DE102005061791A1

DE102005061791A1 - Verriegelungseinheit, insbesondere für eine Überlagerungslenkung

Info

Publication number: DE102005061791A1
Application number: DE200510061791
Authority: DE
Inventors: Stefan Willared; Harald Hochmuth
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2007-07-05
Also published as: WO2007074026A3; WO2007074026A2

Abstract

Eine insbesondere für eine Überlagerungslenkung geeignete Verriegelungseinheit (1) umfasst eine eine innere Klemmfläche (7) aufweisende Außenhülse (3), einen unter Bildung eines Ringraums (5) konzentrisch in der Außenhülse (3) angeordneten, eine äußere Klemmfläche (8) aufweisenden Innenring (2), im Ringraum (5) angeordnete, mit den Klemmflächen (7, 8) zusammenwirkende Klemmkörper (6), mindestens ein Federelement (10), welches die Klemmkörper (6) mit einer Kraft in Richtung zu deren Klemmposition beaufschlagt, einen Schaltkäfig (4), welcher mittels in den Ringraum (5) eingreifender Klauen (11) dazu geeignet ist, Klemmkörper (6) gegen die Kraft des mindestens einen Federelementes (10) aus der Klemmposition zu verdrängen und den Innenring (2) relativ zur Außenhülse (3) zu verdrehen, sowie ein am Innenring (2) beweglich geführtes Sperrelement (19), welches durch formschlüssige Zusammenwirkung mit der Außenhülse (3) zur Verriegelung des Innenrings (2) relativ zur Außenhülse (3) vorgesehen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine insbesondere für eine Überlagerungslenkung in einem Kraftfahrzeug geeignete Verriegelungseinheit. Eine verriegelbare Überlagerungslenkung ist beispielsweise aus der WO 2005/063549 A1 bekannt.

Hintergrund der Erfindung

Eine Überlagerungslenkung dient dazu, die ansonsten feste Zuordnung zwischen Lenkradeinschlag und Radeinschlag in einem Kraftfahrzeug aufzuheben. Hierzu weist ein Überlagerungsgetriebe zwei Eingänge, nämlich einen mit dem Lenkrad verbundenen Eingang sowie einen mit einem Überlagerungsaktuator, insbesondere einem Elektromotor, verbundenen Eingang auf. Eine Verriegelungseinheit des Überlagerungsgetriebes stellt die Lenkbarkeit des Fahrzeugs auch bei Ausfall des Überlagerungsaktuators sicher.

Bei der aus der WO 2005/063549 bekannten Vorrichtung ist eine formschlüssige Verriegelung vorgesehen. Ebenfalls mit formschlüssiger Verriegelung arbeitet ein aus der DE 44 17 510 A1 bekanntes Servolenksystem. Hierbei wirkt ein mit Innen- und Außenverzahnungen versehener Schieber mit einer Eingangswelle sowie mit einem Hohlrad eines Planetengetriebes zusammen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders kompakt aufgebaute und zuverlässig arbeitende Verriegelungseinheit, die insbesondere für eine Überlagerungslenkung geeignet ist, anzugeben.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Verriegelungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Verriegelungseinheit umfasst eine kraftschlüssige, zweirichtungsschaltbare Freilaufeinheit sowie ein Sperrelement, welches dazu geeignet ist, die Freilaufeinheit formschlüssig zu blockieren.

Die relativ zueinander wahlweise rotierbaren oder per Kraftschluss sperrbaren Teile der Freilaufeinheit sind eine Außenhülse sowie ein konzentrisch zu dieser angeordneter Innenring. Zwischen einer bevorzugt zylindrischen inneren Klemmfläche der Außenhülse und einer äußeren Klemmfläche des Innenrings ist ein Ringraum gebildet, in welchem Klemmkörper, insbesondere Klemmrollen, angeordnet sind. Mit in Form von Klemmrampen ausgebildeter Klemmfläche wird der Innenring auch als Innenstern bezeichnet. Alternativ ist es auch möglich, die äußere Oberfläche des Innenrings zylindrisch zu gestalten, während der Außenring rampenförmige Klemmkonturen aufweist.

In jedem Fall sind die Klemmkörper mittels eines Federelementes oder mehrerer Federelemente mit einer Kraft in Richtung zur Klemmposition beaufschlagt. Verschiedene Klemmkörper erzeugen hierbei eine Klemmwirkung in entgegengesetzten Drehrichtungen des Innenrings relativ zur Außenhülse.

Ein weiteres Teil der Freilaufeinheit ist durch einen Schaltkäfig gegeben, welcher mittels in den Ringraum eingreifender Klauen dazu geeignet ist, einen oder mehrere Klemmkörper gegen die vom mindestens einen Federelement aufgebrachte Kraft aus der Klemmposition zu verdrängen und den Innenring relativ zur Außenhülse zu verdrehen.

Das Sperrelement ist, insbesondere in Form eines Schiebers, am Innenring beweglich geführt. Durch formschlüssige Zusammenwirkung des Sperrelements mit der Außenhülse ist eine Verriegelung gegeben, die zusätzlich zur zweirichtungsschaltbaren Freilaufeinheit die Winkelposition des Innensterns relativ zur Außenhülse festlegt. Der Innenstern oder Innenring ist somit redundant gegen Verdrehung relativ zur Außenhülse gesichert. Ist die Verriegelungseinheit Teil eines Überlagerungsgetriebes, so befindet sie sich in der gesperrten, das heißt gesicherten Position, wenn der Überlagerungsaktuator, beispielsweise wegen Energieausfall, nicht in Betrieb ist. Durch die Führung des Sperrelementes am Innenring sowie die direkte Zusammenwirkung des Sperrelementes mit der Außenhülse ist die Verriegelungseinheit besonders kompakt aufgebaut. Dies gilt insbesondere in einer bevorzugten Ausführungsform, die eine Verschiebbarkeit des Sperrelements orthogonal zur Symmetrieachse der Außenhülse sowie des Innenrings vorsieht.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Schaltkäfig ein Betätigungselement auf, das mit dem Sperrelement zusammenwirkt und eine Rotationsbewegung des Schaltkäfigs relativ zum Innenring in eine Bewegung des Sperrelements relativ zur Außenhülse umsetzt. Der Schaltkäfig, der Innenring, das Sperrelement und die Außenhülse wirken dabei mechanisch zusammen; eine Betätigung des Sperrelementes etwa durch einen elektromagnetischen Aktuator ist nicht erforderlich. Vorzugsweise ist das Betätigungselement des Schalt käfigs als parallel zur Achse des Innenrings ausgerichteter Betätigungsstift oder -pin ausgebildet, welcher in eine Betätigungsöffnung des als Schieber ausgebildeten Sperrelementes eingreift, die eine zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung geeignete Steuerkontur aufweist.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist der Innenring, insbesondere Innenstern, der Verriegelungseinheit mittels eines Wälzlagers relativ zur Außenhülse drehbar gelagert. In dieser wie in allen sonstigen Ausführungsformen ist vorzugsweise mindestens eines der Teile Außenhülse, Innenring, Schaltkäfig und Sperrelement als spanlos umgeformtes Blechteil gefertigt.

Nachfolgend werden eine Ausführungsform sowie bevorzugte Anwendungen der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 und 2 eine Verriegelungseinheit in Explosionsdarstellung,
3 Teile der Verriegelungseinheit nach den 1 und 2 in perspektivischer Darstellung,
4 und 5 in symbolisierter Darstellung jeweils ein Anwendungsbeispiel der Verriegelungseinheit nach den 1 bis 3.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die 1 und 2 zeigen eine Verriegelungseinheit 1, die insbesondere für ein Servolenksystem nach 4 oder 5 geeignet ist. Die Verriegelungseinheit 1 umfasst die Funktionalität eines zweirichtungsschaltbaren Freilaufs mit einem Innenring 2, einer Außenhülse 3 und einem Schaltkäfig 4. Die Zusam menwirkung des als Innenstern ausgebildeten Innenrings 2 mit der Außenhülse 3 ist insbesondere anhand 3 ersichtlich. Der Innenring 2 ist unter Bildung eines Ringraums 5 konzentrisch in der Außenhülse 3 angeordnet, wobei die mit der Symmetrieachse der Außenhülse 3 identische Rotationsachse des Innenrings 2 mit dem Bezugszeichen A gekennzeichnet ist. Im Ringraum 5 sind Klemmkörper, nämlich Klemmrollen 6, angeordnet, die mit einer inneren Klemmfläche 7 der Außenhülse 3 sowie mit einer äußeren Klemmfläche 8 des Innenrings 2 zusammenwirken. Während die Klemmfläche 7 der Außenhülse 3 zylindrisch ist, weist die Klemmfläche 8 des Innenrings 2 mehrere, im Ausführungsbeispiel insgesamt zehn, Klemmrampen 9 auf, wobei in Umfangsrichtung aufeinander folgende Klemmrampen 9 jeweils im entgegengesetzten Sinn relativ zur Klemmfläche 7 der Außenhülse 3 schräg gestellt sind.
Somit sind fünf Paare an Klemmkörpern 6 gebildet, die, sofern sie sich in Klemmposition befinden, eine Verdrehung des Innenrings 2 relativ zur Außenhülse 3 in jeder Drehrichtung verhindern. Um sämtliche Klemmkörper 6 in Klemmbereitschaft zu halten, ist jeweils zwischen ein Paar an Klemmkörpern 6 ein Federelement 10, nämlich eine als Druckfeder ausgebildete Schraubenfeder, gespannt.
In den Ringraum 5 greifen insgesamt fünf Klauen 11 des koaxial zur Außenhülse 3 sowie zum Innenring 2 angeordneten Schaltkäfigs 4 ein. Jede der in axialer Draufsicht etwa V-förmigen Klauen 11 kann sowohl mit einem Klemmkörper 6 als auch mit dem Innenring 2 zusammenwirken. Der Schaltkäfig 4 stellt ein Antriebselement der insgesamt mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichneten Freilaufeinheit dar, welches im Fall des Einbaus der Verriegelungseinheit 1 in eine Überlagerungslenkung eines Kraftfahrzeugs motorisch angetrieben ist. Eine nicht dargestellte Motorabtriebswelle eines als Überlagerungsaktuator fungierenden Elektromotors greift in eine zentrale Öffnung 13 des Schaltkäfigs 4 ein, welche im Ausführungsbeispiel eine formschlüssige Kopplung des Schaltkäfigs 4 mit der Motorabtriebswelle sicherstellt. Alternativ ist auch eine kraftschlüssige oder eine kombinierte kraft- und formschlüssige Kopplung einer antreibenden Welle mit dem Schaltkäfig 4 realisierbar.
Bei einer Verdrehung des Schaltkäfigs 4 um die Achse A kommt zunächst ein äußerer Flankenabschnitt 14 jeder Klaue 11 mit einem Klemmkörper 6 in Kontakt und verdrängt diesen aus seiner Klemmposition. Bei weiterer Verdrehung des Schaltkäfigs 4 kontaktiert ein innerer Flankenabschnitt 15 der Klaue 11 eine Anschlagfläche 16 des Innensterns 2, so dass der Innenring 2 mit dem Schaltkäfig 4 mitgedreht wird. Eine reibungsarme Rotation des Innenrings 2 relativ zur Außenhülse 3 ist mittels eines Wälzlagers 17, nämlich eines Radial-Nadel- oder Zylinderrollenlagers, möglich.
Sämtliche vorstehend beschriebenen Komponenten der Verriegelungseinheit 1 sind Teile der kraftschlüssig arbeitenden, zweirichtungsschaltbaren Freilaufeinheit 12. Eine zusätzliche Funktionalität der Verriegelungseinheit 1, nämlich eine formschlüssige Verriegelung, wird nachfolgend erläutert:
An der dem Schaltkäfig 4 zugewandten Stirnseite 18 des Innensterns 2 ist an diesem ein Sperrelement 19, nämlich ein Schieber, orthogonal zur Achse A verschieblich geführt. Der Innenstern 2 weist zu diesem Zweck eine der Form des Sperrelementes 19 angepasste lang gestreckte Ausnehmung 20 auf, die sich vom Umfang des Innenrings 2 in radialer Richtung bis über die Achse A hinaus erstreckt. Eine zwischen dem Schieber 19 und eine die Ausnehmung 20 begrenzende Anschlagfläche 21 des Innensterns 2 gespannte Feder 37, nämlich als Druckfeder ausgebildete Schraubenfeder, sorgt dafür, dass der Schieber 19 mit einer radial nach außen gerichteten Kraft belastet wird. Sofern der Schaltkäfig 4 nicht betätigt wird, d.h. die Klemmkörper 6, wie in 3 dargestellt, in Klemmposition angeordnet sind, erstreckt sich das Sperrelement 19 in Radialrichtung durch den gesamten Ringraum 5 hindurch. Eine über den Ringraum 5 hinausragende Zunge 22 des Sperrelementes 19 greift in eine entsprechend dem Querschnitt der Zunge 22 rechteckige Öffnung 23 der Außenhülse 3 ein, womit eine formschlüssige Verriegelung des Innenrings 2 relativ zur Außenhülse 3 gegeben ist. Die Zunge 22 sowie die Öffnunge 23 sind schmaler als der an die Zunge 22 grenzende Bereich des Schiebers 19, so dass ein Anschlag für den Schieber 19 am Außenring 3 gegeben ist. Um den Innenring 2 in unterschiedlichen Winkelpositionen relativ zur Außenhülse 3 mittels des Sperrelementes 19 fixieren zu können, ist eine Mehrzahl an Öffnungen 23, im Ausführungsbeispiel 18 Stück, vorhanden.
Die durch das Sperrelement 19 gegebene Verriegelung wird auch als Ablaufsperre mit 90°-Eingriff bezeichnet. Die Ablaufsperre kann durch Verdrehung des Schaltkäfigs 4 relativ zur Außenhülse 3 aufgehoben werden: Ein stiftförmiges Betätigungselement 24 des Schaltkäfigs 4, welches etwa mittig zwischen zwei Klauen 11 angeordnet ist, greift in eine Betätigungsöffnung 25 des Sperrelementes 19 ein. Die Betätigungsöffnung 25 weist eine Steuerkontur 26 auf, die derart ausgebildet ist, dass bei einer Verschwenkung des ursprünglich, in Sperrposition des Schiebers 19 sowie in Klemmposition der Freilaufeinheit 12, in Neutralstellung befindlichen Schaltkäfigs 4 der Schieber 19 radial nach innen gezogen und damit entriegelt wird. In Draufsicht auf den Schieber 19 weist die Betätigungsöffnung 25, wie in den 1 und 3 sichtbar, eine abgerundete Dreiecksform auf. Die Entriegelung der Ablaufsperre erfolgt in der beschriebenen Weise ausschließlich durch Verdrehung des Schaltkäfigs 4 und erfordert keinen das Sperrelement 19 betätigenden Aktuator, etwa elektromagnetischen Aktuator. Die redundante, nämlich kraftschlüssige und formschlüssige Verriegelung des Innensterns 2 relativ zur Außenhülse 3 ist damit mit geringem konstruktiven Aufwand realisiert.
Die 4 und 5 zeigen jeweils eine Ausführungsform eines Servolenksystems 27, 28 eines Kraftfahrzeugs, das die Verriegelungseinheit 1 nach den 1 bis 3 umfasst. In beiden Fällen erfolgt ein Kraftfluss vom Lenkrad 29 über eine Welle 30, ein Überlagerungsgetriebe 31, ein Lenkgetriebe 32 und eine Zahnstange 33 zu den Rädern 34 des nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs. Im Ausführungsbeispiel nach 4 ist das Überlagerungsgetriebe 31 vom Lenkgetriebe 32 getrennt, während im Ausführungsbeispiel nach 5 das Überlagerungsgetriebe 31 mit dem Lenkgetriebe 32 zu einer Baueinheit zusammengefasst und zwischen einem Getriebeeingang 35 und einem Getriebeausgang 36 des Lenkgetriebes 32 angeordnet ist. In beiden Fällen ist die Verriegelungseinheit 1 Teil des Überlagerungsgetriebes 31. Ist das Überlage rungsgetriebe 31 nicht in Betrieb, beispielsweise aufgrund eines Ausfalls des Überlagerungsaktuators, so stellt die Verriegelungseinheit 1 sicher, dass das Servolenksystem 27, 28 mit konstanter Übersetzung betätigbar bleibt. Ebenso bleibt die Servounterstützung des Lenksystems 27, 28 bei Blockierung der Verriegelungseinheit 1 erhalten.

1: Verriegelungseinheit
2: Innenring
3: Außenhülse
4: Schaltkäfig
5: Ringraum
6: Klemmkörper
7: Klemmfläche
8: Klemmfläche
9: Klemmrampe
10: Federelement
11: Klauen
12: Freilaufeinheit
13: Öffnung
14: Äußerer Flankenabschnitt
15: Innerer Flankenabschnitt
16: Anschlagfläche
17: Wälzlager
18: Stirnseite
19: Sperrelement
20: Ausnehmung
21: Anschlagfläche
22: Zunge
23: Öffnung
24: Betätigungselement
25: Betätigungsöffnung
26: Steuerkontur
27: Servolenksystem
28: Servolenksystem
29: Lenkrad
30: Welle
31: Überlagerungsgetriebe
32: Lenkgetriebe
33: Zahnstange
34: Rad
35: Getriebeeingang
36: Getriebeausgang
37: Feder
A: Symmetrieachse

Claims

Verriegelungseinheit, insbesondere für eine Überlagerungslenkung, mit • einer eine innere Klemmfläche (7) aufweisenden Außenhülse (3), • einem unter Bildung eines Ringsraums (5) konzentrisch in der Außenhülse (3) angeordneten, eine äußere Klemmfläche (8) aufweisenden Innenring (2), • im Ringraum (5) angeordneten, mit den Klemmflächen (7, 8) zusammenwirkenden Klemmkörpern (6), • mindestens einem Federelement (10), welches die Klemmkörper (6) mit einer Kraft in Richtung zu deren Klemmposition beaufschlagt, wobei verschiedene Klemmkörper (6) in entgegengesetzten Drehrichtungen des Innenrings (2) relativ zur Außenhülse (3) klemmen, • einem Schaltkäfig (4), welcher mittels in den Ringraum (5) eingreifender Klauen (11) dazu geeignet ist, Klemmkörper (6) gegen die Kraft des mindestens einen Federelementes (10) aus der Klemmposition zu verdrängen und den Innenring (2) relativ zur Außenhülse (3) zu verdrehen, • einem am Innenring (2) beweglich geführten Sperrelement (19), welches durch formschlüssige Zusammenwirkung mit der Außenhülse (3) zur Verriegelung des Innenrings (2) relativ zur Außenhülse (3) vorgesehen ist.
Verriegelungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sperrelement (19) ein relativ zum Innenring (2) linear beweglicher Schieber vorgesehen ist.
Verriegelungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (19) orthogonal zur Symmetrieachse (A) der Außenhülse (3) verschiebbar ist.
Verriegelungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkäfig (4) ein Betätigungselement (24) aufweist, welches mit dem Sperrelement (19) zusammenwirkt und eine Rotationsbewegung des Schaltkäfigs (4) relativ zum Innenring (2) in eine Verlagerung des Sperrelementes (19) relativ zur Außenhülse (3) umsetzt.
Verriegelungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (24) des Schaltkäfigs (4) als Betätigungsstift ausgebildet ist, welcher in eine eine Steuerkontur (26) aufweisende Betätigungsöffnung (25) des Sperrelementes (19) eingreift.
Verriegelungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) mittels eines Wälzlagers (17) relativ zur Außenhülse (3) drehbar gelagert ist.
Verriegelungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (19) mittels einer Feder (37) mit einer Kraft in Richtung zur Verriegelungsposition belastet ist.
Verriegelungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Teile Außenhülse (3), Innenring (2), Schaltkäfig (4) und Sperrelement (19) als spanlos umgeformtes Blechteil gefertigt ist.