DE102007000941A1

DE102007000941A1 - Wellgetriebe

Info

Publication number: DE102007000941A1
Application number: DE102007000941A
Authority: DE
Inventors: Achim Domhan; Jürgen HÖRSCH; Wolfgang Dr. Runge; Arthur Rupp
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH; Ovalo GmbH
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2027-09-05
Also published as: DE102007000941B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe (1) für einen Aktuator eines Lenksystems, insbesondere für eine elektrische Servolenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einem von einem Servomotor (2) angetriebenen, exzentrischen Antriebskern (3), auf dessen Umfangsfläche (4) ein flexibles Wälzlager (5) aufgezogen ist, wobei der exzentrische Antriebskern (3) eine radialflexible Abrollbuchse (6) elastisch in radialer Richtung verformt und dabei eine Verzahnung (7) an einer Außenmantelfläche (8) der radialflexiblen Abrollbuchse (6) partiell in fortlaufendem Wechsel mit einer starren Innenverzahnung (9) eines Stützrings (10) in Eingriff gelangt, und mit einem Sicherungselement (11) zur axialen Sicherung des flexiblen Wälzlagers (5) auf dem exzentrischen Antriebskern (3). Um ein Wellgetriebe für einen Aktuator eines Lenksystems anzugeben, dessen Betrieb eine sehr hohe Sicherheit gewährleistet, ist vorgesehen, dass das Sicherungselement (11) eine Stützscheibe (12) ist, deren Hüllkurve (13) im Bereich (S) ihrer Hochachse (14) einen größten Abstand (A) von einer Hüllkurve (15) des flexiblen Wälzlagers (5) von einer Verzahnungshöhe (h) der Verzahnung (7) der radialflexiblen Abrollbuchse (6) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe für einen Aktuator eines Lenksystems, insbesondere für eine elektrische Servolenkung eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wellgetriebe oder harmonic drives zur starken Drehzahlreduzierung von Servomotoren in einem Lenksystem sind bekannt und zeichnen sich dadurch aus, dass koaxial zu einem starren, kreisförmigen Stützring mit einer Innenverzahnung eine radialflexible Abrollbuchse (flex-spline) angeordnet ist. In die radialflexible Abrollbuchse greift ein exzentrischer, meist ellipsenförmiger Antriebskern ein, der von einem Servomotor über eine Getriebeeingangswelle in Rotation versetzt wird. Auf dessen Umfangsfläche ist ein flexibles Wälzlager aufgezogen, dessen innere Lagerschale meist mit einem Sicherungselement gegen axiales Abgleiten gesichert ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des Sicherungselements verhindert meist ein Haltebund an dem exzentrischen Antriebskern ein Abgleiten des flexiblen Wälzlagers.
Im Betrieb solcher Wellgetriebe gelangen ein oder mehrere Umfangsabschnitte einer mit einer Verzahnung versehenen Außenmantelfläche der radialflexiblen Abrollbuchse in fortlaufendem Wechsel mit einer starren Innenverzahnung des Stützrings in Eingriff. Aufgrund einer Zähnezahldifferenz zwischen dem Stützring und der radialflexiblen Abrollbuchse wird die radialflexible Abrollbuchse relativ zu dem Stützring verdreht und mit ihr beispielsweise eine drehfest verbundene Abtriebswelle. Eine Relativdrehung, die im Vergleich zu der Drehzahl des exzentrischen Antriebskerns stark verringert ist, wird dadurch bewirkt.
Beim Betrieb solcher Wellgetriebe, wie sie beispielsweise die DE 10 2004 034 823 A1 oder die WO 2005 05 4035 A1 beschreiben, kann eine Blockierung des Wellgetriebes durch einen etwaigen Bruch des flexiblen Wälzlagers nicht sicher verhindert werden. Zudem ist die Schmierung der bekannten Wellgetriebe nicht optimiert, was die Lebensdauer solcher Wellgetriebe begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wellgetriebe für einen Aktuator eines Lenksystems anzugeben, dessen Betrieb eine sehr hohe Sicherheit gewährleistet.
Die Aufgabe wird mit einem Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch dass das Sicherungselement als Stützscheibe oder scheibenartig ausgebildet ist, wobei deren Umfangsgestalt von der Kreisform abweicht, und wobei eine Hüllkurve der rotierenden Stützscheibe im Bereich einer Hochachse der Stützscheibe einen größten Abstand von einer Hüllkurve des flexiblen Wälzlagers von höchsten einer Verzahnungshöhe der Verzahnung der radialflexiblen Abrollbuchse aufweist, ist ein Sicherungselement in dem Wellgetriebe angebracht, das essentiell für dessen Funktion bei Bruch des flexiblen Wälzlager ist, da keine Bruchteile des flexiblen Wälzlager in das Wellgetriebeinnere gelangen können, da sie von der Stützscheibe daran gehindert werden.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäße, geringe Abstand der beiden genannten Hüllkurven ist vorzugsweise in einem Bereich um die Hochachse des exzentrischen Antriebskern der eine Bogenlänge eines Kreissektors von mindestens ±2° um die Hochachse entspricht, eingehalten. Die Hüllkurve der Stützscheibe passt sich im Übrigen vorzugsweise mit geringstmöglichem Abstand an die Umfangskontur des exzentrischen Antriebskerns an.
Der genannte Abstand der beiden Hüllkurven im Bereich um die Hochachse des exzentrischen Antriebskern beträgt vorzugsweise etwa 0,3 mm.
Die Stützscheibe ist an dem exzentrischen Antriebskern, oder an der Welle, die den exzentrischen Antriebskern drehfest mit dem Servomotor verbindet, drehfest festgelegt. Die Stützscheibe kann auch einstückig mit dem exzentrischen Antriebskern oder der genannten Welle gebildet sein.
Das Wellgetriebe ist bevorzugt so aufgebaut, dass es hermetisch nach außen abgeschlossen ist und ist mit einer Öl- oder Fettfüllung versehen, die bevorzugt die Oberflächen aller rotierenden Komponenten vorzugsweise vollständig mit dem jeweiligen Schmierstoff benetzt. Zur Abdichtung nach außen ist an einer Stirnfläche des exzentrischen Antriebskernes, die axial zu einer Gehäusewand eines Gehäuses des Wellgetriebes weist und/oder um das flexible Wälzlager eine schleifende oder nicht schleifende Dichtung festgelegt, die das Innere des Wellgetriebes radial und axial zu dem Gehäuse des Wellgetriebes und nach außen abdichtet. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Wellgetriebes ist eine erste Getriebeeingangswelle, die drehfest mit einer Lenkhandhabe und an der radialflexiblen Abrollbuchse festgelegt ist, und/oder eine mit dem Stützring drehfest verbundene Getriebeausgangswelle als Hohlwellen gebildet. Um einen Schmiermittelverlust durch diese Wellen aus dem Wellgetriebe und einen Schmutzeintrag oder Eintrag korrosiver Stoffe in das Wellgetriebe zu vermeiden, sind in den Hohlwellen Verschlußelemente eingebracht.
Eine Abdichtung des Aktuators aus Wellgetriebe und Servomotor nach außen wird durch die Anwendung eines außendichtenden Wälzlagers (Nilosring, Radialwellendichtungen, Dichtscheiben etc.) für die Lagerung der ersten Getriebeeingangswelle in dem Gehäuse des Servomotors und die Lagerung der Getriebeausgangswelle in dem Gehäuse des Wellgetriebes bewirkt.
Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Wellgetriebe als Überlagerungsgetriebe in der Nähe oder an einer Lenksäule eines Personenkraftwagens eingesetzt.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnungen wiedergegeben. In der Zeichnung zeigt:
1 einen Längsschnitt durch einen Aktuator einer Überlagerungslenkung mit einem erfindungsgemäßen Wellgetriebe,
2 eine schematische Darstellung der geometrischen Verhältnisse der Stützscheibe und des flexiblen Wälzlagers mit dem exzentrischen Antriebskern.
3 eine Einzelheit III in 2.
In 1 ist in einem Längsschnitt ein Aktuator für eine Überlagerungslenkung eines Personenkraftwagens, bestehend aus einem Wellgetriebe 1 mit Gehäuse 18 und einem Servomotor 2 mit Gehäuse 23 gezeigt. Das Wellgetriebe 1 dient sowohl zur Drehzahlreduktion des elektrischen Servomotors 2, dessen Abtriebswelle eine zweite Getriebeeingangswelle 16 mit einem exzentrischen Antriebskern 3 treibt, als auch als Überlagerungsgetriebe 26. Der exzentrische Antriebskern 3 greift axial in eine aus elastischem Stahlblech gebildete, topfförmige, radialflexible Abrollbuchse 6 (flex-spline) ein. Er rollt bei seiner Drehung mit einem an seiner Umfangsfläche 4 angeordneten, flexiblen Wälzlager 5 auf einem Innenumfang der radialflexiblen Abrollbuchse 6 ab. Auf ihrer Außenmantelfläche 8 weist die radialflexible Abrollbuchse 6 eine Verzahnung 7 auf, die unter Wirkung der ellipsenförmigen, exzentrischen Aufweitung der Abrollbuchse 6 mit zwei Umfangsabschnitten in eine Innenverzahnung 9 an einer zylindrischen Stützfläche 27 eines Stützrings 10 (circular-spline) eingreift.
Der Stützring 10 ist drehfest mit einer Getriebeausgangswelle 21 verbunden, die zu einem Lenkgetriebe des Personenkraftwagens führt. Die radialflexible Abrollbuchse 6 ist drehfest mit einer ersten Getriebeeingangswelle 19 mit der auch eine Lenkhandhabe 20 verbunden ist, verbunden.
Der Stützring 10 ist konzentrisch zu einer Längsachse 28 des Wellgetriebes 1 und des exzentrischen Antriebskerns 3. Der innenverzahnte Stützring 10 weist eine größere Zähnezahl seiner Innenverzahnung 9 auf, als die radialflexible Abrollbuchse 6, wodurch eine Verdrehung der radialflexiblen Abrollbuchse 6 pro Umdrehung des exzentrischen Antriebskerns 3 um die Differenz der Zähnezahl erfolgt. Durch das Wellgetriebe 1 ist somit eine Relativverdrehung der ersten Getriebeeingangswelle 19 gegenüber der Getriebeausgangswelle 21 ermöglicht und eine zusätzliche Eingabe eines Überlagerungswinkels auf den Lenkwinkel eines Fahrers an der Lenkhandhabe 20. Um ein axiales Abgleiten des flexiblen Wälzlagers 5 von dem exzentrischen Antriebskern 3 zu verhindern, ist ein als Stützscheibe 12 gebildetes Sicherungselement 11 mittels einer Nietverbindung drehfest an dem exzentrischen Antriebskern 3 festgelegt. Wie die 2 und 3 schematisch die Größenverhältnisse der Stützscheibe 12 zu dem flexiblen Wälzlager 5 demonstrieren, ist die Umfangskontur der Stützscheibe 12 so dimensioniert, dass nur ein minimaler Abstand A ihrer Hüllkurve 13 im Bereich S ihrer Hochachse 14 zu der Hüllkurve 15 des flexiblen Wälzlagers 5 besteht. Dadurch können bei einem eventuellen Bruch des flexiblen Wälzlagers 5 keine Teile ins Innere des Wellgetriebes 1 gelangen und die Notlaufeigenschaften des Wellgetriebes 1 verbessern sich entscheidend, da die Funktion des flexiblen Wälzlagers 5 erhalten werden kann.
Der Abstand A an den beiden Hüllkurven 13 und 15 beträgt höchstens eine Verzahnungshöhe h der radialflexiblen Abrollbuchse 6. Dieser Abstand A wird über den Bereich S, der vorzugsweise einer Bogenlänge AB eines Kreissektors von etwa ±30° um die Hochachse 14 entspricht, eingehalten.
Das gesamte Wellgetriebe 1 und der Servomotor 2 sind gegen Schmutzeintrag und Austrag von Schmierstoffen geschützt. Zu diesem Zweck weist das Wellgetriebe 1 eine schleifende Dichtung 17 an einer axialen Stirnfläche 29 an ihrem exzentrischen Antriebskern 3 auf, die an einer Gehäusewand des Gehäuses 18 des Wellgetriebes 1 schleift. Zudem ist die erste Getriebeeingangswelle 19 mit Hilfe eines nach außen dichtenden Wälzlagers 24 in dem Gehäuse 23 des Servomotors 2 gelagert und die Getriebeausgangswelle 21 in einem nach außen dichtenden Wälzlager 25 in dem Gehäuse 18 des Wellgetriebes 1 gelagert.
Das Wellgetriebe 1 ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen mit Fett so befüllt, dass alle rotierenden Teile und die Innenseite seines Gehäuses 18 benetzt sind. Ein pfropfenartiges Verschlußelement 22 in der ersten Getriebeeingangswelle 19 verhindert den Schmutzeintrag und den Schmierstoffaustrag aus dem Welletriebe 1.

1: Wellgetriebe
2: Servomotor
3: Antriebskern, exzentrisch
4: Umfangsfläche, an 3
5: Wälzlager, flexibel
6: Abrollbuchse, radialflexibel
7: Verzahnung
8: Außenmantelfläche
9: Innenverzahnung, v. 10
10: Stützring
11: Sicherungselement
12: Stützscheibe
13: Hüllkurve, v. 12
14: Hochachse, v. 12
15: Hüllkurve, v. 5
16: Getriebeeingangswelle, zweite
17: Dichtung
18: Gehäuse, v. 1
19: Getriebeeingangswelle, erste
20: Lenkhandhabe
21: Getriebeausgangswelle
22: Verschlußelement
23: Gehäuse, v. 2
24: Wälzlager, außen dichtend
25: Wälzlager, außen dichtend
26: Überlagerungsgetriebe
27: Stützfläche, zylindrisch
28: Längsachse
29: Stirnfläche, an 3
S: Bereich
A: Abstand
h: Verzahnungshöhe
AB: Bogenlänge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004034823 A1 [0004]
- WO 2005054035 A1 [0004]

Claims

Wellgetriebe für einen Aktuator eines Lenksystems, insbesondere für eine elektrische Servolenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einem, von einem Servomotor (2) angetriebenen, exzentrischen Antriebskern (3), auf dessen Umfangsfläche (4) ein flexibles Wälzlager (5) aufgezogen ist, wobei der exzentrische Antriebskern (3) eine radialflexible Abrollbuchse (6) elastisch in radialer Richtung verformt und dabei eine Verzahnung (7) an einer Außenmantelfläche (8) der radialflexiblen Abrollbuchse (6) partiell in fortlaufendem Wechsel mit einer starren Innenverzahnung (9) eines Stützrings (10) in Eingriff gelangt, und mit einem Sicherungselement (11) zur axialen Sicherung des flexiblen Wälzlagers (5) auf dem exzentrischen Antriebskern (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (11) eine Stützscheibe (12) ist, deren Hüllkurve (13) im Bereich (S) ihrer Hochachse (14) einen größten Abstand (A) von einer Hüllkurve (15) des flexiblen Wälzlagers (5) von höchstens einer Verzahnungshöhe (h) der Verzahnung (7) der radialflexiblen Abrollbuchse (6) ist.
Wellgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (S) um die Hochachse (14) des exzentrischen Antriebskerns (3) etwa eine Bogenlänge (AB) eines Kreissektors von mindestens ±2° um die Hochachse (14) ist.
Wellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) etwa 0,3 mm beträgt.
Wellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheibe (12) an dem exzentrischen Antriebskern (3) festgelegt ist oder einstückig mit dem exzentrischen Antriebskern (3) gebildet ist.
Wellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheibe (12) an einer, den exzentrischen Antriebskern (3) antreibenden, zweiten Getriebeeingangswelle (16) festgelegt ist.
Wellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellgetriebe (1) mit Schmierstoff befüllt ist.
Wellgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff ein Fett oder ein Öl ist.
Wellgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nahezu die gesamte Oberfläche oder die gesamte Oberfläche der radialflexiblen Abrollbuchse (6) mit Fett versehen ist.
Wellgetriebe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass um den exzentrischen Antriebskern (3) und/oder das flexible Wälzlager (5) eine schleifende oder nicht schleifende Dichtung (17) festgelegt ist, die das Innere des Wellgetriebes (1) radial und axial zu einem Gehäuse (18) des Wellgetriebes (1) und nach außen abdichtet.
Wellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Getriebeeingangswelle (19), die drehfest mit einer Lenkhandhabe (20) verbunden ist und an der radialflexiblen Abrollbuchse (6) festgelegt ist und/oder eine mit dem Stützring (10) drehfest verbundene Getriebeausgangswelle (21) hohl sind.
Wellgetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Getriebeeingangswelle (19) und/oder die Getriebeausgangswelle (21) ein Verschlußelement (22) in sich aufweisen, welches einen Schmiermittelverlust aus dem Wellgetriebe (1) und einen Schmutzeintrag in das Wellgetriebe (1) verhindern.
Wellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die in ein Gehäuse (23) des Servomotors (2) geführte, erste Getriebeeingangswelle (19), mit einem außendichtenden Wälzlager (24) gelagert ist und/oder dass die Getriebeausgangswelle (21) in dem Gehäuse (18) des Wellgetriebes (1) mit einem außendichtenden Wälzlager (25) gelagert ist.
Wellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellgetriebe (1) ein Überlagerungsgetriebe (26) ist.
Wellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellgetriebe (1) an oder in der Nähe einer Lenksäule eines Personenkraftwagens angeordnet ist.
Wellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheibe (12) einseitig oder beidseitig an dem flexiblen Wälzlager (5) angeordnet ist.