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Die
Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung für eine Überlagerungsvorrichtung
für ein Lenksystem
eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und
eine Überlagerungsvorrichtung
mit einer solchen Verriegelungsvorrichtung.
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Aus
der
DE 103 23 042
A1 geht eine Überlagerungsvorrichtung
mit einem Überlagerungsgetriebe
für ein
Lenksystem hervor. Das Überlagerungsgetriebe
weist drei Getriebewellen auf: einen mit einer Stelleinrichtung über ein
Antriebselement verbundenen ersten Getriebeeingang, einen über eine
Lenkradwelle mit dem Lenkrad verbundenen zweiten Getriebeeingang
und einen über
eine Ausgangswelle mit einem Lenkgetriebe des Lenksystems verbundenen
Getriebeausgang. Des Weiteren ist eine Verriegelungsvorrichtung
vorgesehen, die zur Verriegelung des Überlagerungsgetriebes dient.
Die Verriegelungsvorrichtung blockiert in ihrem Verriegelungszustand
den ersten Getriebeeingang, so dass das Lenkrad über den zweiten Getriebeeingang
und den Getriebeausgang mit dem Lenkgetriebe verbunden ist, ohne
dass der erste Getriebeeingang wirksam ist. Dabei wird zwischen
Lenkrad und Lenkgetriebe eine Übersetzung
wirksam, die vom Übersetzungsverhältnis zwischen
zweitem Getriebeeingang und Getriebeausgang abhängt.
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Ausgehend
vom nächstkommenden
Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
eine hinsichtlich des Bauraumbedarfs verbesserte Verriegelungsvorrichtung
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Verriegelungsvorrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1 bzw. durch eine Überlagerungsvorrichtung mit
den Merkmalen des Patentanspruches 16 gelöst.
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Die
Verriegelungsvorrichtung dient dazu, die Übertragung einer Drehbewegung
zwischen zwei der drei Getriebewellen des Überlagerungsgetriebes sicherstellen
zu können.
Hierfür
wird die Verriegelungsvorrichtung in ihren Verriegelungszustand
umgeschaltet. Dadurch werden zwei der drei Getriebewellen sozusagen
miteinander zwangsgekoppelt. Zum Umschalten der Verriegelungsvorrichtung
zwischen dem Verriegelungszustand und dem Freigabezustand ist eine
Umschalteinrichtung vorgesehen, die einen Elektromagneten zur Verlagerung
eines Verriegelungselements zwischen einer Verriegelungsstellung
und einer Freigabestellung aufweist. Ein erster Längsseitenbereich
der an eine in Umschaltrichtung verlaufende erste Längsseite
des Verriegelungselements angrenzt, ist frei von Bestandteilen der
Umschalteinrichtung. Dadurch kann die Verriegelungsvorrichtung Raum
sparend ausgeführt werden
und mit ihrem ersten Längsseitenbereich nahe
an einem Bauteil der Überlagerungsvorrichtung angeordnet
werden. Dies ermöglicht
eine gute Ausnutzung des Bauraums und insbesondere eine in ihrer
axialen Richtung kurz bauende Überlagerungsvorrichtung.
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Eine
mit der Verriegelungsvorrichtung ausgestattete Überlagerungsvorrichtung kann
beispielsweise bei Überschreiten
eines vorgegebenen Lastschwellenwertes zwei der drei Getriebewellen
miteinander zwangskoppeln, um große Lastmomente durch die Verriegelungsvorrichtung
aufzunehmen und die anderen Bauteile der Überlagerungsvorrichtung nur
für eine
Last bis zum Lastschwellenwert auslegen zu müssen.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Verriegelungsvorrichtung und der Überlagerungsvorrichtung ergeben
sich aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die erste Getriebewelle von einem über ein
Antriebselement mit einer Stelleinrichtung verbindbaren ersten Getriebeeingang gebildet
ist, wenn die zweite Getriebewelle von einem über eine Lenkradwelle mit dem
Lenkrad verbindbaren zweiten Getriebeeingang gebildet ist, und wenn die
dritte Getriebewelle von einem über
eine Ausgangswelle mit dem Lenkgetriebe verbindbaren Getriebeausgang
gebildet ist. Die Drehbewegungen am ersten und zweiten Getriebeeingang
werden einander überlagert
und können über den
Getriebeausgang an das Lenkgetriebe weitergegeben werden.
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Dabei
kann die Verriegelungsvorrichtung in ihrem Verriegelungszustand
eine Drehbewegung am ersten Getriebeeingang blockieren, wodurch
eine über
das Lenkrad am zweiten Getriebeeingang eingeleitete Drehbewegung
nur noch an den Getriebeausgang übertragen
werden kann. Auf diese Weise ist sehr einfach eine Zwangskopplung
zwischen dem zweiten Getriebeeingang und dem Getriebeausgang erreichbar.
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Dadurch,
dass das Verriegelungselement Karosserie fest gelagert ist, kann
eine einfache und wirksame Verriegelung erzielt werden. Insbesondere kann
die Drehbewegung einer zu verriegelnden Getriebewelle sicher verhindert
werden. Die auftretenden Kräfte
werden dabei durch die Karosserie aufgenommen.
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Es
ist möglich,
das Verriegelungselement am Stator eines als Stelleinrichtung dienenden
Elektromotors zu lagern und somit nahe am ersten Getriebeeingang
bzw. an drehfest mit dem ersten Getriebeeingang verbundenen Teilen
anzuordnen. Dabei kann das Verriegelungselement zumindest in seiner Verriegelungsstellung
sehr einfach in einen Zwischenraum zwischen Stelleinrichtung und Überlagerungsgetriebe
eingreifen, wodurch ein kompakter Aufbau der Überlagerungsvorrichtung mit
Verriegelungsvorrichtung erreicht werden kann.
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Es
ist ferner zweckmäßig, wenn
die Spule des Elektromagneten in einem zweiten Längsseitenbereich angeordnet
ist, der an die der ersten Längsseite
entgegen gesetzten zweite Längsseite
des Verriegelungselements angrenzt. Diese Anordnung ermöglicht es,
den ersten Längsseitenbereich
frei von Bauteilen der Umschalteinrichtung zu halten.
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Weiter
ist es von Vorteil, wenn der von der Spule des Elektromagneten ringförmig umschlossene
Spuleninnenbereich von einem Spulenkern durchsetzt wird, dessen äußeres Ende
dem Verriegelungselement zugeordnet ist, so dass eine wirksame magnetische
Kraft auf das Verriegelungselement ausgeübt werden kann. Dabei kann
der Spulenkern U-ähnlich
ausgestaltet sein, wobei ein erster Schenkel den Spuleninnenbereich
durchsetzt und sich ein mit dem ersten Schenkel über einen Quersteg verbundener zweiter
Schenkel im Außenbereich
der Spule zum Verriegelungselement hin erstreckt. Der U-ähnliche Spulenkern
umgreift somit einen Ringabschnitt der Spule des Elektromagneten.
Die auf das Verriegelungselement ausübbare magnetische Kraft kann
bei dieser Anordnung im Wesentlichen in Umschaltrichtung wirken.
Quer zur Umschaltrichtung wirkende Querkräfte, die zu einem Verkanten
oder Verklemmen des Verriegelungselements führen könnten, werden weitestgehend
vermieden. Die beiden dem Quersteg entgegen gesetzten freien Enden
der Schenkel bilden dabei das äußere Ende
des Spulenkerns.
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Vorteilhafterweise
weist das Verriegelungselement ein Ankerteil und einen Verriegelungszapfen auf.
Das Ankerteil arbeitet mit dem Elektromagneten zur Umschaltung des
Verriegelungselements zwischen Verriegelungsstellung und Freigabestellung zusammen.
Der Verriegelungszapfen stellt in der Verriegelungsstellung des
Verriegelungselements in Zusammenarbeit mit einem weitern Bauteil
den Verriegelungszustand her.
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Im äußeren Ende
des Spulenkerns kann eine Ausnehmung vorgesehen sein, in die das
Ankerteil des Verriegelungselements zumindest teilweise eingreift,
so dass der Spulenkern auch gleichzeitig zur Führung bzw. Lagerung des Verriegelungselements dient.
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Ferner
ist es möglich
Führungsmittel
zur Führung
des Verriegelungselements in Umschaltrichtung vorzusehen. Die Führungsmittel
können
Abstützteile
aufweisen, die den Verriegelungszapfen in Querrichtung quer zur
Umschaltrichtung abstützen. Dadurch
können
die im Verriegelungszustand auf den Verriegelungszapfen in Querrichtung
einwirkenden Kräfte
durch die Abstützteile
aufgenommen werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführung befindet sich im ersten
Längsseitenbereich
nur ein insbesondere plattenähnlich ausgebildetes
Abdeckteil der Verriegelungsvorrichtung. Abgesehen von diesem Abdeckteil
ist der erste Längsseitenbereich bauteilefrei.
Der erste Längsseitenbereich
steht dadurch nahezu vollständig
als Bauraum für
andere Bestandteile der Überlagerungsvorrichtung
zur Verfügung.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung
für eine Überlagerungsvorrichtung
und eine erfindungsgemäße Überlagerungsvorrichtung
mit Verriegelungsvorrichtung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische, blockschaltbildartige Darstellung eines Lenksystems
mit einer Überlagerungsvorrichtung,
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2 das
Lenksystem gemäß 1 mit
einer ersten Ausführungsform
der Überlagerungsvorrichtung
in schematischer, blockschaltbildartiger Darstellung,
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3 das
Lenksystem gemäß 1 mit
einer zweiten Ausführungsform
der Überlagerungsvorrichtung
in schematischer, blockschaltbildartiger Darstellung,
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4 eine
Ausführungsform
einer Verriegelungsvorrichtung für
die Überlagerungsvorrichtung
in räumlicher
Darstellung,
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5 die
Verriegelungsvorrichtung aus 4 im Längsschnitt,
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6 ein
Verriegelungselement der Verriegelungsvorrichtung aus den 4 und 5 in räumlicher
Darstellung und
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7 einen
Spulenkern der Verriegelungsvorrichtung aus den 4 und 5 in
räumlicher Darstellung.
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In 1 ist
ein Lenksystem 5 mit einer Überlagerungsvorrichtung 6 eines
nicht näher
dargestellten Fahrzeugs gezeigt. Die Überlagerungsvorrichtung 6 weist
ein Überlagerungsgetriebe 7 und
einen ansteuerbaren, die Stelleinrichtung bildenden Elektromotor 8 auf,
der über
ein Antriebselement 9, das beispielsgemäß von einer Antriebswelle 11 gebildet ist,
mit einem ersten Getriebeeingang 10 des Überlagerungsgetriebes 7 verbunden
ist.
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Ein
Lenkrad 13 des Lenksystems 5 ist über eine
Lenkradwelle 14 mit einem zweiten Getriebeeingang 15 des Überlagerungsgetriebes 7 verbunden. Das Überlagerungsgetriebe 7 überlagert
die Drehbewegung des Antriebselements 9 am ersten Getriebeeingang 10 und
die Drehbewegung der Lenkradwelle 14 am zweiten Getriebeeingang 15 zu
einer überlagerten
Drehbewegung an einem Getriebeausgang 16, der über eine
Ausgangswelle 17 mit einem Lenkgetriebe 18 des
Lenksystems 5 verbunden ist. Das Lenkgetriebe 18 lenkt
die lenkbaren Fahrzeugräder 19 zur
Einstellung eines Lenkwinkels in Abhängigkeit von der durch die
Ausgangswelle 17 an das Lenkgetriebe 18 übermittelten überlagerten
Drehbewegung aus. Somit kann an den lenkbaren Fahrzeugrädern 19 durch
die Drehung des Lenkrades 13 und/oder durch den Betrieb
des Elektromotors 8 ein Lenkwinkel eingestellt werden.
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Das
Lenksystem 5 weist ferner einen Lenkwinkelsensor 20 auf,
der eine mit dem Lenkwinkel an den lenkbaren Fahrzeugrädern 19 korrelierende Lenkwinkelgröße a erfasst
und an eine Steuereinheit 21 übermittelt. Als Lenkwinkelgröße a kommt
beispielsweise die Position einer nicht näher dargestellten Zahnstange
des Lenkgetriebes 18 in Betracht. Es versteht sich, dass
der Lenkwinkel auch direkt gemessen werden kann. Über die
Steuereinheit 21 kann die Überlagerungsvorrichtung 6 und
insbesondere der Elektromotor 8 der Überlagerungsvorrichtung 6 angesteuert
werden, um einen gewünschten Lenkwinkel
einzustellen. Dadurch, dass die Lenkwinkelgröße a erfasst wird, kann über die
Steuereinheit 21 eine Lenkwinkelregelung realisiert werden.
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Das Überlagerungsgetriebe 7 ist
als 3-Wellen-Planetengetriebe ausgebildet. Die erste Getriebewelle
des Planetengetriebes ist vom ersten Getriebeeingang 10,
die zweite Getriebewelle vom zweiten Getriebeeingang 15 und
die dritte Getriebewelle vom Getriebeausgang 16 gebildet.
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Die Überlagerungsvorrichtung 6 enthält eine Verriegelungsvorrichtung 23,
die in ihrem Verriegelungszustand zwei der drei Getriebewellen 10, 15, 16 derart
miteinander zwangskoppelt, dass die Übertragung einer Drehbewegung
zwischen diesen beiden zwangsgekoppelten Getriebewellen sichergestellt
ist. Beispielsgemäß ist vorgesehen,
dass durch die im Verriegelungszustand befindliche Verriegelungsvorrichtung 23 der
erste Getriebeeingang 10 blockiert ist, so dass eine Zwangskopplung
zwischen dem zweiten Getriebeeingang 15 und dem Getriebeausgang 16 und
damit auch zwischen Lenkrad 13 und lenkbaren Fahrzeugrädern 19 besteht.
Dadurch wird eine Drehbewegung am zweiten Getriebeeingang 15 zwingend
an den Getriebeausgang 16 übertragen und kann nicht über den
ersten Getriebeeingang 10 zu einer Drehbewegung der Antriebswelle 11 und
des Elektromotors 8 führen.
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Befindet
sich die Verriegelungsvorrichtung 23 in ihrem Freigabezustand
sind die drei Getriebewellen 10, 15, 16 in
ihren Drehbewegungen frei gegeben, wobei sie durch die Verriegelungsvorrichtung 23 nicht
eingeschränkt
werden.
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Ein
derartiges Lenksystem 5 mit Überlagerungsvorrichtung 6 kann
den Lenkwinkel an den lenkbaren Fahrzeugrädern 19 unabhängig von
der Stellung des Lenkrads 13 durch den Betrieb des Elektromotors 8 variieren.
Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit,
fahrerunabhängige
Lenkeingriffe durchzuführen. Beispielsweise
ist es möglich,
den Lenkwinkel an den lenkbaren Fahrzeugrädern 19 zur Stabilisierung
des Fahrzeugs in kritischen Fahrsituationen zu verändern. Mittels
der Überlagerungsvorrichtung 6 kann ferner
die Lenkübersetzung
zwischen Lenkradwinkel am Lenkrad 13 und Lenkwinkel an
den lenkbaren Fahrzeugrädern 19 parameterabhängig und
insbesondere abhängig
von der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
eingestellt werden.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel 6a einer Überlagerungsvorrichtung 6 mit
einer ersten Ausführungsvariante 7a des Überlagerungsgetriebes 7 ist
in 2 dargestellt. Das Lenkrad 13 des Lenksystems 5 ist über die
Lenkradwelle 14 mit einem ersten Hohlrad 30 des
ersten Überlagerungsgetriebes 7a drehfest
verbunden, das den zweiten Getriebeeingang 15 darstellt.
Ein den Getriebeausgang 16 bildendes zweites Hohlrad 31 des
ersten Überlagerungsgetriebes 7a ist
drehfest mit der Ausgangswelle 17 verbunden. Die beiden
Hohlräder 30, 31 sind
koaxial zueinander und gleichzeitig axial nebeneinander angeordnet.
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Das
erste Überlagerungsgetriebe 7a weist des
Weiteren ein Antriebsplanetenrad 32 auf, dessen Außenverzahnung
sowohl mit der Innenverzahnung des ersten Hohlrads 30 als
auch mit der Innenverzahnung des zweiten Hohlrads 31 in
Eingriff steht. Das Antriebsplanetenrad 32 bildet den ersten
Getriebeeingang 10 des ersten Überlagerungsgetriebes 7a.
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Das
Planetenrad 32 wird exzentrisch durch den Elektromotor 8 angetrieben.
Hierfür
ist der Rotor 33 des Elektromotors 8 über die
Antriebswelle 11 drehfest mit einem Exzenterlager 34 verbunden,
auf dem das Antriebsplanetenrad 32 sitzt.
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Die
Antriebswelle 11 ist als Hohlwelle gestaltet, die die Lenkradwelle 14 im
Bereich eines Lenkradwellenabschnitts 35 koaxial umschließt. Der
Rotor 33, die hohlwellenartige Antriebswelle 11 und
das exzentrisch angetriebene Planetenrad 20 sind somit
um den Lenkradwellenabschnitt 35 der Lenkradwelle 14 drehbar
gelagert. Der Elektromotor 8 kann daher als Hohlwellenmotor
bezeichnet werden. Der Stator 36 des Elektromotors 8 ist
dabei Karosserie fest angeordnet und beispielsweise am Fahrzeugaufbau 37 befestigt,
wie dies in 2 schematisch angedeutet ist.
Dadurch entstehen am Lenkrad 13 beim Beschleunigen oder
Verzögern
des Rotors 33 keine Kraft- oder Momentenrückwirkungen – diese
werden von der Karosserie bzw. dem Fahrzeugaufbau 37 aufgenommen.
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Beim
Drehen des Lenkrades 13 erfolgt eine Drehung des ersten
Hohlrades 30. Dabei wird das Antriebsplanetenrad 32 mitgedreht.
Der Elektromotor 8 erzeugt ein Gegenmoment, das das Exzenterlager 34 festhält, so dass
die Drehbewegung der ersten Hohlrades 30 über das
Antriebsplanetenrad 32 auf das zweite Hohlrad 31 übertragen
wird. Auf diese Weise erfolgt die Übertragung der am Lenkrad 13 durchgeführten Lenkbewegung
zum Lenkgetriebe 18 und damit auf die lenkbaren Fahrzeugräder 19.
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Beim
Betrieb des Elektromotors 8 wälzt sich das Antriebsplanetenrad 32 im
ersten Hohlrad 30 und im zweiten Hohlrad 31 ab.
Aufgrund der unterschiedlichen Anzahl an Zähnen bzw. der unterschiedlichen Profilverschiebungen
der Innenverzahnungen der Hohlräder 30, 31,
wird das zweite Hohlrad 31 gegenüber dem ersten Hohlrad 30 verdreht
wodurch unabhängig
von der Drehstellung des Lenkrades 13 eine Lenkwinkeländerung
bewirkt wird. Durch die Wahl des Unterschieds in der Anzahl der
Zähne bzw.
der unterschiedlichen Profilverschiebungen der Innenverzahnungen
der beiden Hohlräder 30, 31 wird
die gewünschte
Getriebeübersetzung
eingestellt.
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Bei
dieser in 2 dargestellten ersten Überlagerungsvorrichtung 6a weist
das erste Überlagerungsgetriebe 7a kein
Sonnenrad auf. Es ist lediglich ein Antriebsplanetenrad 32 vorgesehen,
das durch den Elektromotor 8 über die Antriebswelle 11 exzentrisch
angetrieben wird. Bei der hier dargestellten Ausführungsform
ist der Durchmesser des Antriebsplanetenrades 32 größer als
der Innenradius der beiden Hohlräder 30, 31 des
ersten Überlagerungsgetriebes 7a,
wodurch eine erwünscht
hohe Übersetzung
erreicht wird.
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3 zeigt
das Lenksystem 5 des Fahrzeugs mit einer zweiten Ausführungsform 6b der Überlagerungsvorrichtung 6,
wobei der Aufbau weitestgehend dem der ersten Überlagerungsvorrichtung 6a gemäß 2 entspricht.
Die zweite Überlagerungsvorrichtung 6b unterscheidet
sich im Wesentlichen durch die Verwendung eines abgewandelten, zweiten Überlagerungsgetriebes 7b.
Im Folgenden werden die Unterschiede näher erläutert.
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Im
Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
ist bei der zweiten Überlagerungsvorrichtung 6b gemäß 3 der
erste Getriebeeingang 10 des zweiten Überlagerungsgetriebes 7b von
einem Sonnenrad 40 gebildet, das konzentrisch zu den beiden Hohlrädern 30, 31 des
zweiten Überlagerungsgetriebes 7b angeordnet
ist und durch die Antriebswelle 11 vom Elektromotor 8 angetrieben
werden kann. Das Sonnenrad 40 wird konzentrisch um eine
Drehachse angetrieben, die der Längsachse
der Antriebswelle 11 entspricht.
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Zwischen
dem Sonnenrad 40 und den beiden Hohlrädern 30, 31 des
zweiten Überlagerungsgetriebes 7b sind
ein oder mehrere und beispielsgemäß drei Planetenräder 41 über den
Umfang verteilt angeordnet, deren Außenverzahnungen zum einen mit
den Innenverzahnungen der beiden Hohlräder 30, 31 und
zum anderen mit der Außenverzahnung des
Sonnenrades 40 in Eingriff stehen.
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Das
zweiten Überlagerungsgetriebes 7b weist
keinen Planetenträger
auf. Die Planetenräder 41 sind
ohne eine jeweilige Drehlagerung nur durch die beiden Hohlräder 30, 31 und
das Sonnenrad 40 gehalten bzw. gelagert, so dass sie sozusagen
lose zwischen den beiden Hohlrädern 30, 31 und
dem Sonnenrad 40 eingesetzt sind.
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Die
Funktionsweise der zweiten Überlagerungsvorrichtung 6b entspricht
im Wesentlichen der der ersten Überlagerungsvorrichtung 6a:
Beim
Drehen des Lenkrades 13 wird das erste Hohlrad 30 gedreht.
Der Elektromotor 8 erzeugt ein Gegenmoment, das das Sonnenrad 40 festhält. Dadurch
wälzen
die Planetenräder 41 auf
dem Sonnenrad 40 ab und das zweite Hohlrad 31 wird
gedreht. Auf diese Weise erfolgt die Übertragung der am Lenkrad 13 durchgeführten Lenkbewegung
zum Lenkgetriebe 18 und damit auf die lenkbaren Fahrzeugräder 19.
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Wird
der Elektromotor 8 betrieben erfolgt dadurch eine Rotation
des Sonnenrades 40. Die Planetenräder 41 wälzen sich
dabei im ersten Hohlrad 30 und im zweiten Hohlrad 31 ab.
Aufgrund der unterschiedlichen Anzahl an Zähnen bzw. der unterschiedlichen
Profilverschiebungen der Innenverzahnungen der Hohlräder 30, 31 wird
das zweite Hohlrad 31 gegenüber dem ersten Hohlrad 30 verdreht
wodurch unabhängig
von der Drehstellung des Lenkrades 13 eine Lenkwinkeländerung
bewirkt wird.
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Beide
Ausführungsformen 6a, 6b der Überlagerungsvorrichtung 6 weisen
eine Verriegelungsvorrichtung 23 auf, die in ihrem Verriegelungszustand den
ersten Getriebeeingang 10 blockiert und eine Drehbewegung
des ersten Getriebeeingangs 10 verhindert. Hierfür stellt
die Verriegelungsvorrichtung 23 in ihrem Verriegelungszustand
eine Verbindung zwischen dem ersten Getriebeeingang 10 und
der Karosserie des Fahrzeugs bzw. dem Fahrzeugaufbau 37 her.
Dadurch entsteht eine Zwangskopplung zwischen dem zweiten Getriebeeingang 15 und
dem Getriebeausgang 16.
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Anhand
der 4 bis 7 wir eine Ausführungsvariante
der Verriegelungsvorrichtung 23 näher erläutert.
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Die
Verriegelungsvorrichtung 23 weist ein Verriegelungselement 50 auf,
das beispielsgemäß einstückig ausgebildet
ist und ein Ankerteil 51 und einen Verriegelungszapfen 52 aufweist.
Das Ankerteil 51 ist quaderförmig konturiert. An der einen,
ersten Stirnseite 53 des Ankerteils 51 ist der
Verriegelungszapfen 52 angeordnet, der quer von der Stirnseite 53 des
Ankerteils 51 in Längsrichtung 54 des
Verriegelungselements 50 verläuft. Der Verriegelungszapfen 52 ist
quaderförmig
gestaltet und im Querschnitt gesehen kleiner als das Ankerteil 51.
Der Verriegelungszapfen 52 ist an der ersten Stirnseite 53 des
Ankerteils 51 derart angeordnet, dass eine erste seiner in
Längsrichtung 54 verlaufenden
Längsaußenfläche 55 und
eine angrenzende erste Längsaußenfläche 56 des
Ankerteils 51 im Wesentlichen Stufen los ineinander übergehen.
Die erste Längsaußenfläche 55 des
Verriegelungszapfens 52 und die erste Längsaußenfläche 56 des Ankerteils 51 sind
Bestandteil der ersten Längsseite 57 des
Verriegelungselements 50 und grenzen an den ersten Längsseitenbereich 58 des
Verriegelungselements 50 an. Im Bereich der ersten Stirnseite 53 des
Ankerteils 51 ist dadurch eine U-förmige Absatzfläche gebildet,
die den Verriegelungszapfen umgibt.
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Auf
der der ersten Stirnseite 53 entgegen gesetzten zweiten
Stirnseite 60 des Ankerteils 51 ist ein im Querschnitt
quadratischer Vorsprung 61 vorgesehen, dessen Breite in
Breitenrichtung 62 quer zur Längsrichtung 54 gesehen
geringer ist als die des Ankerteils 51. Daher ist die erste
Längsseite 57 des Verriegelungselement 50 – die sich
in Längsrichtung 54 und
Breitenrichtung 62 aufspannt – im Bereich des Vorsprungs 61 schmäler als
im Bereich des Ankerteils 51, wodurch am Ankerteil 51 in
Breitenrichtung 62 zu beiden Seiten des Vorsprungs 61 jeweils
eine Anschlagfläche 63 gebildet
ist.
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Die
Tiefe des Vorsprungs 61 in Tiefenrichtung 65 quer
zur Längsrichtung 54 und
quer zur Breitenrichtung 62 entspricht der Tiefe des Ankerteils 51.
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Im
Vorsprung 61 und beispielsgemäß auch im Ankerteil 51 ist
ein in Längsrichtung 54 verlaufendes
Loch 67 vorgesehen.
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Um
die Verriegelungsvorrichtung 23 zwischen ihrem Verriegelungszustand
und ihrem Freigabezustand umzuschalten, ist eine Umschalteinrichtung 70 vorgesehen.
Die Umschalteinrichtung 70 weist einen Elektromagneten 71 auf,
der eine elektrische Spule 72 und einen Spulenkern 73 enthält. Die Spule 72 ist
ringähnlich
geschlossen und weist eine ovale Gestalt auf. Der durch die Spule 72 gebildete Spuleninnenbereich 74 wird
vom Spulenkern 73 durchsetzt.
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Der
Spulenkern 73 hat eine U-ähnliche Gestalt mit einem den
Spuleninnenbereich 74 durchgreifenden ersten Schenkel 77 und
einem im Wesentlichen parallel zum ersten Schenkel verlaufenden
zweiten Schenkel 78. Die beiden Schenkel 77, 78 sind über einen
Quersteg 79 miteinender verbunden. Die dem Quersteg 79 entgegen
gesetzten freien Enden 80, 81 der Schenkel 77, 78 bilden
ein äußeres Ende 82 des
Spulenkerns 73. Die beiden Schenkel 77, 78 verlaufen
in Einbaulage des Spulenkerns 73 ausgehend vom Quersteg 79 in
Tiefenrichtung 65.
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Im
Bereich des äußeren Endes 82 des
Spulenkerns 73 ist eine Kernausnehmung 85 vorhanden, die
sowohl den ersten Schenkel 77 als auch den zweiten Schenkel 78 durchsetzt.
Die Kernausnehmung 85 ist T-ähnliche konturiert. In den
an das freie Ende 80 des ersten Schenkels 77 angrenzenden oberen äußeren Ausnehmungsabschnitt 86 greift
der Vorsprung 61 des Verriegelungselements 50 ein.
Die Breite des oberen äußeren Ausnehmungsabschnitts 86 ist
nur geringfügig
größer als
die Breite des Vorsprungs 61 des Verriegelungselements 50,
so dass die Anschlagflächen 63 des
Ankerteils 51 mit der zugeordneten Seite des ersten Schenkels 77 einen
Anschlag bilden, der das Eingreifen des Ankerteils 51 in den
oberen äußeren Ausnehmungsabschnitt 86 verhindert.
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An
das freie Ende 81 des zweiten Schenkels 78 grenzt
ein unterer äußerer Ausnehmungsabschnitt 87 an,
in den das Ankerteil 51 des Verriegelungselements 50 eingreift.
Die Breite des unteren äußeren Ausnehmungsabschnitts 87 entspricht
in etwa der Breite des Ankerteils 51 und ist daher größer als
die Breite des oberen äußeren Ausnehmungsabschnitts 86.
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An
den oberen äußeren Ausnehmungsabschnitt 86 und
den unteren äußeren Ausnehmungsabschnitt 87 schließt sich
jeweils ein innerer Ausnehmungsabschnitt 88 an, dessen
Breite größer ist
als die der beiden äußeren Ausnehmungsabschnitte 86, 87,
wodurch sich die T-ähnliche
Gestalt der Kernausnehmung 85 ergibt. Die beiden inneren
Ausnehmungsabschnitte 88 werden von einem in Längsrichtung 54 verlaufenden,
plattenähnlichen
Längsstück 90 durchsetzt,
dessen Querschnitt an die Kontur der inneren Ausnehmungsabschnitte 88 angepasst
ist. Das Längsstück bildet
zusammen mit einem plattenähnlichen,
quer vom Längsstück abkragenden,
in Tiefenrichtung 65 verlaufenden Haltestück 91 ein L-förmiges Winkelstück 92.
Das Querstück 91 übergreift
den oberen äußeren Ausnehmungsabschnitt 86 und
liegt mit seiner dem ersten Schenkel 77 zugewandten Fläche an diesem
an. Das Querstück 91 deckt
dadurch den oberen äußeren Ausnehmungsabschnitt 86 zu.
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Die
Spule 72 des Elektromagneten 71 der Umschalteinrichtung 70 ist
in Tiefenrichtung 65 gesehen neben dem Winkelstück 92 auf
der dem Verriegelungselement 50 entgegen gesetzten Seite
des Längsstücks 90 angeordnet.
Die Spule 72 befindet sich in einem zweiten Längsseitenbereich 93,
der an eine der ersten Längsseite 57 entgegen
gesetzte zweite Längsseite 94 angrenzt.
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Vom
Querstück 91 aus
ragt ein Dorn 95 in den oberen äußeren Ausnehmungsabschnitt 86 hinein,
der mit dem Loch 67 im Verriegelungselement 50 zusammenwirkt
und in Gebrauslage in das Loch 67 eingreift. Der Dorn 95 ist
von einem elastischen Vorspannelement und beispielsgemäß von einer
Vorspannfeder 96 umgeben, die sich einerseits am Querstück 91 und
andererseits am Grund des Loches 67 abstützt. Durch
die von der Vorspannfeder 96 hervorgerufene Vorspannkraft
wird das Verriegelungselement vom Querstück 91 weg in Längsrichtung 54 gedrückt.
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Das
Verriegelungselement 50 ist zumindest mittelbar fest mit
der Karosserie des Fahrzeugs bzw. dem Fahrzeugaufbau 37 verbunden.
Beim Ausführungsbeispiel
ist das Verriegelungselement 50 in Längsrichtung 54 verschiebbar
am Karosserie festen Stator 36 des Elektromotors 8 gelagert.
Zur Führung des
Verriegelungselements 50 in Längsrichtung 54 sind
Führungsmittel 100 vorgesehen,
die zwei Abstützteile 101 aufweisen.
Jeweils ein Abstützteil 101 ist
in Breitenrichtung 62 auf einer Seite benachbart zum Verriegelungszapfen 52 angeordnet,
so dass zwischen den beiden Abstützteilen 101 ein
Führungskanal 102 für den Verriegelungszapfen 52 gebildet
ist.
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Die
Abstützteile 101 sind
bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
am Stator 36 des Elektromotors 8 befestigt und über den
Stator 36 Karosserie fest angeordnet. Dabei sind die Abstützteile 101 an
der dem Überlagerungsgetriebe 7 zugewandten
Seite in einem Zwischenraum 105 zwischen Überlagerungsgetriebe 7 und
Elektromotor 8 vorgesehen. In diesen Zwischenraum 105 ragt
der Verriegelungszapfen 52 des Verriegelungselements 50 hinein.
Das Ankerteil 51 des Verriegelungselements 50 und
die Umschalteinrichtung 70 befinden sich außerhalb
des Zwischenraums 105.
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Der
Führungskanal 102 ist
auf der dem Überlagerungsgetriebe
zugeordneten Seite von einem plattenähnlich ausgebildeten Abdeckteil 106 zumindest
teilweise abgedeckt. Somit ist der Verriegelungszapfen 52 in
Breitenrichtung 62 durch die beiden Abstützteile 101 und
quer dazu in Tiefenrichtung 65 einerseits durch das Abdeckteil 106 und
andererseits durch den Stator 36 des Elektromotors 8 im Führungskanal 102 geführt gelagert.
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Die
erste Längsseite 57 des
Verriegelungselements 50 ist dem Überlagerungsgetriebe 7 zugewandt.
Im ersten Längsseitenbereich 58 ist
beispielsgemäß lediglich
das plattenähnlich
dünne Abdeckteil 106 vorhanden.
Im ersten Längsseitenbereich 58 befinden
sich keine Bauteile oder Bestandteile der Umschalteinrichtung 70 der
Verriegelungsvorrichtung 23. Der Bauraum im ersten Längsseitenbereich 58 steht
somit für
andere Bestandteile der Überlagerungsvorrichtung 6 zur
Verfügung.
Insbesondere in axialer Richtung des Elektromotors 8 und
des Überlagerungsgetriebes 7 gesehen – was der
Tiefenrichtung 65 entspricht – kann eine kompakte und kurze Bauform
der Überlagerungsvorrichtung 6 erreicht werden,
da lediglich ein kleiner Zwischenraum 105 für den Verriegelungszapfen 52 ausreicht.
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Drehfest
mit der Antriebswelle 11 ist ein mit dem Verriegelungszapfen 52 des
Verriegelungselements 50 zusammen arbeitendes Rastteil 110 vorgesehen.
Das Rastteil 110 weist eine oder mehrere Rastausnehmungen 111 auf
in die der Verriegelungszapfen 52 in seiner Verriegelungsstellung
eingreift. In dieser Verriegelungsstellung ist eine Drehbewegung der
Antriebswelle 11 verhindert, so dass auch am ersten Getriebeeingang 10 keine
Drehbewegung ausgeführt
werden kann.
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Beim
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Rastteil 110 ringförmig ausgeführt und drehfest um die Antriebeswelle 11 angeordnet.
Vom Rastteil 110 ragen mehrere Rastnasen 112 radial
nach außen ab.
Die Rastnasen 112 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt
angeordnet. Die Aussparungen zwischen den Rastnasen 112 bilden
sie Rastausnehmungen 111.
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Der
Breite der Rastausnehmungen 111 entspricht in etwa der
Breite des Verriegelungszapfens 52, so dass im Verriegelungszustand
der Verriegelungsvorrichtung 23 nur ein möglichst
geringes Bewegungsspiel für
die Antriebswelle 11 verbleibt. Um auch während einer
Drehbewegung bzw. Rotation der Antriebswelle 11 ein Umschalten
der Verriegelungsvorrichtung 23 vom Freigabezustand in
den Verriegelungszustand zu ermöglichen,
ist jede zweite Rastnase 112 in Radialrichtung des ringförmigen Rastteils 110 kürzer als
die jeweils beiden benachbarten Rastnasen 112. Trifft der
Verriegelungszapfen 52 beim Umschalten von seiner Freigabestellung
in seine Verriegelungsstellung auf eine lange Rastnase 112 und
ist die Drehgeschwindigkeit des Rastteils 110 so hoch,
dass der Verriegelungszapfen nicht in die auf die lange Rastnase
folgende Rastausnehmung 111 eingreift, so wird der Verriegelungszapfen 52 bis
zum Auftreffen auf die verkürzte
Rastnase 112 verlagert und rastet dann in der Rastausnehmung 111 zwischen
der verkürzten
Rastnase 112 – auf
der er aufsteht – und
der in Drehrichtung des Rastteils 110 bzw. der Antriebswelle 11 darauf
folgenden langen Rastnase 112 ein.
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Die
Funktionsweise der Verriegelungsvorrichtung 23 wird im
Folgenden zusammenhängend erläutert:
Im
Freigabezustand der Verriegelungsvorrichtung 23 wird das
Verriegelungselement 50 durch die bestromte Spule 72 des
Elektromagneten 71 entgegen der Vorspannkraft der Vorspannfeder 96 in
seiner Freigabestellung gehalten. Der Verriegelungszapfen 52 greift
dann nicht in eine der Rastausnehmungen 111 ein, so dass
die Antriebswelle 11 in ihrer Dreh- bzw. Rotationsbewegung
durch die Verriegelungsvorrichtung 23 nicht gehindert ist.
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Die
Verriegelungsvorrichtung 23 kann durch die Steuereinrichtung 21 in
den Verriegelungszustand umgeschaltet werden, beispielsweise wenn das
Lenkradmoment einen vorgegebenen Momentenschwellenwert überschreitet.
Dies dient dazu, dass das Überlagerungsgetriebe 7 und
insbesondere der Elektromotor 8 nur für den normalen Betriebsbereich
bis zum Momentenschwellenwert dimensioniert werden muss und keine
beliebig großen
Lastmomente über
das Überlagerungsgetriebe 7 übertragen
werden müssen.
Der Momentenschwellenwert kann beispielsweise im Bereich von 20
Nm gewählt
werden.
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Das
Umschalten der Verriegelungsvorrichtung 23 in ihren Verriegelungszustand
erfolgt dadurch, dass die Spule 72 des Elektromagneten 71 stromlos
geschaltet wird. Das Verriegelungselement 50 wird dann
durch die Vorspannfeder 96 in Umschaltrichtung 120 – die der
Längsrichtung 54 entspricht – zum Rastteil 110 hin
gedrückt.
Der Verriegelungszapfen 52 greift dann in eine Rastausnehmung 111 zwischen
zwei Rastnasen 112 ein, wobei das Verriegelungselement 50 seine
Verriegelungsstellung einnimmt. Gegen die an der Antriebswelle 11 bzw.
am ersten Getriebeeingang 10 auftretenden Verriegelungsdrehmoments
wird der Verriegelungszapfen 52 durch die beiden Abstützteile 101 abgestützt, so
dass solche Verriegelungsdrehmomente über die Abstützteile 101 und
den Stator 36 am Fahrzeugaufbau 37 abgestützt werden.
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Durch
die Anordnung der Spule 72 und insbesondere des Spulenkerns 73 können bei
bestromter Spule 72 unerwünschte magnetische Kräfte quer zur
Umschaltrichtung 120 bzw. quer zur Längsrichtung 54 reduziert
oder vermieden werden. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass
die magnetischen Feldlinien im Bereich der Kernausnehmung 85 zwischen
den beiden Schenkeln 77, 78 hauptsächlich in Umschaltrichtung 120 verlaufen
und die auf das Ankerteil 51 ausgeübte magnetische Kraft daher
im Wesentlichen in Umschaltrichtung 120 gerichtet ist.
Dadurch kann beim Umschalten des Verriegelungselements 50 aus
der Verriegelungsstellung in die Freigabestellung die Reibung verringert
und ein Verklemmen verhindert werden.