DE102005025063A1

DE102005025063A1 - Zahnriementrieb für eine Kraftfahrzeuglenkung

Info

Publication number: DE102005025063A1
Application number: DE200510025063
Authority: DE
Inventors: Ralf Schmidt; Peter Buchholz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2006-12-07

Abstract

Ein Zahnriementrieb für eine Kraftfahrzeuglenkung umfasst eine erste Zahnriemenscheibe (2) zur Einleitung eines Antriebsmoments, eine zweite Zahnriemenscheibe (4) zur Ableitung eines Abtriebsmoments und einen Zahnriemen (6), der die Zahnriemenscheiben (2, 4) umschlingt und diese zur Übertragung eines Drehmoments koppelt. Eine Niederhalteeinrichtung (7, 8) ist im Bereich mindestens einer der Zahnriemenscheiben (2, 4) der Rückseite (11) des über die Zahnriemenscheibe (2, 4) geführten Zahnriemens (5) gegenüberliegend angeordnet. Dabei ist deren Abstand zu der Rückseite (11) des Zahnriemens (5) kleiner als die Eingriffstiefe der Zähne (9) des Zahnriemens (5) in die Verzahnung (10) der Zahnriemenscheibe. Hierdurch wird die Winkelzuordnung der Zahnriemenscheiben dauerhaft gewährleistet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zahnriementrieb für eine Kraftfahrzeuglenkung, umfassend eine erste Zahnriemenscheibe zur Einleitung eines Antriebsmoments, eine zweite Zahnriemenscheibe zur Ableitung eines Abtriebsmoments, und einen Zahnriementrieb, der die Zahnriemenscheiben umschlingt und diese zur Übertragung eines Drehmoments koppelt.

Kraftfahrzeuglenkungen mit derartigen Zahnriementrieben sind aus der DE 100 52 275 A1 sowie aus der DE 103 16 599 A1 bekannt. Durch eine besondere Gestaltung der Verzahnung lassen sich die Laufeigenschaften des Zahnriemens verbessern. Hierzu wird in der DE 103 16 599 A1 vorgeschlagen, sowohl an den Zahnriemenscheiben als auch an dem Zahnriemen zwei Zahnreihen vorzusehen, die gegeneinander versetzt sind.

Insbesondere in elektromechanischen Servolenkungen (EPS) besteht überdies das Problem, dass es bei einem plötzlichen Abbremsen des Antriebs zu einem Überspringen von Zähnen zwischen den Zahnriemenscheiben und dem Zahnriemen kommt, wodurch die Winkelzuordnung zwischen den Zahnriemenscheiben verändert wird. Dies kann wiederum die Funktion der Lenkung und der Lenkunterstützung beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Zahnriementrieb der eingangs genannten Art die Winkelzuordnung zwischen den Zahnriemenscheiben dauerhaft zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch einen Zahnriementrieb gemäß Patentanspruch 1 gelöst, der sich dadurch auszeichnet, dass eine Niederhalteeinrichtung an mindestens einer der Zahnriemenscheiben der Rückseite des über die Zahnriemenscheibe geführten Zahnriemens gegenüberliegend angeordnet ist und deren Abstand zu der Rückseite des Zahnriemens kleiner ist, als die Eingriffstiefe der Zähne des Zahnriemens in die Verzahnung der Zahnriemenscheibe.

Durch die Niederhalteeinrichtung wird ein stetiger Zahneingriff zwischen dem Zahnriemen und der mindestens einen Zahnriemenscheibe gewährleistet, so dass unter normalen Betriebsbedingungen Zahnüberspringer zuverlässig vermieden werden. Dadurch bleibt die Winkelzuordnung zwischen den Zahnriemenscheiben erhalten.

Bewegt sich bei einer starken Abbremsung des Riementriebs der Zahnriemen in Richtung aus der Verzahnung der Zahnriemenscheibe hinaus, so gelangt dieser in Anlage gegen die Niederhalteeinrichtung. Die Niederhalteeinrichtung verhindert dabei, dass der Zahnriemen vollständig außer Eingriff mit der Verzahnung der Zahnriemenscheibe gelangt. Zudem wirkt die Niederhalteeinrichtung als Reibungsbremse, die das Schlagen des Riemens beruhigt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Niederhalteeinrichtung so angeordnet, dass diese im normalen Betrieb der Rückseite des Zahnriemens berührungsfrei gegenüberliegt. Hierdurch bleibt die Durchschiebkraft bzw. die Leistungsaufnahme des Antriebs unbeeinträchtigt. Dies gilt in gleicher Weise für den Verschleiß und die Geräuschbildung.

Zudem kann die Niederhalteeinrichtung im Anlagebereich für den Zahnriemen eine oder mehrere Rollen aufweisen. Hierdurch wird in der vorstehend genannten Situation die Gefahr eines Verklemmens des Riemens vermieden. Durch eine geeignete Werkstoffkombination zwischen dem Zahnriemenrücken und der Kontaktfläche des Niederhalters kann ein gezieltes Abbremsen von in Drehbewegung befindlichen Massen wie z. B. eines Rotors eines Elektromotors, einer Riemenscheibe, eines Kugelgewindetriebs, etc. erfolgen.

Aus Gründen der Sicherheit wird der Zahnriementrieb so ausgelegt, dass eine Drehmomentübertragung zwischen den Zahnriemenscheiben in allen Fällen gewährleistet wird.

Um eine Überlastung des Zahnriemens zu vermeiden, kann die Niederhalteeinrichtung in einer vorteilhaften Ausgestaltung hierzu mit einer Sollbruchstelle ausgeführt werden.

Eine Freigabe des Zahnriementriebs bei Überschreiten eines vorgegebenen Kraftniveaus der Niederhalteeinrichtung kann jedoch auch auf andere Weise, beispielsweise durch eine gezielte plastische oder elastische Verformung realisiert werden. Das Kraftniveau liegt dabei vorzugsweise unter der Zugfestigkeitsgrenze des Zahnriemens.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Seitenansicht eines Zahnriementriebs für eine Kraftfahrzeuglenkung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Detailansicht der Verzahnung im Bereich der Niederhalteeinrichtung,
3 eine schematische Ansicht einer ersten Abwandlung der Niederhalteeinrichtung, und in
4 eine schematische Ansicht einer zweiten Abwandlung der Niederhalteeinrichtung.
Das Ausführungsbeispiel zeigt einen Zahnriementrieb 1 für eine Kraftfahrzeuglenkung, die hier beispielhaft als elektromechanische Servolenkung ausgebildet ist.
Der Zahnriementrieb 1 umfasst eine erste Zahnriemenscheibe 2 zur Einleitung eines Antriebsmoments. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese mit einem Hilfsantrieb in Form eines Elektromotors 3 gekoppelt.
Der Zahnriementrieb 2 umfasst weiterhin eine zweite Zahnriemenscheibe 4 zur Ableitung eines Abtriebsmoments an ein Lenkgetriebe. Hierzu kann die zweite Zahnriemenscheibe 4 beispielsweise an eine Kugelumlaufmutter 5 des Lenkgetriebes angekoppelt sein.
Zur Übertragung eines Drehmoments zwischen den Zahnriemenscheiben 2 und 4 dient ein Zahnriemen 6, der die Zahnriemenscheiben 2 und 4 umschlingt. An den Zahnriemenscheiben 2 und 4 vorgesehene Bordscheiben führen den Zahnriemen 6. Zudem kann optional über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Spannenrolle oder einen sonstigen Spannmechanismus die Riemenspannung reguliert werden.
Weiterhin umfasst der Zahnriementrieb 1 eine Niederhalteeinrichtung an mindestens einer der Zahnriemenscheiben. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist an jeder Zahnriemenscheibe 2 bzw. 4 eine Niederhalteeinrichtung 7 bzw. 8 vorgesehen. Diese Niederhalteeinrichtungen dienen dazu, bei einem starken Abbremsen des Zahnriementriebs 1 Zahnüberspringer zu vermeiden, bei denen der Zahnriemen 6 bzw. dessen Zähne 9 ohne Gegenmaßnahmen vollständig außer Eingriff mit der jeweiligen Verzahnung 10 der Zahnriemenscheiben 2 und 4 gelangen und beim Widereingriff versetzt werden.
Wie 2 zeigt, sind hierzu die Niederhalteeinrichtungen 7 und 8 im Bereich der Zahnriemenscheiben 2 und 4 der Rückseite 11 des über die jeweilige Zahnriemenscheibe 2 bzw. 4 geführten Zahnriemens 6 gegenüberliegend so angeordnet, dass deren Abstand s zu der Rückseite 11 des Zahnriemens 6 kleiner ist als die Eingriffstiefe t der Zähne 9 des Zahnriemens 6 in die Verzahnung 10 der jeweiligen Zahnriemenscheibe 2 bzw. 4.
Die Niederhalteeinrichtungen 7 und 8 können beispielsweise als Wandflächen oder Vorsprünge an einer Abdeckung, Halterung oder einem Gehäuse des Zahnriementriebs 1 angebracht oder mit dieser bzw. diesem integral ausgebildet sein.
Die Niederhalteeinrichtung 7 und 8 können dabei prinzipiell an der Rückseite 10 des Riemens 6 gleiten oder abrollen. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Niederhalteeinrichtungen 7 und 8 der Rückseite 10 des Zahnriemens 6 jedoch berührungsfrei gegenüber. Dies ist im Hinblick auf die benötigte Antriebsleistung des Motors 3, den Verschleiß und die Geräuschbildung vorteilhafter.
Gleichwohl weist die Niederhalteeinrichtung nach dem Ausführungsbeispiel eine zu der Rückseite 10 des Zahnriemens 6 weisende Kontaktfläche 12 in auf, die als Reibungsbremse ausgebildet ist. Durch die Reibwirkung lässt sich ein Schlagen des Zahnriemens 6 schneller beruhigen. Die Reibung kann dabei durch eine erhöhte Oberflächenrauhigkeit oder Oberflächenprofilierung auf Seiten der Kontaktfläche 12 und/oder der Rückseite 10 des Zahnriemens 6 erzielt werden.
Weiterhin muss die Niederhalteeinrichtung 7 bzw. 8 so konfiguriert werden, dass der Zahnriemen 6 nicht verklemmen und/oder reißen kann. Dies lässt sich beispielsweise durch eine Sollbruchstelle an der Niederhalteeinrichtung 7 bzw. 8 realisieren.
Alternativ oder ergänzend kann die Kontaktfläche gegenüber der Anlagefläche des Zahnriemens dahingehend ausgeführt werden, dass durch die Art der Oberflächenkonfiguration ein Einklemmen des Zahnriemens verhindert wird, beispielsweise durch stark unterschiedliche Oberflächenrauhigkeiten oder eine profiliert/polierte Oberflächenkombination.
Günstig ist auch eine Gestaltung, bei der die Niederhalteeinrichtung 7 bzw. 8 bei Überschreiten eines vorgegebenen Kraftniveaus durch eine plastische oder elastische Verformung den Zahnriementrieb 1 freigibt. Das Kraftniveau wird dabei so gewählt, das dieses unter der Zugfestigkeitsgrenze des Zahnriemens 6 liegt und vom Motor 3 aufbringbar ist. 3 zeigt lediglich beispielhaft eine Möglichkeit einer elastischen Überlastsicherung, bei der die Niederhalteeinrichtung 7' über eine geeignet dimensionierte Feder 13' gegen eine Halterung 14', beispielsweise ein Gehäuse, abgestützt ist. Anstelle der dargestellten Federabstützung sind auch andere Gestaltungen möglich.
In Abwandlung des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiels kann die Kontaktfläche 12 der Niederhalteeinrichtung durch eine oder mehrere Rollen 15 gebildet werden, die bei einem Abheben 11 des Zahnriemens 6 von der jeweiligen Zahnriemenscheibe 2 bzw. 4 verhindern, dass die Zähne 9 mit der jeweiligen Verzahnung 10 vollständig außer Eingriff gelangen.

1: Zahnriementrieb
2: Zahnriemenscheibe
3: Elektromotor
4: Zahnriemenscheibe
5: Kugelumlaufmutter
6: Zahnriemen
7, 7', 7'': Niederhalteeinrichtung
8: Niederhalteeinrichtung
9: Zahn des Zahnriemens
10: Verzahnung einer Zahnriemenscheibe
11: Rückseite des Zahnriemens
12: Kontaktfläche der Niederhalteeinrichtung
13: Feder
14: Halterung
15: Rolle

Claims

Zahnriementrieb für eine Kraftfahrzeuglenkung, umfassend: – eine erste Zahnriemenscheibe (2) zur Einleitung eines Antriebsmoments, – eine zweite Zahnriemenscheibe (4) zur Ableitung eines Abtriebsmoments, – einen Zahnriemen (6), der die Zahnriemenscheiben (2, 4) umschlingt und diese zur Übertragung eines Drehmoments koppelt, und – eine Niederhalteeinrichtung (7, 8) an mindestens einer der Zahnriemenscheiben (2, 4), die der Rückseite (11) des über die Zahnriemenscheibe (2, 4) geführten Zahnriemens (5) gegenüberliegend angeordnet ist und deren Abstand zu der Rückseite (11) des Zahnriemens (5) kleiner ist, als die Eingriffstiefe der Zähne (9) des Zahnriemens (5) in die Verzahnung (10) der Zahnriemenscheibe.
Zahnriementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalteeinrichtung (7, 8) gegen die Rückseite (11) des Zahnriemens (5) anliegt.
Zahnriementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalteeinrichtung (7, 8) der Rückseite (11) des Zahnriemens (5) berührungsfrei gegenüberliegt.
Zahnriementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalteeinrichtung (7, 8) eine oder mehrere Rollen (15) aufweist.
Zahnriementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalteeinrichtung (7, 8) eine zu der Rückseite (11) des Zahnriemens (5) weisende Kontaktfläche (12) aufweist, die als Reibungsbremse ausgebildet ist.
Zahnriementrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die als Reibungsbremse ausgebildete Kontaktfläche (12) eine profilierte Oberfläche aufweist.
Zahnriementrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die als Reibungsbremse ausgebildete Kontaktfläche (12) und die Anlagefläche des Zahnriemens zueinander klemmungsfrei ausgeführt sind.
Zahnriementrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die als Reibungsbremse ausgebildete Kontaktfläche (12) und die dieser zugeordnete Anlagefläche des Zahnriemens eine profiliert/polierte Oberflächenpaarung bzw. eine Oberflächenpaarung mit kleinem und großen Reibwert ausbilden.
Zahnriementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalteeinrichtung (7, 8) eine Sollbruchstelle aufweist.
Zahnriementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalteeinrichtung (7, 8) bei Überschreiten eines vorgegebenen Kraftniveaus den Zahnriementrieb freigibt.
Zahnriementrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftniveau unter der Zugfestigkeitsgrenze des Zahnriemens liegt.
Zahnriementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Zahnriemenscheibe (2, 4) eine Niederhalteeinrichtung (7, 8) vorgesehen ist.
Fahrzeuglenkung, umfassend einen Zahnriementrieb (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei der die erste Zahnriemenscheibe (2) mit einem Elektromotor (3) und die zweite Zahnriemenscheibe (4) mit einer Kugelumlaufmutter (5) eines Lenkgetriebes gekoppelt sind.