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Die
Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Lenkgetriebe nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es aus der
DE 198 11 977 A1 vorbekannt
ist.
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Aus
WO 03/047948 A1 ist
ein Lenkgetriebe bekannt, das als elastisches Mittel zwei elastomere Körper aufweist,
je ein elastomerer Körper
ist zwischen der Schnecke und jeweils einer Innenschale der beiden
Lager angeordnet. Die Lager sind als Kugellager ausgeführt. Die
Außenschalen
der beiden Lager stützen
sich unmittelbar am Gehäuse
ab. Die elastischen Mittel sind mit Vorspannung gegeneinander eingebaut,
durch die elastischen Mittel werden die Lager vorgespannt. Die Anordnung
ermöglicht es,
Getriebegeräusche
zu vermeiden. Diese Getriebegeräusche
kommen durch Anschlagen der Zähne der
beiden Getriebeelemente gegeneinander, durch Kräfte, die über die gesteuerten Räder von
der Straße
auf das Lenkgetriebe einwirken und andere Einflüsse zustande.
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Ein
weiteres elektrisches Lenkgetriebe ist aus
EP 1 065 132 A1 vorbekannt.
Bei diesem ist als elastisches Element eine Tellerfeder vorgesehen,
die zwischen einem Außenring
des Innenlagers und dem Gehäuse
angeordnet ist. Dem anderen Lager ist kein elastisches Element zugeordnet.
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Bei
dem Lenkgetriebe nach der
US 2003/0209382
A1 ist ein elastisch deformierbares Mittel zwischen einem
Flansch der Schnecke und dem Lager angeordnet.
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Ausgehend
von dem Lenkgetriebe der eingangs genannten Art liegt der Erfindung
die Aufgabe zur Grunde, das vorbekannte Lenkgetriebe dahingehend
weiterzubilden, dass das Reduktionsgetriebe besser die aus den Massenkräften bei
einem harten Lenkanschlag entstehenden Schläge und ähnlich hohe Stoßbelastungen
auffangen kann, ohne dass es dabei zu Überlastungen am Reduktionsgetriebe oder
anderen Teilen des Lenkgetriebes kommen kann. Diese Aufgabe wird
gelöst
durch das elektrische Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs
1.
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Unter
einem harten Lenkanschlag versteht man einen Anschlag an einen der
beiden konstruktiv vorgegebenen Begrenzungen des Lenkwegs.
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Bei
diesem Lenkgetriebe sind die elastischen Mittel so ausgebildet,
dass sie die bei einem harten Lenkanschlag auftretenden Massenkräfte und entsprechende
Stoßbelastungen
auffangen können und
so Schäden
durch Überlastung
an Reduktionsgetriebe und Lenkgetriebe verhindern. Der Elektromotor
bleibt antriebsmäßig ständig mit
der Schnecke verbunden, er wird nicht abgekoppelt. Bei einem plötzlichen
Stopp einer Lenkbewegung, beispielsweise einem Endanschlag, federt
das elastische Mittel ein und nimmt die kinetische Energie des Motors
und etwaiger sonstiger bewegter Massen auf, ohne dass es zu kritischen
Belastungen der anderen Bauteile, insbesondere im Bereich des Eingriffs
von Schnecke und Schneckenrad, kommen kann.
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Das
elastische Mittel ist so ausgeführt,
dass es einen Vorspannbereich, einen normalen Arbeitsbereich und
einen Anschlagbereich aufweist. Seine Kennlinie, also Kraft über Weg,
steigt zunächst
linear und dann progressiv in gleicher Reihenfolge an. Im Vorspannbereich
ist die Kennlinie linear, im Arbeitsbereich ist sie anfänglich linear,
anschließend
progressiv und im Anschlagbereich ist sie verstärkt progressiv. Dort hat sie
die größte Steigung
im Vergleich zu allen anderen Bereichen. Auf diese Weise können im
Endanschlagbereich hohe Massenträgheitskräfte aufgefangen
werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführung
ist zwischen Schnecke und Elektromotor eine nicht lösbare Drehmomentübertragung
ausgebildet, die eine axiale Verschiebung der Schnecke erlaubt,
welche größer ist
als die durch die elastischen Mittel erlaubte axiale Verschiebung.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, sowie
der nun folgenden Beschreibung einer nicht einschränkend zu
verstehenden Ausführung
der Erfindung, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Folgenden näher erläutert wird.
In dieser Zeichnung zeigen:
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1:
eine im Wesentlichen als Schnitt ausgeführte Ansicht eines Reduktionsgetriebes
mit einem Elektromotor,
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2:
ein Diagramm für
ein Beispiel einer Kennlinie, nämlich
Kraft K in Newton über
Weg D in Millimeter des elastischen Mittels, und
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3 einen
Ausschnitt aus einer Darstellung wie in 1, bei der
eine vordere Aufnahme exzentrisch ausgeführt ist.
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Von
einem elektrischen Lenkgetriebe, wie es an sich bekannt ist, hierzu
wird auf die bereits erwähnte
EP 1 065 132 A1 verwiesen,
ist in
1 ein Reduktionsgetriebe
20 mit Elektromotor
22 gezeigt. Das
Reduktionsgetriebe
20 hat ein Gehäuse
24, an das der
Elektromotor
22 angeflanscht ist. Im Gehäuse (
24)
ist eine Schnecke
26 drehbar gelagert, sie ist im Zahneingriff
mit einem Schneckenrad
28, das ebenfalls in dem Gehäuse
24 drehbar
gelagert ist. Vorzugsweise sind Schnecke
26 und/oder Schneckenrad
28 aus
einem ausreichend festen Kunststoff gefertigt, insbesondere der
jeweilige Verzahnungsbereich.
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Die
Schnecke 26 ist über
zwei seitliche Wälzlager 30 im
Gehäuse 24 drehbar
gelagert. Diese Wälzlager
hegen relativ zu den Endbereichen der Schnecke 26 fest,
sie können
sich aber innerhalb des Gehäuses 24 in
einer für
sie vorgesehenen Ausnehmung axial bewegen. Sie stehen unter Vorspannung. Hierzu
ist jedem Wälzlager 30 ein
elastisches Mittel 32 zugeordnet, das Ringform hat. Es
liegt am Außenring
des Wälzlagers 30 an
und drückt
diesen nach innen, in Richtung zum Zahneingriff hin. Das elastische Mittel 32 stutzt
sich auf seiner Außenseite
indirekt jeweils am Gehäuse 24 ab.
Hierzu sind Aufnahmen 33, 35 vorgesehen, die jede
für sich
ein elastisches Mittel 32 radial und axial kontaktieren.
Die Aufnahme 33 hat einen Deckel 34. Das elastische
Mittel 32 kann sich relativ zu diesen Aufnahmen 33, 35 und/oder
die Aufnahmen 33, 35 können sich mit dem jeweiligen
elastischen Mittel 32 im Gehäuse 24 bewegen. Durch
die Aufnahmen 33, 35 wird eine Gleitbewegung des Wälzlagers 30 verbessert,
z.B. zusammen mit dem Wälzlager
relativ zur Ausnehmung im Gehäuse 24. Eine
Aufnahme 33, 35 ist grundsätzlich nicht erforderlich.
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In
einer nicht dargestellten Alternative können die jeweiligen ringförmigen elastischen
Mittel 32 auch zwischen einem Innenring des jeweiligen
Wälzlagers 30 und
einer Schulter der Schnecke 26 angeordnet sein und relativ
zur Schnecke beweglich sein, während
sie gegenüber
dem Gehäuse 24 ortsfest sind.
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In
der Darstellung gemäß 1 befindet
sich das Reduktionsgetriebe 20 im Ruhezustand. Die beiden
elastischen Mittel 32 haben gleiche axiale Länge. Sie
stehen unter Vorspannung, dies wird durch den Einbau erreicht. Das
Gehäuse 24 bildet
einen (in 1) nach links offenen Raum aus,
der im fertig montierten Zustand durch den Deckel 34 abgeschlossen
ist. Bei der Montage und vor Aufsetzen des Deckels 34 wird
die Schnecke 26 ihren beiden Lagern 30 und den
beiden ringförmigen
elastischen Mitteln 32 eingesetzt. Anschließend wird
der Deckel 34 mit einem derartigen Druck aufgesetzt, dass
die elastischen Mittel 32 unter Vorspannung kommen.
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Wird
dieses Reduktionsgetriebe nun belastet, beispielsweise durch Stöße, die
von den gelenkten Rädern
und damit von der Straße
kommen, kann die Schnecke 26 in Axialrichtung 36 nach
links und rechts ausweichen. Bei harten Schlägen, die z.B. durch Massenkräfte beim
Anschlag gegen die Endanschläge
entstehen, kann sie noch weiter axial ausweichen. Dies wird im Folgenden
unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert.
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In 2 ist
beispielhaft die Kraft K dargestellt, die erforderlich ist, um ein
elastische Mittel 32 entlang eines Weges D komprimieren.
Dieser Weg verläuft
im Einbauzustand in der Axialrichtung 36. Das elastische
Mittel 32 hat im Ausgangspunkt (Nullpunkt) 60 die
größte axiale
Abmessung bzw. den geringsten Weg. Weg wird hier als Kompressionsweg verstanden.
Mit zunehmendem Weg, also zunehmender Kompression, steigt in einem
Vorspannbereich 50 vom Ausgangspunk 60 bis zum
Punkt 62 die Kraft K linear an. Der Zustand wie in Punkt 62 liegt
im Normalzustand, bei nicht belastetem Reduktionsgetriebe 20,
vor. Der Anstieg im Vorspannbereich 50 ist relativ gering.
Mit zunehmender Kompression, also zunehmendem Weg, schließt sich
an den Vorspannbereich 50 ein Arbeitsbereich 52 an.
Er hat zwei Unterbereiche, nämlich
einen linearen Teil 54 und einen progressiven Teil 56.
Beide machen jeweils etwa 50 % des gesamten Arbeitsbereichs aus.
Die Länge
des Arbeitsbereichs 52 liegt typisch zwischen 0,3 und 2 mm.
Im linearen Teil 54 steigt die Kraft K mit wachsendem Kompressionsweg
D noch linear wie zuvor an, anschließend leicht progressiv bis
zum Punkt 64. Im progressiven Teil 56 setzt sich
der progressive Anstieg deutlicher fort, der Verlauf ist etwa anzunähern durch
eine quadratische Parabel. Man erkennt, dass innerhalb des progressiven
Teils 56 die Steigung der Kennlinie stetig zunimmt. Sie
ist zudem größer als
in den anderen Bereichen 50, 54.
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An
den Arbeitsbereich 52 schließt sich ein Anschlagbereich 58 an.
In ihm verläuft
die Steigung der Kraft/Weg-Kennlinie weiterhin progressiv, die Steigung
nimmt bis zum Ende des Anschlagbereichs hin kontinuierlich zu. Demgemäß wird die
Rückstellkraft
K ständig,
mit wachsendem Weg D, größer. Die Länge des
Anschlagbereichs 58 liegt typisch zwischen 0,2 und 1,5
mm. Sie ist zumeist kleiner als die Länge des Arbeitsbereichs 52.
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Im
Zustand gemäß 1 befinden
sich die beiden elastischen Mittel 32 am Übergang
zwischen Vorspannbereich 50 und Arbeitsbereich 52.
Wird die Schnecke 26 hiervon ausgehend in eine Axialrichtung
verschoben, so kommt ein elastisches Mittel 32 in den Arbeitsbereich,
das andere dehnt sich aus und arbeitet im Vorspannbereich. Demgemäß ist 2 auch
so ausgeführt,
dass der Vorspannbereich dieselbe axiale Länge hat, wie die beiden anderen Bereiche 52, 58 zusammen.
Ist also eine axiale Verschiebung der Schnecke soweit erfolgt, dass
ein elastisches Mittel 32 am rechten Ende des Anschlagbereichs 58,
bei Punkt 68, arbeitet, befindet sich das andere elastische
mittel in einem praktisch kraftlosen Zustand, bei Punkt 60,
jedenfalls am linken Ende des Vorspannbereichs. In 2 liegt
auch im Punkt 60 noch eine geringe Federkraft vor.
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Es
sind Abwandlungen möglich.
Der Vorspannbereich 50 kann größer als die beiden anderen Bereiche 52, 58 zusammen
gewählt
werden, er kann auch kleiner sein also beispielsweise 120 oder
auch nur 60 Prozent betragen. Die axiale Länge des Arbeitsbereichs 52 liegt
etwa beim Zweifachen des Anschlagbereichs 58, günstige Werte
liegen zwischen 100 und 300 %.
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Der
Elektromotor 22 ist mit einer Hohlwelle versehen, die einen
unrunden Innenraum hat. Sie bildet ein Kupplungsteil 38 einer
nicht trennbaren Kupplung. In diesen Innenraum greift ein rechtes
Ende der Schnecke 26 ein, das als Unrundteil bzw. unrunder Kupplungsteil 40 ausgebildet
ist. Mit der Hohlwelle wird eine Steckkupplung gebildet. Geeignet
sind auch beliebige Vielkeilwellenverzahnungen, Klauenkupplungen
und dergleichen. Geeignet sind ebenfalls elastische Kupplungen,
sofern sie die erforderliche Axialbewegung der Schnecke erlauben.
Es wird eine nichtlösbare
Drehmomentübertragung
erreicht, die in axialer Richtung einen Verstellweg aufweist, der
größer ist
als der zulässige
Verstellweg der Schnecke 26, jedenfalls nicht kleiner.
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Die
Aufnahmen 33, 35 der Lager 30 sind so beschaffen,
dass sie über
die Lebensdauer des Lenkgetriebes eine leichte axiale Verschiebbarkeit der
Lager in den Aufnahmen 33, 35 und somit eine leichte
axiale Verschiebbarkeit der Schnecke ermöglichen. Dies wird z.B. dadurch
erreicht, dass die Aufnahmen 33, 35 aus Kunststoffen
mit niedrigem Reibwert oder anderen Materialien mit entsprechenden Beschichtungen
hergestellt sind.
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Ferner
ist es vorteilhaft, eine oder beide Aufnahmen 33, 35 der
Lager 30 exzentrisch auszubilden. Die Exzentrizität ermöglicht eine
Einstellung des Achsabstandes von Schnecke und Schneckenrad. Dadurch
kann das Zahnflankenspiel des Verzahnungseingriffs zwischen Schnecke
und Schneckenrad eingestellt werden, was sich vorteilhaft auf Geräusch und
Lauf auswirkt.
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In 3 ist
nur die vordere Aufnahme 33 exzentrisch ausgeführt, sodass
eine Einstellung des Achsabstandes auch in zusammengebauten Zustand
erfolgen kann. Hierzu ist in ihrem Deckel 34 ein Außenvielkant
oder eine entsprechende Mitnahme für ein Werkzeug zum Drehen der
Aufnahme 33 vorgesehen. Die durch die Einstellvorrichtung
bedingten Winkel- bzw. Fluchtungsfehler zwischen Schnecke 26 und
Motor 22 werden durch geeignete Kupplungsformen ausgeglichen.
Dies ist sowohl durch entsprechende starre aber auch elastische
Kupplungen möglich.