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Die
Erfindung betrifft eine Überlagerungsvorrichtung
für ein
Lenksystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Lenksystem
mit einer derartigen Überlagerungsvorrichtung.
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Eine
gattungsgemäße Überlagerungsvorrichtung
ist aus der
DE 102
14 655 A1 bekannt. Die Überlagerungsvorrichtung
verfügt über eine
Stelleinrichtung, die über
ein Schneckengetriebe mit einem ersten Getriebeeingang eines Überlagerungsgetriebes
verbunden ist. Ein zweiter Getriebeeingang kann über eine Lenkradwelle mit dem
Lenkrad des Lenksystems verbunden werden. Über eine Ausgangswelle kann
der Getriebeausgang des Überlagerungsgetriebes
mit einem Lenkgetriebe des Lenksystems verbunden werden. Das Überlagerungsgetriebe
verfügt über zwei
Sonnenräder,
die über
mehrere über den
Umfang verteilt angeordnete Stufenplanetenräder bewegungsverbunden sind,
wobei jedes Stufenplanetenrad mit beiden Sonnenrädern in Eingriff steht. Die
Stufenplanetenräder
werden durch einen Planetenradträger
gelagert. Die Außenverzahnungen
der Zahnräder
und der Zahnradstufen des Planetengetriebes weisen schräg zur jeweiligen
Rotationsachse des Zahnrades bzw. der Zahnradstufe verlaufende Zähne auf.
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Ausgehend
von diesem nächstkommenden Stand
der Technik, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
kompakte Überlagerungsvorrichtung
zu schaffen und Geräusche
beim Betrieb des Überlagerungsgetriebes
zu reduzieren.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Überlagerungsvorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Überlagerungsvorrichtung
ist eine eine Vorspannkraft erzeugende Vorspannvorrichtung vorgesehen.
Die hervorgerufene Vorspannkraft wirkt in Richtung der Rotationsachsen
der an einer Eingriffsstelle miteinander in Eingriff stehender Zahnräder bzw.
Zahnradstufen und drückt die
Zähne der
ineinander greifenden Zahnradverzahnungen im Bereich der Eingriffsstelle
gegeneinander. Auf diese Weise wird das Spiel der im Bereich der Eingriffsstelle
ineinander greifenden Zahnradverzahnungen reduziert, so dass die
Geräuschentwicklung beim
Betrieb des Überlagerungsgetriebes
verringert ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Überlagerungsvorrichtung ergeben
sich aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Vorteilhafterweise übt die Vorspannvorrichtung
die Vorspannkraft zwischen zwei benachbarten Zahnrädern und/oder
Zahnradstufen mit derselben Rotationsachse aus. Die Vorspannvorrichtung
kann dabei einfach zwischen diesen beiden Zahnrädern und/oder Zahnradstufen
montiert werden, wodurch sich ein einfacher Aufbau des Überlagerungsgetriebes
ergibt.
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Ein
einfaches Planetengetriebe ist ferner dadurch realisierbar, dass
das als Planetengetriebe ausgeführte Überlagerungsgetriebe
ein erstes Sonnenrad, ein zweites Sonnenrad und zumindest ein durch
einen Planetenradträger
gelagertes Stufenplanetenrad aufweist, dessen erste Planetenradstufe mit
dem ersten Sonnenrad und dessen zweite Planetenradstufe mit dem
zweiten Sonnenrad in Eingriff steht. Dabei kann die Vorspannvorrichtung
die Vorspannkraft insbesondere auf das erste Sonnenrad und/oder
die erste Planetenradstufe und auf das zweite Sonnenrad und/oder
die zweite Planetenradstufe ausüben.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die beiden
Planetenradstufen relativ zueinander in Richtung der Rotationsachse
des Stufenplanetenrades verlagerbar. Alternativ oder zusätzlich hierzu
können
auch die beiden Sonnenräder
relativ zueinander in Richtung der Rotationsachse der Sonnenräder verlagerbar
sein. Diese Anordnung stellt eine einfach herzustellende Möglichkeit
dar, die Zähne
der an der Eingriffsstelle ineinander greifenden Zahnradverzahnungen
durch die Vorspannkraft gegeneinander zu drücken.
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Dabei
kann die Vorspannvorrichtung ein elastisches Vorspannteil aufweisen,
das zwischen den beiden Planetenradstufen und/oder zwischen den
beiden Sonnenrädern
angeordnet ist, um einen konstruktiv einfachen Aufbau zu gewährleisten.
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Der
erste Getriebeeingang kann vom zweiten Sonnenrad, der zweite Getriebeeingang
vom ersten Sonnenrad und der Getriebeausgang vom Planetenradträger gebildet
sein, wodurch eine Bauraum sparende Anordnung der Überlagerungsvorrichtung möglich ist.
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Ferner
besteht die Möglichkeit,
dass der Außendurchmesser
des zweiten Sonnenrades und der Außendurchmesser der mit dem
ersten Sonnenrad in Eingriff stehenden ersten Planetenradstufe des
zumindest einen Stufenplanetenrades im Wesentlichen gleich groß sind.
Weiterhin kann der Außendurchmesser
des ersten Sonnenrades und der Außendurchmesser der mit dem
zweiten Sonnenrad in Eingriff stehenden zweiten Planetenradstufe des
zumindest einen Stufenplanetenrades im Wesentlichen gleich groß sein.
Dabei können
die Außendurchmesser
des ersten Sonnenrades und der zweiten Planetenradstufe deutlich
größer sein
als die Außendurchmesser
des zweiten Sonnenrades und der ersten Planetenradstufe. Auf diese
Weise können
sehr unterschiedliche Übersetzungen
zwischen der Stelleinrichtung und dem Lenkgetriebe einerseits und
zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe andererseits bei einfachem
Getriebeaufbau erreicht werden.
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Es
ist auch von Vorteil, wenn die Zahnradverzahnungen der Zahnräder und/oder
der Zahnradstufen des Überlagerungsgetriebes
einen ersten Verzahnungsbereich und einen axial neben dem ersten Verzahnungsbereich
angeordneten zweiten Verzahnungsbereich aufweisen. Hierbei kann
insbesondere bei der Zahnradverzahnung zumindest eines der Zahnräder und/oder
einer der Zahnradstufen der erste Verzahnungsbereich an einem ersten
Ringteil und der zweite Verzahnungsbereich an einem zweiten Ringteil
angeordnet, wobei die beiden Ringteile in Richtung der Rotationsachse
des betreffenden Zahnrades bzw. der betreffenden Zahnradstufe relativ
zueinender verlagerbar sind. Auch diese Ausgestaltung schafft ein
einfach aufgebautes Überlagerungsgetriebe,
bei dem die Zähne
der an der Eingriffsstelle ineinander greifenden Zahnradverzahnungen
durch die Vorspannkraft gegeneinander gedrückt werden.
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Wenn
bei dieser Ausgestaltung die Vorspannvorrichtung ein elastisches
Vorspannteil aufweist, das zwischen dem ersten Ringteil und dem zweiten
Ringteil angeordnet ist, so kann eine weitere Verbesserung des kompakten,
Bauraum sparenden Aufbaus des Überlagerungsgetriebes
erreicht werden.
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Es
ist auch möglich,
dass die beiden Verzahnungsbereiche eine Pfeilverzahnung mit schräg zur Rotationsachse
des betreffen den Zahnrades verlaufenden Zähnen bilden, wobei die Zähne eines
Verzahnungsbereichs betragsmäßig den
gleichen Winkel gegenüber
der jeweiligen Rotationsachse einschließen wie die Zähne des
jeweils anderen Verzahnungsbereichs. Dabei ist jedem Zahn eines
Verzahnungsbereichs ein weiterer Zahn des anderen Verzahnungsbereichs
zugeordnet, die sich in ihrer jeweiligen Verlaufsrichtung gesehen,
ausgehend von ihrem größtmöglichen
Abstand zueinander, immer weiter annähern und im Übergangsbereich
zwischen den beiden Verzahnungsbereichen des betreffenden Zahnrades
ihren kleinsten Abstand aufweisen. Die beiden einander zugeordneten
Zähne unterschiedlicher
Verzahnungsbereiche müssen
im Übergangsbereich
zwischen den beiden Verzahnungsbereichen nicht aneinander stoßen, sondern
können
auch dort einen gewissen Abstand zueinander aufweisen, so dass sich
im Übergangsbereich
zwischen den beiden Verzahnungsbereichen ein verzahnungsfreier Ringspalt
in der Außenverzahnung
des betreffenden Zahnrades ergibt.
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Durch
eine derartige Pfeilverzahnung der beiden Sonnenräder und
der beiden Planetenradstufen des Stufenplanetenrades heben sich
die aufgrund der schräg
verlaufenden Zähne
entstehenden Axialkräfte
auf, so dass zwei miteinander in Eingriff stehende Zahnräder des Überlagerungsgetriebes
im Wesentlichen keine resultierende Axialkraft aufeinander ausüben.
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Bei
einer einfachen und kostengünstigen
Realisierungsform der Überlagerungsvorrichtung
ist das Überlagerungsgetriebe
als vorübersetzungsloses, zweistufiges
Getriebe ausgeführt.
Zwischen der Stelleinrichtung und dem ersten Getriebeeingang wird dabei
auf eine Vorübersetzungsstufe
verzichtet. Die durch die Stelleinrichtung verursachte Drehbewegung
wird ohne Vorübersetzungsstufe
sozusagen 1:1 an den ersten Getriebeeingang übertragen.
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Überdies
besteht die Möglichkeit,
eine Verriegelungsvorrichtung vorzusehen, die in einem Verriegelungszustand
entweder zwei von drei Getriebewellen drehfest miteinander verbindet
oder den ersten Getriebeeingang gegen ein Verdrehen relativ zum
Fahrzeugaufbau bzw. relativ zur Fahrzeugkarosserie sichert. Die
drei Getriebewellen sind durch die beiden Getriebeeingänge und
den Getriebeausgang gebildet. Befindet sich die Verriegelungsvorrichtung
in ihrem Verriegelungszustand ist dadurch sichergestellt, dass eine
Drehbewegung des Lenkrads über
den Getriebeausgang an das Lenkgetriebe und damit an die lenkbaren
Fahrzeugräder übertragen
wird.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Überlagerungsvorrichtung anhand
der beigefügten
Zeichnung näher
erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische, blockschaltbildähnliche
Darstellung eines Lenksystems mit einer Überlagerungsvorrichtung,
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel
der Überlagerungsvorrichtung
in einer schematischen, Blockschaltbild ähnlichen Darstellung,
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3 das
erste Ausführungsbeispiel
der Überlagerungsvorrichtung
aus 1 in einer weiteren schematischen Darstellung,
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4 ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Überlagerungsvorrichtung
in einer schematischen, Blockschaltbild ähnlichen Darstellung,
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5 das
zweite Ausführungsbeispiel
der Überlagerungsvorrichtung
aus 4 in einer weiteren schematischen Darstellung,
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6 das
zweite Ausführungsbeispiel
der Überlagerungsvorrichtung
gemäß 4 und 5 in
einer schematischen Schnittbilddarstellung,
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7 das Überlagerungsgetriebe
aus dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Überlagerungsvorrichtung
gemäß 4 bis 6 in
einer perspektivischen, teilgeschnittenen Explosionsdarstellung
und
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8 ein
zwei Ringteile aufweisendes Zahnrad mit einem Vorspannteil in Explosionsdarstellung, das
für das Überlagerungsgetriebe
des zweiten Ausführungsbeispiels
der Überlagerungsvorrichtung
gemäß der 4 bis 7 vorgesehen
ist.
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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 Antriebsteil 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 Antriebsteils 9 am ersten Getriebeeingang 10 und
die Drehbewegung der Lenkradwelle 14 am zweiten Getriebeeingang 15 zu
einer überlagerten
Drehbewegung an ei nem 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 bei den zwangsgekoppelten Getriebewellen sichergestellt
ist. Beispielsgemäß ist vorgesehen,
dass durch die im Verriegelungszustand befindliche Verriegelungsvorrichtung 23 der
erste Getriebeeingang 10 blockiert und eine Verdrehung
gegenüber
dem Fahrzeugaufbau bzw. der Fahrzeugkarosserie 37 verhindert
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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Alternativ
hierzu besteht auch die Möglichkeit,
dass die Verriegelungsvorrichtung 23 in ihrem Verriegelungszustand
zwei der drei Getriebewellen, beispielsweise den Getriebeausgang 16 und
den zweiten Getriebeeingang 15 direkt miteinander verbindet
und so die Zwangskopplung zwischen diesen beiden Getriebewellen – beispielsgemäß zwischen dem
Getriebeausgang 16 und dem zweiten Getriebeeingang 15 – herstellt.
Diese Alternative ist in 1 punktiert dargestellt. Es
könnten
auch zwei andere der drei Getriebewellen 10, 15, 16 miteinander zwangsgekoppelt
werden.
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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. Bei spielsweise
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 der Überlagerungsvorrichtung 6 mit
einem ersten Überlagerungsgetriebe 7a ist
in den 2 und 3 dargestellt.
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Bei
dieser ersten Überlagerungsvorrichtung 6a weist
das erste Überlagerungsgetriebe 7a eine Sonnenradwelle 40 auf,
die drehbar am Getriebegehäuse 41 des
ersten Überlagerungsgetriebes 7a gelagert
ist. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Sonnenradwelle 40 durch den getriebeseitigen Endabschnitt
der Lenkradwelle 14 gebildet. Drehfest auf der Sonnenradwelle 40 ist
ein erstes Sonnenrad 42 angeordnet, das den zweiten Getriebeeingang 15 des
ersten Überlagerungsgetriebes 7a darstellt.
Axial neben dem ersten Sonnenrad 42 ist ein zweites Sonnenrad 43 koaxial
zur Sonnenradwelle 40 bzw. zur Lenkradwelle 14 und
relativ zur Sonnenradwelle 40 drehbar angeordnet. Beispielsweise
kann sich das zweite Sonnenrad 43 über ein Lager drehbar auf der Sonnenradwelle 40 abstützen. Alternativ
wäre es auch
möglich,
das zweite Sonnenrad 43 über ein Lager am Getriebegehäuse 41 abzustützen. Zur
Abstützung
könnte
ein Steg des Getriebegehäuses
zwischen die beiden Sonnenräder 42, 43 hineinragen.
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Das
erste Sonnenrad 42 weist eine erste Außenverzahnung 45 und
das zweite Sonnenrad 43 eine zweite Außenverzahnung 46 auf.
Beim ersten Überlagerungsgetriebe 7a sind
die beiden Außenverzahnungen 45, 46 schräg verzahnt,
wobei die Zähne der Außenverzahnungen 95, 46 schräg zur Rotationsachse
der Sonnenräder 42, 43 und
damit schräg zur
Sonnenradwelle 40 verlaufen.
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Das
zweite Sonnenrad 43 ist drehfest mit der Antriebswelle 11 verbunden
und stellt somit den ersten Getriebeeingang 10 des ersten Überlagerungsgetriebes 7a dar.
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Die
vom Elektromotor 8 gebildete Stelleinrichtung ist koaxial
zur Antriebswelle 11 und beispielsgemäß auch koaxial zur Lenkradwelle 14 angeordnet.
Der Rotor 47 des Elektromotors 8 ist dabei unmittelbar
drehfest mit der Antriebswelle 11 verbunden. Die Lenkradwelle 14 durchsetzt
den hohlzylinderartig ausgestalteten Rotor 47 des Elektromotors 8.
Der Elektromotor 8 könnte
daher auch als Hohlwellenmotor bezeichnet werden. Der Stator 48 des
Elektromotors 8 kann am Fahrzeugaufbau bzw. an der Fahrzeugkarosserie 37 abgestützt werden,
so dass Rückwirkungen
beim Beschleunigen oder Verzögern des
Rotors 47 vom Fahrzeugaufbau bzw. von der Fahrzeugkarosserie 37 aufgenommen
werden und somit nicht auf das Lenkrad 13 zurückwirken.
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Bei
der ersten Überlagerungsvorrichtung 6a durchsetzt
die Lenkradwelle 14 den Rotor 47 des Elektromotors 8,
die hohlzylinderähnliche
Antriebswelle 11 und das den ersten Getriebeeingang 10 bildende
zweite Sonnenrad 43 des ersten Überlagerungsgetriebes 7a,
wodurch ein Kompakter Aufbau der Überlagerungsvorrichtung gewährleistet
ist.
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Zwischen
der vom Elektromotor 8 gebildeten Stelleinrichtung und
dem ersten Getriebeeingang 10 ist keine Vorübersetzungsgetriebestufe
vorgesehen, so dass das erste Überlagerungsgetriebe 7a vorübersetzungslos
ausgeführt
ist.
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Weiterhin
weist das erste Überlagerungsgetriebe 7a zumindest
ein und beispielsgemäß drei Stufenplanetenräder 55 auf,
die gleichmäßig in Umfangsrichtung
verteilt um die beiden Sonnenräder 42, 43 angeordnet
sind und mit diesen in Eingriff stehen. Die Stufenplanetenräder 55 sind über jeweils
eine Planetenradwelle 56 an einem gemeinsamen Planetenradträger 54 drehbar
gelagert. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der zur Lagerung der Stufenplanetenräder 55 dienende Planetenradträger 54 Bestandteil
des Getriebegehäuses 41.
Der Planetenradträger 54 bildet
den Getriebeausgang 16 des Überlagerungsgetriebes 7.
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Jedes
Stufenplanetenrad 55 weist eine erste Planetenradstufe 57 mit
einer dritten Außenverzahnung 59 und
eine zweite Planetenradstufe 58 mit einer vierten Außenverzahnung 60 auf.
Die erste Planetenradstufe 57 eines jeden Stufenplanetenrades 55 steht
dabei an einer ersten Eingriffsstelle 65 mit dem ersten
Sonnenrad 42 in Eingriff, während die zweite Planetenradstufe 58 eines
jeden Stufenplanetenrades 55 an einer zweiten Eingriffsstelle 66 mit dem
zweiten Sonnenrad 43 in Eingriff steht.
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Die
Planetenradwelle 56 und die durch die Lenkradwelle 14 gebildete
Sonnenradwelle 40 verlaufen parallel zueinander. Die Außendurchmesser der
ersten Außenverzahnung 45 des
ersten Sonnenrades 42 und der vierten Außenverzahnung 60 der zweiten
Planetenradstufe 58 eines jeden Stufenplanetenrades 55 sind
in etwa gleich groß.
Des Weiteren sind die Außendurchmesser
der zweiten Außenverzahnung 46 des
zweiten Sonnenrades 43 und der dritten Außenverzahnung 59 der
ersten Planetenradstufe 57 eines jeden Stufenplanetenrades 55 ebenso gleich
groß.
Dabei sind die Außendurchmesser
der zweiten Außenverzahnung 46 des
zweiten Sonnenrades 43 und der dritten Außenverzahnung 59 der ersten
Planetenradstufe 57 deutlich kleiner als die Außen durchmesser
der ersten Außenverzahnung 45 des
ersten Sonnenrades 42 bzw. der vierten Außenverzahnung 60 der
zweiten Planetenradstufe 58. Durch diese Ausgestaltung
des ersten Überlagerungsgetriebes 7a können die
gewünschten
Getriebeübersetzungen
zwischen der Stelleinrichtung und dem Getriebeausgang 16 bzw.
zwischen dem Lenkrad 13 und dem Getriebeausgang 16 bei
gleichzeitig einfachem zweistufigem Getriebeaufbau erreicht werden.
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Auch
die dritte Außenverzahnung 59 und
die vierte Außenverzahnung 60 der
beiden Planetenradstufen 57, 58 der Stufenplanetenräder 55 sind
als Schrägverzahnung
mit schräg
zur Rotationsachse des Stufenplanetenrades 55 und damit
schräg
zur Planetenradwelle 56 verlaufenden Zähnen versehen.
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Beim
bevorzugten Ausführungsbeispiel schließen die
Zähne der
Außenverzahnungen 45, 46 der
Sonnenräder 42, 43 und
die Außenverzahnungen 59, 60 der
Planetenradstufen 57, 58 mit der jeweiligen Rotationsachse
betragsmäßig einen
Winkel von etwa 80° ein.
Aufgrund dieser großen
Schrägung der
Zähne der
Außenverzahnungen
können
die beiden Sonnenräder 42 und 43 und
die Stufenplanetenräder 55 bzw.
deren Planetenradstufen 57, 58 auch als Schraubräder bezeichnet
werden.
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Die
erste Planetenradstufe 57 und die zweite Planetenradstufe 58 der
Stufenplanetenräder 55 sind beim
ersten Überlagerungsgetriebe 7a in
Richtung der Rotationsachse des Stufenplanetenrades 55 relativ
zueinander verlagerbar angeordnet. Hierfür ist die erste Planetenradstufe 57 durch
ein erstes Stufenradteil 57' gebildet,
das drehfest und axial unverschiebbar auf der Planetenradwelle 56 sitzt.
Demgegenüber
ist die zweite Planetenradstufe 58 von einem ringförmigen zweiten
Stufenradteil 58' gebildet, das
drehfest und gleichzeitig axial verschiebbar auf der Planetenradwelle 56 gelagert
ist.
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Somit
können
die beiden Planetenradstufen 57, 58 sich nicht
gegeneinander verdrehen, sind aber axial in Richtung der Planetenradwelle 56 relativ
zueinander bewegbar.
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Zur
Lagerung des zweiten Stufenradteiles 58' auf der Planetenradwelle 56 ist
beispielsgemäß vorgesehen,
dass die Planetenradwelle 56 im Bereich der Lagerstelle
des zweiten Stufenradteiles 58' mehrere in Umfangsrichtung verteilt
angeordnete radial nach außen
wegragende Vorsprünge
aufweist, die in korrespondierende Ausnehmungen an der Innenfläche des
zweiten Stufenradteiles 58' eingreifen. Das
zweite Stufenradteil 58' ist
dadurch entlang der Vorsprünge
axial in Richtung der Planetenradwelle 56 verschiebbar – zumindest
innerhalb eines vorgebbaren Verschiebungswegs. Dieses Prinzip ist
in 8 im Zusammenhang mit einer anderen Ausführungsform
des Überlagerungsgetriebes 7 dargestellt, kann
aber entsprechend auch auf das erste Überlagerungsgetriebe 7a übertragen
werden.
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Zur
Erzeugung einer Vorspannkraft ist eine Vorspannvorrichtung 70 vorgesehen.
Die Vorspannkraft wirkt zwischen zwei benachbarten Zahnrädern und/oder
Zahnradstufen mit derselben Rotationsachse. Beispielsgemäß wird die
Vorspannkraft zwischen den Planetenradstufen 57, 58 der
Stufenplanetenräder 55 ausgeübt, die
hier in Axialrichtung 100 in Richtung der Planetenradwelle 56 voneinander
weg gedrückt
werden. Die Vorspannvorrichtung 70 weist für jedes
Stufenplanetenrad 55 ein elastisches Vorspannteil 71 auf,
das zwischen der ersten Planetenradstufe 57 und der zweiten
Planetenradstufe 58 angeordnet ist und sich an dem die
erste Planetenradstufe 57 bildenden ersten Stufenradteil 57' und an dem
die zweite Planetenradstufe 58 bildenden zweiten Stufenradteil 58' abstützt. Durch
die Vorspannkraft wird das axial verlagerbare zweite Stufenradteil 58' vom ersten
Stufenradteil 57' weg
gedrückt.
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Das
Vorspannteil 71 ist beim ersten Überlagerungsgetriebe 7a von
einer Schraubenfeder gebildet. Alternativ können auch andere elastische
Teile, z.B. Tellerfederpakete oder Elastomerkörper verwendet werden.
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Durch
die zwischen den Planetenradstufen 57, 58 wirkende
axiale Vorspannkraft werden an der zweiten Eingriffsstelle 66 die
Zähne der
zweiten Außenverzahnung 46 des
zweiten Sonnenrades 43 und die Zähne der vierten Außenverzahnung 60 der
zweiten Planetenradstufe 58 in Axialrichtung gegeneinander
gedrückt,
so dass die jeweiligen Zahnflanken unter der Vorspannkraft aneinander
anliegen. Unter Ausnutzung eines geringen Axialspiels bei der Lagerung
der Wellen 40, 56 und Zahnräder 42, 43, 55 bewirkt
die Vorspannkraft auch an der ersten Eingriffsstelle 65,
dass die Zähne
der ersten Außenverzahnung 45 des
ersten Sonnenrades 42 und die Zähne der dritten Außenverzahnung 59 der
ersten Planetenradstufe 57 in Axialrichtung 100 gegeneinander gedrückt werden.
Anders ausgedrückt
verspannen sich die schräg
verzahnten Außenverzahnungen 59, 60 der
beiden Planetenradstufen 57, 58 eines jeweiligen
Stufenplanetenrades 55 in Axialrichtung 100 zwischen
den schräg
verzahnten Außenverzahnungen 45, 46 der
beiden Sonnenräder 42, 43.
Auf diese Weise wird die Geräuschentwicklung
beim Betrieb der ersten Überlagerungsvorrichtung 6a verringert.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann auch eines der Sonnenräder 42, 43,
beispielsweise das erste Sonnenrad 42, drehfest auf der
Sonnenradwelle 40 und gleichzeitig relativ zum jeweils
anderen Sonnenrad, beispielsweise zum zweiten Sonnenrad 43,
axial in Richtung der Sonnenradwelle verlagerbar angeordnet sein.
Die Lagerung kann dabei analog zu der oben beschriebenen Lagerung
der zweiten Planetenradstufe 58 erfolgen. Entsprechend
zum oben beschriebenen Stufenplanetenrad 55 kann sich dabei ein
vorgespanntes Vorspannteil 71 am ersten Son nenrad 42 und
am zweiten Sonnenrad 43 abstützen und das erste Sonnenrad 42 vom
zweiten Sonnenrad 43 durch die Vorspannkraft wegdrücken. Die
Wirkung der Vorspannkraft entspricht der oben beschriebenen Wirkung
und führt
dazu, dass sich die schräg
verzahnten Außenverzahnungen 45, 46 der
beiden Sonnenräder 42, 43 in
Axialrichtung 100 zwischen den schräg verzahnten Außenverzahnungen 59, 60 der beiden
Planetenradstufen 57, 58 eines jeweiligen Stufenplanetenrades 55 in
Axialrichtung 100 verspannen, so dass die Zähne der
Außenverzahnungen 45 und 59 bzw. 46 und 60 an
den Eingriffsstellen 65 bzw. 66 in Axialrichtung
gegeneinander gedrückt werden.
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Anhand
der 4 bis 8 wird im Folgenden eine zweite
Ausführungsform 6b der Überlagerungsvorrichtung 6 mit
einem zweiten Überlagerungsgetriebe 7b beschrieben,
die im Wesentlichen der ersten Überlagerungsvorrichtung 6a mit
dem ersten Überlagerungsgetriebe 7a entspricht,
so dass insoweit auf die Beschreibung der ersten Überlagerungsvorrichtung 6a Bezug
genommen werden kann.
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Ein
Unterschied des zweiten Überlagerungsgetriebes 7b im
Vergleich zum ersten Überlagerungsgetriebe 7a besteht
darin, dass sowohl die Außenverzahnungen 45, 46 der
Sonnenräder 42, 43 als auch
die Außenverzahnungen 59, 60 der
Planetenradstufen 57, 58 jeweils einen ersten
Verzahnungsbereich 75 und einen axial neben dem ersten
Verzahnungsbereich 75 angeordneten zweiten Verzahnungsbereich 76 aufweisen.
Die zweite Planetenradstufe 58 der Stufenplanetenräder 55 und
das erste Sonnenrad 42 enthalten bei diesem zweiten Überlagerungsgetriebe 7b ein
den ersten Verzahnungsbereich 75 aufweisendes erstes Ringteil 77 und
ein den zweiten Verzahnungsbereich 76 aufweisendes zweites
Ringteil 78.
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Das
erste Ringteil 77 des ersten Sonnenrades 42 ist
drehfest und in Axialrichtung 100 unverschiebbar an der
Sonnenradwelle 40 angeordnet. Das erste Ringteil 77 der
zweiten Planetenradstufe 58 sitzt drehfest und in Axialrichtung 100 unverschiebbar
auf der Planetenradwelle 56. Das zweite Ringteil 78 des
ersten Sonnenrades 42 und des zweite Ringteil 78 der
zweiten Planetenradstufe 58 sind jeweils axial verschiebbar
gelagert, so dass sich die beiden zueinander gehörenden Ringteile 77, 78 desselben
Zahnrades bzw. derselben Zahnradstufe in Axialrichtung 100 relativ
zueinander bewegen können.
Hierfür
sind an der Planetenradwelle 56 im Bereich der Lagerstelle
des zweiten Ringteils 78 der zweiten Planetenradstufe 58 axial
neben dem ersten Ringteil 77 und an der Sonnenradwelle 40 im
Bereich der Lagerstelle des zweiten Ringteils 78 des ersten Sonnenrades 42 axial
neben dem ersten Ringteil 77 jeweils Radialvorsprünge 80 vorgesehen.
Die Radialvorsprünge 80 sind
beispielsgemäß quaderähnlich konturiert
und erstrecken sich in Axialrichtung 100 entlang des betreffenden
Abschnitts der Planetenradwelle 56 bzw. der Sonnenradwelle 40.
Die Radialvorsprünge 80 sind
in Umfangsrichtung der jeweiligen Welle 56 bzw. 40 insbesondere
gleichmäßig verteilt
angeordnet.
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Auf
der der jeweiligen Welle 56 bzw. 40 zugeordneten
Innenseite der zweiten Ringteile 78 sind zu den Radialvorsprüngen 80 korrespondierende
Radialausnehmungen 81 vorgesehen, die in Axialrichtung 100 zu
beiden Seiten der zweiten Ringteile 78 hin offen sind.
Die Radialausnehmungen 81 sind zur Aufnahme jeweils eines
Radialvorsprungs 80 vorgesehen, wodurch die zweiten Ringteile
drehfest, aber in Axialrichtung 100 verschiebbar auf der
jeweiligen Welle 56 bzw. 40 gelagert ist.
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Sowohl
beim ersten Sonnenrad 42 als auch bei der zweiten Planetenradstufe 58 ist
zwischen dem ersten Ringteil 77 und dem zweiten Ringteil 78 jeweils
ein von einer Schraubenfeder ge bildetes Vorspannteil 71 der
Vorspannvorrichtung 70 vorgesehen, das sich an den beiden
zugeordneten Ringteilen 77, 78 abstützt. Zur
Aufnahme zumindest eines Abschnitts des Vorspannteils 71 ist
im ersten Ringteil 77 eine die jeweils zugeordnete Welle 56 bzw. 40 ringförmig umgebende
Ringausnehmung 85 vorhanden, an deren Ausnehmungsgrundfläche sich
das Vorspannteil 71 am ersten Ringteil 77 abstützt. Das
Vorspannteil 71 sitzt unter Vorspannung zwischen den axial
nebeneinander angeordneten Ringteilen 77, 78. Die
dadurch entstehende Vorspannkraft drückt das zweite Ringteil 78 vom
ersten Ringteil 77 weg. Zwischen den beiden Ringteile 77, 78 ist
ein Spalt 86 vorhanden, so dass für die axiale Relativbewegung beiden
Ringteile relativ zueinander beim Betrieb der zweiten Überlagerungsvorrichtung 6b ein
gewisses Spiel gegeben ist.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsvariante des
zweiten Überlagerungsgetriebes 7b sind
das erste Sonnenrad 42 und die zweite Planetenradstufen 58 der
Stufenplanetenräder 55 mit
zwei separaten Ringteilen 77, 78 aufgebaut, da
diese im Durchmesser größer sind
als die anderen Zahnräder
bzw. Zahnradstufen des zweiten Überlagerungsgetriebes 7b,
und mithin bei ausreichender Festigkeit mehr Platz für das Anordnen
der Vorspannteile 71 der Vorspannvorrichtung 70 bieten.
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An
der ersten Eingriffsstelle 65 stehen jeweils die ersten
Verzahnungsbereiche 75 bzw. die zweiten Verzahnungsbereiche 76 des
ersten Sonnenrades 42 und der ersten Planetenradstufe 57 miteinander
in Eingriff. Dadurch, dass die beiden Ringteile 77, 78 des
ersten Sonnenrades 42 aufgrund der Vorspannkraft voneinander
weg gedrückt
werden, werden auch die Zähne
der ineinander greifenden ersten Verzahnungsbereiche 75 bzw.
die Zähne
der ineinander greifenden zweiten Verzahnungsbereiche 76 in
Axialrichtung 100 gegeneinander gedrückt. Das Gleiche gilt entsprechend
für die
an der zweiten Eingriffsstelle 66 ineinander greifenden
ersten und zweiten Verzahnungsbereiche 75 bzw. 76 des
zweiten Sonnenrades 43 und der zweiten Planetenradstufe 58.
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Bei
der hier beschriebenen zweiten Ausführungsform 7b des Überlagerungsgetriebes 7 sind
die schräg
verzahnten Außenverzahnungen 45, 46, 59, 60 sowohl
der beiden Sonnenräder 42, 43 als
auch der drei Stufenplanetenräder 55 in
Form von so genannten Pfeilverzahnungen realisiert. Die Zähne des ersten
Verzahnungsbereichs 75 und die Zähne des zweiten Verzahnungsbereichs 76 derselben
Außenverzahnung 45 bzw. 46 bzw. 59 bzw. 60 weisen
betragsmäßig gleich
große
Steigungen aber in entgegengesetzte Richtungen auf. Wenn die Zähne des
einen Verzahnungsbereichs 75 bzw. 76 links steigend sind,
so sind die Zähne
des jeweils anderen Verzahnungsbereichs 76 bzw. 75 rechts
steigend und umgekehrt. Jedem Zahn des ersten Verzahnungsbereichs 75 einer
Außenverzahnung 45 bzw. 46 bzw. 59 bzw. 60 ist
ein Zahn des zweiten Verzahnungsbereichs 76 derselben Außenverzahnung 45 bzw. 46 bzw. 59 bzw. 60 zugeordnet,
wobei sich die Zähne,
ausgehend vom jeweiligen axialen Endbereich der Außenverzahnung 45 bzw. 46 bzw. 59 bzw. 60,
in ihrer Verlaufsrichtung mit betragsmäßig derselben Steigung einander
annähern
und im Übergangsbereich
zwischen dem ersten Verzahnungsbereich 75 und dem zweiten
Verzahnungsbereich 76 den kleinsten Abstand zueinander
aufweisen. Beim Ausführungsbeispiel
sind die beiden einander zugeordneten Zähne der zwei Verzahnungsbereiche 75, 76 derselben
Außenverzahnung 45 bzw. 46 bzw. 59 bzw. 60 im Übergangsbereich
mit geringem Abstand zueinander zugeordnet.
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Die
Pfeilverzahnungen haben den Vorteil, dass sich aufgrund der gegenläufigen Steigungen der
Zähne der
beiden Verzahnungsbereiche 75, 76 keine resultierenden
Axialkräfte
ergeben, die zwischen den an den Eingriffsstellen 65, 66 ineinan der greifenden
Zahnrädern
und Zahnradstufen wirken. Somit müssen die am Getriebegehäuse 41 zur
Lagerung der Sonnenräder 42, 43 und
der Stufenplanetenräder 55 vorgesehenen
Lager 90 nicht zur Aufnahme von größeren axialen Kräften ausgelegt
werden.
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Im Übrigen entspricht
der Aufbau und die Funktion des zweiten Überlagerungsgetriebes 7b dem
des ersten Überlagerungsgetriebes 7a.
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In
den 2 bis 7 ist der Übersichtlichkeit halber die
in Zusammenhang mit der 1 erläuterte Verriegelungsvorrichtung 23 nicht
dargestellt. Die Verriegelungsvorrichtung 23 kann aber
sowohl bei der ersten Überlagerungsvorrichtung 6a als auch
bei der zweiten Überlagerungsvorrichtung 6b vorgesehen
sein. Gleichermaßen
ist zur besseren Übersicht
in den 2 bis 6 lediglich eines der drei Stufenplanetenräder 55 dargestellt.
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Das Überlagerungsgetriebe 7 ist
sowohl bei der ersten Überlagerungsvorrichtung 6a als
auch bei der zweiten Überlagerungsvorrichtung 6b selbsthemmend
ausgeführt.
Dies hat zur Folge, dass bei Ausfall der Stelleinrichtung das Überlagerungsgetriebe 7 im Block
umläuft,
so dass bei einer Drehung des Lenkrades 13 eine Drehung
des Planetenradträgers 54 bzw.
des Getriebegehäuses 41 verursacht
wird, die über
die Ausgangswelle 17 an das Lenkgetriebe 18 übertragen
wird und zu einer entsprechenden Auslenkung der lenkbaren Fahrzeugräder 19 führt. Diese Selbsthemmung
wird beispielsgemäß durch
die große Übersetzung
zwischen der zweiten Planetenradstufe 58 und dem zweiten
Sonnenrad 43 und/oder zwischen dem ersten Sonnenrad 42 und
der ersten Planetenradstufe 57 erzielt. Die Standübersetzung bei
stehendem Planetenradträger 54 bzw.
stehendem Getriebegehäuse 41 zwischen
dem zweiten Sonnenrad 43 und dem ersten Sonnenrad 42 kann beispielsweise
im Bereich von Werten größer als
20 und insbesondere zwischen 35 und 45 gewählt werden.