auf einer von dem Lenkmotor angetriebenen Exzenterwelle zwei drehsynchron miteinander verbundene, axial zueinander benachbarte Planeten­ räder drehbar gelagert, wobei das dem Lenkmotor nahe Planetenrad mit einem fest­ stehenden Hohlrad und das dem Lenkmotor ferne Planetenrad mit einem drehbaren, mit einem Drehschemel verbundenen Hohlrad in Eingriff steht.

Eine besonders günstige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in der Exzenter­ welle als Massenausgleich vorgesehene Ausnehmungen, insbesondere Bohrungen, angeordnet sind. Dadurch können spezielle Massenausgleichsteile für die Planeten­ räder, die Planetenradlager und die Exzenterwelle entfallen, was den Bau- und Montageaufwand des erfindungsgemäßen Lenkantriebs vereinfacht und den Platz­ bedarf minimiert.

Fertigungs- und montagetechnisch günstig ist es ferner, wenn die beiden Planeten­ räder einstückig miteinander ausgebildet sind.

Sofern die Exzenterwelle eine mit der Antriebswelle des Lenkmotors gemeinsame Lagerung aufweist, ist die Teileanzahl reduziert. Es werden nur zwei (Wälz-)Lager für die Abstützung der Antriebswelle des Lenkmotors und der Exzenterwelle benötigt.

Es erweist sich als Vorteil, die Exzenterwelle einstückig mit einer Antriebswelle des Lenkmotors auszubilden.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zähnezahldifferenz zwischen Planetenrad und Hohlrad jeweils kleiner als 10, insbesondere kleiner als 5, ist. Dadurch sind immer mehrere Zähne im Eingriff. Infolgedessen ergibt sich eine hohe Überlast­ sicherheit und ein guter Wirkungsgrad.

Um eine hohe Zähnezahldifferenz zu erzielen, sind vorteilhafterweise die Verzahnun­ gen der Planetenräder und der Hohlräder als Kurzverzahnungen ausgeführt und be­ trägt der Zahneingriffswinkel mehr als 20 Grad, insbesondere mehr als 25 Grad. Der große Zahneingriffswinkel bewirkt, dass der Gleitanteil beim Ineinandergreifen der Verzahnungen gering ist. Es findet überwiegend ein Abwälzvorgang statt. Es ist daher nicht zwingend erforderlich, die Verzahnung zu härten, was die Herstellung vereinfacht. Durch den großen Zahneingriffswinkel ergibt sich ferner ein breiter Zahnfuß, so daß die Überlastsicherheit erhöht wird.

Sofern die Hohlräder axial geteilt sind und die beiden Axialhälften jedes Hohlrades in Umfangsrichtung gegeneinander verstellbar und im verstellten Zustand zueinander fixierbar sind, kann das Zahnspiel nach Belieben eingestellt werden.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Drehschemel mit einem koaxial zur Lenkachse angeordneten Peilstab verbunden ist, der durch eine in der Exzenterwelle angeordnete zentrische Bohrung hindurch geführt ist. Die Winkelstellung des Drehschemels und damit des gelenkten Rades (bzw. der gelenkten Räder bei einer Anordnung mit Tandemrädern) kann daher mit Hilfe des Peilstabes einer geeigneten Sensorik mitgeteilt und an den Fahrer übermittelt und/oder in einer Fahrsteuerung weiterverarbeitet werden.

Die Abmessungen des erfindungsgemäßen Lenkantriebs werden insbesondere in axialer Richtung klein gehalten, wenn radial zwischen dem ausgangsseitigen Hohlrad und einem Gehäuseflansch ein Drehschemellager angeordnet ist.

Zweckmäßigerweise ist das Drehschemellager als Vierpunktlager ausgebildet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausührungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Lenkantrieb,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch den Lenkmotor und das Lenkgetriebe,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung des Massenausgleichs und

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung der Verzahnung.

Der in den Figuren dargestellte Lenkantrieb verfügt über einen als Elektromotor (z. B. Permanentmagnetmotor) ausgebildeten Lenkmotor 1 und ein nachgeschaltetes Lenk­ getriebe 2, das ausgangsseitig mit einem Drehschemel 3 verbunden ist.

Am unteren Ende des um eine Lenkachse L drehbaren Drehschemels 3 ist ein Quer­ rohr 4 angeformt, in dem zwei Achszapfen 5 und 6 drehbar gelagert sind. Jeder Achs­ zapfen 5 bzw. 6 weist einen Radflansch 7 bzw. 8 auf, an dem jeweils ein Rad 9 bzw. 10 befestigt ist (Tandem-Anordnung).

Der Aufbau des Lenkgetriebes 2 ist in Fig. 2 dargestellt. Das Lenkgetriebe 2 ist als Exzentergetriebe ausgebildet und weist eine Exzenterwelle 11 auf, die einstückig mit einer Antriebswelle 11a des Lenkmotors 1 ausgebildet und mittels zweier Wälzlager 12 und 13 in einem Gehäuse 14 des Lenkmotors gelagert ist.

Auf der Exzenterwelle 11 sind axial zueinander benachbarte Planetenräder 15 und 16 drehbar gelagert. Die beiden Planetenräder 15 und 16 sind miteinander einstückig. Das eingangsseitige Planetenrad 15 steht mit einem feststehenden Hohlrad 17 in Eingriff. Das ausgangsseitige Planetenrad 16 kämmt in einem Hohlrad 18, das mit dem Dreh­ schemel 3 fest verbunden ist, beispielsweise verschraubt.

Das Exzentergetriebe weist nur zwei Zahneingriffsstellen mit geringer Zähnezahl­ differenz auf, nämlich den Bereich, in dem das Planetenrad 15 mit dem Hohlrad 17 in Eingriff steht, und den Bereich, in dem das Planetenrad 16 mit dem Hohlrad 18 in Eingriff steht. Der Wirkungsgrad des Lenkgetriebes 2 ist daher hoch.

Radial zwischen dem Hohlrad 18 und einem Gehäuseflansch 19 ist ein Drehschemel­ lager 20 angeordnet. Dieses kann z. B. als Vierpunktlager ausgeführt sein. An dem Gehäuseflansch 19, der mit dem Gehäuse 14 des Lenkmotors 1 verschraubt ist und mit dessen Hilfe das komplette Aggregat an einem Fahrzeug, z. B. einem Flurförder­ zeug, befestigt werden kann, sind eine Wälzlagerlaufbahn des Drehschemellagers 20 und das Hohlrad 17 angeformt.

Mit dem Drehschemel 3 ist ein koaxial zur Lenkachse L angeordneter Peilstab 21 fest verbunden. Dieser ist durch eine zentrische Bohrung 22 in der Exzenterwelle 11 hin­ durchgeführt und ragt aus dem oberen Ende des Lenkmotors 1 heraus. Mit Hilfe des Peilstabes 21 ist die Drehposition des Drehschemels 3 und damit der Räder 9 und 10 feststellbar.

Als Massenausgleich für die Exzentrizitäten der Exzenterwelle 11, der Planetenräder 15, 16 und deren Lagerungen sind in der Exzenterwelle 11 Ausnehmungen vorgese­ hen. Diese bestehen, wie in Fig. 3 dargestellt, aus einer großen Bohrung 23 und drei kleineren Bohrungen 24, 25 und 26.

Fig. 4 zeigt die Verzahnungsverhältnisse des Planetenrades 16 und des damit in Ein­ griff stehenden Hohlrades 18. Die Zähnezahldifferenz ist kleiner als 10, insbesondere kleiner als 5. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Zähnezahldifferenz 3. Die ge­ ringe Zähnezahldifferenz ist durch die Verwendung einer Kurzverzahnung mit einem Eingriffswinkel größer als 20 Grad, insbesondere größer als 25 Grad (31 Grad im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel) erzielbar. An den beiden Zahneingriffsstellen des Ex­ zentergetriebes sind immer mehrere Zähne im Eingriff, so dass sich in Verbindung mit einem breiten Zahnfuß eine hohe Überlastsicherheit ergibt.

Die Hohlräder 17 und 18 können jeweils axial geteilt sein (in den Figuren nicht gezeigt). Durch Verstellen der beiden Axialhälften jedes Hohlrades 17, 18 in Umfangsrichtung und fixieren im verstellten Zustand ist jedes beliebige Zahnspiel einstellbar.

Claims (12)

1. Lenkantrieb, der koaxial zu einer Lenkachse angeordnet ist und einen Lenkmotor sowie ein nachgeschaltetes Lenkgetriebe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebe (2) als Exzentergetriebe ausgebildet ist.

2. Lenkantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer von dem Lenkmotor (1) angetriebenen Exzenterwelle (11) zwei drehsynchron miteinander verbundene, axial zueinander benachbarte Planetenräder (15, 16) drehbar ge­ lagert sind, wobei das dem Lenkmotor (1) nahe Planetenrad (15) mit einem fest­ stehenden Hohlrad (17) und das dem Lenkmotor (1) ferne Planetenrad (16) mit einem drehbaren, mit einem Drehschemel (3) verbundenen Hohlrad (18) in Eingriff steht.

3. Lenkantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Exzenterwelle (11) als Massenausgleich vorgesehene Ausnehmungen, insbesondere Bohrungen (23-26), angeordnet sind.

4. Lenkantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Planetenräder (15, 16) einstückig miteinander ausgebildet sind.

5. Lenkantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterwelle (11) eine mit der Antriebswelle (11a) des Lenkmotors (1) gemein­ same Lagerung (12, 13) aufweist.

6. Lenkantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterwelle (11) einstückig mit einer Antriebswelle (11a) des Lenkmotors (1) ausgebildet ist.

7. Lenkantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähnezahldifferenz zwischen Planetenrad (15; 16) und Hohlrad (17; 18) jeweils kleiner als 10, insbesondere kleiner als 5, ist.

8. Lenkantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen der Planetenräder (15, 16) und der Hohlrädern (17, 18) als Kurz­ verzahnungen ausgeführt sind und der Zahneingriffswinkel mehr als 20 Grad, insbesondere mehr als 25 Grad, beträgt.

9. Lenkantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräder (17, 18) axial geteilt sind und die beiden Axialhälften jedes Hohlrades (17; 18) in Umfangsrichtung gegeneinander verstellbar und im verstellten Zustand zueinander fixierbar sind.

10. Lenkantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschemel (3) mit einem koaxial zur Lenkachse (L) angeordneten Peilstab (21) verbunden ist, der durch eine in der Exzenterwelle (11) angeordnete zentrische Bohrung (22) hindurch geführt ist.

11. Lenkantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass radial zwischen dem ausgangsseitigen Hohlrad (18) und einem Gehäuseflansch (19) ein Drehschemellager (20) angeordnet ist.

12. Lenkantrieb nach Abspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehschemel­ lager (2) als Vierpunktlager ausgebildet ist.